雷达对抗模拟器技术和发展

第5期

2008年10月

Journa l of CA EIT

V o.l 3No .5O ct .2008

收稿日期:2008 06 02 修订日期:2008 07 31

电子对抗专题

雷达对抗模拟器技术和发展

林早军1

,陶建义1

,时 海

2

(1.中国电子科技集团公司第51研究所,上海 201802;2.中国人民解放军63880部队,河南洛阳 471003)

摘 要:阐述了雷达对抗模拟器在电子战装备系统检测、试验和鉴定、效能评估、训练和演示中的作

用,介绍了电子战模拟器的发展过程、分类和结构,并通过国外电子战模拟器的实例,对目前电子战模拟器的技术水平和发展趋势进行了评述。关键词:电子战;仿真;模拟

中图分类号:TN 974 文献标识码:A 文章编号:1673 5692(2008)05 455 05

Techni que and Devel op m ent of E lectronicW arfare

M odul ator Abroad

LIN Zao j u n 1

,TAO Jian y i 1

,S H IH ai

2

(1.T he 51t h R esea rch Instit ute o f CET C ,Shanghai 201802,China ;

2.U nit 63880PLA,H enan Luoyang 471003,Chi na)

Abst ract :The ro le o f e l e ctr onic warfare m odulator i n tes,t experi m en,t effectiveness evaluati o n ,exerc i s e

and de m onstrati o n is descri b ed .Its developm en t process ,c lassifi c ation and con fi g uration are presen ted .F i n all y its techn i q ue deve l o pm ent level and tendency are expatiated based on m ode ls abroad .K ey w ords :electr onic w arfare ;si m ulati o n ;m odulati o n

0 引 言

电子战装备是现代信息战中夺取信息优势的主战装备,各国都把发展电子战装备作为军队建设的重要方向。电子战模拟技术贯穿于电子战系统的全寿命期。在系统集成与调试阶段,运用模拟器产生的复杂电子环境,进行系统调试和系统性能的检测与评估;在靶场验收阶段,运用电子战环境模拟器产生的复杂逼真的信号环境,可以对雷达侦察设备进行性能评估与鉴定试验;而以电子战电磁环境模拟器、通用雷达模拟器、目标回波及干扰模拟器及相应的仿真模型和软件为核心构成的闭环仿真系统,还可以用来试验干扰设备的干扰效果及进行雷达抗干扰能力的试验,并对电子战操作和指挥人员进行电子战战术训练与演示。雷达对抗模拟技术是一种消费比高的科研开发、试验及训练手段。

雷达对抗模拟器在国外已有了很大的发展,而

在我国尚处于起步阶段。通过对国外电子战模拟器的发展、分类和结构、具体型号及电子战模拟技术水平、特点及关键技术的介绍,旨在使人们对电子战模拟器有进一步了解,使其在我国目前的军事装备发展中发挥更大作用。

1 雷达对抗模拟器的发展

实用的雷达对抗模拟器的研究始于20世纪60年代初。60年代末期,雷达辐射源模拟器能产生逼真的雷达信号,具有可控的天线扫描方向图、脉冲序列和射频传输特性,单辐射源模拟器具有数字化可程控能力,它不仅能够程控模拟信号,而且还研制产生了在通用计算机控制下模拟几个辐射源的模拟器,能提供多个动态模拟信号。20世纪70年代中期,雷达对抗模拟器获得了很大发展,出现了时间分

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割多辐射模拟系统,这种系统采用数字随机存储器和高速电压控制振荡器,可以对射频单通道进行时间分割,产生多达16个不同的辐射源。20世纪80年代个人计算机的开发和应用,以及系统集成化、微型化技术的发展,使雷达对抗模拟器的技术水平和系统性能大大提高。进入20世纪90年代以后,随着计算机软、硬件的不断发展,促进了雷达对抗模拟器的飞速发展,同时,电子战装备的发展对模拟器也有了更新的要求。进入21世纪,面对日益复杂的电磁威胁环境,雷达对抗模拟系统的技术要求更高,并进入全面发展的时代。世界各国军方已经普遍应用计算机化的模拟作战和训练设备,模拟技术广泛应

用于武器系统和作战系统的研究、设计、试验和操作训练的各个方面,有力地促进了电子战系统的发展。美军是世界上最早开展模拟训练研究和应用的,其技术和装备一直居国际领先地位。据统计,仅1995年~2000年用于三军的模拟装备费用高达36亿美元。为了满足高技术局部战争的需要,20世纪80年代末,美军开始将计算机作战模拟训练作为军事训练的基本手段。美军作战训练模拟系统种类繁多、功能齐全、性能先进;此外,其战场电磁环境模拟系统在电子战模拟器中也占有重要地位,约占模拟器总数的52%。

电子战模拟器技术发展和模拟经费与逼真度的关系如图1和图2所示。

图1 电子战模拟器技术发展图

图2 模拟经费与逼真度关系

2 雷达对抗模拟器的分类和结构

雷达对抗模拟器的分类与电子战模拟系统的实际应用和具体模拟方法密切相关,其可以按照在电

子战模拟系统中的功能和所起的作用,也可以按照信号输出特性来分类。

按照在电子战模拟系统中的功能和所起的作用,可以分为雷达信号环境模拟器、雷达目标特性模拟器和通用雷达模拟器。雷达信号环境模拟器用于实验室内形成逼真的电磁信号环境,通常由模拟电

磁环境控制、视频级环境产生和综合射频环境产生三个部分组成,如图3所示。雷达目标特性模拟器主要模拟目标的回波特性,在实际应用中,这种模拟器还包括干扰信号模拟器和杂波信号模拟器的功能。通用雷达模拟器通常由传感器、前端或处理器、中央信息处理器和输出端组成。

图3 产生高密度电磁环境的雷达对抗模拟器

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按照信号输出特性,可分为辐射型、直接耦合型和混合型雷达对抗模拟器。辐射型模拟器能产生各种模拟特定环境的波形,这些波形绝大多数都具有雷达、导弹、通信系统和敌方拥有而我方希望模拟的任何设施的特征。这种传感器能测试试验中的整个系统,但成本比较昂贵。直接耦合型模拟器是通过把信号注入试验中的系统主传感器之后的某处来完成模拟,采用中频或数字信号,成本较低,但不能对整个系统进行测试。混合型模拟器结合了上述两种工作模式,兼有上述两种方法的优点。

3 国外典型雷达对抗模拟器及应用

3.1 美国典型雷达对抗模拟器

3.1.1 海军通用激励器/模拟器

海军通用激励器/模拟器(GNSS)是美国飞机机械有限公司研制生产的一种舰用雷达模拟器,属于美国海军战斗力战术训练(BFTT)系统的一个重要组成部分。作为一种前端激励器,GNSS系统用来与舰载雷达接收机连接,并向其注入正在由舰载训练系统(OBTS)生成的合成环境场景信号。用作模拟器时,GNSS系统则可用于雷达环境仿真,产生一个由若干种雷达作用效果构成的虚拟雷达环境。GNSS系统最大的特点是它适用于各种不同的雷达,具有较强的通用性。它采用一个通用装置外加一套 个性化模块的模块化设计方法,以此来构成对应一部特定雷达的系统配置。目前, G M SS模拟器已适用于美海军多种类型的舰载雷达。此外,还为澳大利亚海军的导弹护卫舰更新项目提供基于GN SS系统开发的舰载和陆上训练设备。

3.1.2 变色龙I、II雷达对抗干扰模拟器

变色龙系列模拟器由美国电子战模拟技术有限公司生产,是一个用于雷达电子反干扰测试和雷达操作员训练的系列化电子干扰模拟器。该系列模拟器分单通道模拟器和双通道模拟器两大类,它们以数字射频存储器技术为基础,实时产生各种干扰技术和真实的目标回波信号激励源,以此来模拟欲干扰雷达。用户一般要通过幅度-时基图形显示设定的频率和幅度门限接收窗口来选择欲干扰雷达。然而,在单通道模拟器中,有一种全新的电子干扰模拟器则是使用一部全自动引导接收机来自动地选择任何一部出现的目标雷达。I 型为模块化结构,可用于地面、机载和舰载。采用符合工业标准的VM E总线长48c m的机箱,机箱内安装单路/双路DRF M模块和DDS模块。II型是I型的一种增强型设备,它有两个8位幅度采样DRF M通道,主要用于在回路中的高保真度场合,如作为微波暗室中专门测试和评估雷达性能的装置。

