基于VC++的空間電磁環(huán)境仿真軟件設(shè)計

摘要：本文根據(jù)現(xiàn)代雷達信號調(diào)制復(fù)雜、參數(shù)多變以及日益密集的新特點，用射頻脈沖模型 對電子偵察接收機所處平臺的電磁信號環(huán)境進行描述，介紹了基于VC++平臺的空間電磁環(huán) 境仿真軟件的設(shè)計與實現(xiàn)，通過仿真給出接收平臺位置處信號功率圖譜和信號流密度等一系 列數(shù)據(jù)，從而為雷達電子偵察定位系統(tǒng)等相關(guān)課題的研究提供重要的參考依據(jù)。

1 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭條件下，電子對抗與反對*趨激烈，各新型雷達為對抗各種電子偵察和反輻 射設(shè)備的威脅，往往采用調(diào)制復(fù)雜、參數(shù)多變的信號形式，因而導(dǎo)致戰(zhàn)場空間的電磁環(huán)境信 號空前復(fù)雜、密集且相互交迭。這就對電子偵察和反輻射設(shè)備提出了越來越高的要求。

對電子偵察接收機所處平臺的雷達電磁環(huán)境進行數(shù)字建模和仿真，研制相應(yīng)的信號環(huán)境 合成模擬器，對加快電子戰(zhàn)系統(tǒng)的研制進程以及對其性能做出有效*估均有十分重要的意 義。而這種先進的電子戰(zhàn)設(shè)備的研制、試驗和鑒定，不能再依靠早期的外場試驗方法。一方 面不可能配備如此多的實物設(shè)備形成與實戰(zhàn)逼真的威脅信號環(huán)境；另一方面，外場試驗周期 長，試驗費用高，受氣候與環(huán)境等因素影響大。計算機仿真是動態(tài)、復(fù)雜系統(tǒng)*估的重要手 段，因此采用計算機實現(xiàn)數(shù)字仿真成為切實可行而又靈活便捷的研究手段。

2 設(shè)計與實現(xiàn)

隨著電子戰(zhàn)/信息戰(zhàn)的發(fā)展，對信號環(huán)境仿真特別是復(fù)雜、多輻射源信號環(huán)境的仿真提 出新的更高的要求，必須力求達到對電子干擾信號環(huán)境進行準確建模，對仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進 行合理設(shè)計，提高數(shù)字仿真的逼真程度。

2．1 電磁環(huán)境建模

雷達電磁環(huán)境是指到達電子戰(zhàn)設(shè)備的所有脈沖雷達輻射源信號的集合，電子戰(zhàn)設(shè)備接收 到的是這些雷達信號所形成的脈沖流。該脈沖流由許許多多某一時刻到達電子戰(zhàn)設(shè)備的射頻 脈沖組成，通常我們用脈沖描述字(PDW)來描述一部雷達射頻脈沖的基本特征參數(shù)，PDW 的組成如（1）式所示：

（1）式中各參數(shù)說明如下：

TOA 為脈沖前沿的到達時間；RF 為脈沖的載波頻率；PW 為脈沖寬度；DOA 為脈沖的 到達方位角；EOA 為脈沖的到達俯仰角；PA 為脈沖幅度或脈沖功率； i 是按照時間順序檢 測的射頻脈沖的序號。

電磁環(huán)境仿真軟件的設(shè)計就是以 PDW 為基礎(chǔ)，通過其六個參數(shù)的變化體制來表征雷達 信號的技術(shù)特性，在這里不對這六個參數(shù)的數(shù)學(xué)建模做詳細的論述。

2．2 系統(tǒng)模塊介紹

雷達電磁環(huán)境仿真軟件主要由人機界面交互模塊、偵察平臺設(shè)置模塊、威脅平臺設(shè)置模 塊、雷達信號設(shè)置模塊、信號環(huán)境計算機仿真主控模塊、仿真數(shù)據(jù)計算及數(shù)據(jù)文件生成模塊 等七個主要模塊組成，圖1 給出了這些模塊之間的關(guān)系。

