基于多分辨率建模的雷达仿真方法

电子信息对抗技术・第２６卷　２０１１年５月第３期　范文江，余非，余雷　

基于多分辨率建模的雷达仿真方法　６９　

中图分类号：ＴＮ９５５　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７４—２２３０（２０１１ｊ０３—００６９—０５　

基于多分辨率建模的雷达仿真方法　范文江　，余　非　，余　雷　（１．防空兵指挥学院，郑州４５００５２；２．解放军７５１３４部队，崇左５３２２００）　摘要：在分析目前雷达仿真方法不足的基础上，从工程应用的角度出发，提出了雷达真实信号　实际算法仿真方法。为了寻求普通Ｐｃ机硬件资源下的高仿真效果，提出了多分辨率建立模　型的常规雷达仿真方法，构建了多分辨率模型的各组成模块，并用实例验证了该仿真方法的可　行性和可信性。　关键词：多分辨率建模；雷达仿真；建模方法　

Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｆｏｒ　Ｒａｄａｒ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｍｕｌｔｉ—Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ＦＡＮ　Ｗｅｎ—ｊｉａｎｇ　，ＹＵ　Ｆｅｉ　，ＹＵ　Ｌｅｉ　（１．Ａｉｒ　Ｄｅｆｅｎｓｅ　Ｃｏｍｍａｎｄ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５００５２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｕｎｉｔ　７５１３４　ｏｆ　ＰＬＡ，Ｃｈｏｎｇｚｕｏ　５３２２００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｈｏｒｔａｇｅ　ｏｆ　ｍｏｄｅｒｎ　ｒａｄａｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｔｒｕｅ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｕｓｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｅａｌ　ｒａｄａｒ　ｐｒｏｊｅｃｔ．Ｌｏｏｋｉｎｇ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｇｏｏｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ　ｕｎｄｅｒ　ｃｏｍｍｏｎ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ，ｔｈｅ　ｍｕｈｉ—ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｌｅ　ａｎｄ　ｂｅｌｉｅｖｅｓ　ａｒｅ　ｖｅｒｉｆｉｅｄ　ｂｙ　ｅｘａｍｐｌｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｕｌｔｉ—ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒａｄａｒ；ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　

１　引言　随着计算机技术的发展和广泛应用，模拟训　练的手段被广泛采用。和常规的训练方式相比，　利用仿真技术实现的模拟训练具有环境逼真、场　景多变、现场感强、训练针对性好和安全经济、可　控性强等特点。但是，随着大量新技术的装备应　用，仿真建模也随之增加了难度。寻求适应装备　发展变化，准确描述装备作战能力的仿真模型就　成为设计和实现仿真系统亟待解决的问题。　

２仿真模型需求分析　目前，从仿真粒度上分，雷达仿真有两种方　法：一种是功能级仿真；一种是信号级仿真。功能　级仿真是对已知概率的随机事件，用Ｍｏｎｔｅ　Ｃａｒｌｏ　法进行试验，从而得到该随机事件的一个模　

型ｌ１　Ｊ。这种仿真方法实时性好，属于低分辨率模　型，可以满足大规模动态目标情景的仿真需要，供　训练使用。但是，由于模型分辨率低，所以功能级　仿真缺乏人在回路的用户监控，信号的详细处理　过程只当作某种系统损耗来处理。对于复杂的战　场环境和目标的多样性，功能级仿真得出真实可　信的仿真结果比较困难。信号级仿真是逼真地复　现既包含振幅又包含相位的相干视频信号，复现　这种信号的发射、空问传播、散射体反射、以及在　接收机内进行处理的全过程模型＿２　Ｊ。该方法属　于高分辨率模型，能逼真地复现雷达系统各个不　同点上的雷达信号，可以很好地满足人在回路的　监控需要。但是，信号级仿真要求系统采样率高，　运算量大，对计算机运算能力要求高，普通的Ｐｃ　机无法完成，使用经费较高。　上述问题的根本原因是仿真模型分辨率与计　

收稿日期：２０１０—０９—１５；修回日期：２０１０—１１—１８　作者简介：范文江（１９８０一），男，硕士研究生，研究方向为雷达系统建模与仿真、信号处理；余非（１９８５一），男，硕士研究生，研究方向为雷　

达系统建模与仿真、效能评估。　７０　范文江，余非，余雷　基于多分辨率建模的雷达仿真方法　电子信息对抗技术・第２６卷　

２０１１年５月第３期　

算机硬件资源之问存在矛盾。如果要求仿真模型　分辨率高，则占用计算机硬件资源多，实现起来费　用比较高；如果要求仿真实时性好，则仿真模型分　辨率就低，占用计算机资源会较少，但缺少对信号　的高保真度处理。用户需求的仿真模型，一方面要　求仿真系统具有较高的仿真度和可信性，呈现信号　变化细节的仿真，使受训者实时参与仿真过程，增　加沉浸感；另一方面要求减小运算量，普通的ＰＣ机　就可以实现，达到简便实用的目的。其根本目的是　寻求仿真模型分辨率与计算机资源的折中。　

