基于真實(shí)作戰(zhàn)場(chǎng)景的雷達(dá)訓(xùn)練模擬器構(gòu)想?

白 文 程小夢(mèng) 任新濤 韋 娟

（1.中國(guó)人民解放軍32206部隊(duì) 榆林 719000）（2.四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司 綿陽(yáng) 621000）

1 引言

武器系統(tǒng)在訓(xùn)練過(guò)程中，雷達(dá)訓(xùn)練一般采用兩種方法：一是外場(chǎng)測(cè)試，對(duì)真實(shí)飛機(jī)和導(dǎo)彈等實(shí)體目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)跟蹤；二是目標(biāo)模擬，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬目標(biāo)的雷達(dá)回波來(lái)完成探測(cè)［1～5］。雖然兩種方法都能對(duì)雷達(dá)進(jìn)行性能評(píng)估和驗(yàn)證，但前者需耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力，并且靈活性差、復(fù)現(xiàn)能力差，更存在一定的泄密風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)在廣泛使用后者方法，即采用雷達(dá)訓(xùn)練模擬器對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)及使用人員進(jìn)行訓(xùn)練。

2 常規(guī)雷達(dá)訓(xùn)練模擬器分析

2.1 工作原理及工作流程

常規(guī)雷達(dá)訓(xùn)練模擬的原理圖見(jiàn)圖1。

從圖1可以看出，常規(guī)雷達(dá)訓(xùn)練模擬器中，直接調(diào)用了雷達(dá)的部分模塊以便減少成本，從發(fā)射到接收的內(nèi)部通道見(jiàn)圖2。

圖1 常規(guī)雷達(dá)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)原理圖

圖2 目標(biāo)模擬內(nèi)部通道結(jié)構(gòu)圖

雷達(dá)目標(biāo)模擬的工作流程見(jiàn)圖3。

圖3 雷達(dá)目標(biāo)模擬流程示意圖

2.2 存在的問(wèn)題

通過(guò)常規(guī)雷達(dá)模擬訓(xùn)練器的通道原理圖和工作流程圖可知，通過(guò)波束駐留模擬可以分時(shí)產(chǎn)生雷達(dá)多目標(biāo)，通過(guò)延時(shí)發(fā)射完成目標(biāo)距離模擬，通過(guò)和差通道幅相差異完成目標(biāo)角度模擬［6～7］，但常規(guī)雷達(dá)訓(xùn)練模擬器仍存在以下問(wèn)題。

1）目標(biāo)特性不真實(shí)

目標(biāo)初始裝訂參數(shù)一般較為簡(jiǎn)單，只有位置速度等信息，雖然能調(diào)制出回波信號(hào)，但缺失了目標(biāo)RCS特性，只能以基于統(tǒng)計(jì)的單散射點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行模擬。一般而言，雷達(dá)目標(biāo)的統(tǒng)計(jì)類(lèi)型按照起伏特點(diǎn)分為swerling1～5，這些模型雖然簡(jiǎn)便，卻不準(zhǔn)確。

當(dāng)今戰(zhàn)爭(zhēng)面臨的目標(biāo)種類(lèi)繁多，固定翼飛機(jī)、旋翼直升機(jī)、隱身飛機(jī)、巡航導(dǎo)彈、超音速導(dǎo)彈的RCS各有特點(diǎn)，寬帶體制下常見(jiàn)單散射點(diǎn)模型更加不適用。而對(duì)目標(biāo)RCS準(zhǔn)確模擬是雷達(dá)進(jìn)行檢測(cè)概率分析和目標(biāo)分類(lèi)識(shí)別的前提。不考慮目標(biāo)RCS特性的雷達(dá)目標(biāo)模擬器在訓(xùn)練時(shí)嚴(yán)重影響作戰(zhàn)策略和訓(xùn)練效果。

2）干擾模擬缺失

目前雷達(dá)模擬器中，雷達(dá)接收機(jī)的信號(hào)非常“干凈”，僅包括目標(biāo)回波信號(hào)和彈上設(shè)備應(yīng)答信號(hào)。真實(shí)作戰(zhàn)環(huán)境中，各種干擾應(yīng)有盡有，包括噪聲干擾（瞄準(zhǔn)式噪聲干擾、阻塞式噪聲干擾、掃頻噪聲干擾、脈沖干擾、卷積噪聲干擾）、欺騙干擾（距離拖引、速度拖引、距離速度聯(lián)合拖引等）、假目標(biāo)（多個(gè)均勻假目標(biāo)或多個(gè)獨(dú)立假目標(biāo)）、閃爍干擾、梳狀譜、拖曳干擾。不考慮干擾或考慮不全面的雷達(dá)目標(biāo)模擬器在訓(xùn)練時(shí)基本只能發(fā)揮自檢作用，難以訓(xùn)練作戰(zhàn)人員的實(shí)戰(zhàn)能力。

