肖文定， 譚紅芳

(成都天奧測(cè)控技術(shù)有限公司， 成都 611731)

復(fù)雜電磁環(huán)境主要由3個(gè)要素構(gòu)成：① 自然現(xiàn)象形成的電磁環(huán)境. 主要包括太陽活動(dòng)引起的電離層變化、 宇宙和大氣噪聲， 以及氣象、 地磁活動(dòng)形成的電磁環(huán)境. 可簡(jiǎn)單記憶為“靜電、 雷電和其它自然電磁輻射的總稱”. ② 民用用頻設(shè)備輻射形成的電磁環(huán)境. 主要包括民航、 交通、 移動(dòng)通信、 廣播電視等系統(tǒng)的用頻設(shè)備， 以及輻射電磁波的工、 科、 醫(yī)等設(shè)備形成的電磁環(huán)境. 它們雖構(gòu)成了電磁環(huán)境， 但對(duì)機(jī)載通信不會(huì)產(chǎn)生太大的影響. ③ 軍用用頻裝備設(shè)備輻射形成的電磁環(huán)境. 主要包括作戰(zhàn)雙方導(dǎo)航定位、 信息傳遞、 指揮控制、 武器制導(dǎo)和預(yù)警探測(cè)等系統(tǒng)使用的用頻裝備設(shè)備， 以及輻射電磁波的非用頻設(shè)備形成的電磁環(huán)境[1-9].

上述構(gòu)成要素中軍用用頻裝備設(shè)備輻射形成的電磁環(huán)境是構(gòu)成戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境的主體， 特別是敵我雙方激烈的電磁對(duì)抗形成的電磁環(huán)境， 對(duì)武器裝備效能和部隊(duì)作戰(zhàn)行動(dòng)有嚴(yán)重影響[10]. 電磁環(huán)境效應(yīng)設(shè)計(jì)是飛機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分， 飛機(jī)要想得到適航認(rèn)可， 必須對(duì)電磁環(huán)境效應(yīng)的各個(gè)構(gòu)成要素進(jìn)行驗(yàn)證通過[11]. 本文所設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)主要對(duì)軍用用頻設(shè)備輻射形成的復(fù)雜電磁環(huán)境進(jìn)行模擬， 實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)載偵察系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)、 極限指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試， 檢驗(yàn)出機(jī)載設(shè)備的實(shí)戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)性能.

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個(gè)復(fù)雜電磁環(huán)境模擬測(cè)試系統(tǒng)主要由硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)組成.

測(cè)試系統(tǒng)主要工作流程分為3個(gè)階段：

第1階段：戰(zhàn)爭(zhēng)場(chǎng)景的規(guī)劃與布置， 在這個(gè)階段完成虛擬戰(zhàn)爭(zhēng)的規(guī)模、 兵種、 武器平臺(tái)種類以及各類武器電磁分布與特性規(guī)劃(武器電磁模型參數(shù)設(shè)定)等.

第2階段：戰(zhàn)爭(zhēng)場(chǎng)景的規(guī)劃與布置完成后， 各種武器電磁模型根據(jù)設(shè)置的參數(shù)實(shí)時(shí)解算出各種的輻射源參數(shù)信息， 同時(shí)將這些信息實(shí)時(shí)傳送給各種的輻射源模擬器.

第3階段：模擬器在接收到各自輻射源參數(shù)后， 實(shí)時(shí)產(chǎn)生各種輻射源模擬信號(hào)， 輻射源信號(hào)經(jīng)過上變頻到相應(yīng)波段， 最后通過被測(cè)天線單元輻射出去.

在模擬仿真過程中， 各個(gè)單元?jiǎng)討B(tài)接收?qǐng)鼍坝?jì)算機(jī)的指令， 實(shí)時(shí)調(diào)整各自的工作狀態(tài)， 逼真模擬戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境.

1.1 硬件設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)主要包括顯控與場(chǎng)景控制計(jì)算機(jī)、 基帶信號(hào)模擬單元、 射頻變頻單元和射頻調(diào)理單元等6部分組成. 其硬件原理框圖如圖 1 所示.

