復雜電磁環境雷達新型威脅信號建模與仿真*

歐陽志宏，李修和，丁 鋒

（電子工程學院 戰術系，安徽 合肥230037）

復雜電磁環境雷達新型威脅信號建模與仿真*

歐陽志宏，李修和，丁 鋒

（電子工程學院 戰術系，安徽 合肥230037）

復雜電磁環境中雷達新型威脅信號相對傳統威脅信號具有更強的相干性和隱蔽性，信號環境對雷達裝備構成較大威脅。針對目前對該類環境信號干擾機理和數學模型欠缺系統性研究的問題，分析了環境的組成要素，并對典型的信號樣式建立了數學模型。最后，研制開發了雷達信號環境全數字仿真模擬系統，在該系統上實現了信號模型的仿真驗證。仿真結果表明了模型的合理性和有效性。

雷達威脅信號環境；新型；建模；仿真

0 引言

構建貼近實戰的訓練電磁環境是開展復雜電磁環境下軍事訓練的前提。復雜電磁環境的實裝構建難度大、代價高，而全數字化模擬的構建方法具有靈活性強、可操作性好、代價小等諸多優點，是電磁環境構建的重要手段和研究熱點，也為裝備復雜電磁環境適應性檢驗提供了有力支持。要通過全數字化模擬的方式構建逼真、可信的電磁環境，前提是對新型和傳統的環境構成要素建立準確的信號模型并仿真驗證模型的合理性[1]。

雷達新型威脅信號相對于傳統威脅信號具有更強的相干性和隱蔽性，信號環境對雷達裝備構成了更大的威脅。然而，目前對于雷達新型威脅信號的干擾機理和數學模型的研究不成系統性，且未能突出此類信號的高威脅性，難以達到貼近實戰的要求。本文深入分析了雷達新型威脅信號環境的構成要素，并對典型信號樣式進行了建模，最后搭建了雷達信號環境全數字仿真模擬系統，實現了信號模型的仿真驗證。

1 雷達威脅信號環境分析

復雜電磁環境下雷達所面臨的威脅信號環境，其主要構成要素是敵方有意施放的干擾信號。雷達威脅信號環境模擬時，不僅要考慮模擬傳統的有源壓制性干擾、有源欺騙性干擾和無源干擾[2]，更要特別關注新出現的、對雷達威脅程度更大的干擾信號[3-4]。傳統的干擾樣式由于無法獲得脈沖處理增益，干擾功率利用率低，甚至不能達到有效干擾的目的。若雷達采用超低旁瓣、旁瓣對消和旁瓣匿隱等技術，更使得干擾能力大大減弱。

新型威脅信號往往兼有欺騙干擾和噪聲干擾的特點，由于采用了數字射頻存儲技術，干擾信號與目標回波信號在時域和頻域上具有很強的相似性，可以在雷達信號處理中得到脈沖壓縮增益和相參積累增益，具有較高的干擾功率利用率。在脈沖壓縮之后可以對目標回波形成良好的遮蓋，更能在靈活控制下產生密集型假目標信號，有效并隱蔽地淹沒目標回波，使雷達難以檢測跟蹤目標，獲得較好的干擾效果?；谝陨戏治?，雷達威脅信號環境研究應對新型威脅信號環境加以特別關注，其組成要素如圖1所示。

圖1 雷達威脅信號環境組成

2 新型威脅信號環境數學建模

選取新型威脅信號典型代表：基于移頻的密集假目標干擾、前沿脈沖復制干擾、脈內等間隔采樣干擾和卷積噪聲干擾，建立數學模型[5-6]。

(1)基于移頻的密集假目標干擾

基于移頻的密集假目標干擾是通過疊加多個移頻干擾信號實現密集假目標干擾。通過控制每個移頻干擾脈沖的移頻量可以控制干擾信號脈壓后的峰值位置，從而產生多個相鄰的假目標。為了使脈壓后的峰值具有隨機性，可以用噪聲對移頻干擾脈沖的幅度進行調制。以線性調頻信號為例，建立基于移頻的密集假目標干擾的時域數學模型，表達式如下：

式中，A為干擾信號幅度；μi為服從 0～1均勻分布的調制噪聲；f0為信號中心頻率；T為雷達信號脈沖寬度；k= B/T為線性調頻斜率；B為調頻帶寬；Δfi為每個移頻干擾脈沖的移頻量；N為疊加的移頻干擾脈沖數量。

(2)前沿脈沖復制干擾

前沿脈沖復制干擾較好地解決了全脈沖干擾要求存儲容量大和最小延遲時間長的問題，實現了收發隔離。該干擾樣式只復制從脈沖前沿開始的脈寬內部分雷達信號，然后連續地循環轉發。通過控制復制脈沖寬度的大小，可以控制假目標出現的個數和位置。以線性調頻信號為例，建立前沿脈沖復制干擾的時域數學模型，表達式如下：

式中，τ為復制脈寬；t mod(τ）表示t取τ的余數。

(3)脈內等間隔采樣干擾

脈內等間隔采樣干擾是在雷達信號的一個脈沖寬度內，通過交替的接收和轉發來完成對雷達的干擾，這也是解決收發隔離問題的一種技術方案。相對于前沿脈沖復制干擾，其具有更好的相干性，對雷達的欺騙作用更大。以線性調頻信號為例，建立脈內等間隔采樣干擾的時域數學模型，表達式如下：

式中，τ為取樣時間間隔；u(t)是幅度為 1、脈寬為 τ、重復周期為2τ的矩形脈沖函數。

(4)卷積噪聲干擾

目前的數字射頻存儲器件在實現寬帶雷達干擾、高密度假目標干擾和連續波噪聲干擾等方面存在著多種困難，卷積噪聲干擾可以產生可控的高密度、多假目標干擾。該干擾不僅具有噪聲干擾特性，而且在時域和頻域上對目標回波產生重疊和覆蓋，從而大大提高對新體制雷達的干擾效率。建立卷積噪聲干擾的時域數學模型，表達式如下：

式中，S(t)代表雷達信號；U(t)是調制噪聲。

3 信號仿真系統設計與仿真實驗

3.1 雷達信號環境全數字仿真模擬系統

基于HLA開發了雷達信號環境全數字仿真模擬系統[7-8]。該系統既能夠作為雷達信號環境的仿真平臺單機運行，又可以作為復雜電磁環境下武器裝備體系對抗仿真的子系統運行，為環境信號顯示、綜合態勢顯示、雷達作戰效能與干擾效能評估等提供數據支撐。系統包括的聯邦成員有8類：雷達信號環境、干擾信號環境、雜波噪聲信號環境、信號時頻特性、場景設置、綜合態勢、評估和聯邦控制。雷達信號環境全數字仿真聯邦結構如圖2所示。

仿真聯邦成員的主要功能如表1所示。系統作為復雜電磁環境下武器裝備體系對抗仿真的子系統運行時，包含了單機運行的全部功能，仿真的基本過程是：

(1)從仿真資源庫的部隊編制中選擇所需部署的雷達裝備和雷達干擾裝備，按照一定的作戰目的和部署原則進行裝備配置，設置裝備參數，同時部署雷達目標；

圖2 雷達信號環境全數字仿真聯邦結構圖

表1 雷達信號環境全數字仿真聯邦成員功能表

(2)設置一定的作戰場景，包括設置各成員的運動路線和編隊組成；

(3)按照預設任務，雷達對目標實施探測，接收回波進行信號處理；同時干擾方接收到雷達信號，處理分析后選擇合適的干擾樣式，設置干擾參數，實施雷達干擾；

(4)雷達被干擾后，出現被壓制或欺騙的情況，探測能力下降；

(5)對雷達作戰效能和干擾效能進行評估，得出量化指標，提出相應的結論和建議。

仿真過程中的信號時頻特性顯示界面如圖3所示。

圖3 雷達信號環境全數字仿真模擬系統信號時頻特性顯示界面

3.2 仿真分析

運用雷達信號環境全數字仿真模擬系統分別對一個脈沖寬度內的基于移頻的密集假目標干擾信號和脈內等間隔采樣干擾信號的時域波形及頻譜圖進行了仿真分析。公共參數設置如下：雷達信號為線性調頻信號，脈沖幅度A=1 V，載頻f0=10 MHz，脈沖寬度T=10 μs，調頻帶寬B=2 MHz，采樣頻率fS=40 MHz。

(1)實驗1：基于移頻的密集假目標干擾信號仿真

參數設置：移頻干擾脈沖數 N=10，均勻移頻量 Δfi= 0.1×i MHz，i=1…N。仿真結果如圖4所示。

從圖4可以看出，基于移頻的密集假目標干擾信號在時域上以 t=T/2為中心成對稱分布，在頻域上以 f0= 10 MHz為中心頻率，完全覆蓋了線性調頻信號帶寬。

(2)實驗 2：脈內等間隔采樣干擾信號仿真

參數設置：取樣時間間隔τ=T/10。仿真結果如圖 5所示。

圖4 基于移頻的密集假目標干擾信號時域波形及頻譜圖

圖5 脈內等間隔采樣干擾信號時域波形及頻譜圖

從圖5可以看出，脈內等間隔采樣干擾信號是對原雷達信號進行多次局部抽樣所得的部分原信號；在頻域上的頻率覆蓋范圍跨度超過原雷達信號帶寬，但頻譜內容是原雷達信號帶寬內的一部分。

綜合以上的仿真分析，得出結論：仿真結果與理論分析是一致的，干擾信號可以對目標回波形成良好的遮蓋，產生的密集假目標能夠有效并隱蔽地淹沒目標，建立的數學模型是正確、可信的。

4 結論

本文建立的雷達威脅信號環境模型體系完整地覆蓋了復雜電磁環境下雷達所面臨的威脅信號種類，分析了雷達新型威脅信號的干擾機理，突出了雷達新型威脅信號環境的重要地位，建立的數學模型是對復雜電磁環境全數字模擬構建的有力支撐。研制開發的雷達信號環境全數字仿真模擬系統為復雜電磁環境信號級仿真提供了數據支持和實現方法。

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圖6 故障保護的示意圖

參考文獻

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(收稿日期：2014-09-25)

作者簡介：

孫斌（1971-），男，碩士，副教授，主要研究方向：激光應用、光電控制。

初華（1985-），通信作者，男，碩士，講師，主要研究方向：激光應用、光電控制，E-mail：chuhua666@126.com。

黎偉（1983-），男，碩士，講師，主要研究方向：激光應用、光電控制。

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)

Because of better coherence and covertness,the environment made up of new radar jamming signals shows greater menace than the traditional radar menace signal environment.In order to researching on it systematically,the elements of the environment and interference 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.

radar menace signal environment；new；modeling；simulation

TN95

：A

：0258-7998(2015)03-0147-04

10.16157/j.issn.0258-7998.2015.03.039

2014-11-08)

歐陽志宏(1983－)，男，碩士，講師，主要研究方向：雷達對抗、復雜電磁環境構建。

李修和(1975－)，男，博士，副教授，主要研究方向：組網雷達對抗、信息戰作戰效能評估。

丁鋒(1978－)，男，博士，講師，主要研究方向：雷達對抗、組網雷達數據融合。

安徽省自然科學基金（1308085QF105）