3）沒(méi)有環(huán)境監(jiān)測(cè)

目標(biāo)模擬中，沒(méi)有考慮地理環(huán)境、天氣環(huán)境和背景環(huán)境。而在實(shí)際作戰(zhàn)中，地形因素對(duì)目標(biāo)探測(cè)影響極大，恒虛警門(mén)限系數(shù)的選擇嚴(yán)重依賴(lài)于雜波特性。因此各種地形如沙漠、農(nóng)田、城市、植被、山林、雪地等地形雜波特性研究長(zhǎng)盛不衰，甚至有各種對(duì)雜波的統(tǒng)計(jì)學(xué)模型被應(yīng)用到仿真分析，但這些模型的參數(shù)難調(diào)缺少校驗(yàn)，與工程使用還有較大差距。

在惡劣氣象條件下，例如云雨天氣，不但雷達(dá)回波衰減嚴(yán)重，還會(huì)產(chǎn)生大量氣象雜波，這些雜波體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還能運(yùn)動(dòng)，對(duì)目標(biāo)檢測(cè)帶來(lái)很大難度。同時(shí)由于火力單元工況復(fù)雜，背景環(huán)境中包含了各類(lèi)電磁信號(hào)泄露、設(shè)備遮擋、無(wú)意干擾等。這些環(huán)境因素對(duì)目標(biāo)探測(cè)造成了不良影響，必須要在雷達(dá)目標(biāo)模擬中得到體現(xiàn)。

4）模擬不成體系

一般雷達(dá)模擬器隨雷達(dá)集成，在單平臺(tái)制導(dǎo)相對(duì)體制下完成全流程的探測(cè)打擊均無(wú)問(wèn)題，而多平臺(tái)機(jī)動(dòng)協(xié)同或跨型號(hào)作戰(zhàn)訓(xùn)練時(shí)，需要一個(gè)共同基準(zhǔn)即絕對(duì)體制。采用絕對(duì)體制后，也便于大場(chǎng)景的航跡設(shè)置，便于實(shí)際地形的獲取，便于火力交叉分析等。

綜上所述，電子發(fā)射系統(tǒng)針對(duì)模擬目標(biāo)進(jìn)行模擬打靶，由于雷達(dá)目標(biāo)模擬過(guò)于簡(jiǎn)化，導(dǎo)致整個(gè)電子發(fā)射系統(tǒng)僅能解決自檢，若不改進(jìn)雷達(dá)目標(biāo)模擬而直接將電子發(fā)射系統(tǒng)用作訓(xùn)練，則會(huì)造成不良后果。

危害一：可能引發(fā)錯(cuò)誤的作戰(zhàn)策略。由于沒(méi)有包含目標(biāo)特性，目標(biāo)識(shí)別變得困難和不可靠，進(jìn)而影響目標(biāo)威脅排序和目標(biāo)逃逸區(qū)分析，這將導(dǎo)致目標(biāo)火力分配和射擊諸元計(jì)算不準(zhǔn)，最終影響了作戰(zhàn)策略，導(dǎo)致單平臺(tái)作戰(zhàn)訓(xùn)練和體系作戰(zhàn)訓(xùn)練時(shí)作戰(zhàn)效率降低。

危害二：訓(xùn)練結(jié)果可信度差。不考慮作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃，導(dǎo)致軌跡運(yùn)行后不支持更改，更不能通過(guò)事件觸發(fā)任意釋放干擾，導(dǎo)致目標(biāo)跟蹤在數(shù)據(jù)處理和信號(hào)處理兩個(gè)層面都極大降低了難度。再者，回波信號(hào)中無(wú)戰(zhàn)場(chǎng)地理環(huán)境天氣環(huán)境雜波，也不附加平臺(tái)本身電磁兼容性模擬，這可能導(dǎo)致不同作戰(zhàn)場(chǎng)景訓(xùn)練結(jié)果一致或者平臺(tái)在遮蔽角上穩(wěn)跟目標(biāo)。因此，不考慮干擾和環(huán)境的訓(xùn)練，不能給出可信的訓(xùn)練評(píng)判。

危害三：不利于實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練建設(shè)。基于理想目標(biāo)理想環(huán)境的作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練難度遠(yuǎn)低于實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練，導(dǎo)致實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練推廣難度大，訓(xùn)練人員難以得到有效成長(zhǎng)。這與習(xí)總書(shū)記所倡導(dǎo)的實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練矛盾，不利于實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練建設(shè)。

3 改進(jìn)型雷達(dá)訓(xùn)練模擬器設(shè)計(jì)構(gòu)想

3.1 設(shè)計(jì)思路

為保證訓(xùn)練狀態(tài)盡量貼近實(shí)戰(zhàn)，需對(duì)現(xiàn)有的訓(xùn)練系統(tǒng)中的雷達(dá)目標(biāo)模擬部分進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)。主要改進(jìn)點(diǎn)為：目標(biāo)特性真實(shí)化、干擾對(duì)抗真實(shí)化、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境真實(shí)化、目標(biāo)模擬通用化。

