４２航天电子对抗第３１卷第５期电子对抗作战实验系统中的雷达模型框架研究侯道琪，杨正，成晓鹏（电子工程学院，安徽合肥２３００３７）摘要：随着对信息作战研究的逐渐深入，传统的简化雷达模型已不能满足专业的电子对抗作战仿真实验的需求。通过分析电子对抗作战实验系统对雷达建模的需求，建立了以性能参数、工作参数、目标参数、干扰参数和环境参数为数据模块，探测、测量、识别和反干扰为功能模块的雷达模型框架，并简要介绍了扩展建模的重点内容。基于该模型框架，可以方便地将现有的装备级雷达模型整合到电子对抗作战实验系统中。最后通过一个仿真实例验证了该模型框架的有效性。关键词：电子对抗作战实验系统；雷达；模型框架文献标识码：Ａ中图分类号：ＴＮ９７４ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｒａｄａｒｍｏｄｅｌｆｒａｍｅｗｏｒｋｆｏｒｔｈｅＥＷｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍＨｏｕＤａｏｑｉ，ＹａｎｇＺｈｅｎｇ，ＣｈｅｎｇＸｉａｏｐｅｎｇ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｅｆｅｉ２３００３７，Ａｎｈｕｉ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｃｏｍｂａｔｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｒｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｈａｓｂｅｃｏｍｅｗａｒｆａｒｅｍｏｒｅｍｏｖｅｓｏｎ。ｔｈｅｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｒａｄａｒａｎｄｍｏｒｅｕｎｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｈｅｍｏｄｅｌｕｓｅｄｉｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌＥＷｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｒａｄａｒｍｏｄｅｌｉｎｇ’ｓｄｅｍａｎｄｆｏｒｔｈｅＥＷｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ，ａｒａｄａｒｍｏｄｅｌｆｒａｍｅｗｏｒｋｃｏｎｓｉｓｔｅｄｏｆｄａｔａｍｏｄｕｌｅａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｉｓｂｕｉｌｔ．Ｔｈｅｄａｔａｍｏｄｕｌｅｉｎｃｌｕｄｅｓｐｒｏｐｅｒｔｙｍｏｄｅｌ，ｗｏｒｋｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｍｏｄｅｌ，ｔａｒｇｅｔｍｏｄｅｌ，ｊａｍｍｅｒｍｏｄｅｌａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｉｎｃｌｕｄｅｓｄｅｔｅｃｔｍｏｄｅｌ，ｍｅａｓｕｒｅａｒｅｍｏｄｅｌ，ｉｄｅｎｔｉｆｙｏｎｍｏｄｅｌ，ａｎｄｃｏｕｎｔｅｒ—ｊａｍｍｉｎｇｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｋｅｙｐｏｉｎｔｓｏｆｅ—ｅｘｔｅｎｄｅｄｍｏｄｅｌｉｎｇｓｉｍｐｌｙｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｂａｓｅｄｔｈｉｓｒａｄａｒｍｏｄｅｌｆｒａｍｅｗｏｒｋ，ｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｒａｄａｒｍｏｄｅｌｓｉｎｃａｓｅｑｕｉｐｍｅｎｔｌｅｖｅｌｃｏｕｌｄｂｅｆｉｔｔｅｄｉｎｔｏｔｈｅＥＷｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｅａｓｉｌｙ．Ａｍｏｄｅｌｉｎｇ１ａｓｔ。ｗｈｉｃｈｖｅｒｉｆｉｅｓｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｆｒａｍｅｗｏｒｋ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＥＷｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ；ｒａｄａｒ；ｍｏｄｅｌｆｒａｍｅｗｏｒｋｉｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｉｎｔｈｅ０引言作战实验已成为当前作战训练、战法验证、武器装关注的重点不同，这些雷达模型还不能直接应用到作战仿真系统中。本文提出一种较规范的雷达模型框架，为实现装备级雷达模型与作战仿真系统的对接奠定基础。１备论证必不可少的手段。由于研究的实体多、关注的指标较为宏观，在传统的作战仿真系统中［１。４］，雷达多采用尽可能简化而通用的模型，以充分利用有限的计算机资源，凸显最主要的交战关系。然而，随着人们对信息作战研究的逐渐深入，这种简化的雷达模型已不能满足更加专业的电子对抗作战仿真实验的需求。更加逼真的作战仿真需要更加精确的雷达模型。现有一些装备级雷达模型［５‘６３详细地考虑了工作样式、目标类型和外界环境等因素对雷达效能的影响。但是，由于收稿日期：２０１５—０７—２０；２０１５—０８—３０修回。作者简介：侯道琪（１９９０一），男，硕士研究生，研究方向为作战仿真。需求分析电子对抗作战实验系统的实体仿真流程电子对抗作战实验系统采用面向实体的建模方１．１法。在分布式的仿真环境中，每一个作战实体类（ＣＥｎｔｉｔｙ）都独立完成交互信息接收、行动任务解析、作战行动仿真和交互信息发布一整套的仿真流程，如图１所示。这种面向实体建模方法的好处在于，使不同军兵种的开发人员从复杂的信息管理，仿真调度等底层服务中解脱出来，专注于军兵种专业的行为功能建模，提万方数据２０１５（５）侯道琪，等：电子对抗作战实验系统中的雷达模型框架研究４３Ｉ新仿真步长开始上ｌ接收交互信息上ｌ解析行动任务上ｌ行为功能仿真上ｌ发布交互信息图１ＣＥｎｔｉｔｙ类的仿真流程高了开发效率。１．２电子对抗作战实验系统对雷达模型的需求电子对抗作战实验中涉及到的典型雷达应用包括以下几种：１）机载预警雷达、地面预警雷达、舰载预警雷达等组成远程预警系统，实时监控战场全局态势，并在尽可能远的地方发现来袭目标等，为防空争取准备时间。２）警戒雷达、战场侦察监视雷达、目标指示雷达等提供中程监视，并为下级雷达提供粗略的方位、距离引导信息。３）炮瞄雷达、炮位侦察校射雷达、导弹制导雷达等提供较为精确的火力射击诸元，它们往往需要中、远程监视数据的引导。４）导弹末制导雷达、炮弹引信雷达等实时测量目标位置数据，对导弹航向、炮弹爆炸时刻等实施精确控制。