雷达对抗侦察功能仿真系统设计与实现

第４卷第１期　２０１３年２月　指挥信息系统与技术　

Ｃｏｍｍａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏｌ＿４　Ｎｏ．１　

Ｆｅｂ．２０１３　

・实践与应用・　

雷达对抗侦察功能仿真系统设计与实现　刘晓光　张桂林　贺成龙　（信息系统工程重点实验室　南京２１０００７）　摘要：针对雷达对抗侦察的方位、频率扫描特性进行了仿真建模，侧重对雷达信号的截获过程进　行了分析和设计，同时搭建了基于高层体系结构（ＨＬＡ）的功能仿真系统，实现了雷达对抗侦察的　功能级仿真。　关键词：雷达对抗侦察；信号截获；功能仿真　中图分类号：ＴＰ３９１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—９Ｏ９Ｘ（２０１３）Ｏ１—００４３—０５　

Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｒａｄａｒ　Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅ　Ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ　Ｌｉｕ　Ｘｉａｏｇｕａｎｇ　Ｚｈａｎｇ　Ｇｕｉｌｉｎ　Ｈｅ　Ｃｈｅｎｇｌｏｎｇ　（Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｎ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１０００７，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌｓ　ａｒｅ　ｂｕｉｌｔ　ｆｏｒ　ｂｅａｒｉｎｇ，ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒａｄａｒ　ｃｏｕｎ—　ｔｅｒｍｅａｓｕｒｅ　ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ．Ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｒａｄａｒ　ｓｉｇｎａｌｓ　ｉｓ　ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ｄｅ—　ｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｎ，ａ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｈｉｇｈ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（ＨＬＡ）ｉｓ　ｐｒｏ—　ｐｏｓｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒａｄａｒ　ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅ　ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ　ｉＳ　ｒｅａｌｉｚｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒａｄａｒ　ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅ　ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ；ｓｉｇｎａｌ　ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ；ｆｕｎｃｔｉｏｎａ１　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　

０引　言　１仿真系统组成　雷达是信息化战场和武器系统中信息获取和精　确制导重要装备，对敌方雷达进行侦察、干扰和摧毁　在现代战争中尤为重要［１］。其中雷达对抗侦察利用　各种平台上的雷达对抗侦察设备，对敌雷达辐射信　号的截获、测量、分析、识别及定位，获取其技术参数　及位置、类型和部署等情报。　Ｃ‘ＩＳＲ系统中所关心的雷达对抗侦察，主要体　现在对雷达信号的截获。通过信号截获形成电子目　标上报情报处理中心，情报处理中心则根据雷达对　抗侦察情报与雷达情报等进行多源信息综合处理，　实现电子目标的综合跟踪与识别。由于雷达脉冲信　号复杂，很难进行信号级侦察模拟。Ｃ　ＩＳＲ系统仿真　主要用于雷达信号的截获及后续的信息融合，因此　本文无需进行信号级仿真，采用的是功能级仿真。　

＊基金项目：“十二五”装备预研课题资助项目。　收稿日期：２０１２—０５—３０　

仿真系统由运行时间基础结构（ＲＴＩ）运行时服　务器、联邦控制成员、剧情产生、仿真资源数据库和　雷达对抗侦察模拟等席位组成，如图１所示。图中　ＴＣＰ为传输控制协议，ＩＰ为网络互连协议。　

ＲＴＩ运行时　联邦控制　仿真资源　服务器　成员　数据库　

图１雷达对抗侦察仿真联邦结构　指挥信息系统与技术　２０１３年２月　ＲＴＩ是高层体系结构（ＨＬＡ）的关键部分，为运　行时刻的ＨＬＡ联邦提供公共接Ｖ１服务，完成邦员间　的通信　］。ＲＴＩ运行时服务器和联邦控制成员用于　实现基于ＨＬＡ的分布式仿真应用框架；仿真资源数　据库用于储存公共信息资源，供仿真节点调用。剧情　产生用于仿真场景的设定；雷达对抗侦察模拟用于　模拟雷达对抗侦察，两者信息交互通过ＲＴＩ控制［３］，　如图２所示。其中，剧情产生需给出雷达平台的当前　位置、雷达波束方位、载频、重频和脉宽等参数；雷达　对抗侦察则需报出截获辐射源的批号、截获方位、载　频、重频、脉宽和到达时间等参数。　