变色龙I、II的频率范围:1~18GH z,带宽: 400MH z,灵敏度:55dB m(II),动态范围:(I)优于50dB、(II)55dB,干扰样式:噪声、RGPO、VGPO、组合式RGPO/VGPO、逆增益、距离/速度假目标、扫掠式调幅、往复循环/C W。

3.1.3 AN/SLQ-32雷达对抗模拟器系统

AN/SLQ-32雷达对抗模拟器系统由美国诺斯罗普!格鲁曼电子系统分部???PRB系统公司生产,专门用来培训海军操作AN/SLQ-32电子战系统的人员。目前已推出5种AN/SLQ-32电子战模拟训练设备,它们是AN/SLQ-32环境产生器、AN/ SLQ-32训练/准备状态评估设备、AN/SLQ-32操作员训练设备、AN/SLQ-32软件支援与训练系统和AN/SLQ-32操作员训练实验室。利用上述5种模拟训练设备可以提供AN/SLQ-32电子战系统具有的所有操作功能和显示功能,模拟双方交战过程,并且还能用于战前计划任务、战后汇报,以及维修和测试等。这些模拟器训练设备仍在生产,并且美国、澳大利亚和希腊等国的海军一直在使用。

AN/SLQ-32环境产生器的输出类型:数字/视频;扫描类型:圆周/圆锥/栅扫/其他;频率调制:捷变;结构样式:便携式;辐射源波形:捷变/连续波/其他;脉冲重复间隔调制:所有的类型;同时威胁数目: 200个。

3.1.4 F-16OBE W S雷达对抗模拟器

F-16OBE W S雷达对抗模拟器是桑德斯公司为F-16战斗机专门研制的一种机上雷达对抗模拟器。该模拟器安装在F-16飞机上,体积略大于VDS带盒。它使得F-16C/D飞机从任何一个装备美国空军任务支援系统的基地上起飞执行任务时,都能用其作为电子战威胁模拟器教练机。OBE W S 模拟器能编程产生100个威胁,其中10个是机载威胁;能够象实战中一样启动机载雷达告警机(包括视频监视器);能够记录下选择的飞机和飞行员动作,供事后鉴定和分析。飞机驾驶员亦可采用机动飞行和实施电子干扰进行自卫。该模拟器除了用作电子战威胁模拟器外,还具有任务计划和事后分析任务执行情况的功能,以及维护和测试能力。该产

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品自1998年开始服役。

值得提及的还有KOR公司的模拟系统和诺斯罗普!格鲁曼系统公司阿默斯特系统分公司的战斗电磁环境模拟器(CEESI M)系列。KOR公司自20世纪80年代以来设计、研制和生产了一系列的雷达和电子战模拟器。这些模拟器采用了通用硬件和软件,可组成满足某种特定要求的系统。90年代中期,KOR公司的模拟器研发技术进一步成熟,先后生产出一系列DRF M、采用频率合成技术且基于数字信号处理(DSP)与DRF M的雷达环境模拟器(RES),以及基于DRF M的电子干扰/目标(EC M/ T)模拟器。诺斯罗普!格鲁曼公司的CEESI M系列共有9种各种功能的模拟器,这些产品大多已在全球许多实验室、微波暗室和靶场服役。用该系列模拟器测试过的电子战系统多于20余型。