这些雷达可能采用的技术体制包括：脉冲、脉冲压缩、脉冲多普勒、连续波、多波束、相控阵、频率捷变、合成孔径等；可能的搭载平台包括：地面固定、车载、机载、气球载、舰载等。对这些用途不同、技术体制区别、搭载平台差异的雷达，作战仿真系统实际上并不关心它们发射／接收电磁波、检测和处理信号以及显示输出的技术细节，而仅关心它们对目标探测、测量和识别的结果：１）探测功能描述了雷达发现目标、获取情报的能力。对目标的探测发现是对其进一步测量和识别的前提。发射功率大、扫描范围广的雷达则有可能发现到更多的目标，如预警雷达和警戒雷达。２）测量功能描述了雷达获取情报数据（如位置、速度数据）的精确度。具有强方向性的雷达往往具有较高的测量精度，如各类火控雷达。３）识别功能描述了雷达分析判断目标情报的分辨率。分辨率低的雷达可能会将一个战斗机编队识别为一个民航客机。分辨率与测量精度有一定关系，但还与识别规则等有关。２雷达模型框架根据作战仿真对雷达建模提出的需求，建立如图万方数据２所示的雷达模型框架。该模型框架涵盖了各种具体雷达的共同属性。数据模块功能模块交仿互真数数据据接嚣发入一一一一一布想定ＩｌＧＩＳ图２雷达模型框架模型框架按照“数据”和“功能”的结构组织，将雷达模型的核心内容划分为９个模块。这一模型框架规范了雷达对内和对外的接口，在开发具体雷达模型时，只需将其装备级模型对应分解并填充到这９个模块，即可满足作战仿真的应用需求。２．１数据模块数据模块为作战仿真系统需要的雷达功能仿真提供必需的数据支撑。可分为性能参数、工作参数、目标参数、干扰参数、环境参数５个子模块。１）性能参数性能参数描述了雷达的固有属性，限定了雷达的能力范围，一般直接从性能数据库中获取。基本的性能参数包括雷达类型（警戒雷达、火控雷达、雷达引信等）；天线增益（雷达天线在各个方向上的发射／接收增益）；检测门限（雷达能够检测的最小信噪比）；可选的工作参数集（工作参数的取值范围）。２）工作参数工作参数描述了雷达的工作状态，它取值于性能参数中给定的可选工作参数集，一般从想定或者从交互的行动任务数据中获取。基本的工作参数包括的数据项为：位置；发射功率；工作频率；极化方式；天线扫描方式（扇区扫描、圆锥扫描等）；天线扫描范围；天线扫描速度；工作模式（单脉冲、脉冲多普勒、脉冲压缩、连续波、动目标显示等）。３）目标参数目标参数描述了雷达所关心的目标属性和状态，一般从交互总线中获取。基本的目标参数包括的数据４）干扰参数干扰参数描述了分布式仿真环境中雷达干扰机的项为：实体类型（飞机，导弹等）；敌我属性；位置；速度；雷达截面积（可直接给出一个确定值，也可通过更加细致的ＲＣＳ模型进行计算）。属性和状态，一般从交互总线中获取。基本的干扰参数４４航天电子对抗２０１５（５）包括以下数据项：干扰机类型；位置；干扰频段；干扰方向；发射功率；极化方式；天线增益（同雷达天线增益）；干扰类型（瞄准式于扰、扫频式干扰、欺骗式干扰等）。５）环境参数环境模型描述了外界环境对电波传播的影响。主要有三个方面，一是地形遮蔽，二是电波传播损耗，三是由杂波（面杂波、雨杂波、箔条等）引起的噪声。基本的环境参数包括：地理高程（从地理信息系统中读取）；传播损耗（可按传播路径类型给定损耗系数，也可建立更加细致的传播损耗计算模型）；杂波ＲＣＳ（可作为一个确定值直接从交互中获取，也可建立更加细致的杂波计算模型）。２．２功能模块功能模块根据雷达的性能属性、工作状态、目标特性、干扰机和环境参数，模拟雷达对目标探测、测量和识别的过程。在干扰和杂波噪声环境下，雷达会采取反干扰措施以提高其探测、测量和识别的能力，因此反干扰模型也应作为功能模块的一部分，只是其不对外输出。