● Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 复杂电磁环境雷达新型威胁信号建模与仿真 欧阳志宏，李修和，丁锋 （电子工程学院战术系，安徽合肥２３００３７） 摘要：复杂电磁环境中雷达新型威胁信号相对传统威胁信号具有更强的相干性和隐蔽性，信号环 境对雷达装备构成较大威胁。针对目前对该类环境信号干扰机理和数学模型欠缺系统性研究的问题，分 析了环境的组成要素，并对典型的信号样式建立了数学模型。最后，研制开发了雷达信号环境全数字仿 真模拟系统，在该系统上实现了信号模型的仿真验证。仿真结果表明了模型的合理性和有效性。 关键词：雷达威胁信号环境；新型；建模；仿真 中图分类号：ＴＮ９５ 文献标识码：Ａ 文章编号：０２５８—７９９８（２０１５）０３—０１４７—０４ ＤＯＩ：１０．１６１５７／ｉ．ｉｓｓｎ．０２５８—７９９８．２０１５．０３．０３９ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｒａｄａｒ ｎｅｗ ｍｅｎａｃｅ ｓｉｇｎａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎ ｃｏｍｐｌｅｘ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｏｕｙａｎｇ Ｚｈｉｈｏｎｇ，Ｌｉ Ｘｉｕｈｅ，Ｄｉｎｇ Ｆｅｎｇ （Ｄｅｐｔ．ｏｆ Ｔａｃｔｉｃｓ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｅｆｅｉ ２３００３７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｂｅｔｔｅｒ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｃｏｖｅｒｔｎｅｓｓ，ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｍａｄｅ ｕｐ ｏｆ ｎｅｗ ｒａｄａｒ ｊａｍｍｉｎｇ ｓｉｇｎａｌｓ ｓｈｏｗｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｍｅｎａｅｅ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｒａｄａｒ ｍｅｎａｃｅ ｓｉｇｎａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｏｎ ｉｔ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ，ｔｈｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｖｉ— ｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｒｆｅｒｅｎｃｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｆｉｒｓｔｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｍｏｄｅｌｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｒａｄａｒ ｓｉｇｎａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｖａｌｉｄｉｔｙ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒａｄａｒ ｍｅｎａｃｅ ｓｉｇｎａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ｎｅｗ；ｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ０引言 构建贴近实战的训练电磁环境是开展复杂电磁环 行了建模，最后搭建了雷达信号环境全数字仿真模拟系 统，实现了信号模型的仿真验证。 