基于數(shù)字化地理信息的復(fù)雜電磁環(huán)境信號模擬與發(fā)生

在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中，電子戰(zhàn)已成為不可或缺的重要組成部分。電子戰(zhàn)裝備的性能指標(biāo)直接決定了戰(zhàn)爭全局的勝敗。然而，電子戰(zhàn)裝備在實際戰(zhàn)區(qū)的電磁環(huán)境中，面臨著復(fù)雜多變的電磁信號挑戰(zhàn)，包括雷達(dá)、導(dǎo)航、通信、敵方干擾及自然噪聲等。這些信號不僅種類繁多，而且受到實際地理環(huán)境的顯著影響，使得電磁環(huán)境異常復(fù)雜。為了有效評估和提升電子戰(zhàn)裝備在復(fù)雜電磁環(huán)境下的性能，基于數(shù)字化地理信息的復(fù)雜電磁環(huán)境信號模擬與發(fā)生技術(shù)應(yīng)運而生，成為當(dāng)前研究的熱點。

一、引言

復(fù)雜電磁環(huán)境是指在一定的空域、時域、頻域和功率域上，多種電磁信號同時存在，對用頻裝備運用和作戰(zhàn)行動產(chǎn)生一定影響的電磁環(huán)境。這種環(huán)境主要由電子對抗環(huán)境、雷達(dá)環(huán)境、通信環(huán)境、光電環(huán)境、敵我識別電磁環(huán)境、導(dǎo)航電磁環(huán)境、民用電磁環(huán)境及自然電磁環(huán)境等構(gòu)成。每一類型的電磁環(huán)境又由不同類型的電磁輻射源生成，對不同的信息化武器裝備產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響整體作戰(zhàn)。

二、復(fù)雜電磁環(huán)境模擬的重要性

電子戰(zhàn)裝備在復(fù)雜電磁環(huán)境下的性能測試是其研制過程中的重要內(nèi)容。然而，傳統(tǒng)的測試方法存在諸多局限性。全實物測試方法雖然最具說服力，但成本高昂、風(fēng)險大且測試結(jié)果不具備遍歷性，無法滿足裝備研制過程中的常規(guī)測試需求。而全數(shù)字仿真測試雖然運行成本低、靈活便捷，但逼真度低，與實際環(huán)境差異過大，無法作為最終驗證手段。因此，半實物模擬測試方法應(yīng)運而生，它結(jié)合了前兩種方法的優(yōu)點，通過人為構(gòu)建高逼真度的復(fù)雜電磁環(huán)境，用于裝備性能測試。

三、基于數(shù)字化地理信息的復(fù)雜電磁環(huán)境信號模擬與發(fā)生技術(shù)

1. 復(fù)雜電磁環(huán)境模擬建模

復(fù)雜電磁環(huán)境模擬建模是半實物模擬測試的基礎(chǔ)。首先，需要對實際場景中的電磁信號成分進(jìn)行分類、分析，這些信號包括自然因素干擾信號和人為因素干擾信號。自然因素干擾信號主要源于雷電和靜電，屬于非可控因素;而人為因素干擾信號則包括無意干擾信號和對抗干擾信號，后者是模擬的關(guān)鍵內(nèi)容。

在建模過程中，需要針對脈沖雷達(dá)、干擾機(jī)、塔康(TACAN)、敵我識別器(IFF)、聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)(JTIDS)等輻射源進(jìn)行建模。這些輻射源的表征內(nèi)容包括一般信息(如標(biāo)識、型號、用途等)、發(fā)射機(jī)信息(如型號、工作頻段等)和接收機(jī)信息(如型號、靈敏度等)。通常，采用脈沖描述字(PDW)對輻射源輻射信息進(jìn)行描述，包括脈沖載頻、脈沖寬度、脈內(nèi)調(diào)制、脈沖到達(dá)時間、脈沖到達(dá)角和脈沖幅度等。

