雷达对抗侦察装备侦测数据评估系统的设计

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尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

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摘要
雷达对抗侦察装备是通过接收雷达发射的直射波实现对雷达信号的探测。

随着现代雷达技术的发展，雷达体制越来越复杂，影响雷达对抗侦察装备的侦测数据因素越来越多。

所以对已有的雷达对抗侦察装备所侦测到的雷达信号进行数据评估变得十分重要。

本系统的开发主要是为了实现对雷达对抗侦察装备的侦测数据进行定量的评估。

系统的工作原理是视雷达对抗侦测设备为一电子测量仪器，对其测试精度进行评估。

系统针对雷达对抗侦察装备侦察数据误差形式主要体现形式采用2种雷达对抗侦察装备侦测数据检测方式。

分别对雷达对抗侦测装备侦测数据的时频参数和空域参数进行数据评估。

本文将详细介绍系统的测试流程和系统的组成。

系统通信为PC机通过GPIB接口总线、GPIB-ENET/1000控制器程控标准仪器仪表（示波器、频谱分析仪）和外辐射源。

软件部分为开发雷达侦察装备数据评估系统，综合运用面向对象的开发语言和数据库等多方面知识进行软件的开发。

雷达对抗侦察装备侦测数据评估系统可实现测试仪器和测试数据的统一化管理，解决了传统测试中数据不足、信息共享度低的问题。

有利于提高基准信号的使用效率。

对雷达对抗侦察参数可信度评判或雷达对抗侦察装备侦测数据相关研究提供了可靠的基础信息。

关键词：雷达对抗侦察装备，基准信号，数据评估
Abstract
Radar countermeasure reconnaissance equipment is to detect radar signals by receiving radar direct wave.With the development of radar technology,radar system is getting more and more complicated,and the factors that affect the detection data of radar countermeasure reconnaissance equipment are also become more and more.So the evaluation of radar signal detected by radar countermeasure reconnaissance equipment has great significance.
The development of this system is mainly to achieve quantitative evaluation of detection data for radar reconnaissance equipment.The operating principle of the system is regarding radar countermeasure reconnaissance equipment as a electronic measuring instrument,then evaluate its accuracy.The system has two kinds of detection methods for data detected by radar countermeasure reconnaissance equipment,the methods are evaluating the time-frequency parameters and spatial parameters of data. This paper will give a detailed introduction for testing process and the composition of the system.The communication of system is that PC through the GPIB interface bus, GPIB-ENET/1000controller programmable standard instruments(oscilloscope,spectrum analyzer)and external radiation source.The software part is the development of radar reconnaissance equipment data evaluation system,through a integrate use of object-oriented development language and database and other knowledge of software.
Radar reconnaissance equipment detection data evaluation system can realize unified management of test instruments and test data,which can solve the problem for the lack of data in traditional test and the low degree of information sharing and can improve the efficiency of the use of reference signal.And it will provides reliable basis information for research of reliability evaluation of radar parameters and data evaluation of radar countermeasure reconnaissance equipment.
Key words:Radar countermeasure reconnaissance equipment,Reference signal,Data evaluation
目录
摘要 (I)
Abstract (II)
1绪论
1.1研究背景与意义 (1)
1.2研究内容和目标 (2)
1.3论文主章节安排 (3)
2系统需求分析
2.1系统工作原理 (4)
2.2业务需求 (5)
2.3功能需求 (6)
2.4系统性能需求 (9)
3系统设计
3.1系统总体结构 (11)
3.2软件框架设计 (14)
3.3人机交互设计 (16)
3.4数据库设计 (17)
3.5数据处理设计 (25)
4基准信号设计
4.1基准信号数据的生成设计 (28)
4.2编辑信号样式及编辑信号流程 (29)
4.3基准信号数据精度保证与量值传递 (30)
4.4基准测试和采集流程设计 (30)
5系统实现与系统测试
5.1系统实现 (39)
5.2系统测试 (48)
6总结与展望
6.1总结 (55)
6.2展望 (56)
致谢 (57)
参考文献 (58)
1绪论
1.1研究背景与意义
雷达是集中了现代电子科学技术各领域成就的高科技产品，最早使用于二战时期，从其诞生之日起，雷达就成为了装备领域内的骄子。

