基于XSIM 平臺某型雷達數字模型設計與實現?

王學良 周文強

（1.92941部隊 葫蘆島 125001）（2.中國電子科技集團公司第十四研究所 南京 210000）

1 引言

在現代信息化戰爭中，單一武器系統決勝作用逐漸弱化，體系對抗能力將成為制勝關鍵。從近年來各地區高技術局部戰爭情況看，體系對抗態勢呈現復雜化、多元化，一體化聯合作戰樣式更為凸顯，作為體系作戰不可或缺的關鍵點，以雷達為主體的預警探測及目標引導能力至關重要［1～2］。鑒于和平環境下，體系對抗缺少有效的平臺、環境支撐，因此，一般采用計算機仿真技術對系統進行建模，實現體系作戰條件下綜合能力仿真評估。在體系作戰仿真過程中，由于仿真要素多、仿真過程實時性要求高等條件限制，需要對雷達數字模型仿真粒度和復雜度進行合理控制，以節約仿真資源。本次雷達數字模型為任務級，主要完成預警探測和目標指引功能性仿真模擬。

2 雷達數字模型基本需求

在對美某型雷達進行情報調研與反設計研究的基礎上，結合仿真模型應用背景，明確雷達模型詳細功能需求，通過功能模塊拆解并分模塊建模，最終完成雷達模型的構建［3～4］。雷達功能模擬的基本需求如下：

1）具備模擬美某型艦載雷達戰術技術特性及工作過程功能；

2）雷達探測模型具備接收目標實時位置及特性信息模擬雷達裝備的作戰過程和作戰性能，輸出探測結果功能；

3）具備模型工作參數設定，具備模型工作狀態、探測信息等顯示功能；

4）仿真步長：TAS模式下數據率10Hz；

5）目標類型：氣動類、彈道類等；

6）目標數量：TAS模式30批，TWS模式500批。

3 軟件設計實現

3.1 軟件組成

雷達數字模型庫包含四個文件，分別是Radar-Simulation.dll、RadarSimulation.lib、RadarSimulation.h 和雷達模型參數.txt。模型庫僅與XSim Studio 平臺交互，平臺通過調用模型庫的函數來完成功能實現［5］，功能框圖參見圖1。

圖1 雷達模擬軟件的功能框圖

3.2 軟件部署

操作系統：Windows XP/Windows 7/Windows 8/Windows 10/Windows Server 2003/Windows Server 2008。

開發環境：Visual Studio 2010。

模型庫不依賴任何第三方庫，在Windows平臺上，將庫文件拷入XSIM 開發平臺中并配置好環境參數，模擬庫即可正常調用?！独走_模型參數.txt》作為雷達信息的配置文件，可在文件中配置該雷達的各項性能參數。庫文件說明詳見表1。

表1 庫文件說明

3.3 軟件流程

雷達數字模型主要實現探測、引導及目指保障功能。模型提供雷達在威力范圍內的探測跟蹤功能，對多方向、多角度、多類型的目標實現穩定跟蹤，并對不同需求的跟蹤目標進行多種數據率、多種精度的仿真，數據率及精度指標與裝備雷達相近［6～8］。模型提供指揮控制系統下發的引導指令進行處理，將引導跟蹤的目標位置輸入到雷達威力計算方程中，得出雷達能否對該批目標實現截獲跟蹤的結論，并向指揮控制系統反饋是否能穩定跟蹤，在收到引導命令且能夠進行引導跟蹤的情況下，模型則會對引導目標截獲建航之后進行穩定跟蹤［3，9～10］。模型為武器控制系統提供最多30 批的目標指示功能，對于存在超過30 批目標的飽和攻擊態勢，模型可以根據目標威脅度排序來優先保障威脅等級較高的目標，同時可以兼顧中遠程探測及低空警戒。雷達數字模型軟件流程如圖2所示。

圖2 雷達數字模型軟件流程

3.4 接口報文

模型庫給平臺提供了8 個接口報文，平臺通過調用此類接口函數可以完成雷達仿真功能，主要包括雷達初始化函數、設置雷達參數、設置雷達站址、設置雷達探測距離、獲取雷達信息、獲取雷達探測信息、設置雷達引導參數、獲取雷達引導信息等。詳見表2。

表2 接口函數說明

4 動態驗證

采用動態模型驗證方法對雷達數字模型進行驗證。將實測數據（或情報數據）的初始條件作為仿真試驗的初始條件，將仿真程序計算的實體軌跡、飛行速度和姿態角等與實測數據（或情報數據）對比，通過計算動態數據的TIC 不等式系數、相關系數給出仿真模型的驗證結論。

4.1 驗證方法

4.1.1 TIC不等式系數

設{xn} 和{yn} 分別為飛行試驗和仿真試驗的觀測序列，n=1,2,…,N。定義這兩序列的Theil不等式系數（TIC）：

該系數的取值從0 到1，0 表示兩序列完全相同。TIC 不等式系數指標計算方便，不涉及時序的分布特性［11］。

4.1.2 相關系數法

相關系數法同TIC 不等式系數法一樣比較直觀，也可作為一種粗略的定量分析手段［11］。設兩個序列{xn} 和{yn} 分別是飛行試驗記錄樣本與仿真模型輸出序列樣本，N為數據長度。定義平均歐氏距離系數：

相關系數：

角余弦系數：

平均歐氏距離是對兩序列之間絕對誤差的一種描述，相關系數和角余弦系數的取值范圍為0～1，越接近1表明兩序列的相關性越大。

4.2 驗證結果

通過動態參數模型驗證方法［12］，將雷達的仿真數據和實測數據代入計算模型，分別得出比對結果。詳見表3。

表3 動態驗證結果

5 結語

本文針對美某型艦載雷達使命任務和基本性能，提出了一種基于XSIM 平臺某型艦載雷達數字模型設計方法和技術實現，根據動態模型驗證方法對數字模型驗證的結果表明數字模型滿足仿真要求。該模型可有效支撐任務級或交戰級數字仿真，可通過函數調用方式完成任務中雷達功能仿真模擬實現。