１）探测模型探测模型根据支撑数据计算雷达对各目标的探测概率，并用蒙特卡洛法判断是否发现目标，最终输出发现的目标链表。ｉｆ（ｒ≤Ｐ：）ｖｃｔＦｉｎｄ．ｐｕｓｈｂａｃｋ（ｖｃｔＴｇｔ（ｉ））（１）式中，ｒ为服从Ｕ（ｏ，１）的随机数；Ｐｉ为模型求得的对第ｉ个目标的探测概率；ｖｃｔＦｉｎｄ为雷达发现的目标链表；ｖｃｔＴｇｔ（ｉ）为目标ｉ的指针。２）测量模型测量模型根据支撑数据计算雷达对各目标的测量误差，并用蒙特卡洛法决定雷达对目标位置、速度等的测量值并输出。ｚ—Ｘ＋佑ｘ（２）式中，Ｘ表示该分量的实际值，从目标参数中直接获取；．３２表示测量值；ｄｘ表示由测量模型计算得出的误差范围；ｒ表示为服从Ｕ（Ｏ，１）的随机数。３）识别模型识别模型根据输入的支撑数据计算雷达对目标的识别概率，并用蒙特卡洛法决定识别结果并输出。ｉｆ（ｑ（／，．Ｊ：）≥ｑ（ｉ，，））ｖｃｔＦｉｎｄ（ｉ）．ｔｙｐｅ＝ｊ．（３）式中，ｑ（ｉ，Ｊ）表示由识别模型计算得出的将目标ｉ识别为实体Ｊ的概率；ｑ（ｉ，Ｊ）表示由识别模型计算得出的将目标ｉ识别为各可能实体（包括不识别）的概率集；ｖｃｔＦｉｎｄ（ｉ）．ｔｙｐｅ表示第ｉ个发现实体的类型。４）反干扰模型反干扰模型根据输入的支撑数据判断特定的反干扰规则（由规则库提供）是否满足，如果满足则触发相万方数据应的反干扰行动。２．３扩展建模的重点内容在根据模型框架开发具体的雷达模型时，需要扩展建模的重点内容主要包括：１）工作模式包括雷达采用不同的技术体制时不同的工作原理，对雷达进行干扰时，不同的干扰信号样式所形成的不同的干扰效能，可通过增加工作模式的枚举数，并在功能模型中增加对应的模型接口实现。２）天线增益扩展建立抛物面天线、透镜天线、平面阵列天线、相控阵天线、超低副瓣天线、多波束天线等的天线模型。利用所建立的天线模型可以计算不同的天线类型在指定方向的天线增益。３）检测门限信噪比门限可通过用户的输入来设定，也可根据用户输入的检测概率和虚警概率来确定，如式（４）所示。Ａｌｂｅｒｓｈｅｉｍ给出的一个经验公式就是根据用户输入的发现概率和虚警概率来求得的。信噪门限的计算公式并不是完全相同的，可以采用根据目标类型的特点进行计算，如以Ｓｗｅｒｌｉｎｇ模型为参照，可以给出不同的信噪门限计算公式。Ｓ／Ｎ—Ａ＋０．１２ＡＢ＋１．７Ｂ（４）式中，Ａ—ｌｎ（０．６２／Ｐ￡），Ｂ—ｌｎ（Ｐｄ／（１一Ｐｄ））。４）传播效应包括大气传输损耗数学模型，多路径传输效应数学模型，遮挡效应数学模型。其中对于遮挡效应的数学模型又可以进一步地细分为电磁波的多峰绕射、地表绕射以及对流层散射这三种情况。５）杂波噪声根据雷达所处的环境，扩展建立地面杂波、海面杂波、气象杂波以及箔条杂波等的杂波噪声模型。在考虑地杂波时，进一步研究不同的地面类型对地杂波功率大小的影响。在考虑海杂波时，进一步研究不同的海面风速及浪高对海杂波功率的影响。在考虑气象杂波时，进一步研究不同的降雨率及降雪率对气象杂波功率的影响。６）识别模型雷达识别是比测量更为复杂的信号处理过程，需要综合本地数据和远程数据，并与目标特征数据库比较以做出判断。识别的结果是对目标敌我属性、类型、型号等信息的判断。这些判断可能会影响整个作战进程。假设在探测到目标之后，雷达对目标的识别能力是稳定不变的，用识别概率矩阵表征，如表１所示。表１中的类型是指敌我属性、类型、型号的综合，例如“敌方Ｆ一１５战斗机”。实际上很多时候只给出正确识别概２０１５（５）侯道琪，等：电子对抗作战实验系统中的雷达模型框架研究４５率，即认为如果不能正确识别，则判断该目标为不明目标。