高威脅雷達脈間參數識別模擬訓練軟件設計

摘 ?要：針對部隊偵察職手缺少關于威脅雷達脈間參數特征分析的訓練手段，文章進行了對復雜電磁環境下典型高威脅雷達參數特征的差異性分析。利用參數建模與仿真技術，從脈沖參數、傳播路徑和時序控制三個方面進行了研究，并設計了具有高威脅雷達PDW模擬、分析判別、考核評估于一體的模擬訓練系統，可滿足偵察裝備職手對高威脅雷達參數識別、電子情報參數分析等的訓練需求。

關鍵詞：全脈沖參數;仿真建模;電磁環境

中圖分類號：TP181;TN957.51 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）13-0033-04

Abstract：In view of the lack of training means of pulse parameter characteristics analysis of threat radar for reconnaissance officers in the army，the characteristic difference of typical high threat radar parameters in complex electromagnetic environment is analyzed，parameter modeling and simulation technology is used，the pulse parameters，propagation path and timing control are studied，a simulation training system with PDW simulation，analysis and discrimination，assessment and evaluation of high threat radar is designed，which can meet the training requirements of reconnaissance equipment professionals for high threat radar parameter identification and electronic intelligence parameter analysis.

Keywords：overall pulse parameter;simulation modeling;electromagnetic environment

0 ?引 ?言

國防實力的快速提升和新型艦艇與電子武器裝備的快速發展，為實現電子情報信息戰略儲備提供了先決條件，也使得對電子情報的收集需求越來越大;艦艇部隊在國際舞臺上活動越來越頻繁，環境復雜度提升明顯[1]，使得電子情報收集難度也直線上升。而目前部隊職手在這方面的訓練還比較欠缺，主要原因有三方面。一是新型裝備剛剛入列，訓練方法、手段不足，實操訓練次數少，操作不夠熟練;二是新進電子戰專業職手較多，但實際任務中為保障任務質量與效果，大部分職手訓練機會不多;三是在日常訓練中，裝備訓練模式下的訓練環境比較單一，職手能力提升較慢。鑒于此，為快速提升復雜電磁環境下職手對電子情報信息的分析判別能力，筆者提出了本系統的設計。

1 ?高威脅雷達參數特征分析

1.1 ?載頻特征

雷達信號的載頻類型主要包括：固定、捷變、分集、跳變、編碼、復合等，不同雷達具有不同的作戰用途，如載頻固定雷達主要應用于普通搜索或跟蹤雷達;捷變雷達主要用于提高抗干擾能力、增大雷達探測距離、提高測角精度和抑制海雜波干擾等。

1.2 ?重頻特征

雷達信號的重頻類型主要包括：固定、抖動、滑變、參差、轉換、脈沖多普勒等。重頻抖動雷達通常用于對海搜索和反潛;重頻參差雷達在動目標顯示雷達中可以解決盲速問題，在脈沖多普勒雷達中可以消除距離模糊。

1.3 ?脈寬特征

雷達信號的脈寬類型主要包括：固定、脈壓、雙/三脈沖、脈寬分集、脈寬編碼等。脈寬固定類型比較常見，廣泛用于各種用途的雷達;脈壓體制類型能夠同時滿足探測距離遠和距離分辨力高的要求;脈寬分集類型常見于岸基對空雷達。

1.4 ?掃描特征

雷達信號的掃描類型主要包括：機械掃描（跟蹤、扇掃、圓掃）和電掃等。機械掃描是在在水平和俯仰兩個方向上連續不間斷地掃描，其中跟蹤雷達特點為連續照射、不間斷;電掃雷達的掃描速率很快，為離散掃描[2-4]。

2 ?參數建模與仿真

為了提高系統建模的逼真性，主要從脈沖參數、傳播路徑和時序控制三個方面進行建模。

2.1 ?脈沖參數

參數建模在文獻[5-7]中有詳細描述，本文考慮到在不同的復雜環境條件下，實際雷達的脈沖參數與理想情況會有所不同，因此在對信號參數進行建模時，在各自的調制方式的基礎上增加了一些抖動。比如常規雷達脈沖的PDW參數，各個參數均應是常數，但實際上卻在一定的范圍波動;所以在對雷達信號進行仿真時，對其參數都增加了均勻分布的隨機數。