3.2 北约及其他国家的雷达对抗模拟器

3.2.1 北约

英、法、德北约国家十分重视模拟训练,他们将模拟器的研发作为军备竞赛的重要方面,致使模拟训练技术及应用始终处于世界先进行列,并形成了十分繁荣的西欧 模拟训练器/系统商品市场。北约多军种电子战支援大队拥有多种模拟与训练系统,此外,机动式雷达与通信干扰和仿真设备车(TRACSVAN),小型机动式雷达与通信干扰和仿真设备车(MTV),北约电子战车(NE WVAN)等为盟军部队电子战训练做出了贡献。北约在波利冈电子战训练靶场和斯佩德亚当电子战训练靶场的威胁模拟系统为训练创建了充满机动威胁和具有规避机动能力的威胁环境。

3.2.2 其他国家雷达对抗模拟器的应用

以色列的机组人员电子战训练模拟器(C r E W tra i n)是一种经济的军用机组人员电子战训练系统,采用磁盘,使用方便。系统可以有多种配置,基本系统只有一个机组电子战训练单元,其扩展包括一个终端、一个操纵杆和一个CRT显示器。操作手根据显示在面板上的指令选择各种方式。

瑞典8102电子反干扰/电子干扰训练系统。8102 灵鸦(S m art C ro w)系统是一个模块化内装式或吊舱安装式对抗训练系统。它能产生干扰信号,有效辐射功率大于1k W,频率范围0.1~18GH z; 8102使用了AN/ALQ-167吊舱,有多种干扰,但有些方式并不是所有波段都有。 伊利干扰(E rija m m er)A100电子反干扰/电子干扰训练系统是一个人工控制或计算机自动控制吊舱,用于对防空战斗机和防空雷达操作手进行电子反干扰和电子干扰训练;有45种以上噪声、距离、速度和角度欺骗方式,吊舱还能模拟导弹寻的头雷达,由一个储频环路、一部侦察接收机和可选带宽提供单个或多个威胁能力。

4 雷达对抗模拟器关键技术及发展趋势4.1 雷达对抗模拟器的关键技术

雷达对抗模拟器不仅能满足0.5~18GH z和26.5~40GH z的频率范围,而且模拟能力大大提高。电磁环境模拟器可模拟常规雷达信号及脉冲压缩、频率捷变、连续波和脉冲多普勒等特殊雷达信号,具有多端口比幅、比相和时差测相等各种测相体制的仿真能力。通用雷达模拟器可模拟包括二坐标和三坐标搜索雷达、跟踪雷达和导弹寻的头等雷达类型,雷达工作体制包括相干和非相干、脉冲压缩、脉冲多普勒、圆锥扫描、单脉冲、相控阵、边扫描边跟踪及连续波等。雷达目标和干扰模拟器可生成可编程目标回波信号、干扰信号及背景杂波信号,能模拟目标的有效反射面积、闪烁和起伏。近年来,模拟器关键技术得到快速发展,它们主要包括如下三个方面。

(1)射频源采用数字调谐振荡器(DTO)、慢速(锁相)频率综合器(SFS)、快速频率综合器(FFS)中的一种或多种组合。

(2)信号处理包括FFT、CFAR、MTD、MT I、DPC 等;抗干扰技术包括脉冲前沿跟踪、旁瓣对消、距离速度门相关等。

(3)干扰技术包括噪声、距离和速度欺骗、多个假目标、逆增益及扫频调幅等。背景杂波的模拟包括地杂波(主瓣)、海杂波和发动机噪声。

4.2 雷达对抗模拟器发展趋势

电磁威胁环境的日益复杂,对电子战系统提出了更高的要求,对雷达对抗模拟器也提出了更高的要求;同时,计算机和高速微波器件的高速发展,也促进了电子战模拟技术的发展。在设计方面,雷达对抗模拟器正朝着系列化、标准化、组件化的方向发展,并采用开放式体系结构,例如,美国TREE系列就是一个威胁模拟产品系列,用来提供海上水面武器试验和训练的威胁环境,目前扩展到可提供用于