圖 1 系統(tǒng)組成框圖Fig.1 System composition diagram

圖 1 所示測(cè)試系統(tǒng)硬件各部分功能為：

1) 顯控與場(chǎng)景系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)

顯控與場(chǎng)景系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心， 主要包括劇戰(zhàn)情規(guī)劃與控制、 各種平臺(tái)與輻射源模型、 顯示控制以及通訊總線控制等， 用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備人機(jī)交互、 操作界面管理及總線操作控制， 硬件部分主要由主控計(jì)算機(jī)(刀片機(jī))組成.

2) 通信和綜合控制單元

通信和綜合控制單元接收主控計(jì)算機(jī)發(fā)送過來的參數(shù)及命令， 產(chǎn)生各個(gè)模塊的時(shí)序及其他控制信號(hào)， 配合雷達(dá)目標(biāo)回波、 雷達(dá)及通信輻射源信號(hào)， 模擬復(fù)雜電磁環(huán)境下各個(gè)指定方向上的輻射信號(hào).

3) 基帶信號(hào)模擬單元

基帶信號(hào)模擬單元主要用于接收戰(zhàn)情模擬計(jì)算機(jī)的指令， 在各個(gè)仿真模型的協(xié)同下模擬各種通信信號(hào)， 同時(shí)在綜合控制模塊的控制下， 模擬不同遠(yuǎn)場(chǎng)方向的通信輻射信號(hào)， 以完成不同場(chǎng)景下不同戰(zhàn)情電磁環(huán)境信號(hào)的模擬.

4) 射頻變頻單元

射頻變頻單元主要用于接收計(jì)算機(jī)的指令， 在各個(gè)仿真模型的協(xié)同下， 在基帶信號(hào)的基礎(chǔ)上完成模擬各種通信信號(hào)， 以完成不同場(chǎng)景下不同戰(zhàn)情電磁環(huán)境信號(hào)的模擬.

5) 射頻調(diào)理單元

射頻調(diào)理單元主要用于對(duì)輸出的各類射頻信號(hào)按照計(jì)算機(jī)的指令完成信號(hào)的功分、 通路選擇和幅度大小的控制等功能.

6) 機(jī)柜和機(jī)械結(jié)構(gòu)

機(jī)柜和機(jī)械結(jié)構(gòu)是整個(gè)復(fù)雜電磁環(huán)境模擬系統(tǒng)的載體， 可快速方便地建立保障檢查測(cè)試環(huán)境， 包括3個(gè)信號(hào)模擬機(jī)箱和相關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu).

7) 設(shè)備附件

主要包括電纜附件、 天線、 天線支架、 拆裝專用工具等測(cè)試保障器材和工具.

復(fù)雜電磁環(huán)境模擬測(cè)試系統(tǒng)在內(nèi)外場(chǎng)測(cè)試過程中， 為確保試驗(yàn)人員的人身安全， 通過遠(yuǎn)程顯控單元， 操作人員可在電磁環(huán)境更安全的場(chǎng)所， 通過以太網(wǎng)遠(yuǎn)程控制的方式完成檢測(cè)試驗(yàn).

1.2 軟件設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)的軟件從總體上來看主要有4個(gè)方面的內(nèi)容， ① 系統(tǒng)管理； ② 劇情設(shè)計(jì)； ③ 綜合檢測(cè)； ④ 輔助功能. 系統(tǒng)軟件功能組成框圖見圖 2.

圖 2 軟件平臺(tái)組成框圖Fig.2 System software composition diagram

圖 3 系統(tǒng)管理模塊界面Fig.3 System maintenance module softpanel

1) 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理模塊主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的操作、 設(shè)置、 校準(zhǔn)及相關(guān)顯示的功能. 模塊設(shè)計(jì)了系統(tǒng)自檢、 儀器校準(zhǔn)、 通信設(shè)置和狀態(tài)顯示4個(gè)功能區(qū)， 便于系統(tǒng)進(jìn)行管理. 系統(tǒng)管理模塊界面如圖 3 所示.

系統(tǒng)自檢：完成所有激勵(lì)/測(cè)試功能的硬件、 測(cè)試/激勵(lì)通路、 軟件模塊的自我監(jiān)測(cè)， 顯示自檢結(jié)果， 形成自檢報(bào)告.