2.2 ?傳播路徑

艦載雷達偵察裝備在海上工作過程中，由于海平面、友鄰艦、本艦的反射、繞射、折射，會導致出現多條反射路徑，影響雷達電磁波的傳播，這種現象對雷達偵察裝備的探測性能會產生嚴重影響。文獻[8，9]中給出了典型的多路徑效益數學模型，但本文僅需考慮偵察機接收到的效果。根據鏡面反射原理可知，只有雷達信號入射角與偵察機接收信號的反射角相等時，偵察機才能接收到多路徑的信號，而且隨著雷達與偵察機距離的增加，多路徑影響會減小。通?？梢哉J為多路徑信號與直入信號為同時到達信號時，會影響雷達脈寬參數的測量，因此在脈寬計算時應增加與距離相關的多路徑脈寬抖動因子K，公式為：

2.3 ?時序控制

在電子對抗環境下，雷達偵察接收機截獲的脈沖信號主要由雷達脈沖列與脈沖多路徑效應組成。其脈沖列按照各雷達脈沖信號的到達時間（TOA）進行排序，其到達時間即該脈沖的接收時間。如接收到m個雷達輻射源脈沖信號，各脈沖列的時間序列可表示為：

3 ?系統設計

從國內外雷達對抗訓練系統來看，大多是利用PDW回放數據進行訓練[10]，雖然有一定的訓練效果，但在環境噪聲、信號時序等方面不夠逼真，因此本文在設計時增加PDW生成模塊，以達到更逼真的訓練效果。

3.1 ?系統結構設計

雷達信號全脈沖分析系統主要由訓練指揮控制模塊、訓練態勢設計模塊、PDW數字生成模塊、PDW數據接收處理模塊、全脈沖樣本管理模塊、全脈沖分析顯示模塊、訓練考核評估模塊、雷達信息數據庫等八個模塊組成。其中訓練態勢設計模塊又包含了戰場態勢設計和電磁環境態勢設計;全脈沖分析顯示模塊包含參數精測量分析顯示、二維統計分析顯示、三維統計分析顯示、參差多階數分析顯示。系統組成如圖1所示。

3.2 ?功能設計

（1）訓練進程控制功能。其主要用于對系統仿真運行的進程進行控制，具有開始、結束等進程控制功能，以及對訓練態勢的設計、編輯、讀取和下達等數據控制功能。

（2）PDW序列生成功能。其主要用于雷達信號的脈沖描述字的數字化生成，具有復雜電磁環境下雷達信號全脈沖參數仿真、脈沖時序控制和脈沖序列仿真等功能。

（3）PDW樣本提取功能。其主要用于接收雷達信號的PDW數據，并對各部雷達信號的脈沖描述字進行分離與歸類，具有復雜電磁環境下雷達信號脈沖描述字的預處理、信號分選和樣本存儲功能。

（4）全脈沖分析顯示功能。其主要用于對選擇的全脈沖參數樣本進行相關分析、處理和顯示，具有全脈沖參數精確測量、全景顯示、時間特性分析、二維統計、二維直分布、三維統計和計算機輔助分析等功能。

（5）訓練評估功能。其主要用于對職手訓練數據的采集和訓練成績的評定，具有訓練操作自動記錄、存儲和訓練成績自動評定等功能。

3.3 ?系統運行流程

訓練開始后，首先打開訓練態勢文件，生成PDW脈沖數據，人工進行子程序分選操作，提取脈沖頻率、到達時間、方位等特征參數，分選出威脅雷達脈沖序列樣本存儲于樣本數據庫，再繼續對剩余脈沖進行上述操作，直至威脅雷達脈沖序列樣本被分選完成，將結果整理后與自動處理獲取的考核真值進行比對，完成考核評估，程序結束。流程如圖2所示。

