【深度】基于半实物平台的战场复杂电磁环境信号生成与实现：信号构成与实现方法

原创 2017-09-26 学术plus 学术plus

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今日荐文的作者为中国电子科学研究院专家邵康，刘姜玲。本篇节选自论文《基于半实物平台的战场复杂电磁环境信号生成与实现》，发表于《中国电子科学研究院学报》第12卷第2期。本文为论文上半部分。

摘要：针对战场复杂电磁环境试验测试需求，基于现有的仪器和仿真软件，搭建了战场复杂电磁环境信号半实物激励系统。本文首先对战场复杂电磁环境信号进行分类，并对不同类型电磁环境信号进行了建模仿真，然后对半实物系统的硬件平台的搭建进行了介绍，通过搭建的半实物激励系统生成了不同类型复杂电磁信号，包括单个类型信号以及不同类型混合信号，利用实时频谱分析仪对生成的复杂信号进行了测试。最终通过与仿真结果的对比分析，验证了该方法的可行性。

关键词: 战场复杂电磁环境；半实物激励系统；信号生成

引言

现代信息化战场以电子技术和信息技术为基础在信息领域进行对抗。各种雷达、通信、导航、敌我识别、电子战装备等军用辐射体的功率越来越大，数量成倍增长，频谱越来越宽，使战场电磁环境越来越复杂。复杂电磁环境对电子信息系统的严重影响已经成为军用武器装备的极具挑战性的难题。

以预警机为例，近年来，在我军模拟进行的多场现代战争条件下的军事训练与演习，暴露出了大量电子信息装备的电磁环境适应性问题。预警机任务电子系统在复杂电磁环境中所出现的性能下降、功能失效等适应性问题与其所处的电磁环境态势、战场态势等要素密切相关，但对其内部作用机理尚不能完全明晰。

为高效评估预警机任务电子系统的性能，检测复杂电磁环境对装备威力的发挥、作战使用性能、作战效能的影响，需对复杂电磁环境进行构建，构建方法包括外场实兵模拟、半实物仿真模拟和数字仿真模拟，然而外场实兵模拟构建方法虽然能够真实逼真模拟装备的实际复杂环境，但是外场环境容易受到地理天线等因素的影响，且组织外场试验会耗费大量人力、物力和财力，经济投入太大，全数字模拟仿真能够将所有场景通过计算机仿真的方法进行构建模拟，评估装备的复杂电磁环境适应性，但是该方法对各种装备、信号模型的模拟难度较高，半实物方法是综合了上述两种方法的优点，是一种性价比较高的方法。

很多文献对半实物在装备系统进行电磁兼容和电磁环境设计方法等方面都提出了应用，如北京航空航天大学提出了构建半实物平台分析预测飞机油量表系统的电磁干扰，并提出设计整改措施，中国电科54所提出一种依托ADS及Agilent89601软件配合测试仪表构成的半实物仿真系统，这个系统能应用于构建电磁环境，但其对工作环境有具体要求，并且所产生的信号有限。本文提出一种适用性强、动态性强、应用多样、贴近真实情况、易操作的构建复杂电磁环境的半实物系统．通过应用实例验证了该系统的性能。

1 战场复杂电磁环境信号构成

通常来说，复杂战场电磁环境主要由通信环境、雷达环境、光电环境、电子对抗环境、民用电磁环境和自然电磁环境等组成。依据战场复杂电磁环境的特点，通过梳理预警机在战场所面临的复杂电磁环境干扰信号，得到预警机战场电磁环境干扰信号的类型主要包括如下几种：

1) 雷达信号

雷达信号按照工作波形划分为连续波雷达和脉冲雷达，雷达信号分类如下图所示。

图1 雷达信号模型分类

2) 通信信号

通信信号根据工作模式的不同分为模拟调制信号和数字调制信号，具体分类如下图所示。

图2 通信信号模型分类

3) 电子干扰信号

电子干扰信号主要包括雷达干扰和通信干扰，信号模型分类如图所示。

图3 电子干扰信号模型分类

上述信号类型可以通过SystemVue软件构建仿真模型真实产生，并通过半实物系统的矢量信号源发射出来。

2 战场电磁环境信号实现方法

依据战场复杂电磁环境信号构成以及半实物激励系统由复杂电磁环境信号仿真服务器、矢量信号发生器以及实时频谱分析仪组成。基于软件无线电技术将雷达信号、通信信号、电子干扰信号等在SystemVue软件中构建仿真模型，并将仿真构建的波形信号下载至矢量信号发生器之中，将仿真信号真实地产生出来，模拟复杂战场环境信号，信号实现流程如下图所示。

图4 复杂电磁环境信号实现流程图

其中，信号波形计算软件采用Keysight公司的SystemVue软件，信号发生器使用E8267D，信号输出后，应使用频谱分析仪进行监测，检查产生的信号是否正确，本系统使用的频谱仪为泰克公司的RSA6106A。实时频谱仪对产生的信号进行分析，包括时域、频域、调制域、星座图、灰度图、瀑布图等方面。半实物复杂电磁环境信号激励系统的实物如下图所示。

图5 基于软件的半实物激励系统实物图