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机载武器的EC M;在模拟功能方面,雷达对抗模拟器朝着综合一体化的方向发展,一方面是把多个系统的功能集成到一个系统上,而不像过去某些单一功能的模拟器那样,只能进行某个方面的试验和作战训练;另一方面,从结构上实现功能的综合一体化,如通过C4I系统,把整个战场上的各军兵种的武器系统、作战平台、保障装备联为一体,相互配合,协调行动。

国外电子战模拟器发展的趋势体现在六个方面。

(1)雷达信号环境模拟器所产生的信号频率范围更宽、置频精度更高、生成的信号密度更高。国外现在的雷达信号环境模拟器所生成的频率范围可以从0.5~40GH z,频率合成器采用了高精度的晶体振荡器,产生信号的频率稳定度和置频精度可以达到10-7数量级。特别是快速频率合成器使频率转换时间可以快到500ns,在宽达四倍频程的微波频带范围内,频率步跳间隔低达10H z,且具有脉内调频和调相功能,这为模拟高信号密度的各种工作体制的雷达威胁信号奠定了基础。以数字射频存储器为核心技术的雷达目标回波模拟器和干扰模拟器,对相参目标回波和欺骗干扰信号的模拟能力大大增强。

(2)从单纯的信号环境仿真发展成环境生成、性能评估与作战训练一体化的闭环仿真试验系统。美国、以色列、法国等均已建成能完成雷达侦察-干扰-抗干扰试验的闭环仿真试验系统,该系统以电磁环境模拟器、通用雷达模拟器、目标回波和干扰模拟器及相应的仿真软件和模型为核心组成,并能生成可编程的战场环境场景仿真。此外,一些新的模拟技术,诸如分布式交互模拟技术、虚拟现实技术、多频谱技术等都得到了极其广泛的应用。

(3)从静态仿真发展为动态仿真。目前,国外可模拟的运动平台数量达到512个,并可模拟运动平台的运动姿态。由功分器、精密程控衰减器、精密程控移相器、程控延时线、相位补偿器、功率合成器等超宽带微波器件组成的注入网络,能实现比幅、比相和时差测向体制到达角的模拟。

(4)在加强信息化作战方面,朝着网络化、数字化方向发展,如2005年在德国举行的 电子战实弹训练演习!2005中,除进行实兵对抗演习外,德国空军司令部还建立了一个由多种武器系统、模拟器和通信系统组成的网络,首次运用了网络训练这种手段。

(5)在快速部署应用方面,朝着小型化、模块化、机动化方向发展。北约多军种电子战支援大队计划在2010年前后用更加机动、更加可靠的现代化方舱和电子设备来替换现有的大部分模拟训练装备,其基本设想是开发一种更为紧凑、机动和模块化的系统,使部署更为灵活。

(6)在与先进武器装备配套方面,朝着嵌入武器作战运行的方向发展。俄罗斯的先进装备几乎都编配有相应的模拟器/训练系统,如 音色-M通用模拟训练系统就是用于C-300系列地空导弹系统指挥所有作战班组人员的通用模拟训练设备。美国的战斗力电子战训练系统(BE WT)及 宙斯顿作战训练系统(ACTS)等也广泛运用。

5 结 语

在当前日益复杂的电磁环境下,加强对国外电子战模拟器技术及其应用的研究,加强对国外雷达对抗模拟器在信息化条件下的组网应用等最新发展趋势的研究,对于实现我军现代化的电子战装备全寿命管理和我军电子战训练的现代化有着极其重要的意义。

参考文献:

[1]王鼎奎.世界电子战系统模拟器手册[Z].中国船舶

重工集团公司第723所,2003.

[2]高慧英.国外电子战模拟器的发展现状及技术水平

[J].舰船电子工程,2002,1.

[3]李琨,任翔宇.外军电子战训练系统发展现状与趋势

[Z].电子靶场情报参考,2008,1.

作者简介

林早军(1954-),男,贵州赫章人,

工程师,研究方向为雷达对抗,曾获部

级科技进步二等奖;

陶建义(1954-),女,浙江绍兴人,译审,主要从事雷达与电子战情报研究;

时 海(1969-),男,河南洛阳人,工程师,硕士,主要从事雷达对抗试验研究。