通過(guò)改進(jìn)目標(biāo)模擬平臺(tái)提升訓(xùn)練能力，改進(jìn)后的雷達(dá)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

圖4 改進(jìn)后的雷達(dá)目標(biāo)模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

改進(jìn)型雷達(dá)訓(xùn)練模擬器以適應(yīng)真實(shí)作戰(zhàn)訓(xùn)練場(chǎng)景為目標(biāo)，可實(shí)時(shí)接收雷達(dá)發(fā)射機(jī)射頻信號(hào)，可不受捷變頻或波形切換控制指令影響以減少多余接口，同時(shí)可精確記錄發(fā)射信號(hào)的相噪雜散等非理想特性。通過(guò)下變頻進(jìn)行數(shù)字儲(chǔ)頻，可以減少記錄負(fù)擔(dān)和后續(xù)回波解算負(fù)擔(dān)。其中：

1）目標(biāo)回波模塊通過(guò)查詢(xún)和內(nèi)插對(duì)應(yīng)角度和頻率的復(fù)雜目標(biāo)RCS數(shù)據(jù)庫(kù)，讀取目標(biāo)回波信息，解決目標(biāo)特性不真實(shí)的問(wèn)題。

2）電子對(duì)抗模擬模塊可實(shí)時(shí)產(chǎn)生干擾信號(hào)，通過(guò)干擾裝訂信息及觸發(fā)條件實(shí)現(xiàn)干擾信號(hào)添加，解決干擾模擬缺失的問(wèn)題。

3）雜波模擬模塊直接調(diào)用日常采集積累的雜波數(shù)據(jù)庫(kù)，完成各類(lèi)作戰(zhàn)環(huán)境下雷達(dá)信號(hào)的對(duì)應(yīng)雜波的回放，解決沒(méi)有環(huán)境監(jiān)測(cè)的問(wèn)題。

4）采用軟件平臺(tái)化設(shè)計(jì)思想，目標(biāo)模擬接受平臺(tái)調(diào)度；基于真實(shí)地理坐標(biāo)信息構(gòu)建統(tǒng)一戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，設(shè)計(jì)無(wú)線有線等各類(lèi)通信接口，支持多平臺(tái)統(tǒng)籌交互訓(xùn)練，解決模擬不成體系的問(wèn)題。

目標(biāo)回波、干擾和環(huán)境雜波經(jīng)數(shù)字頻率存儲(chǔ)與處理模塊合路后上變頻輸出，在數(shù)字基帶部分按照接收通道進(jìn)行延時(shí)和功率衰減，延時(shí)量由雷達(dá)波控計(jì)算機(jī)控制。雷達(dá)接收機(jī)在接收模擬信號(hào)后，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤、分選、射擊決策等一系列工作均按武器系統(tǒng)正常流程模擬。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

改進(jìn)后的雷達(dá)訓(xùn)練模擬器采用單通道射頻輸入、多通道射頻輸出的設(shè)計(jì)思路，其中輸出通道數(shù)可根據(jù)需求進(jìn)行配置。其射頻輸入通道可實(shí)時(shí)采集雷達(dá)輸出信號(hào)，多個(gè)輸出射頻通道用于模擬目標(biāo)角度信息，寬頻帶范圍可模擬多種類(lèi)型的干擾和背景信號(hào)，雷達(dá)裝備和雷達(dá)目標(biāo)模擬器之間共用時(shí)鐘和參考以保證頻率和時(shí)間的同步性。具體系統(tǒng)架構(gòu)見(jiàn)圖5。

圖5 改進(jìn)型雷達(dá)訓(xùn)練模擬器系統(tǒng)架構(gòu)框圖

改進(jìn)型雷達(dá)訓(xùn)練模擬器由采集存儲(chǔ)模塊、回波生成模塊、回波注入模塊三大模塊組成。其中，采集存儲(chǔ)模塊工作在雷達(dá)發(fā)射機(jī)射頻前端，完成對(duì)雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的采集，并將雷達(dá)信號(hào)和雷達(dá)參數(shù)存儲(chǔ)起來(lái)，以便進(jìn)行后續(xù)的回波生成。回波生成模塊完成高真實(shí)雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)的仿真生成。回波注入模塊將產(chǎn)生的目標(biāo)回波進(jìn)行通道相位延時(shí)后再通過(guò)射頻注入的方式發(fā)送到雷達(dá)接收機(jī)。

