組網雷達對抗仿真平臺創新實踐應用

肖順平，艾小鋒，趙 鋒，潘小義

（國防科技大學 電子科學學院，湖南 長沙410073）

0 引言

“雷達原理”、“電子對抗原理”、“電子系統建模仿真與評估”等課程是我校信息與通信工程學科的核心專業課程，這些課程不僅要求具備綜合的理論基礎，還要求非常強的動手實踐能力［1～3］。這些課程主要針對雷達系統及雷達對抗過程的建模和仿真實現開展教學實踐，它不僅綜合了“現代數字信號處理”、“隨機信號分析”以及“統計信號處理”等課程的相關理論，還要求學生具備一定的軟件設計和編程開發能力。此外，軍隊院校對學生掌握實戰的實踐能力有更高的要求［4～5］，但是受限于實際裝備的數量不夠和操作的靈活性，學生創新實踐鍛煉嚴重不足，為此本教學組提出利用組網雷達對抗仿真平臺開展教學改革的創新實踐，充分利用了仿真系統的開放性、靈活性、可重復性等突出優勢，切實提高了學生應用所學知識解決工程實際問題能力以及理論和應用創新能力。

1 仿真在創新實踐應用中的優勢

仿真可以分為數字仿真、半實物仿真和實物仿真等類型［6］，廣泛應用于各個行業各個領域，特別是在科學研究中發揮著重要的支撐作用，很多基礎理論和方法的驗證最開始都是通過仿真分析進行，而后才用實際儀器儀表進行測量。雷達對抗相關課程教學研究過程中，充分利用仿真系統，能夠讓學生將理論轉化為實際能力，并能夠創新設計新的算法，相比于實際雷達及其對抗裝備，仿真系統應用于創新實踐時，具備以下四個優點：

第一，可重復性高：仿真所處的環境封閉，不易受到外場環境中不穩定因素的影響，可以多次重復仿真過程，充分檢驗創新方法的有效性和適應性；

第二，逼真度高：采用半實物仿真方式，可以將物理實物接入仿真回路，確保了仿真實驗結論的可信度；

第三，組件化、模塊化設計：為學生提供了探索研究和工程實踐的實驗平臺，提高課程教學的交互性；

第四，可操作性強：將雷達及其對抗系統任意環節的處理結果進行多種形式的顯示，使得課程中涉及的物理概念和關鍵算法可以非常直觀的方式展現在學生面前，有利于創新實踐。

2 組網雷達對抗仿真平臺設計

2.1 系統架構

組網雷達對抗仿真平臺邏輯結構如圖1所示，基于開放式仿真框架，以電子對抗數據為輸入，組網雷達系統為作用對象，作用過程數據和結果數據為輸出，用于對抗效果評估。每個環節的算法采用統一接口設計，研究人員可以自定義各個模塊，方便接入新算法進行實驗驗證。

圖1 組網雷達對抗仿真平臺邏輯結構

組網雷達對抗仿真平臺典型四大類創新實踐應用：①基礎理論研究（電磁環境效應、電子對抗、系統仿真等）；②系統設計論證（雷達、偵察、干擾等裝備設計指標論證）；③試驗評估（雷達、偵察、干擾等裝備工作性能、作戰效能、電磁環境適應能力評估）；④模擬訓練（雷達、偵察、干擾等裝備操作、戰術戰法、指揮決策等）。

2.2 系統組成

組網雷達對抗仿真平臺構成如圖2所示，主要包括干擾仿真分系統，自然環境仿真分系統，無意電磁環境仿真分系統，目標仿真分系統，雷達仿真分系統，雷達偵察仿真分系統，數據采集與錄取系統，對抗效果評估統，管理與控制系統，效應數據庫，二維、三維態勢顯示系統等。組網雷達對抗仿真平臺在體系結構設計、組網雷達建模、電磁環境模擬、效應表征與應用等方面具有先進性。對抗效果評估系統利用所記錄的對抗過程數據，依據一定的準則和方法對學生提出的方法做出客觀科學的評價，并基于矩陣式電磁環境效應表征體系進行主要成分分析，從而判斷產生影響的主要環節，為進一步改進和提升算法提供依據。

圖2 組網雷達對抗仿真平臺

2.2 系統功能

組網雷達對抗仿真平臺對本科生、研究生創新實踐支撐體現在以下四個方面：

第一，雷達處理算法創新：平臺中雷達仿真分系統采用組件化可重構設計，學員只要按照統一接口設計雷達信號和數據處理的部分算法，就可以方便替換原有算法，構成新型雷達仿真分系統，從而進行對抗仿真，檢驗雷達處理算法的有效性和適應性。