各模塊的主要功能說明如下：

人機界面交互模塊提供仿真軟件的人機界面交互功能，主要用來編輯和加載動態(tài)場景文 件，顯示偵察平臺和威脅平臺列表以及接受用戶的仿真命令輸入等。

偵察平臺設(shè)置模塊用來對偵察平臺的綜合參數(shù)進行設(shè)置，如平臺名稱、工作的起始和終 止時間以及平臺運動參數(shù)的設(shè)置等。

威脅平臺設(shè)置模塊用來對各威脅平臺的綜合參數(shù)進行設(shè)置，如平臺名稱、雷達開關(guān)機時 間、天線波束類型、天線掃描參數(shù)以及平臺運動參數(shù)的設(shè)置等。

雷達信號設(shè)置模塊用來對各威脅平臺的雷達信號類型進行設(shè)置，如雷達載頻、重頻以及 脈寬參數(shù)的設(shè)置以及系統(tǒng)偵察接收誤差大小的設(shè)置等。

雷達信號仿真主控模塊是整個仿真軟件的核心模塊，它根據(jù)仿真的流程，控制和調(diào)用其 它各個功能模塊。

仿真數(shù)據(jù)計算模塊是根據(jù)設(shè)置的偵察平臺和各威脅平臺的初始狀態(tài)及運動參數(shù)，對偵察 平臺和各威脅平臺的航跡以及偵察平臺與各威脅平臺之間的空間相對位置(包括距離和方位 角)進行計算，并根據(jù)各威脅平臺雷達技術(shù)參數(shù)及天線掃描方式計算各雷達在各個時刻到達 偵察平臺的射頻脈沖PDW 的各參數(shù)值。

數(shù)據(jù)文件生成模塊用來綜合處理得到的各種仿真試驗數(shù)據(jù)結(jié)果，并以數(shù)據(jù)文件的形式對 數(shù)據(jù)進行存盤，以供后續(xù)的分析處理使用。

2．3 仿真流程及實現(xiàn)

2．2．1 仿真流程

系統(tǒng)仿真的流程框圖如圖2 所示。系統(tǒng)仿真主控模塊根據(jù)設(shè)置的偵察平臺和威脅平臺的 初始狀態(tài)及運動參數(shù)，對偵察平臺和各威脅平臺的航跡進行計算，確定偵察平臺與各威脅平 臺之間的空間相對位置(包括距離和方位角)，并根據(jù)雷達技術(shù)參數(shù)和雷達天線掃描方式以及 設(shè)定的系統(tǒng)偵察誤差計算出各雷達在某一時段內(nèi)到達偵察平臺的射頻脈沖PDW 的各參數(shù)。

對于某一時段內(nèi)到達偵察平臺的射頻脈沖序列，系統(tǒng)根據(jù)脈沖TOA 參數(shù)的大小對其進行排 序，對于同時到達的射頻脈沖加以融合處理，從而得到該時段內(nèi)所有雷達的射頻脈沖數(shù)據(jù)， 并將脈沖功率超過檢測門限Prmin  的有效射頻脈沖數(shù)據(jù)寫入指定的數(shù)據(jù)文件。

2．2．2 仿真結(jié)果

利用研制成功的雷達電磁環(huán)境仿真系統(tǒng)對多部雷達輻射源進行仿真試驗研究，可生成雷 達電磁信號處理輸出的全脈沖仿真試驗數(shù)據(jù)，表1 給出了一個全脈沖仿真試驗數(shù)據(jù)的片斷。

為了能夠直觀地認識仿真數(shù)據(jù)，另外給出了產(chǎn)生數(shù)據(jù)的時域圖（圖3），其表示了PDW 中的六個參數(shù)TOA、RF、PW、DOA、EOA 和PP 隨著到達脈沖序列所產(chǎn)生的變化。

3 結(jié)論

電子偵察信號環(huán)境的數(shù)字仿真研究的目的是利用數(shù)字計算機仿真電子偵察平臺所處的 信號環(huán)境，給出接收平臺位置處信號功率圖譜和信號流密度等一系列重要數(shù)據(jù)，為雷達電子 偵察定位系統(tǒng)有關(guān)課題的研制提供了重要的參考依據(jù)。利用相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，用計算機模擬 仿真技術(shù)對雷達偵察信號環(huán)境進行數(shù)字仿真，參數(shù)靈活可調(diào)，可以實現(xiàn)對多種體制不同密度 級的脈沖信號仿真。