[1]与此同时，电子战的另一个主角:雷达对抗侦测装备也伴随着雷达的发展而迅速发展。

使用雷达侦察设备截获敌方的雷达信号并经过分析、识别、测向和定位,获取战术技术情报,是雷达对抗的基础。

[2]
雷达情报侦察的主要任务，是在情报侦察、获取数据的基础上，通过对敌方雷达的侦测获取雷达的特征参数经行分析，从而判断雷达的性能、类型、用途、配置和所控制的武器等有关战术技术情报以及防御系统的组成，并且可以通过分析识别威胁雷达的类型、数量、威胁性质和威胁等级等有关情报，为作战指挥实施雷达告警、战术机动、引导干扰和引导杀伤武器等战术行动提供依据。

它是制定作战计划、研究雷达对抗技术和使用雷达对抗设备的依据。

[3]因此，对雷达对抗侦察装备而言能够精确的获取雷达信号尤为重要。

由此可见能够快速获得并识别、获取有用信号，并对这些信号加以甄别进而得出可靠的数据信息是雷达对抗的关键所在。

[4]从给出目标雷达信号参数侦测结果的意义上说，雷达对抗侦察设备实质上也是一种测量仪器。

凡测量必有误差，因此，侦察数据是含有误差的数据。

侦察数据误差形式主要体现以下两个方面。

一方面，由于雷达对抗侦察设备常年担负侦察监视任务，侦测性能退化，侦测数据误差大，导致侦测数据可信度降低，甚至出现地理位置不同侦察站的相同型号侦察设备，对同一雷达目标侦测结果差异较大的现象；另一方面，同一雷达对抗侦察设备侦测的雷达信号各参数的误差大小各异，如侦测的雷达信号的载频、脉冲重复周期等误差较小，雷达信号脉宽和到达方向误差较大。

因此，对雷达对抗侦察参数可信度评判是需要解决的问题。

[9][10]
然而无论是对雷达对抗侦察装备参数可信度的判断上还是对雷达对抗侦察装备进行综合效能评估。

都需要大量的雷达侦察装备的测量参数误差作为基准数据。

建立雷达对抗侦测装备侦测数据评估系统，是对部队现有的侦察装备经行系统的精度检测从而的到各项误差数据。

这是建立雷达侦察系统作战效能评估或雷达对抗侦察参数可信度评判的重要基础数据。

本课题来源于与空军预警学院的合作项目——雷达对抗侦测装备侦测数据评估系统。

本课题的研究雷达对抗侦测装备侦测数据评估系统，它以高精度的典型的基准信号为标准。

分别采用高精度射频信号源产生基准信号数据和采用雷达辐射信号产生基准信号数据产生两种基准信号。

通过自行开发的软件系（雷达对抗侦察装备侦测数据评估系统）对所采集的信号进行误差分析，从而得出雷达侦测设备各项参数的参数误差。

[15]与此同时及时生成评估数据报表并将其存放于数据库中以便今后能够及时调用。

为今后雷达对抗侦察装备的各项研究提供详细的技术数据。

[16][17]
1.2研究内容和目标
本文通过设计射频信号源和雷达辐射源两种基准信号的生成和雷达对抗侦察装备对基准信号的采集，形成标准数据和侦测数据，进而对侦测数据进行数据评估。

系统通过GPIB总线将多台程控测试仪器与PC机相连，用户在PC机上通过“雷达对抗侦察装备数据校准”软件实现对标准仪器的远程控制，进而完成标准数据的产生、发送，并通过对比侦测数据做出误差分析。