境下军事训练的前提。复杂电磁环境的实装构建难度 大、代价高，而全数字化模拟的构建方法具有灵活性强、 可操作性好、代价小等诸多优点，是电磁环境构建的重 要手段和研究热点，也为装备复杂电磁环境适应性检验 提供了有力支持。要通过全数字化模拟的方式构建逼 真、可信的电磁环境，前提是对新型和传统的环境构成 １雷达威胁信号环境分析 复杂电磁环境下雷达所面临的威胁信号环境，其主 要构成要素是敌方有意施放的干扰信号。雷达威胁信号 环境模拟时，不仅要考虑模拟传统的有源压制性干扰、有 源欺骗性干扰和无源干扰［２１，更要特别关注新出现的、 对雷达威胁程度更大的干扰信号［３－４１。传统的干扰样式 由于无法获得脉冲处理增益，干扰功率利用率低，甚至 不能达到有效干扰的目的。若雷达采用超低旁瓣、旁瓣 对消和旁瓣匿隐等技术，更使得干扰能力大大减弱。 新型威胁信号往往兼有欺骗干扰和噪声干扰的特 要素建立准确的信号模型并仿真验证模型的合理性…。 雷达新型威胁信号相对于传统威胁信号具有更强 的相干性和隐蔽性，信号环境对雷达装备构成了更大的 威胁。然而，目前对于雷达新型威胁信号的干扰机理和 数学模型的研究不成系统性，且未能突出此类信号的高 威胁性，难以达到贴近实战的要求。本文深入分析了雷 点，由于采用了数字射频存储技术，干扰信号与目标回 波信号在时域和频域上具有很强的相似性，可以在雷达 达新型威胁信号环境的构成要素，并对典型信号样式进 基金项目：安徽省自然科学基金（１３０８０８５ＱＦ１０５） 信号处理中得到脉冲压缩增益和相参积累增益，具有较 高的干扰功率利用率。在脉冲压缩之后可以对目标回波 】４７ 《电子技术应用》２０１５年第４１卷第３期 ■ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 形成良好的遮盖，更能在灵活控制下产生密集型假目标 信号，有效并隐蔽地淹没目标回波，使雷达难以检测跟 踪目标，获得较好的干扰效果。基于以上分析，雷达威胁 信号环境研究应对新型威胁信号环境加以特别关注，其 组成要素如图１所示。 阻塞式噪声千扰 瞄准式噪声干扰 传 芷臣离欺骗干扰 统 速度欺骗干扰 威 角度欺骗干扰 胁 箔条干扰 雷 危反射器干扰 达 威 无源假目标诱饵ｊ＝扰 胁 信 移频干执 号 移频密集假目标干扰 新 前沿脉冲复制干扰 型 脉内等间隔采样干扰 威 间歇采样循环转笈干扰 胁 卷积噪声千扰 基于群延迟的前移干扰 图１雷达威胁信号环境组成 ２新型威胁信号环境数学建模 选取新型威胁信号典型代表：基于移频的密集假目 标干扰、前沿脉冲复制干扰、脉内等间隔采样干扰和卷 积噪声干扰，建立数学模型［５－６］。 （１）基于移频的密集假目标干扰 基于移频的密集假目标干扰是通过叠加多个移频 干扰信号实现密集假目标干扰。通过控制每个移频干扰 脉冲的移频量可以控制干扰信号脉压后的峰值位置，从 而产生多个相邻的假目标。为了使脉压后的峰值具有随 机性，可以用噪声对移频干扰脉冲的幅度进行调制。以 线性调频信号为例，建立基于移频的密集假目标干扰的 时域数学模型，表达式如下： 、 Ｓ（￡）＝ Ａ／ｚｉｓｉｎ［２＂ｒｒ（ 一Ｂ／２＋ ）＋０．５ｋｔ）ｔ】０＜ ＜Ｔ（１） ｉ＝ｌ 式中，Ａ为干扰信号幅度； 为服从０～ｌ均匀分布的调 制噪声；． 为信号中心频率；Ｔ为雷达信号脉冲宽度； ： Ｂ／Ｔ为线性调频斜率；Ｂ为调频带宽； 为每个移频干 扰脉冲的移频量；Ｎ为叠加的移频干扰脉冲数量。 ｆ２）前沿脉冲复制干扰 前沿脉冲复制干扰较好地解决了全脉冲干扰要求 存储容量大和最小延迟时间长的问题，实现了收发隔 离。