基于VC++的空間電磁環(huán)境仿真軟件設(shè)計(jì)

摘要：本文根據(jù)現(xiàn)代雷達(dá)信號(hào)調(diào)制復(fù)雜、參數(shù)多變以及日益密集的新特點(diǎn)，用射頻脈沖模型 對(duì)電子偵察接收機(jī)所處平臺(tái)的電磁信號(hào)環(huán)境進(jìn)行描述，介紹了基于VC++平臺(tái)的空間電磁環(huán) 境仿真軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，通過(guò)仿真給出接收平臺(tái)位置處信號(hào)功率圖譜和信號(hào)流密度等一系 列數(shù)據(jù)，從而為雷達(dá)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(zhēng)條件下，電子對(duì)抗與反對(duì)*趨激烈，各新型雷達(dá)為對(duì)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(hào)形式，因而導(dǎo)致戰(zhàn)場(chǎng)空間的電磁環(huán)境信 號(hào)空前復(fù)雜、密集且相互交迭。這就對(duì)電子偵察和反輻射設(shè)備提出了越來(lái)越高的要求。

對(duì)電子偵察接收機(jī)所處平臺(tái)的雷達(dá)電磁環(huán)境進(jìn)行數(shù)字建模和仿真，研制相應(yīng)的信號(hào)環(huán)境 合成模擬器，對(duì)加快電子戰(zhàn)系統(tǒng)的研制進(jìn)程以及對(duì)其性能做出有效*估均有十分重要的意 義。而這種先進(jìn)的電子戰(zhàn)設(shè)備的研制、試驗(yàn)和鑒定，不能再依靠早期的外場(chǎng)試驗(yàn)方法。一方 面不可能配備如此多的實(shí)物設(shè)備形成與實(shí)戰(zhàn)逼真的威脅信號(hào)環(huán)境；另一方面，外場(chǎng)試驗(yàn)周期 長(zhǎng)，試驗(yàn)費(fèi)用高，受氣候與環(huán)境等因素影響大。計(jì)算機(jī)仿真是動(dòng)態(tài)、復(fù)雜系統(tǒng)*估的重要手 段，因此采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字仿真成為切實(shí)可行而又靈活便捷的研究手段。

2 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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

2．1 電磁環(huán)境建模

雷達(dá)電磁環(huán)境是指到達(dá)電子戰(zhàn)設(shè)備的所有脈沖雷達(dá)輻射源信號(hào)的集合，電子戰(zhàn)設(shè)備接收 到的是這些雷達(dá)信號(hào)所形成的脈沖流。該脈沖流由許許多多某一時(shí)刻到達(dá)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(lái)描述一部雷達(dá)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(shuō)明如下：

TOA 為脈沖前沿的到達(dá)時(shí)間；RF 為脈沖的載波頻率；PW 為脈沖寬度；DOA 為脈沖的 到達(dá)方位角；EOA 為脈沖的到達(dá)俯仰角；PA 為脈沖幅度或脈沖功率； i 是按照時(shí)間順序檢 測(cè)的射頻脈沖的序號(hào)。

電磁環(huán)境仿真軟件的設(shè)計(jì)就是以 PDW 為基礎(chǔ)，通過(guò)其六個(gè)參數(shù)的變化體制來(lái)表征雷達(dá) 信號(hào)的技術(shù)特性，在這里不對(duì)這六個(gè)參數(shù)的數(shù)學(xué)建模做詳細(xì)的論述。

2．2 系統(tǒng)模塊介紹

雷達(dá)電磁環(huán)境仿真軟件主要由人機(jī)界面交互模塊、偵察平臺(tái)設(shè)置模塊、威脅平臺(tái)設(shè)置模 塊、雷達(dá)信號(hào)設(shè)置模塊、信號(hào)環(huán)境計(jì)算機(jī)仿真主控模塊、仿真數(shù)據(jù)計(jì)算及數(shù)據(jù)文件生成模塊 等七個(gè)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(shuō)明如下：

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

偵察平臺(tái)設(shè)置模塊用來(lái)對(duì)偵察平臺(tái)的綜合參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如平臺(tái)名稱、工作的起始和終 止時(shí)間以及平臺(tái)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的設(shè)置等。

威脅平臺(tái)設(shè)置模塊用來(lái)對(duì)各威脅平臺(tái)的綜合參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如平臺(tái)名稱、雷達(dá)開關(guān)機(jī)時(shí) 間、天線波束類型、天線掃描參數(shù)以及平臺(tái)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的設(shè)置等。

雷達(dá)信號(hào)設(shè)置模塊用來(lái)對(duì)各威脅平臺(tái)的雷達(dá)信號(hào)類型進(jìn)行設(shè)置，如雷達(dá)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(dá)信號(hào)仿真主控模塊是整個(gè)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(gè)功能模塊。

仿真數(shù)據(jù)計(jì)算模塊是根據(jù)設(shè)置的偵察平臺(tái)和各威脅平臺(tái)的初始狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)，對(duì)偵察 平臺(tái)和各威脅平臺(tái)的航跡以及偵察平臺(tái)與各威脅平臺(tái)之間的空間相對(duì)位置(包括距離和方位 角)進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)各威脅平臺(tái)雷達(dá)技術(shù)參數(shù)及天線掃描方式計(jì)算各雷達(dá)在各個(gè)時(shí)刻到達(dá) 偵察平臺(tái)的射頻脈沖PDW 的各參數(shù)值。

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

2．3 仿真流程及實(shí)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(tái)和威脅平臺(tái)的 初始狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)，對(duì)偵察平臺(tái)和各威脅平臺(tái)的航跡進(jìn)行計(jì)算，確定偵察平臺(tái)與各威脅平 臺(tái)之間的空間相對(duì)位置(包括距離和方位角)，并根據(jù)雷達(dá)技術(shù)參數(shù)和雷達(dá)天線掃描方式以及 設(shè)定的系統(tǒng)偵察誤差計(jì)算出各雷達(dá)在某一時(shí)段內(nèi)到達(dá)偵察平臺(tái)的射頻脈沖PDW 的各參數(shù)。

對(duì)于某一時(shí)段內(nèi)到達(dá)偵察平臺(tái)的射頻脈沖序列，系統(tǒng)根據(jù)脈沖TOA 參數(shù)的大小對(duì)其進(jìn)行排 序，對(duì)于同時(shí)到達(dá)的射頻脈沖加以融合處理，從而得到該時(shí)段內(nèi)所有雷達(dá)的射頻脈沖數(shù)據(jù)， 并將脈沖功率超過(guò)檢測(cè)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(dá)電磁環(huán)境仿真系統(tǒng)對(duì)多部雷達(dá)輻射源進(jìn)行仿真試驗(yàn)研究，可生成雷 達(dá)電磁信號(hào)處理輸出的全脈沖仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)，表1 給出了一個(gè)全脈沖仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)的片斷。

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

3 結(jié)論

電子偵察信號(hào)環(huán)境的數(shù)字仿真研究的目的是利用數(shù)字計(jì)算機(jī)仿真電子偵察平臺(tái)所處的 信號(hào)環(huán)境，給出接收平臺(tái)位置處信號(hào)功率圖譜和信號(hào)流密度等一系列重要數(shù)據(jù)，為雷達(dá)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(jì)算機(jī)模擬 仿真技術(shù)對(duì)雷達(dá)偵察信號(hào)環(huán)境進(jìn)行數(shù)字仿真，參數(shù)靈活可調(diào)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種體制不同密度 級(jí)的脈沖信號(hào)仿真。