回波生成模塊是該系統(tǒng)的關(guān)鍵，主要完成復(fù)雜RCS、延時(shí)、相位及多普勒合成，欺騙干擾、噪聲干擾等干擾生成，雜波信號(hào)回放等功能。其中，復(fù)雜RCS通過(guò)縮比模型實(shí)測(cè)或者商業(yè)仿真軟件仿真產(chǎn)生；延時(shí)、相位及多普勒通過(guò)時(shí)域脈沖相干法等算法實(shí)現(xiàn)；欺騙干擾通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行延時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)、幅頻參數(shù)變換、多普勒偽裝等操作，以模擬電子對(duì)抗干擾場(chǎng)景；雜波信號(hào)回放功能通過(guò)對(duì)真實(shí)采集并存儲(chǔ)的雜波信號(hào)進(jìn)行回放實(shí)現(xiàn)。

3.3 功能特點(diǎn)

改進(jìn)型雷達(dá)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)具有如下功能特點(diǎn)。

1）真實(shí)性高

支持簡(jiǎn)單脈沖、線性調(diào)頻、步進(jìn)頻寬帶波形的錄取生成；

目標(biāo)RCS屬性真實(shí)模擬，可實(shí)時(shí)模擬不同種類(lèi)復(fù)雜目標(biāo)的RCS、位置和運(yùn)動(dòng)相關(guān)特征；

電子對(duì)抗實(shí)時(shí)干擾真實(shí)模擬，可模擬噪聲干擾、欺騙干擾、假目標(biāo)干擾等多種類(lèi)型干擾組合信號(hào)；

低成本創(chuàng)建逼真的“人工合成復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境”，包括地理環(huán)境、大氣環(huán)境和背景環(huán)境等。

2）體系性強(qiáng)

預(yù)留多種類(lèi)型通信接口，適應(yīng)多平臺(tái)組網(wǎng)作戰(zhàn)的需求，支持多型號(hào)、多體制雷達(dá)組網(wǎng)作戰(zhàn)和訓(xùn)練并兼容作戰(zhàn)場(chǎng)景規(guī)劃系統(tǒng)。

3）統(tǒng)籌性好

模塊化設(shè)計(jì)，方便安裝維修，支持多通道擴(kuò)展。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)常規(guī)雷達(dá)訓(xùn)練模擬器平臺(tái)進(jìn)行改進(jìn)，構(gòu)建基于真實(shí)作戰(zhàn)場(chǎng)景的雷達(dá)訓(xùn)練模擬器，可以支撐構(gòu)建多種目標(biāo)在指定環(huán)境及復(fù)雜電子對(duì)抗條件下進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練，預(yù)期效益如下。

1）形成一個(gè)系統(tǒng)

形成了一個(gè)基于高真實(shí)信號(hào)模擬的作戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)常規(guī)訓(xùn)練系統(tǒng)的雷達(dá)目標(biāo)模擬部分進(jìn)行改進(jìn)，達(dá)到貼近實(shí)際作戰(zhàn)、改進(jìn)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法、優(yōu)化作戰(zhàn)效能的目的。

2）保障兩個(gè)要素

保障裝備發(fā)展，通過(guò)作戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)可評(píng)估裝備的作戰(zhàn)效能，對(duì)工業(yè)部門(mén)的裝備設(shè)計(jì)提出使用反饋和改進(jìn)建議，保障裝備健康良性發(fā)展。

保障人才培養(yǎng)，通過(guò)作戰(zhàn)訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練，不斷優(yōu)化作戰(zhàn)戰(zhàn)法，培養(yǎng)懂作戰(zhàn)、懂指揮、懂裝備使用的高端軍事人才。

3）完成三個(gè)轉(zhuǎn)變

完成雷達(dá)訓(xùn)練目標(biāo)特性轉(zhuǎn)變，從起伏點(diǎn)目標(biāo)變?yōu)閺?fù)雜體目標(biāo)，目標(biāo)特性涵蓋固定翼飛機(jī)、直升機(jī)、隱身飛機(jī)、無(wú)人偵察機(jī)、預(yù)警機(jī)、干擾機(jī)、巡航導(dǎo)彈、超音速導(dǎo)彈等。

完成雷達(dá)訓(xùn)練干擾對(duì)抗轉(zhuǎn)變，從無(wú)干擾變?yōu)槎喔蓴_組合觸發(fā)，包括瞄準(zhǔn)式噪聲干擾、阻塞式噪聲干擾、掃頻噪聲干擾、脈沖干擾、卷積噪聲干擾、距離拖引、速度拖引、距離速度聯(lián)合拖引、多假目標(biāo)、閃爍干擾、梳狀譜、拖曳干擾等。

完成雷達(dá)訓(xùn)練環(huán)境復(fù)現(xiàn)轉(zhuǎn)變，從純凈背景變?yōu)樯衬⑥r(nóng)田、城市、植被、山林、雪地等地形在雨、云、雪天氣下的場(chǎng)景復(fù)現(xiàn)。