儀器校準(zhǔn)：設(shè)備必須達(dá)到系統(tǒng)所需的量程、 精度等指標(biāo)要求. 隨著時(shí)間環(huán)境的變化， 設(shè)備不可避免地發(fā)生參數(shù)漂移， 為了彌補(bǔ)硬件設(shè)備參數(shù)漂移帶來的測(cè)量誤差， 系統(tǒng)采用從軟件層面上進(jìn)行參數(shù)校準(zhǔn)補(bǔ)償?shù)霓k法解決該問題.

通信設(shè)置：設(shè)備對(duì)外具有基于光纖， 網(wǎng)口和串口的傳輸協(xié)議， 對(duì)內(nèi)具有基于網(wǎng)口的傳輸協(xié)議， 通信設(shè)置功能保證了傳遞各種命令、 狀態(tài)和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確快速交互， 也完成了所需參數(shù)的配置、 測(cè)試與保存.

狀態(tài)顯示：主要功能是針對(duì)當(dāng)前測(cè)試中監(jiān)視到的各分系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)以及回讀數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示， 判斷各分系統(tǒng)正常與否， 并予以在人機(jī)交互界面上顯示輸出， 供測(cè)試人員判斷.

2) 劇情設(shè)計(jì)模塊

劇情設(shè)計(jì)模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試劇情進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)及流程配置， 管理各種設(shè)定的測(cè)試劇情. 模塊設(shè)計(jì)了劇情配置管理、 測(cè)試參數(shù)設(shè)置和劇情測(cè)試3個(gè)功能區(qū)， 便于用戶進(jìn)行操作， 劇情設(shè)計(jì)模塊界面如圖 4 所示.

圖 4 劇情設(shè)計(jì)模塊界面Fig.4 Plot design softpanel

圖 5 綜合檢測(cè)模塊界面Fig.5 Integration test softpanel

劇情配置管理：主要完成設(shè)備檢測(cè)項(xiàng)目的添加、 修改、 刪除和查詢等維護(hù)工作.

測(cè)試參數(shù)設(shè)置：主要完成雷達(dá)輻射信號(hào)模擬、 紫外信號(hào)模擬、 紅外信號(hào)模擬和IFF應(yīng)答信號(hào)模擬等各個(gè)測(cè)試項(xiàng)目所需功能及參數(shù)的設(shè)定.

劇情測(cè)試：用于選擇設(shè)置綜合檢測(cè)的3大檢測(cè)劇情， 包括機(jī)械日檢查、 6個(gè)月定檢和24個(gè)月定檢等檢測(cè)項(xiàng)目， 并設(shè)計(jì)用配置文件的形式進(jìn)行保存， 方便保存和更改， 并自主記錄用戶最近3次所設(shè)定的檢測(cè)條件， 方便用戶選擇使用.

3) 綜合測(cè)試模塊

綜合測(cè)試模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試劇情具體各項(xiàng)目的測(cè)試. 模塊設(shè)計(jì)了雷達(dá)測(cè)試、 電子對(duì)抗測(cè)試、 敵我識(shí)別測(cè)試和雷電綜合與自兼容測(cè)試4個(gè)功能區(qū)， 便于用戶進(jìn)行相關(guān)測(cè)試操作. 綜合測(cè)試模塊界面如圖 5 所示.

電子對(duì)抗測(cè)試：主要完成對(duì)電子對(duì)抗系統(tǒng)的測(cè)試工作， 并能配置其測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試流程， 用戶可以進(jìn)行選項(xiàng)測(cè)試和自動(dòng)測(cè)試.

雷達(dá)測(cè)試：主要完成對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)的測(cè)試工作， 并能配置其測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試流程， 用戶可以進(jìn)行選項(xiàng)測(cè)試和自動(dòng)測(cè)試.

敵我識(shí)別測(cè)試：主要完成對(duì)敵我識(shí)別的測(cè)試工作， 并能配置其測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試流程， 用戶可以進(jìn)行選項(xiàng)測(cè)試和自動(dòng)測(cè)試.

圖 6 輔助功能模塊界面Fig.6 Assistant function softpanel

雷電綜合與自兼容測(cè)試：主要完成對(duì)雷電綜合與自兼容的測(cè)試工作， 并能配置其測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試流程， 用戶可以進(jìn)行選項(xiàng)測(cè)試和自動(dòng)測(cè)試.