最终将仪器、被测设备信息和测量数据在数据库中保存。

雷达对抗侦察装备侦测数据评估系统的研究和开发工作有如下几点目标：
1.完成系统需求分析。

2.实现（1）采用高精度射频信号源产生基准信号数据。

（2）采用雷达辐射信号产生基准信号数据。

两种基准信号的产生和采集方式。

3.实现PC机对标准仪器（示波器，频谱仪，信号发生器等）的程控。

4.完成“雷达对抗侦察装备数据校准”软件的开发。

1.3论文主章节安排
根据本系统的实现过程，本文的具体内容安排如下：
第一章绪论。

简述了雷达侦察装备侦察数据评估系统的研究背景以及意义
第二章系统需求分析。

通过业务、功能、性能3个方面详细分析系统需求。

第三章系统设计。

通过系统总体架构和需求分析设计系统硬件通信和软件框架设计，数据库和数据处理模块。

第四章基准信号设计。

这一部分是本系统开发的关键所在，本章将详细介绍基准信号的生成方式和应用过程。

第五章系统实现与系统测试。

本章主要对各模块的实现以及PC操作端的操作流程做了具体介绍。

并对系统测试进行总体测试。

第六章总结与展望。

总结了系统的整体设计流程、方法和工具，并对本系统今后的版本升级做了展望。

2系统需求分析
2.1系统工作原理
系统原理框图如图2-1所示。

其工作原理是视被测设备为一电子测量仪器，采用两种方法对其测试精度进行校准。

一种方法是测试已知参数的高精度基准信号（由标准信号源给出），通过比对设备给出的测试数据，得出被测设备的精度信息；另一种方法是在同样的环境条件下，分别用标准测试仪器（如高精度的示波器、频谱仪或矢量信号分析装置）和被测设备同时测试某外辐射源，通过比对标准测试仪器和被测设备给出的测试数据，得出被测设备的精度信息。

图2-1系统原理框图
本系统主要分为两部分（1）系统平台的搭建（2）软件的开发。

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从本系统的软件前台看，其基本工作过程如图2-2所示，设计思路为：离线制定测试计划——控制测试流程（在导入测试计划后可给出操作向导指导测试一步一步完成），上机实地测试（组建环境；存储标准数据、被测设备采集的数据）——数据处理与显示（依据需要的误差模型对两种数据进行处理，得出表格和曲线、数据相似度判断。

在标准仪器仪表和被测设备完成数据采集后，能基于离线存储的数据进行事后分析和比对。

）——后台系统管理（权限、数据库等）。

图2-2系统基本工作工程图
基本工作流程是首先按测试要求程控设置信号源或高精度测试雷达辐射源信号参数数据和图形，在基准信号激励下，被测情报侦察装备的输───侦测数据和侦测图形通过LAN网线输入主控计算机，主控计算机（包括主机、显示器、键盘、鼠标、打印机等外围设备）上的系统应用程序完成人机交互、信号源程控、基准信号测量设备程控、侦察数据采集记录、统计分析数据处理及校验评估结果输出等。

其中，部队所配发信号源，示波器和频谱仪等测量仪器大多为A V系列和Agilent系列设备，其精度均高于侦察设备。

2.2业务需求
需求分析是系统开发过程中相当重要的一个阶段，是一个将用户的需求从具体到抽象的过程。

需求分析的基本任务就是准确地回答“系统必须做什么”这个问题。

[20]需求分析给系统后续的设计与开发指明了方向，是项目的实现的基础。

系统的业务需求主要包括以下几个方面：
1.系统主要功能性需求应在满足系统的工作原理的前提条件下进行，首先是执
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行者和管理者可以根据自身权限范围内的校准操作，比如校准计划的制定、校准计划的执行、误差处理表格的查询，并且记录整个过程中所用到的设备仪器、被测量仪器的仪器管理系统和校准计划执行过程中所生成的误差处理数据。

并能形成方便稳定的系统数据备份与恢复。

2.系统能够稳定高效地运行。

系统需要程控多台标准仪器产生标准信号在仪器的相应过程中应在操作界面有一定的提示标注；后台数据库需要采用有效的备份和恢复机制。

3.系统具有良好的人机交互界面。

在系统的需求与功能明确的前提下；尽量做到操作的简单易学，尽量简化操作，在处理专业性较强的操作时给出操作说明，即使一个没有接触过本系统的人也能快速上手操作。

2.3功能需求
1.用户管理
系统管理主要是区分两种用户类型权限的区分
①普通用户权限
普通用户只能选择数据库中已生成的测试方案和基准信号，按提示流程步骤对装备进行校验评估。

②高端用户权限
高端用户即系统管理员，系统管理员既要对系统的普通用户进行管理，又要对系统校准任务进行制定和对设备、校准信息进行管理，因此系统管理员是系统的重要用户，对于使用本系统而言，也具有较重要的影响。

[21]因此，系统管理员一般由专家人员担任。

管理员拥有修改基准信号产生的各项参数、选定示波器和频谱仪等设置参数，进行校验评估任务的规划，生成测试方案。

以及删除或修改低端用户的使用权限。

如图2-3。

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图2-3用户信息管理模块功能用例图
2.设备信息管理和校准结果管理
设备信息管理实现的功能是对标准仪器和被测装备信息的查询、添加、删除、修改的信息操作。

