摘要：隨著我國(guó)在雷達(dá)、通信等領(lǐng)域的發(fā)展，多輻射源動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬信號(hào)扮演著越來(lái)越重要的角色。本文以模塊化、層次化的建模思想為基礎(chǔ)，利用多輻射瞬態(tài)場(chǎng)景多層次模塊化設(shè)計(jì)、多準(zhǔn)則優(yōu)化的脈沖選丟設(shè)計(jì)以及復(fù)雜環(huán)境下雷達(dá)輻射源建模設(shè)計(jì)方法，完成了對(duì)多輻射源動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬軟件的實(shí)現(xiàn)，滿足了相關(guān)測(cè)試測(cè)量需求。

關(guān)鍵詞：模塊化；層次化；多準(zhǔn)則優(yōu)化；雷達(dá)輻射源建模

一、引言

隨著我國(guó)在雷達(dá)、通信等領(lǐng)域的發(fā)展，多輻射源動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬信號(hào)扮演著越來(lái)越重要的角色。本文基于瞬態(tài)信號(hào)多層次的建模思想，完成了對(duì)多輻射源動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬軟件的實(shí)現(xiàn)，滿足了相關(guān)領(lǐng)域的測(cè)試測(cè)量需求。

二、設(shè)計(jì)思路

本文采用模塊化、層次化的方法設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多輻射瞬態(tài)場(chǎng)景信號(hào)模擬軟件。在場(chǎng)景架構(gòu)設(shè)計(jì)方面，采用自下而上的設(shè)計(jì)方法，先設(shè)計(jì)底層模塊，并且頂層模塊可以直接調(diào)用底層模塊，同時(shí)，任何層級(jí)的模塊均可以存儲(chǔ)到仿真模型庫(kù)中進(jìn)行調(diào)用。另外，針對(duì)多個(gè)輻射源信號(hào)重疊產(chǎn)生的脈沖丟失問(wèn)題，采用基于多準(zhǔn)則優(yōu)化的選丟方法降低脈沖丟失率，盡可能多地保留輻射源信號(hào)特征。

三、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程

（一）多輻射瞬態(tài)場(chǎng)景多層次模塊化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)實(shí)中，輻射源種類繁多，無(wú)法采用窮舉法對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行一對(duì)一建模，急需形成一種有代表性的統(tǒng)一描述模型。

一般場(chǎng)景的構(gòu)建過(guò)程包括平臺(tái)層、輻射源層、模式層、脈沖序列層、脈沖層，整體采用自下而上的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。

脈沖層主要完成各類脈沖信號(hào)調(diào)制、包絡(luò)、脈寬、上升下降時(shí)間等重要參數(shù)的設(shè)置，是保證各類復(fù)雜多輻射源信號(hào)能夠準(zhǔn)確產(chǎn)生的基礎(chǔ)。在脈沖層的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，需要綜合考慮多種復(fù)雜信號(hào)。

脈沖序列層通過(guò)調(diào)用脈沖層各個(gè)脈沖模塊完成脈沖序列實(shí)現(xiàn)，主要設(shè)置參數(shù)為脈沖重頻方式[1]、脈間頻率功率捷變等，實(shí)現(xiàn)從單個(gè)脈沖到輻射源信號(hào)的轉(zhuǎn)換。脈沖序列層反映的是多輻射源信號(hào)的脈間特征，對(duì)輻射源脈沖序列分選識(shí)別具有重要的意義。

在實(shí)際情況中，各個(gè)輻射源可能處于多種工作模式。針對(duì)這種情況，模式層可以設(shè)計(jì)多種模式模塊供上層輻射源模塊調(diào)用，同時(shí)可以對(duì)天線方向圖和天線掃描方式等參數(shù)進(jìn)行具體設(shè)置。

輻射源層主要完成的是對(duì)單個(gè)輻射源頻率、功率以及坐標(biāo)系位置等參數(shù)的設(shè)置，每個(gè)輻射源可包含多種工作模式。

平臺(tái)層實(shí)現(xiàn)的是各輻射源的空間布局，平臺(tái)類型包括空中目標(biāo)、海面目標(biāo)及地面固定目標(biāo)。單個(gè)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)可能包含多個(gè)輻射源，每個(gè)輻射源都處于獨(dú)立的工作狀態(tài)。