4) 輔助功能模塊

輔助功能模塊主要完成對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)備份和管理、 對(duì)人機(jī)交互操作的幫助等必要的輔助操作. 模塊設(shè)計(jì)了用戶管理、 數(shù)據(jù)管理、 日志管理和用戶幫助4個(gè)功能區(qū)， 便于不同的用戶進(jìn)行相關(guān)操作. 輔助功能模塊界面如圖 6 所示.

用戶管理：擁有設(shè)備管理員權(quán)限的用戶可以進(jìn)行用戶注冊(cè)、 權(quán)限的分配和回收等動(dòng)作.

數(shù)據(jù)管理：采取相應(yīng)的加密措施處理相關(guān)的技術(shù)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)， 保證相關(guān)指標(biāo)和測(cè)試數(shù)據(jù)的安全性. 輔助功能模塊通過海量存儲(chǔ)設(shè)備以及用戶管理功能， 來保證數(shù)據(jù)的完整性和安全性， 并提供簡(jiǎn)潔的管理功能， 方便數(shù)據(jù)檢索、 重現(xiàn)及分析.

日志管理：主要用來記錄用戶登錄和設(shè)備使用情況， 記憶相關(guān)的必要信息. 在每一次測(cè)試結(jié)束后都可以輸出文本日志記錄并存儲(chǔ)下來.

用戶幫助：主要結(jié)合具體任務(wù)提供給相關(guān)的用戶幫助文檔， 可以在線查詢測(cè)試方式方法以及各種操作提示， 幫助用戶正確理解和使用設(shè)備.

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 “四綜合”設(shè)計(jì)理念

為了真實(shí)模擬戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的復(fù)雜性， 滿足某型飛機(jī)偵察設(shè)備多功能、 多模式、 多組合的功能及性能測(cè)試需求， 本測(cè)試系統(tǒng)打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路， 針對(duì)機(jī)上所有的偵察設(shè)備的測(cè)試需求， 采用各級(jí)綜合化的設(shè)計(jì)思路， 將電子設(shè)備的信號(hào)產(chǎn)生器集成在一起， 頻率覆蓋從低頻到高頻， 輻射源信號(hào)幾乎涵蓋所有的信號(hào)形式， 通過任意組合的方式充分滿足所有電子戰(zhàn)設(shè)備的測(cè)試要求. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了綜合控制、 綜合仿真、 綜合數(shù)字中頻、 綜合射頻的“四綜合”理念. 同時(shí)， 由于數(shù)據(jù)融合功能模擬需要綜合了戰(zhàn)情中電磁輻射源特性和對(duì)電子戰(zhàn)設(shè)備的電磁輻射特性， 因此， 采用“四綜合”設(shè)計(jì)是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要技術(shù)途徑.

2.2 采用開放式架構(gòu)， 提高系統(tǒng)可升級(jí)性

圖 7 軟件開放式處理體系架構(gòu)Fig.7 Software open processing architecture

開放式架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于：由于模塊是按功能劃分的， 每一種模塊完成一種功能， 所以對(duì)于重要的功能可以冗余配置， 從而使整個(gè)系統(tǒng)具有魯棒、 容錯(cuò)重組能力； 因?yàn)榻M成開放式體系結(jié)構(gòu)中的模塊是按功能劃分的， 隨著電子技術(shù)的發(fā)展和器件更新?lián)Q代， 實(shí)現(xiàn)某種功能的設(shè)計(jì)發(fā)生了變換， 那么只要更新相應(yīng)的模塊， 而不會(huì)改變系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)； 采用開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 便于構(gòu)成分布式系統(tǒng)， 使系統(tǒng)易于更新， 易于發(fā)展， 易于采用新技術(shù).

本測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了開放式架構(gòu)， 主要從射頻架構(gòu)、 數(shù)字處理及軟件架構(gòu)3個(gè)方面并行推進(jìn).

射頻架構(gòu)方面， 采用基于開放的射頻體系結(jié)構(gòu)， 實(shí)現(xiàn)在18 GHz 頻段內(nèi)各種射頻信號(hào)產(chǎn)生的不同模式之間的橋接， 實(shí)行資源利用的最大化， 并且實(shí)現(xiàn)了各種頻段間的兼容工作.