3.4 ?系統工作原理

依據戰情想定設計訓練戰場態勢，合理布放紅藍雙方兵力初始位置、運動航跡以及電子信息武器的行為動作。根據訓練戰場態勢調用雷達參數數據庫中的雷達信號參數，按照雷達作戰方式設置雷達信號出現與消失的時間，將所涉及的雷達信號編輯成電磁態勢。由PDW數字產生器解析處理電磁態勢，形成復雜電磁環境下的PDW脈沖序列（或者實際偵察機PDW數據），將其發送至信號預處理軟件，進行載頻、方位、脈寬、幅度等參數的分類聚合處理。信號預處理數據在進行主分選處理時，與雷達參數數據庫的參數進行比對，形成真值樣本與脈沖樣本真值樣本存儲在考核評估設備，用于全脈沖分選考核評估，脈沖樣本存儲于全脈沖樣本存儲設備，用于全脈沖分析統計與顯示，包括參數精測量、二維統計分析、三維統計分析、多階數分析等。分析的結果發送至考核評估設備，由考核評估設備根據樣本真值進行評判，給出考核成績，如圖3所示。

4 ?關鍵技術

4.1 ?脈沖丟失處理技術

現代信息化戰爭中，雷達偵察設備所面對的戰場雷達信號環境很復雜，脈沖重疊的發生概率很高，脈沖重疊將導致脈沖丟失情況十分嚴重。為了貼近實際戰場，本文采取脈沖合并與參數優選相結合的處理方法，丟失其中的某一個或幾個，將其合并為一個脈沖，并按到達時間的先后進行選擇;合并后的信號脈寬選取為幾個脈沖銜接后的總寬度，幅度值選取為脈寬最大的脈沖的幅度值。

4.2 ?模糊區間分級評估技術

模糊區間是指在實際運用中，一個問題的原始數據不能被精確地獲取，結果不能被準確地描述，只能用好、較好、差等與之相應的定性語言來描述，且數據本身就是在一個區間內變化的情況。本文就是對這類情況下的統計結果進行分析，雷達信號受復雜電磁環境影響后，脈沖丟失隨機性很大，且丟失概率很難精確控制;而脈沖丟失率對信號統計分析結果影響很大，是訓練評估中的重要指標。為此，在評估時需找到一種科學的評判方法來合理描述這一指標。本文通過統計同時到達信號的方法粗略統計脈沖丟失率，從而建立起脈沖丟失率分級區間，將訓練態勢難度對應分級區間[0，1/9]、[1/9，1/3]、[1/3，1]分成簡單、一般、困難三級模糊評價。

5 ?訓練處理效果

高威脅雷達參數識別訓練可有效提高參訓職手識別信號的速度和準確性。以雷達脈間參數統計訓練為例，圖4是生成的某型雷達脈沖序列。

在進行信號脈間參數統計訓練時，復雜信號環境和干擾信號會導致樣本提取不純，不便于信號識別，將對雷達特性的分析產生一定影響，如圖5所示。

為解決這一問題，職手在訓練時通常采用參數濾除法進行處理，常用的濾除參數包括方位、頻率、重頻、脈寬等。如圖6所示，經過多次重頻篩選后，該雷達特性為向上單調滑變信號，變得容易被識別。

6 ?結 ?論

高威脅雷達脈間參數識別訓練，對提高偵察人員的專業水平具有重要意義。本文通過對信號全脈沖參數進行分析，歸納統計了其主要特征，據此研究設計了相關的參數仿真模型以及全脈沖參數分析訓練系統，為模擬訓練的開展奠定了基礎。但該成果離真正實施還有一定差距，尤其在相關的訓練科目、內容、流程、方法以及考核標準、指標體系等方面，還有待進一步研究。

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作者簡介：黃文亮（1983.01—），男，漢族，湖北天門人，工程師，本科，研究方向：雷達對抗仿真訓練。