３多分辨率建模的概念　在作战仿真领域，仿真模型的分辨率（ｒｅｓｏｌｕ—　ｔｉｏｎ）是指模型描述现实世界的详细程度，也就是　模型对细节描述的多少。目前，学术界对这一定　义还没有统一的认识，仿真互操作专题研究小组　（ＳＩＳＯ／ＳＩＷ，国际仿真互操作标准化组织所属）给　出了一个广泛认可的定义：分辨率是在建模或仿　真中，模型描述真实世界的精确度和详细程度　（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ：ｔｈｅ　ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｄｅｔａｉｌ　ａｎｄ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅａｌ　ｗｏｒｌｄ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｉｎ　ａ　ｍｏｄｅｌ　ｏｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）　Ｊ。多分辨率建模是指对所要研究的　问题在不同分辨率尺度上建立的多种分辨率模　型。美国Ｒａｎｄ公司的Ｄａｖｉｓ等人给出具有代表性　的定义为：多分辨率建模是指为同一现象建立具　有不同分辨率的一个模型、一个集成的模型族或　二者的组合［　。　４基于多分辨率建模的雷达仿真　为了实现高仿真模型分辨率与计算机资源的　折中，本文提出把雷达仿真模型分解为若干“功能　独立”的不同分辨率的模块，将这些模块综合集成　为总的仿真模型。根据各模块的功能要求，利用　功能级仿真、信号级仿真和实际算法仿真对各模　块以不同等级分辨率的模型建模描述，可以降低　开发、测试、维护等阶段的难度，便于系统扩　展＿５　Ｊ。基于不同分辨率的仿真模型除了具备系　统功能需求外，还能满足系统的非功能需求：一是　模块化的继承和重用特点，使系统具有良好的可　扩充性，便于未来系统的演化和升级；二是通过模　块接口标准化，能够与其他模拟训练系统进行组　网训练；三是具有良好的使用性、可维性和可靠　性，方便用户使用和维护，提高利用率。本文对雷　达仿真模型进行不同分辨率模型的模块化处理，　构建了常规雷达仿真模型的主要模块。通过仿真　试验，取得了比较理想的仿真结果，证明了该方法　的可行性和可信性。　４．１雷达功能级仿真模块　对各种信号成分平均功率的描述采用功能级　仿真描述，属于低分辨率仿真模型，主要包括目标　特性、战场环境、回波功率和电子干扰强度。雷达　功能级仿真模块如表１所示。　

表１　雷达功能级仿真主要模型列表　功能仿真模块　数学表达式　含义　备注　

回波信号功率　Ｐ＝Ｐ　Ｇ２　Ｘ２　

接收机噪声　＝ｋＴｏＢ　Ｎ，　有源干扰功率　＝　

Ｐ　一发射机功率　Ｇ～天线增益　雷达工作波长　目标散射截面积（ＲＣＳ）　Ｒ一目标距离　～系统综合损耗　

波尔兹曼常数　接收机参考温度　曰　一接收机瞬时带宽　接收机噪声系数　干扰机发射功率　一干扰机天线在雷达方向的增益　Ｇ　一天线旁瓣增益　厶一干扰信号综合损耗　干扰机到雷达的距离　

综合信干比　ｓ　＝　一噪声信号功率　

采用不起伏，Ｓｗｅｒｌｉｎｇ　Ｉ、　Ｓｗｅｒｌｉｎｇ　１Ｉ、ＳｗｅｒｌｉｎｇⅡＩ、　Ｓｗｅｒｌｉｎｇ１Ｖ，目标运动过程　中，瞬时ＲＣＳ变化为其平　均值的随机变化。　

雷达接收机内部噪声模型　可以表述为服从均值为　２￣　的正态分布。　

支援干扰机一般都与目标　处于不同的位置，不在同　

一波束内，所以进入接收　机的干扰需要考虑旁瓣增　益。　电子信息对抗技术・第２６卷　２０１１年５月第３期　范文江，余非，余雷　

基于多分辨率建模的雷达仿真方法　７ｌ　

４．２雷达信号级仿真模块　雷达信号级仿真模块属于高分辨率仿真模　型，主要包括杂波特性、噪声、雷达发射信号和接　

收信号，如表２所示。　

表２雷达信号级仿真主要模型列表　Ｊ　

４．３雷达实际算法模块　针对现代雷达普遍采用数字化处理技术的特　点，利用仿真计算机复现真实信号的实际处理过　程是可以实现的，即实际算法仿真。这种仿真依　据雷达真实信号的处理流程，在仿真计算机中采　用相同的处理流程和算法，使真实信号处理过程　平移到仿真计算机上实现，具有较高的逼真度。　实际算法仿真计算量小，具有更高的实时性，亦属　

于信号级仿真，仿真模型分辨率属于最高等级。　雷达实际算法模块可以充分利用现代雷达数　字化信号处理的特点，信号实时跟随外部环境变　化，所以，实际算法模型可以准确反映作战环境、　作战行动、作战过程以及武器装备性能的变化，时　刻把这些变化展示给受训者，使其得到近似实装、　实战的训练。实际算法模块主要包括信号处理和　检测过程，如表３所示。　

表３雷达实际算法仿真主要模型列表