其中，标准仪器信息和被测装备信息包括装备名称、生产单位、装备编号、所属单位、装备型号等信息。

如图2-4所示。

图2-4设备信息和校准结果管理模块功能用例图
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3.校准计划任务管理
本部分包块校准计划管理以及生产的标准信号管理主要有两个方面：[27][28]
1.可以复用测试计划，尤其是涉及到设备、仪器、信号源、数据采集、结果等多个方面的参数设置时，复用计划可以很好的节省工作量；
2.可以将计划、现场测试分离，便可在现场测试之前拟制计划，从而节约现场测试时间，提高使用的便捷性。

任务制定流程如下图2-5所示
图2-5任务制定流程图
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4.误差处理和误差分析
本系统主要给不同频率条件下的侦测信号参数侦测误差水平，以量化曲线等形式显示结果，并对超出侦察装备性能指标的部分进行报警，为侦测数据打上误差水平印记；同时由专家人员，对于典型超出侦察装备性能指标情况，给出对策措施。

四种校准方式下测试结果处理与输出的功能需求包括误差精度门限设定与显示、处理结果输出、建议措施等。

对不同的校准参数（时域频域参数、空域参数）不同的数据应采用不同的误差模型，如表格数据。

在选定测试模式后，对应模式下的误差模型可选或可编辑（编辑误差模型指可导入新的模型），其他模式下的误差模型则为灰度不可选。

2.4系统性能需求
（1）可移植性
本系统开发环境为VC6.0，使用MFC封装的Windows API为系统接口，系统需要架构在Windows XP以上版本系统上。

在此开发环境下的代码及产生的安装包都具有较高的移植性。

[31]~[33]
（2）功能性
本系统在完成过程中严格按照预定的功能需求进行实现的。

在标准信号产生是都是选取的以下型号的信号发生器：
射频信号发生器具体型号：AV1485（250kHz-4GHz）、AV1486（10MHz-20GHz）、E4438C矢量信号发生器（250kHz-6GHz）
频谱分析仪具体型号：AV4036C（3Hz-13.2GHz）
示波器具体型号：AV4446A型数字示波器具有双通道、500MHz带宽、500MSa/s 取样速率、2Mpts/ch记录长度。

这些信号发生器保证了基准信号有高精度和可靠性。

为实现系统功能起到了关键的作用。

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其次是对数据库进行全面、细致的分析，以确保数据库结构设计的正确性、合法性，从而确保数据的一致性、合法性。

（3）可扩展性
软件工程系统的设计需要充分考虑到未来工作的需要与要求，需要对系统的建设进行考虑，要求设计简明，便于系统的扩展，当系统有了进一步的需求要求时，只需要添加相应的接口，即可实现系统的扩展。

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3系统设计
3.1系统总体结构
系统结构主要由基准信号、被测侦察装备、系统主控计算机、GPIB接口子系统、局域网组成，组成框图如图。

可分为硬件部分和软件部分。

图3-1射频信号源工作方式下的系统组成框图
图3-2雷达辐射源工作方式下的系统组成框图
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由上图3-1,3-2可知系统硬件部分由雷达辐射源、基准信号源、基准信号测量设备、系统主控计算机等组成。

雷达辐射源、基准信号源用于提供测试用信号；基准信号测量设备主要用于提供测试用信号的高进度信号参数数据；系统主控计算机主要用于程控基准信号产生、采集被测侦察装备输出的数据，导入测试用基准信号的高精度数据；各部分之间的互联通过GPIB总线或局域网实现。

[35][36]系统基本工作流程是首先按测试要求程控设置信号源，或高精度测试雷达辐射源信号参数数据，在基准信号激励下，被测情报侦察装备的输出------侦测数据侦测图形通过LAN网线输入主控计算机，主控计算机上的系统应用程序完成人机交互、信号源程控、基准信号测量设备程控、侦察数据采集记录、统计分析数据处理及校验评估结果输出等。

其中，部队所配发信号源、示波器和频谱仪等测量仪器大多为AV系列和Agilent系列设备，其精度均高于侦察装备。

现役雷达对抗侦察装备所采用的技术体制决定了测向精度通常较低，约1度至5度不等，工程上难以以较低的成本形成高精度的测向结果作为基准，本系统对测向误差的校正检验设计，一是考虑侦察装备主要以满足情报实用为主；二本系统不是测量仪器，无需一味追求精度。