该干扰样式只复制从脉冲前沿开始的脉宽内部分雷 达信号。然后连续地循环转发。通过控制复制脉冲宽度 的大小，可以控制假目标出现的个数和位置。以线性调 １４８ 欢迎网上投稿ｗｗｗ．ＣｈｉｎａＡＥＴ．ｃｏｍ 频信号为例，建立前沿脉冲复制干扰的时域数学模型， 表达式如下： Ｓ（ ）＝ ｆ０ ０≤ ＜ ｒ ｛Ａ ｓｉｎ［２＇ｒｒ（ 一ＢＩ２＋Ａｆ）＋Ｏ．５ｋ（ｔ ｍｏｄ（ ）））（ ｒｏｏｄ（ｒ））】 ｌ｝ ｆ≤ｔ＜Ｔ （２） 式中，７为复制脉宽；ｔ ｍｏｄ（ｒ）表示ｔ取 的余数。 （３）脉内等间隔采样干扰 脉内等间隔采样干扰是在雷达信号的一个脉冲宽 度内，通过交替的接收和转发来完成对雷达的干扰，这 也是解决收发隔离问题的一种技术方案。相对于前沿脉 冲复制干扰，其具有更好的相干性，对雷达的欺骗作用 更大。以线性调频信号为例，建立脉内等间隔采样干扰 的时域数学模型，表达式如下： Ｓ（￡）＝ Ａｕ（ｔ—ｒ）ｓｉｎ［２￣ｒ（（ 一Ｂ／２＋Ａｆ）＋Ｏ．５ｋ（￡一ｒ））（ ）】０＜￡＜Ｔ （３） 式中，．ｒ为取样时间间隔；“（ｔ）是幅度为ｌ、脉宽为ｒ、重 复周期为２ 的矩形脉冲函数。 ｆ４）卷积噪声干扰 目前的数字射频存储器件在实现宽带雷达干扰、高 密度假目标干扰和连续波噪声干扰等方面存在着多种 困难，卷积噪声干扰可以产生可控的高密度、多假目标 干扰。该干扰不仅具有噪声干扰特性，而且在时域和频 域上对目标回波产生重叠和覆盖，从而大大提高对新体 制雷达的干扰效率。建立卷积噪声干扰的时域数学模 型，表达式如下： Ｓ（ｆ）＝Ｕ（ｔ） Ｓ（ｔ）＝ＩＦＦｒ［ＦＦＴ（ （ｆ））ＦＦＴ（Ｓ（ｔ））】０＜ ＜Ｔ （４） 式中，ｓ（ｔ）代表雷达信号；ｕ（ｔ）是调制噪声。 ３信号仿真系统设计与仿真实验 ３．１雷达信号环境全数字仿真模拟系统 基于ＨＬＡ开发了雷达信号环境全数字仿真模拟系 统１７－８１。该系统既能够作为雷达信号环境的仿真平台单 机运行，又可以作为复杂电磁环境下武器装备体系对抗 仿真的子系统运行，为环境信号显示、综合态势显示、雷 达作战效能与干扰效能评估等提供数据支撑。系统包括 的联邦成员有８类：雷达信号环境、干扰信号环境、杂波 噪声信号环境、信号时频特性、场景设置、综合态势、评 估和联邦控制。雷达信号环境全数字仿真联邦结构如 图２所示。 仿真联邦成员的主要功能如表１所示。系统作为复 杂电磁环境下武器装备体系对抗仿真的子系统运行时， 包含了单机运行的全部功能，仿真的基本过程是： ｆ１）从仿真资源库的编制中选择所需部署的雷 达装备和雷达干扰装备，按照一定的作战目的和部署原 则进行装备配置，设置装备参数，同时部署雷达目标； 《电子技术应用》２０１５年第４１卷第３期 ｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 形成良好的遮盖，产生的密集假目标能够有效并隐蔽地 研究【Ｊ】．现代雷达，２０１３，３５（４）：ｌ一５． 【５】张毅．雷达干扰建模与仿真［Ｄ】．西安：西安电子科技大学， ２００９． 淹没目标，建立的数学模型是正确、可信的。’ ４结论 本文建立的雷达威胁信号环境模型体系完整地覆 盖了复杂电磁环境下雷达所面临的威胁信号种类，分析 【６］余志斌，金炜东，张葛祥．基于局域波分解的雷达辐射源 信号时频分析【Ｊ】．计算机应用研究，２００８，２５（１Ｏ）：３１４２— ３１４４． 了雷达新型威胁信号的干扰机理，突出了雷达新型威胁 信号环境的重要地位，建立的数学模型是对复杂电磁环 境全数字模拟构建的有力支撑。研制开发的雷达信号环 境全数字仿真模拟系统为复杂电磁环境信号级仿真提 供了数据支持和实现方法。 参考文献 ［１］王小念，苏福，余巍，等．复杂电磁环境下的雷达对抗问 题【Ｊ】．现代雷达，２００８，３０（４）：２１—２５． ［２】赵国庆．雷达对抗原理［Ｍ】 西安：西安电子科技大学出版 社，２００９． ［７】王磊，卢显良，陈明燕，等．一种基于分布式结构的雷达系 统仿真引擎机制研究［Ｊ】．