基于半實物仿真系統的多假目標航跡欺騙研究

張國兵 ， 郎榮玲

（1.北京航空航天大學 電子信息工程學院，北京 100083；2.中國人民解放軍91336部隊 河北 秦皇島 066000）

雷達抗干擾技術和雷達干擾技術經過長期的對抗與較量，使雙方都得到迅速發展，導致單一或簡單的雷達干擾技術已經無法對現代雷達實施有效的干擾，雖然人們在不斷地探索新的干擾技術，但是目前人們主要采用多種干擾技術復合使用，對敵方雷達實施有效的干擾，以便達到一定的戰術或戰略目的。例如針對目前搜索警戒雷達，它們采用低旁瓣、頻率捷變等抗干擾技術，使得單一的距離假目標欺騙和方位欺騙難以對其進行有效的干擾，且干擾源容易暴露在雷達主瓣方向。而采用有源多假目標航跡欺騙干擾技術，可以逼真地模仿目標的運動軌跡，不容易被雷達剔除，從而增大了敵方情報系統的虛警率。這種干擾技術可用于掩護己方空中進攻或撤退，也可干擾敵方并誘敵開機，暴露兵力部署。所以，研究多假目標航跡欺騙技術具有重要的軍事價值[1]。

1 半實物仿真的特點和優點

半實物仿真是指在仿真試驗系統的仿真回路中接入所研究系統的部分實物的仿真。與其它仿真方法相比，半實物仿真具有以下特點：1）在所研究系統中有的部分很難建立起準確的數學模型，為了保留該部分的功能、性能的準確性，在半實物仿真中，該部分以實物與其它仿真分系統對接；2）是利用半實物仿真，還可以進一步修正系統的數學模型，提高數學模型的準確度；3）利用半實物仿真，將更直接、客觀、有效地檢驗系統各設備的功能和性能[2]。

根據半實物仿真的特點，半實物仿真同其它的仿真方法相比具有實現更高真實度的可能性，是仿真技術中置信度最高的一種方法。在使用過程中，可以固化、重復某一工作狀態，具有較高的實用性和可擴展性，而且半實物仿真具有研制周期短、經費低等優點。因此，利用半實物仿真手段研究多假目標航跡欺騙技術具有較強的真實性和實用性。

2 多假目標航跡欺騙的原理

2.1 實現多假目標航跡欺騙的條件

多假目標航跡欺騙主要是針對于搜索警戒雷達實施迷惑干擾，干擾機要想在敵方一部或者多部雷達終端顯示器上形成任意想定的多假目標航跡路線，必須滿足以下5個條件：1）干擾機的輻射功率必須足以使干擾信號從對方雷達天線旁瓣進入；2）必須偵察分析出雷達天線的掃描規律和主波束寬度，并精確測出其參數；3）干擾機的接收靈敏度必須足以接收到雷達的旁瓣信號；4）干擾機的輻射功率、假目標的持續時間和速度均可控，以模擬不同特征的目標；5）能精確測定輻射源的地理位置[4]。

2.2 航跡欺騙產生的原理

多目標欺騙航跡模擬電路的組成如圖1所示，航跡模擬電路各點輸出的波形如圖2所示。T1是指接收機B收到的脈沖群，每一個脈沖延遲T1。

圖1 航跡模擬電路組成方框圖Fig.1 Composition of circuit for track simulation

TR/2代表的距離為欺騙源距雷達站的距離，ΔT1/2代表欺騙目標可以移動到與雷達站最近的距離。

ΔT0：代表欺騙目標可以移動的距離范圍；

快鋸齒波與慢鋸齒波兩者相交點表示產生欺騙脈沖點，鋸齒波的斜率代表移動脈沖的速度；

ΔT2：代表欺騙目標航跡起始角延遲的時間；

T2：代表在雷達波束寬度內對應于目標的照射時間；

T：代表雷達的脈沖重復周期。

欺騙目標航跡的產生過程：根據欺騙源的位置，確定脈沖的延遲時間T1，使欺騙觸發脈沖延遲到雷達脈沖第2個的后面，距第第2個脈沖為T0，用延遲了的脈沖觸發單穩態電路，產生的寬度為T1，再用方波T1控制快鋸齒波的產生。用一個慢鋸齒與快鋸齒相交，便產生了移動，這個移動脈沖就是我們要產生的欺騙目標。在方位上的欺騙是以收到的雷達主瓣信號為基礎，把它延遲ΔT2，它所延遲的角度則為：