（二）多準(zhǔn)則優(yōu)化的脈沖選丟設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

多輻射源動(dòng)態(tài)場(chǎng)景信號(hào)的模擬是利用場(chǎng)景信號(hào)模擬軟件產(chǎn)生脈沖描述字[3]（PDW）驅(qū)動(dòng)硬件平臺(tái)進(jìn)行信號(hào)發(fā)生的過(guò)程，其工作流程如圖2所示。

從流程圖中可以發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生多輻射源信號(hào)PDW后，還需要解決脈沖排序和脈沖重疊兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

首先，為了生成一個(gè)多輻射源脈沖信號(hào)的有序序列，我們需要對(duì)所有脈沖按照到達(dá)時(shí)間[4]（TOA）的大小進(jìn)行排序融合，具體步驟是：

1.我們通過(guò)比較多輻射源信號(hào)的首脈沖到達(dá)時(shí)間TOA1，選取全序列首脈沖信號(hào)TOAmin，將其依據(jù)雷達(dá)方程計(jì)算所得的PDW參數(shù)存入首內(nèi)存單元；

2.基于該輻射源的最小到達(dá)時(shí)間TOAmin以及脈沖重復(fù)周期（PRI）作為參考，計(jì)算出該輻射源下一個(gè)脈沖的到達(dá)時(shí)間以替代首脈沖到達(dá)時(shí)間TOA1；

3.重復(fù)第1步和第2步，就可完成對(duì)多輻射源脈沖信號(hào)的TOA排序。

由于整個(gè)模擬過(guò)程采用時(shí)分復(fù)用的模擬原則，因此要盡量避免多輻射源脈沖序列信號(hào)的時(shí)域重疊現(xiàn)象，即某一脈沖的脈沖寬度大于等于該脈沖與后一脈沖的到達(dá)時(shí)間之差。當(dāng)幾個(gè)脈沖發(fā)生重疊時(shí)，針對(duì)不同的系統(tǒng)和系統(tǒng)目標(biāo)，對(duì)系統(tǒng)資源有不同的調(diào)度準(zhǔn)則。

1.脈沖丟失最少準(zhǔn)則

脈沖丟失最少準(zhǔn)則，即在多輻射源模擬時(shí)分復(fù)用的基礎(chǔ)上，丟棄最少的脈沖信號(hào)。

2.概率模擬準(zhǔn)則

概率模擬準(zhǔn)則就是使每個(gè)輻射源按照一定的預(yù)設(shè)概率進(jìn)行模擬，模擬時(shí)可通過(guò)門限等方式進(jìn)行概率控制。

3.預(yù)設(shè)優(yōu)先級(jí)準(zhǔn)則

根據(jù)用戶需求，輻射源的重要程度也不同，在場(chǎng)景設(shè)置時(shí)可以對(duì)每個(gè)輻射源的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行設(shè)置。

4.先到先服準(zhǔn)則

先到先服準(zhǔn)則即優(yōu)先把資源分配給先到來(lái)的任務(wù)。

在多輻射瞬態(tài)場(chǎng)景信號(hào)模擬過(guò)程中，當(dāng)脈沖重疊需要進(jìn)行選丟時(shí)，本文采取多準(zhǔn)則優(yōu)化的脈沖選丟的方法，對(duì)需要模擬的電磁環(huán)境進(jìn)行分析評(píng)估，選擇其中一個(gè)脈沖。

假設(shè)第i個(gè)輻射源的威脅等級(jí)用Ai表示，信號(hào)功率用Bi表示，到達(dá)時(shí)間用Ci表示，輻射源種類用Ci表示，總共有N種需要綜合的因素。通過(guò)對(duì)電磁態(tài)勢(shì)評(píng)估確定每種準(zhǔn)則的選擇系數(shù)αn，通過(guò)下式得到第i個(gè)輻射源的優(yōu)先選擇系數(shù)：