识别概率矩阵需要根据实际情况具体确定，本文不再深入研究其建模方法。表ｌ识别概率矩阵７）反干扰模型雷达的反干扰措施多种多样，包括旁瓣对消、脉冲压缩、频率捷变、恒虚警处理、频率分集等反干扰措施。当干扰机采用不同的干扰样式时，雷达采取相应的反干扰措施。以警戒雷达为例，如表２所示。表２警戒雷达反干扰行为规则表干扰样式尢跟十扰采取的反干扰措施动目杯税测投术图３基于雷达模型框架仿真实例图措施时，在受到干扰机干扰时，探测区域被压缩为心形线所包围的区域。雷达２采取反干扰措施后，在受到干扰机干扰时，探测区域几乎未发生大的变化。４连续波主瓣宽带干扰寻凹频率捷变技术萼苎鎏妻翌套要自动瞄准式干扰连建篓麦篓箩带同频干扰间断式旁瓣干扰连续波旁瓣干扰欺骗式干扰…一……”…。自动频率捷变方式对抗点频方式对抗”…～…’…。结束语由仿真实例可见，基于雷达模型框架的建模方法旁瓣消隐方式对抗旁瓣对消方式对抗可以方便地实现现有装备级雷达模型与作战仿真系统的对接。但实例给出的雷达模型粒度仍然不高。下一步研究的重点是针对每种典型雷达，建立专门的派生雷达类，以推动作战仿真系统的更新换代。■参考文献：Ｅｌｉ吉玉洁，张高峰，吴亮．应用于仿真训练的模块化雷达建有源压制性干扰鬻翟罱１４＝Ｉ主罕譬分离目标方式对抗柑”育苷｛雨府十析由路３基于雷达模型框架仿真实例图３所示的某作战仿真系统中的各类雷达模型，就是基于上述的模型框架设计实现的。该雷达模型中，雷达１与雷达２的所有性能参数相同。雷达数据模块进行如下处理：天线增益采用文献［７］中的简化天线模型；检测门限采用性能库中的固定值；传播损耗采用自由空间传播损耗模型；不考虑杂波的影响。雷达功能模块进行如下处理：探测功能采用雷达方程及雷达干扰方程模型；测量误差范围采用性能库中的固定值；识别规则为认为在连续的Ｍ次探测中发现目标Ｎ次即可正确识别目标。反干扰模型采用脉冲压缩与旁瓣对消两种反干扰措施。由仿真实例图可以看出，当雷达１未采取反干扰模与实现［Ｊ］．系统仿真学报，２０１４，２６（２）：２４２—２４７．［２］罗勤，陈炜，冯天昊．海战场作战仿真系统的雷达建模与仿真ＥＪ］．火力与指挥控制，２０１０，３５（４）：１３７—１４０．Ｉ－３］范文江，余非，余雷．基于多分辨率建模的雷达仿真方法ＥＪ３．电子信息对抗技术，２０１ｉ，２６（３）：６９—７３．［４］李丹．基于概念模型的雷达仿真建模方法［Ｊ］．现代防御技术，２０１０，３８（５）：１５０—１５４．［５］窦林涛，初阳，程建庆．舰载雷达系统误差建模与仿真分析Ｉ－ｊ］．系统仿真学报，２０１３，２５（４）：７７４—７７８．［６］宋伟，何俊，伍晓华．频率分集雷达抗干扰效能分析［Ｊ］．现代雷达，２０１４，３６（６）：１９—２１．［７］邵国培，曹志耀，何俊，等．电子对抗作战效能分析原理［Ｍ］．北京：军事科学出版社，２０１３．万方数据电子对抗作战实验系统中的雷达模型框架研究
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侯道琪， 杨正， 成晓鹏， Hou Daoqi， Yang Zheng， Cheng Xiaopeng电子工程学院,安徽合肥,230037航天电子对抗
Aerospace Electronic Warfare2015,31(5)
引用本文格式：侯道琪.杨正.成晓鹏.Hou Daoqi.Yang Zheng.Cheng Xiaopeng 电子对抗作战实验系统中的雷达模型框架研究[期刊论文]-航天电子对抗 2015(5)