式中θ代表雷達旋轉范圍；t0為雷達天線轉過θ角所需時間。

雷達轉過第1圈時，延遲ΔT2，出來第1個亮點；

當轉過第2圈時，延遲ΔT2+ΔTi，出現第2個亮點；

當轉過第 3圈時，延遲 ΔT2+2ΔTi，出現第 3個亮點……依次類推。產生角度欺騙所需的時間為：

產生欺騙角度θn：

產生欺騙距離Rn：

圖2 航跡模擬電路各點輸出波形關系圖Fig.2 Output waveforms form all points of circuit for track simulation

2.3 多假目標欺騙的參數匹配

在實施多假目標欺騙干擾時，必須對敵方搜索警戒雷達的相關參數進行測量與分析，并依據受干擾雷達的工作參數，確定干擾機的欺騙干擾參數。下面以某型A雷達為例，其參數如表1所示，可以確定干擾機實施多假目標欺騙的參數及數據如表 2、3、4所示。

表1 A雷達參數設置Tab.1 Settings of A Radar parameters

由基本計算公式（6）、（7）。

表2 干擾機匹配參數設置Tab.2 Settings of jammer matching parameters

可解得干擾機發射等效功率，式中PjGj為發射機等效功率；Pmin為雷達接收機靈敏度（-140 dBW）；λ為工作波長（0.1 m）；Ga（θ）為雷達天線副瓣增益（-25 dB）。 解算數據見表 3，該數據為10～250 km距離假目標所需的干擾機發射等效功率[5]。

表3 不同距離上干擾機發射等效功率Tab.3 Launch equivalent powers of jammer in different distances

2.4 多目標欺騙航跡的數據預算

干擾機在偵察分析出A雷達的工作參數后，依照多目標欺騙航跡模擬的原理，預先產生多批假目標欺騙航跡的數據，對A雷達實施多批假目標欺騙干擾，多批假目標航跡數據產生的原理相同，下面以兩批假目標欺騙航跡數據為例進行說明。

確定A雷達的工作參數后，將干擾機的干擾參數初始化，其具體參數如下：

1） 天線旋轉周期 6 s；Δθ=10°；T2=0.033 3 s；ΔTi=0.02 s；ΔRi=1 km；Δθi=1.2°；R=80 km 將它們代入公式（9）：

算得一組想定數據，根據這些數據繪制成圖2中的航跡a。

2） 天線旋轉速度 6 s；Δθ=20°；T2=0.066 6 s；ΔTi=0.025 s；ΔRi=2 km；Δθi=1.5°；R=150 km 將其代入公式（9），算得一組想定數據，根據這些數據繪制成圖3中的航跡b。

圖3 兩批假目標航跡圖Fig.3 Two group of false tracks

3 半實物仿真系統的構建

3.1 系統的構成

本半實物仿真系統采用了計算機仿真技術、網絡技術、微波技術和數學建模技術對雷達和雷達干擾機以及它們之間的對抗過程進行等效仿真模擬。其構成框圖如圖4所示，主要由雷達模擬分系統、雷達干擾模擬分系統兩部分組成，雷達模擬和雷達干擾模擬兩個分系統之間采用射頻注入方式進行對接，而雷達模擬分系統和雷達干擾機的收發天線以及收發功率都是采用物理等效的方式進行動態天線方向圖仿真模擬，這種實現方式不僅使雷達與雷達干擾機之間的對抗空間按等效原理縮小，而且嚴格保證了它們之間的時空一致性。