第二，偵察算法創新：平臺中雷達偵察仿真分系統采用組件化可重構設計，學員只要按照統一接口設計偵察分選與識別的算法，就可以方便替換原有算法，構成新型雷達偵察仿真分系統，從而進行對抗仿真，檢驗偵察算法的有效性和適應性。

第三，干擾方法創新：平臺中雷達干擾仿真分系統采用組件化可重構設計，學員只要按照統一接口設計干擾樣式、干擾策略，就可以方便替換原有算法，構成新型雷達干擾仿真分系統，從而進行對抗仿真，檢驗干擾算法的有效性和適應性。

第四，指揮決策創新：學員通過平臺的效應數據庫、二維態勢、三維態勢以及評估結果，可以分別站在雷達、偵察、干擾等角度查看自身操作和決策能力，從而分析存在的不足和差距，為新型指揮決策方式提供支撐。

3 創新實踐應用實例

3.1 新型干擾方法研究

現代戰場條件下，單一的干擾模式和樣式難以實現有效干擾，迫切需要干擾機能夠在時/空/頻/極化等多域協同變化、技戰術動態調整。通過組網雷達對抗仿真平臺創新實踐，學生提出了面向任務與面向場景相結合的多域聯合干擾技術架構，綜合設計并實現了單機壓制、單機欺騙、雙/多機聯合壓制、多機協同欺騙、多機混合對抗等雷達對抗工作模式在線調整，能夠自主定義窄帶瞄頻、寬帶掃頻、寬帶阻塞、函數波調制、正規/隨機/示樣脈沖、微動調制、靈巧噪聲、距離拖引、間歇轉發、距離-速度假目標、航跡欺騙等13類對抗樣式，覆蓋了目前主流雷達對抗模式與樣式；針對大斜視角條件下的寬帶對地成像雷達欺騙難題，創新性地實現了基于逆距離徏動技術的合成孔徑雷達大場景對抗樣式模擬，欺騙對抗場景不僅尺寸大且聚焦精確。

為了解決雷達對抗信號博弈變化、動態生成等難題，學生提出了信號參數化表征方法及多域協同干擾方法，實現了典型雷達信號、有源電子干擾信號及自定義波形信號的參數現場可調和快速生成；支持根據技戰術博弈過程動態調整、生成對抗信號，針對寬帶成像監視雷達中空天虛假目標實時對抗需求，將目標位置、尺寸、散射強度等特征信息映射成信號快-慢時間域參數，進而能夠采用精密相位快速調制實現位置可控式假目標欺騙信號模擬，信號模擬速率提高50%，假目標逼真度達95.7%。

3.2 新型抗干擾方法研究

基于組網雷達對抗仿真平臺的試驗數據，學生建立了矩陣式電磁環境效應表征體系，如圖3所示，共計4個域（時、空、頻、極化）、14個節點、56個矩陣元素。該表征體系綜合采用瞬態參數和統計參數，實現了時、空、頻、極化等多域電磁環境效應精細化描述，充分反映了電磁環境對組網雷達系統信號接收、目標搜索、目標檢測、目標跟蹤、目標識別、信號融合、數據融合等處理環節的作用機理，以及環節之間的傳遞效應和積累效應，易于獲得不同環節效應之間的關聯關系。

圖3 組網雷達系統矩陣式效應表征體系

基于矩陣式效應表征體系，學生揭示了移頻假目標在時頻域上的細微差異、轉發式假目標的角閃爍效應，據此提出的一種半頻寬匹配濾波實現移頻干擾識別的方法和基于角閃爍轉發式假目標鑒別方法，并在微波暗室中進行了輻射式仿真試驗驗證，結果表明信噪比高于15dB時，目標鑒別成功率超過90%，能顯著提高我雷達對轉發干擾的適應能力，具有較大的推廣應用價值。

4 結語

將組網雷達對抗仿真平臺應用于雷達及其對抗相關課程的創新實踐，能夠幫助學生深刻理解課程中的物理概念和理論方法，還能夠幫助學生迅速建立系統性概念，有針對性地圍繞某一處理環節或某一算法進行創新。自2014年教學改革創新實踐開展以來，大量學生通過該系統提高了動手實踐能力，創新提出了多種干擾、抗干擾、偵察等方面的算法，取得了一系列研究成果。后續還將進一步升級系統能力，拓展應用范圍，為進一步增強我校信息與通信工程學科類學生的科研創新能力提供平臺支撐。