因此，结合情报侦察实际需要，校正检验测向误差的基本方法是：采取在已知方向、一定距离上设置已知辐射源，由已知的方位充当方位基准，然后进行校北（也就是以较高的精度对侦察装备寻北、定北），尽量减小定北误差带来的影响，再对侦察装备输出的测向方位结果进行评估。

实际中也可用已知坐标、方位的雷达辐射源做某一方向上的测向结果评估。

在已知方向、一定距离上设置已知辐射源，实际中受阵地环境条件影响较大，既可以是标准信号源经射频放大或喇叭天线构成，也可以是专用的、能覆盖侦察装备主要工作频点的射频信号模块或喇叭天线构成，还可以是实际中的实地雷达辐射源。

定北是指确定雷达对抗装备指示电磁目标方位基准过程。

雷达对抗侦察装备定北是一个对天线法向（常称为机械轴）或波束指向（也称为电轴）与地球正北方向
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夹角进行直接或间接测量的过程。

侦察装备无论是在固定站还是机动部署到任何地方，架设过程中必须迅速测出天线电轴或机械轴与地球真北的夹角，通过修正使地球真被方向与天线电轴或机械轴指向保持一致，以确保测向方位数据准确。

定北通常分为两个过程：
1寻北仪完成寻北过程，测出寻北仪基准指向与真北的夹角；
2寻北仪基准指向与天线电轴（或机械轴）在方位上标定一致的过程，即在侦察装备测向方位数据中修正该夹角的影响。

现役雷达对抗侦察装备部分配备了寻北装置，基本上采用电子罗盘，点陀螺寻北，精度参差不齐，装备定北误差占测向误差比例较大，因此，本系统考虑采用成本较低、精度较高的GPS寻北装置，使定北误差远小于侧向误差，从而能够真是地评估出侦察装备的侧向误差。

系统应用软件基于VC6.0集成开发环境完成信号源、基准信号测量设备程控和数据采集。

选定VC6.0为系统开发平台，创建MFC App Wizard应用程序为系统初始执行程序，VC6.0是一个功能强大的可视化软件开发工具并能满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能，被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。

本系统的硬件环境为：可程控信号源/示波器/频谱仪/矢量信号分析装置，均带有网口、GPIB接口等；系统主控计算机选用高性能PC系列系统控制计算机。

本系统最低配置要求如下：
CPU：主频4GHz以上；
Cache：8MB；
内存：2G以上；
硬盘：大于500G；
DVD-RW：4.7GB;
网卡：1000M以太网卡；
华中科技大学硕士学位论文网络交换机：100M/1000M16口交换机；
3.2软件框架设计
图3-3软件框架
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1.应用层
应用层是系统的功能使用部分，也是软件的对外接口，包括高精度信号生成、测试数据采集、侦察数据评估与管理。

此外，根据需要还可对各种采集数据进行可视化显示，并可以根据分析结果生成报告。

2.核心数据层
核心层是系统的核心部分之一，主要包括：
（1）数据预处理
数据预处理包括两部分：一是对采集的数据进行预处理；二是对评估数据进行预处理。

（2）误差处理
包括：系统误差处理、随机误差处理、定北误差分析，用于装备误差分析评估。

3.支撑环境层
支撑环境层为整个系统提供运行环境。

包括3个方面：
（1）数据库平台。

本项目主要采用了业界性能最为先进可靠的MySQL数据库管理系统，主要提供应用层、核心层模块对各类数据的调用。

（2）集成开发、运行支撑环境。

应用软件开发选用VC6.0集成开发环境，创建MFC App Wizard应用程序为系统初始执行程序，使用single document单文档模式创建应用程序，并采用MFC提供的C Form View类为程序创建的基类。

软件实现后期针对VC6.0所开发的程序界面相对比较呆板的问题，根据甲方所提供的相关信息，选用了BCG controlbar控件框架替换了VC6.0所提供的相关控件与界面框架。

4.基础操作系统层
基础操作系统层是软件的基础，主要包括：①硬件平台接口协议。

包含系统控制机、交换机、各种板卡对应的接口协议等。

②操作系统。

采用成熟、易用的Windows XP操作系统。

③TCP/TP协议线、GPIB驱动及接口。

用于主控机与侦察装备以及其它系统进行通信的基础。