圖4 半實物仿真系統構成框圖Fig.4 Hardware-in-the-loop simulation system structure

3.2 系統的硬件設計特點

為了保證系統功能和性能的真實性，并且能夠為雷達干擾及抗干擾技術研究提供有力的驗證依據，系統在硬件設計方面盡量采用實際裝備的硬件結構，只有目標、雜波環境模擬和收發天線模擬采用仿真的手段進行天線方向圖模擬。系統的這種硬件設計特點確保了系統各個層次處理信息的真實性、完整性。

雷達模擬分系統可以模擬多種體制雷達，因此分系統在硬件設計方面比較有顯著特點是數字波形產生模塊和信號處理模塊。數字波形產生模塊采用了PC104+FPGA的模式，利用控制軟件可對目標屬性、目標環境和調制方式進行建模，以及設置的雷達工作參數，在FPGA中進行綜合處理，以產生相應的雷達信號數據；信號處理模塊采用了FPGA和DSP及SRAM結合的硬件處理結構，通過軟件編程對其進行控制，可以使信號處理模塊進行重構，構成不同的信號處理模式。兩個模塊都具有靈活多變，適合多種工作模式的特點[6]。

干擾模擬分系統在硬件設計方面主要采用了PC104+DRFM技術，基于DRFM的干擾設備能夠對截獲的雷達信號能進行高精度的保存并能進行逼真的復制，同樣能將信號的相參信息保留和復制，通過適當的干擾調制就能產生與雷達信號相參的欺騙信號，從而可以對相參雷達形成有效的航跡欺騙干擾。

3.3 系統的軟件設計特點

系統的軟件設計與硬件緊密結合，甚至硬件軟件化，彌補了硬件設計中的不足，使整個系統靈活可控，可重復，可重構，工作模式可固化，并且具有較強的實時監測和分析功能，能夠直觀地檢測和分析各個層次信號的變化情況。系統軟件的這種設計思想有利于雷達干擾技術的研究。數據庫技術[7]的應用實現了系統參數組態化管理。采用數據庫對雷達參數、目標環境參數、干擾航跡參數進行量化、層次化、簡單化管理，有利于系統應用軟件對組態化參數進行加載，可以快速構成復雜、多變的雷達干擾過程。

4 多假目標航跡欺騙在半實物仿真系統中的實現

圖5 航跡產生原理示意圖Fig.5 Principle of generating tracks

如圖5所示，在雷達的作用距離范圍內的任意方位，預先假定一條假目標運動的航線S（t），當雷達的主瓣在tAN時刻與航線S（t）相交時，干擾機發射干擾信號，從雷達副瓣進入雷達接收機，在相交點形成假目標航跡點。時間tAN的預測是航線欺騙干擾的關鍵。

根據航跡產生原理，圖3中的兩批假目標在半實物仿真系統中實現的效果如圖6所示，與理論仿真航跡基本一致。

圖6 雷達終端顯示的假目標航跡Fig.6 False tracks display in Radar terminal

航跡產生原理：在進行航跡欺騙模擬時，需要由雷達干擾模擬分系統的接收單元完成對雷達模擬分系統的掃描周期等參數的測量，并在進行干擾模擬時，實時測量雷達天線主瓣的方向。一般情況下，雷達天線主瓣中包含較多的雷達信號脈沖，因此，實現雷達主瓣的信號照射到預想的目標上時，便可以產生假目標信號，此時干擾模擬分系統便根據當前天線指向干擾模擬分系統的天線副瓣方向，向雷達模擬分系統輸出假目標信號，信號功率則根據所模擬目標信號的特點、距離、副瓣與主瓣的增益比等參數決定。在進行干擾信號模擬時，需要由控制單元實時對雷達模擬天線主瓣位置進行預測和估計以提前對DRFM進行控制，實現全主瓣寬度內的假目標模擬。

5 結束語

在滿足雷達對抗干擾條件下，該半實物仿真系統不僅可以對多批假目標的任意航跡欺騙進行模擬，而且還可以對其他有源干擾樣式進行模擬，構成逼真的雷達對抗動態過程，實現針對性地研究。因此，根據半實物仿真系統的優點，該系統對雷達對抗各種干擾技術和戰術效果的研究具有一定的實用價值。

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