2. 基于數(shù)字化地理信息的電磁信號傳播模擬

不同的地理環(huán)境對電磁波的傳播具有顯著影響。例如，淡水、海水、濕地、森林和建筑物等地理環(huán)境對電磁波的傳播具有繞射、反射、阻礙等衰減作用。根據(jù)具體環(huán)境的特性差異，如海水含鹽量的不同，每種類別地理環(huán)境所呈現(xiàn)的電氣性能各異，從而導(dǎo)致傳播模型參數(shù)變化繁復(fù)。

基于數(shù)字化地理信息的電磁信號傳播模擬技術(shù)，能夠綜合考慮地理環(huán)境對電磁波傳播的影響，通過數(shù)字化地圖數(shù)據(jù)，模擬電磁波在不同地理環(huán)境中的傳播路徑和衰減情況。這種技術(shù)為構(gòu)建高逼真度的復(fù)雜電磁環(huán)境提供了重要支持。

3. 復(fù)雜樣式信號發(fā)生技術(shù)

實際復(fù)雜電磁環(huán)境中信號樣式復(fù)雜多變，頻率覆蓋范圍大，調(diào)制帶寬高達(dá)GHz量級，同時擁有捷變頻特性。為了滿足這些要求，復(fù)雜樣式信號發(fā)生技術(shù)成為實現(xiàn)復(fù)雜電磁環(huán)境信號模擬的關(guān)鍵。該技術(shù)通過數(shù)據(jù)采集或數(shù)學(xué)建模的方法，計算波形數(shù)據(jù)，并基于波形發(fā)生技術(shù)產(chǎn)生實際電磁信號。

隨著數(shù)字矢量調(diào)制技術(shù)的發(fā)展，一系列復(fù)雜調(diào)制樣式的實現(xiàn)成為現(xiàn)實。電子裝備所用電磁信號所占用頻段不斷變寬，從高頻信號覆蓋到微波毫米波信號。同時，信號調(diào)制帶寬不斷加大，如新式合成孔徑雷達(dá)的調(diào)制帶寬達(dá)到GHz量級。此外，捷變頻性能顯著提升，某些信號雷達(dá)所用的調(diào)制信號的中心頻率捷變頻時間達(dá)到百納秒量級，在1秒鐘時間內(nèi)可實現(xiàn)數(shù)百萬次頻率捷變。

四、技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用前景

基于數(shù)字化地理信息的復(fù)雜電磁環(huán)境信號模擬與發(fā)生技術(shù)具有場景快速便捷構(gòu)建、測試遠(yuǎn)程可控、干擾信號多參數(shù)可控及干擾效果可評等優(yōu)點。這種技術(shù)不僅降低了測試成本，提高了測試效率，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜電磁環(huán)境的高逼真度模擬，為裝備性能測試提供了有力支持。

在實際應(yīng)用中，該技術(shù)可用于電子戰(zhàn)裝備的研制與測試、電磁兼容性研究及電磁環(huán)境適應(yīng)能力檢測等方面。通過構(gòu)建高逼真度的復(fù)雜電磁環(huán)境，可以全面評估電子裝備在復(fù)雜電磁環(huán)境下的性能表現(xiàn)，為裝備定型及部隊作戰(zhàn)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

五、結(jié)論

基于數(shù)字化地理信息的復(fù)雜電磁環(huán)境信號模擬與發(fā)生技術(shù)是電子戰(zhàn)領(lǐng)域的一項重要創(chuàng)新，它極大地推動了電子戰(zhàn)裝備測試評估技術(shù)的發(fā)展。通過綜合運用數(shù)字化地理信息、電磁信號傳播模型以及復(fù)雜樣式信號發(fā)生技術(shù)，該技術(shù)為構(gòu)建高逼真度、可定制的復(fù)雜電磁環(huán)境提供了可能，從而實現(xiàn)了對電子戰(zhàn)裝備在真實戰(zhàn)場環(huán)境中的全面模擬與測試。