图２信息交互关系　２侦察过程建模　雷达对抗侦察是一个在时域、空域和频域多　维信号空间中具有一定选择性的动态信号搜索过　程，因此需对雷达的扫描、雷达对抗侦察扫描和频率　扫描的过程进行分析建模　］。公式出现的角度起始　方向均为正北方向，顺时针方向为正，逆时针方向为　负，单位为ｒａｄ；转速单位为ｒａｄ／ｓ；时间单位为Ｓ。　２．１雷达方位扫描　对于圆扫雷达，根据雷达天线初始方位０。、初始　转向Ｃ和转速　等，可以推导出ｔ时刻雷达扫描天线　方位函数　（￡）为：　ｆ　＋ｆ　￡ｔ∈［Ｏ，Ｔｏ］　（ｆ）一　（１－－ｃ）Ｔｒ＋ＣＯＪＲ（ｔ－（丁ｏ＋ｋＴ））　（１）　【ｔ∈［丁。＋ｋＴ，Ｔ。＋（　＋１．）丁］　其中，Ｔ。一ｌ（１＋ｃ）７ｒ一０。Ｉ／　为首次转向正北方向　时间；丁为扫描周期，丁一２７ｃ／　；五一０，１，２，…，　。　对于扇扫雷达，扇扫方位范围为［　，　］；Ｏｍｉ　为扇扫方位最小值边界；　为扇扫方位最大值边　界。根据０。，Ｃ和　等，可以推导出ｔ时刻　（￡）为：　

０）＝　Ｏｏ＋ａｏＲｔ　ｔＥ［Ｏ，ｒｏＲ］　＋字　ｎ－Ｃ￣Ｒ（ｆ一２ｋｒＲ　）　

ｔＥ［＇ｒｏＲ＋２ｋｒＲ，ｒ０Ｒ＋（２　＋１）ｒｅ］　＋半‰　－（２ｋ＋１）ｒＲ．ｒ０　）　

ｔＥ［ｒ０Ｒ＋（２ｋ＋１）ｒＲ，ｒｏＲ＋（２五＋２）ｒＲ］　

（２）　

其中，Ｚ＇ＯＲ为首次转向扇扫方位边界　或　的时间，　Ｉ　１　ｌ一　１——　Ｉ　ｒ。Ｒ—Ｉ　ＩＴ。Ｃ　Ｉ￣　＋＿ｌ－　Ｃ　一　Ｉ／　；　为扇扫方位从　

Ｉ　厶　厶　Ｉ　到Ｏｍｉｎ或从　到　的时间，ｒＲ＝（　一　）／　。　

２．２雷达对抗侦察方位扫描　根据侦察天线　，Ｃ，ＯａＫ和方位范围［ａ面　，　］等　（‰　为扇扫方位最小值边界，‰　为扇扫方位最大值　边界），可以推导出ｔ时刻侦察天线方位函数ａ（￡）为：　Ｏｌ０＋ｃ　Ｅｔ　ｔＥ［Ｏ，ｌ＂ｏ］　

半　＋　…　ｒｏＥ）　

ｔＥ［ｒ０Ｅ＋２ｋｒＥ，ｒ。Ｅ＋（２ｋＴ１）ｒｅ］　＋字‰　Ｅ（￡－（２ｋ＋１）ｒｓ－ｒ０Ｅ）　

ｔＥ［ｒｏＥ＋（２ｋ＋１）ｒＥ，ｒｏＥ＋（２ｋ＋２）ｒＥ］　

（３）　

其中，ＴＯＥ为首次转向侦察方位边界‰　或　的时间，　。　一｝　＋　‰　／　；Ｚ＂Ｅ为扇扫方位从　ｒ０Ｅ—Ｉ—　—ａｍａｘ十—　口ｒＩｌｉｎ一　ｌ；　力用　万位从　Ｉ　厶　厶　ｌ　

到Ｏ／ｒａｉｎ或从‰　到口ｍ　的时间，ｒＥ：＝＝￣ｔｍａ　一‰ｉ　）／　。　２．３雷达对抗侦察频率扫描　若雷达对抗侦察接收机采用瞬时测频方式，在　可测频率段上宽开式接收，能够瞬时且不加排斥地　接收所有可测范围内的各种信号，则仿真模型很　简单。　若雷达对抗侦察接收机采用搜索超外差方式，　在可测信号范围内只开了一个小窗口接收信号，为　了能够覆盖整个侦察频率范围，控制该小窗口进行　某种方式的扫描。该类雷达对抗侦察接收机搜索方　式目前还在大量应用，其仿真模型也比较复杂，本文　对其进行了仿真建模。　根据测频范围［　，厂蚴　］，测频步长　和频率搜　索形式　等，以连续单程搜索为例，可以推出ｔ时刻　测频函数厂（　）为：　厂（　）一ｆｍｉ　＋　（ｆ一愚　）ｔ∈　，（五十１）　］　（４）　其中，　为测频值从　到　的时间，　＝（　一　