Pi=α1 Ai+α2 Bi+α3 Ci+…αN Ni（1）

其中α1+α2+α3+α4+…+αN=1，對(duì)K個(gè)輻射源信號(hào)的優(yōu)選系數(shù)進(jìn)行比較，選取最大的Pi值對(duì)應(yīng)的脈沖，其余脈沖丟棄。

（三）復(fù)雜環(huán)境下雷達(dá)輻射源建模設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在多輻射源場(chǎng)景信號(hào)模擬的過(guò)程中，為了展示多輻射源動(dòng)態(tài)復(fù)雜場(chǎng)景下的環(huán)境因素影響，首先要建立起環(huán)境因素影響的數(shù)字化模型。

電磁波衰減的產(chǎn)生主要來(lái)源于大氣中氧氣和水蒸氣等對(duì)電磁波的吸收。吸收衰減值與海拔高度呈線性關(guān)系，因此，各海拔高度的衰減值都可通過(guò)海平面的衰減值遞推得出。

具體來(lái)說(shuō)，我們通過(guò)下式就可以推算出電磁波傳播衰減（dB）值[5]：

L=20 log（4πr/λ）-20 logF+la （2）

其中，r是雷達(dá)輻射信號(hào)的傳播距離，F(xiàn)為傳播因子，la是吸收衰減值。

結(jié)合上式的環(huán)境衰減與標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)方程[6]，雷達(dá)接收功率Pr可表示為：

（3）

其中，Pt表示雷達(dá)發(fā)射功率；σ是目標(biāo)反射截面積，F(xiàn)為傳播因子；λ是模擬信號(hào)波長(zhǎng)；R是輻射源信號(hào)傳播距離；ls 是系統(tǒng)衰減值，la 是吸收衰減因子。Gt 、Gr 分別表示雷達(dá)發(fā)射與接收增益；由于單站雷達(dá)Gt =Gr =G，因此，標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)方程可更新為：

（4）

進(jìn)而遞推傳播損失L為：

L=-20 log a （5）

則標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)方程可更新為：

（6）

為確保多輻射源接收端能夠正常檢測(cè)到輻射輸出信號(hào)，接收信號(hào)的功率值必須高于其接收靈敏度，即可檢測(cè)的最低功率值Smin。

雷達(dá)最小可檢測(cè)信號(hào)功率Smin表示的表達(dá)式為：

Smin=kT0 B0 F0 D0 （7）

其中，k代表玻爾茲曼常數(shù)；T0代表標(biāo)準(zhǔn)室溫290K；Bn為接收噪聲帶寬；F0為接收噪聲系數(shù)；D0代表檢測(cè)因子；當(dāng)Pr=Smin時(shí)，通過(guò)計(jì)算可得到雷達(dá)最小可檢測(cè)信號(hào)時(shí)的衰減最大門限值Lmax，通過(guò)計(jì)算得到多輻射源場(chǎng)景信號(hào)的空間傳播衰減。

四、多輻射源動(dòng)態(tài)場(chǎng)景信號(hào)模擬軟件使用效果展示

本文采用模塊化、層次化的方法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)多輻射瞬態(tài)場(chǎng)景信號(hào)模擬軟件，其中多層次參數(shù)設(shè)置界面，多輻射源動(dòng)態(tài)場(chǎng)景態(tài)勢(shì)顯示界面如圖3、圖4所示。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文基于瞬態(tài)信號(hào)多層次建模的思想，利用多輻射瞬態(tài)場(chǎng)景多層次模塊化設(shè)計(jì)、多準(zhǔn)則優(yōu)化的脈沖選丟設(shè)計(jì)以及復(fù)雜環(huán)境下雷達(dá)輻射源建模設(shè)計(jì)方法，完成了對(duì)多輻射源動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬軟件的實(shí)現(xiàn)，能夠滿足相關(guān)測(cè)試測(cè)量環(huán)境中對(duì)復(fù)雜動(dòng)態(tài)電磁場(chǎng)景信號(hào)的需求。

作者單位：張志斌 中電科思儀科技股份有限公司

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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