雷达模拟器的未来发展趋势

雷达模拟器未来发展趋势

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作者：薛飞

摘要：本文通过雷达的发展简史、计算机模拟技术发展历史及趋势、电子游戏画面引擎技术和雷达模拟器的相关图形学原理作为参考依据，通过类比的方法和引用未来电子画面渲染技术的发展方向来分析和推测雷达模拟器的未来几年的发展趋势。

关键词：雷达电子计算机模拟技术模拟软件游戏引擎

0 引言

雷达：是英文Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写，原意为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置……

计算机模拟：是利用计算机进行模拟的方法。利用计算机软件开发出的模拟器，可以进行故障树分析、测试VLSI逻辑设计等复杂的模拟任务……

1 雷达的发展历史及现状

雷达，是英文Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写，原意为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。利用电磁波探测目标的电子设备。发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。

雷达的出现，是由于二战期间当时英国和德国交战时，英国急需一种能探测空中金属物体的雷达（技术）能在反空袭战中帮助搜寻德国飞机。二战期间，雷达就已经出现了地对空、空对地（搜索）轰炸、空对空（截击）火控、敌我识别功能的雷达技术。

二战以后，雷达发展了单脉冲角度跟踪、脉冲多普勒信号处理、合成孔径和脉冲压缩的高分辨率、结合敌我识别的组合系统、结合计算机的自动火控系统、地形回避和地形跟随、无源或有源的相位阵列、频率捷变、多目标探测与跟踪等新的雷达体制。

后来随着微电子等各个领域科学进步，雷达技术的不断发展，其内涵和研究内容都在不断地拓展。雷达的探测手段已经由从前的只有雷达一种探测器发展到了红外光、紫外光、激光以及其他光学探测手段融合协作。还有一种精神感应雷达，该雷达能够对人类在脑电波起反应，对人体的生命迹象进行感知。

当代雷达的同时多功能的能力使得战场指挥员在各种不同的搜索/跟踪模式下对目标进行扫描，并对干扰误差进行自动修正，而且大多数的控制功能是在系统内部完成的。

自动目标识别则可使武器系统最大限度地发挥作用，空中预警机和JSTARS这样的具有战场敌我识别能力的综合雷达系统实际上已经成为了未来战场上的信息指挥中心。

雷达的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标，且不受雾、云和雨的阻挡，具有全天候、全天时的特点，并有一定的穿透能力。因此，它不仅成为军事上必不可少的电子装备，而且广泛应用于社会经济发展(如气象预报、资源探测、环境监测等)和科学研究(天体研究、大气物理、电离层结构研究等)。星载和机载合成孔径雷达已经成为当今遥感中十分重要的传感器。以地面为目标的雷达可以探测地面的精确形状。其空间分辨力可达几米到几十米，且与距离无关。雷达在洪水监测、海冰监测、土壤湿度调查、森林资源清查、地

质调查等方面也显示出了很好的应用潜力。

2 电子计算机模拟技术的发展

计算机模拟（简称sim）是利用计算机进行模拟的方法。利用计算机软件开发出的模拟器，可以进行故障树分析、测试VLSI逻辑设计等复杂的模拟任务。在优化领域，物理过程的模拟经常与演化计算一同用于优化控制策略。计算机模拟器中有一种特殊类型：计算机架构模拟器，用以在一台计算机上模拟另一台指令不兼容或者体系不同的计算机。阿兰·图灵曾提出：（不同体系的）机器A或机器B不考虑硬件和速度的限制，在理论上可以用指令实现互相模仿（即图灵机）。然而在现实中，速度和硬件是必须考虑的。

模拟器的历史很长几乎伴随着计算机发展史，很多模拟器的出现，实际上是为了保存很多年前原始的游戏（程序），不过是在不同的设备上运行。在很多欧美国家，拥有和使用模拟器玩游戏是违法行为。在美国，若收集者没有该游戏的原始电子板、卡带或光碟等的游戏原始载体，都视为违法行为，收集ROM也同样不允许。在中国发布与收集都没有限制，制作模拟器或破解ROM都是网络高手热衷的工作。随着模拟器的发展，游戏ROM也在以极快的速度汉化，中国的网站成为模拟器与ROM的储存基地。

3 雷达模拟器

雷达模拟器是通过计算机的软件程序通过对指定数据的运算得出的虚拟雷达工作状态的软件，可以模拟各种雷达信号，产生各类信号的调制波形，控制输出信号功率，控制射频频率。根据用户要求设定信号类型、频率、重复周期、脉宽等参数。在实验室模拟船舶在海上航行环境，训练正确运用雷达进行航行定位、导航和避碰。

现有雷达模拟器种类：雷达岸线模拟器雷达目标模拟器雷达操作模拟器雷达性能模拟器大气及气象环境模拟器雷达阴影扇形模拟器雷达假回波模拟器

3.1 雷达模拟器现有缺陷

雷达模拟器现在发展仍然处于初级阶段，因为计算机模拟刚刚开始发展不就而且大多数雷达都可以做到“边使用边学习”或者“理论教学”。雷达模拟器的发展并不迅速切另一原因是雷达只有特殊行业才能使用所以市场需求不大导致模拟器发展缓慢。

现有的雷达模拟器主要存在以下缺陷：1.对真实环境模拟偏差较大。2.成像与真实雷达成像差别较大（见图1）。3.为独立模拟器与其他模拟器（如航空模拟器）并联同步模拟兼容性不好。

图 1 雷达真实成像（左）与雷达模拟器成像（右）

4 游戏引擎在模拟器上的应用

游戏引擎是指一些已编写好的可编辑电脑游戏系统或者一些交互式实时图像应用程序的核心组件。这些系统为游戏设计者提供各种编写游戏所需的各种工具，其目的在于让游戏设计者能容易和快速地做出游戏程式而不用由零开始。大部分都支持多种操作平台，如Linux、Mac OS X、微软Windows。游戏引擎包含以下系统：渲染引擎（即“渲染器”，含二维图像引擎和三维图像引擎）、物理引擎、碰撞检测系统、音效、脚本引擎、电脑动画、人工智能、网络引擎以及场景管理。

游戏引擎即为模拟器的基础软件，其早已应用于《攻击战斗机》（内包含简单的雷达模拟器）《现代空战》《DCS》系列等。

5 结论

通过雷达的发展史我们了解到雷达的功能越来越趋于多样化，且雷达在空间的电磁效应也越来越多的得到关注，各国军队也越来越讲究电磁对抗。由此我们可以得出：雷达模拟器也将从简单的雷达使用教学模拟器逐步转变为雷达研发时的模拟器和雷达所发射电磁波在空间效应的模拟器。

同时雷达模拟器也将要仅仅成为某些大型模拟器的一个模块，使用游戏引擎来增强画面模拟的真实性，并且基于游戏引擎加入更大的数据库，进行更加复杂综合的模拟运算并输出雷达各方面的指标、图形。

未来的雷达模拟器将是一个包含大型数据库、可以进行实时综合参数变化运算输出的大型软件配套模块，而且具有很好的各模拟软件数据库通用性，模拟准确性和视图还原性几乎达到虚拟现实成像运算标准。并可以进行空间电磁信息分析，对于军方的雷达模拟器可以实施联机动态模拟各种环境条件下的电磁对抗。民用雷达模拟器可以根据模拟软件其他状态的改变量进行实时输出并可模拟复杂条件天气下的雷达工作状态。