计算机应用研究，２０１２，２９（１）： ２２０—２２３． ［８］毕大平，祝本玉．雷达电子战仿真系统设计【Ｊ】．信息与电 子工程，２０１０，８（４）：３９３—３９６． （收稿日期：２０１４－ｌ１－０８） 作者简介： 欧阳志宏（１９８３一），男，硕士，讲师，主要研究方ｒｎｊ：雷达 对抗、复杂电磁环境构建。 李修和（１９７５一），男，博士，副教授，主要研究方向：组网 雷达对抗、信息战作战效能评估。 ［３】刘建成，刘忠，王雪松，等．基于群延迟的前移干扰研究［Ｊ］． 自然科学进展，２００７，１７（１）：９９—１０５． 丁锋（１９７８一），男，博士，讲师，主要研究方向：雷达对 抗、组网雷达数据融合。 电源１—— 【４】李淑华，黄晓刚，刘平．复杂电磁环境下雷达抗干扰技术 （上接第１４６页） ＧＢＩ２Ｔ４）的 、ＵＧＥ、Ｊ。的关系图。当Ｕｃ￣：＝２０Ｖ时，在室温 ＝１０ Ｖ即可输出１００ Ａ的负载电流，¨。 下，栅源电压 此时ＩＧＢＴ处于最佳工作点，因此，只需要检测 的电 压，并通过ＡＤ采样送给单片机进行算法处理，得出直 流电源电压 的控制量，再经过ＤＡ输出，即可使 随 着负载 的变化而变化，从而满足每台激光器驱动电 温 温睾堕蔗堡 魏 建照堡 ｌｌ Ｉ梭测ｌ — Ｉ ｌ Ｉｌ 同步信号 通信 分配器 蝴ｔ 『 流，ｎ不变的目的，实现电压的自适应。 ４电源故障保护 每一台电源都含有各种保护，包括过压保护、过流 保护、温度保护。阵列电源的特殊之处在于当某一台电 源发生故障时，其他电源均要获取故障信息，并同时进 参考文献 蝴 圜 Ｉ＿ 图６故障保护的 意图 ［１］杨红伟，黄科，陈宏泰，等．高效率大功率连续半导体激 光器［Ｊ】．微纳电子技术，２０１０，４７（２）：７１－７５． 【２】姜晓华，陈瑜．准连续大功率半导体激光器电源［Ｊ】．长春 光学精密机械学院学报，２００１，２４（３）：ｌ一４． ［３］卢凯，刘百玉，白永林，等．大功率半导体激光器驱动电 行保护。因为阵列电源主要应用于６路激光器相干合成 研究中，当其中一台激光器发生异常，势必会对其他几 台激光器产生不可预知的后果，诸如泵浦不均匀、光束 质量下降、光斑缺失等。所以，阵列电源的故障保护要协 调统一。故障保护的示意图如图６所示。当某一台发生 故障时，该台电源首先切断高压直流电源，分析故障类 源的设计【Ｊ】．红外与激光工程，２０１２，４１（１０）：２６８０－２６８４ ［４】李亚维，丁明军，马成刚－８０ ｋＶ可调节高压脉冲方波脉 冲电源的研制［Ｊ】．强激光与粒子柬，２０１３，２５（１０）：２７４２～ ２７４６． 型，并经过串口将故障信息上传至上位机；上位机根据 故障类型判断需要的动作，进而将相应的动作经过串口 传给其他电源，使其他电源做出反应。 ５结语 针对高功率脉冲半导体泵浦激光器相干合成的特 殊需要，设计完成６路阵列电源。重点分析阵列电源的 同步输出、电压自适应和可靠性保护等问题。该６路激 ［５】阎得科，孙传东，冯莉，等．高功率窄脉宽半导体激光激 励器设计【Ｊ］．应用光学，２０１１，３２（１）：１６５一ｔ６９． （收稿日期：２０１４－０９—２５） 作者简介： 孙斌（１９７１一），男，硕士，副教授，主要研究方向：激光 应用、光电控制。 光器阵列电源已在“六路激光相干合成”研究中得到应 用。经过试验验证，同步误差少于１ ｔｘｓ，电压可完全实现 初华（１９８５一），通信作者，男，硕士，讲师，主要研究方 向：激光应用、光电控制，Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｈｕｈｕａ６６６＠１２６．ｃｏｍ。 自适应，可靠性工作良好，相干合成后的激光能量可达 到３５ Ｊ。 黎伟（１９８３一），男，硕士，讲师，主要研究方向：激光应 用、光电控制。 １５０ 欢迎网上投稿ｗｗｗ．ＣｈｉｎａＡＥＴ．ｃｏｒｎ 《电子技术应用》２０１５年第４１卷第３期