數(shù)字處理方面， 充分體現(xiàn)了數(shù)字化、 模塊化、 通用化、 標(biāo)準(zhǔn)化的思路. 模塊結(jié)構(gòu)形式貫徹通用標(biāo)準(zhǔn). 模塊互連則基于高速串行標(biāo)準(zhǔn)接口. 高速串行標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議， 與物理層一起構(gòu)建基于高速串行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)交換機(jī)制， 形成了數(shù)字處理方面的可重構(gòu)、 可擴(kuò)展體系架構(gòu).

軟件架構(gòu)方面， 依托于通用化硬件平臺(tái)， 構(gòu)筑層次化、 具有可移植性通用軟件. 開放式軟件共包括4層：第1層為板級(jí)驅(qū)動(dòng)層， 為信號(hào)處理模塊提供板級(jí)驅(qū)動(dòng). 第2層為函數(shù)庫層， 提供了實(shí)時(shí)高效的底層函數(shù)功能. 第3層為軟件中間件層， 是應(yīng)用軟件提供了屏蔽硬件資源特性的中間層軟件. 第4層為應(yīng)用軟件層， 完成具有針對(duì)性的各種處理算法. 基于該架構(gòu)， 處理軟件設(shè)計(jì)開發(fā)可以做到與硬件無關(guān)， 設(shè)計(jì)師能更加關(guān)注信號(hào)處理算法與系統(tǒng)性能優(yōu)化.

2.3 人機(jī)工效優(yōu)化設(shè)計(jì)， 提高應(yīng)用效能

被測(cè)系統(tǒng)的電子設(shè)備傳感器種類比較多、 頻率覆蓋范圍廣、 功能復(fù)雜. 如何利用最少的人員配置完成眾多復(fù)雜的測(cè)試和驗(yàn)證任務(wù)， 將是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)難點(diǎn)， 這也將關(guān)系到測(cè)試系統(tǒng)是否真正管用、 實(shí)用. 美國(guó)國(guó)防部自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)執(zhí)行局對(duì)陸、 海、 空軍、 海軍陸戰(zhàn)隊(duì)及工業(yè)部門聯(lián)合開發(fā)的新一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)(NxTest)的一條基本要求就是：“通過提高測(cè)試系統(tǒng)的互操作能力， 使最終用戶獲得最大限度的測(cè)試靈活性”.

提高人機(jī)工效的根本是提高“自動(dòng)化”程度. 作為一部自動(dòng)測(cè)試設(shè)備， 必須充分體現(xiàn)“自動(dòng)化”的特點(diǎn). 本測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)從方案階段充分考慮融入自動(dòng)決策及人工智能的思想， 在盡量減少人員的干預(yù)的情況下， 根據(jù)所給定的場(chǎng)景自動(dòng)完成劇情生成及相關(guān)射頻信號(hào)的產(chǎn)生.

提高人機(jī)工效還要進(jìn)行的人機(jī)界面的優(yōu)化. 人機(jī)界面要滿足整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)按任務(wù)需要靈活配置； 高效簡(jiǎn)便、 降低操作負(fù)荷、 形象生動(dòng)的視覺效果及提高操作直觀性等要求. 并從優(yōu)化設(shè)計(jì)的角度考慮顯示畫面的清晰度和邏輯性、 畫面的合理安排及畫面字符的可讀性.

3 結(jié)束語

復(fù)雜電磁環(huán)境模擬及偵察測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐中充分運(yùn)用了綜合控制、 綜合仿真、 綜合數(shù)字中頻、 綜合射頻的“四綜合”理念， 采用了開放式架構(gòu)， 進(jìn)行了人機(jī)工效優(yōu)化設(shè)計(jì)， 達(dá)到了該任務(wù)要求的各項(xiàng)戰(zhàn)術(shù)性能指標(biāo). 該測(cè)試系統(tǒng)已應(yīng)用于某部多個(gè)型號(hào)的飛機(jī)測(cè)試， 得到了一致好評(píng). 隨著電子技術(shù)及測(cè)試技術(shù)的飛速發(fā)展， 各種相關(guān)的先進(jìn)理念和技術(shù)在測(cè)試設(shè)備/系統(tǒng)研制中的應(yīng)用研究也應(yīng)該跟上步伐， 后續(xù)還需要進(jìn)行更加系統(tǒng)的、 深入的研究.