ｍｉ　）／，１；ｋ一０，１，２，…，　。　第４卷第１期　刘晓光，等：雷达对抗侦察功能仿真系统设计与实现　４５　３截获计算　对雷达信号截获需要考虑多种因素，只有雷达　对抗侦察设备接收机工作在合适的频率上，将　其天线指向雷达，且雷达天线也正好对着侦察设备　方向，如果雷达辐射信号电平足够大，此时侦察设备　才可能截获到雷达信号［６　］。文献［４］对雷达侦察功　能建模考虑了距离和频域等截获条件，但未考虑两　者天线需同时对准，而天线同时对准是截获雷达信　号的必要条件。本文采用功能仿真，对侦察天线与机　载雷达天线对准、雷达工作频率的截获范围以及雷　达相对侦察站的距离截获范围进行了建模计算。只　需满足侦察天线与机载雷达天线对准，雷达工作频　率在截获频率范围内，以及雷达相对侦察站的距离　在侦察站的侦察范围内３个条件即可截获雷达　信号。　雷达对抗侦察对雷达信号截获的软件设计流程　如图３所示。定时触发开始仿真，若最邻近的一次时　间截获窗口不存在，则计算下一次最邻近的截获时　间窗；若存在，继续判断当前时间是否处于截获时间　窗内，若处于时间窗内，且目标雷达的工作频率在频　率探测范围内，目标位于侦察范围内，则表明可截获　到雷达信号，报出目标信息后，结束本次仿真。　

根据以上流程，主要包括以下计算模型功能：　１）计算侦察设备天线对准雷达的时间窗　（１）根据侦察设备位置和雷达位置，计算出ｔ时　刻以侦察设备位置为参照点的雷达所在方位　；　（２）根据式（３），令　（ｆ）一　，可求得侦察天线方　位对准雷达方位的时刻ｔ　；　（３）可求得侦察天线波束宽度６ｔＥ扫过雷达方向　

的时间窗　为［　一　，　＋　］。　２）计算时间窗　内雷达天线对准侦察设备时　间范围　（１）根据雷达位置和侦察设备位置，计算出当　前ｔ时刻以雷达位置为参照点的侦察设备所在方　位０Ｅ；　（２）根据式（２），令　（ｆ）一０ｒ，可求得雷达天线方　位对准侦察设备方位的时刻ｔｚ；　（３）根据雷达天线波束宽度　和扫描角速度　

，可求得雷达天线扫过侦察设备方向的时间窗　

为［　＋　］；　（４）若ｔ　∈Ｗ　，则双方均对准的时间范围　ＷＥＲ＝ＥｗＥＲｒｎｉｎ，　ＥＲ　］为：　［ｍａｘ　一　，　一　），ｍｉｎ　＋　＋　）］。　

３）计算　ｚ　内频率的搜索范围　瞬时测频方式下，认为Ｗ　一［　，　］，　［　，　］为测频范围。　超外差方式下计算频率窗　，步骤如下：　（１）若存在整数ｋ１，忌２，满足：　ＥＲ　＜ｈｉ　＜　五　＜　ＥＲ一，则Ｗ　一［　，，ｍ　］，否则，执行（２）；　（２）若存在整数忌，满足ｋ／ｚ￣ＷＥＲＩｎｉ　＜（五＋１）　＜　ＥＲ　＜（五＋２）　，则　＝［厂（　ＥＲＩｎｉ　），ｆ－　］Ｕ［／　，　ｆ（Ｗ　一）］，否则，执行（３）；　（３）若存在整数忌，满足忌　＜　Ｅ　＜　ＥＲ　＜　（五＋１）　，Ｗｆ一［厂（ＷＥＲｍｉｎ），ｆ（ＷＥＲ　）］。　４）计算最大可截获距离　（１）计算通视距离，经验公式为［８］：　

Ｒ＾　≈４　１２０（√ｈ　＋√ｈ　）　（５）　其中，ｈ。为侦察设备高度，单位为ｍ；　为雷达高度，　单位为ｍ；计算出的通视距离尺　单位为ｍ；　（２）计算理论最大侦察距离，应满足［８］：