雷达信号环境仿真模型

雷达信号环境仿真模型
在雷达信号环境仿真中，需要建立雷达信号环境的仿真模型，包括雷达脉冲信号模型、天线扫描模型、多信号脉冲排序模型等。

模拟波形和实际雷达信号的相似程度主要取决于信号模型的选择。

因此，分析雷达信号环境，建立完善、精确的仿真模型，是能否精确复现雷达信号环境的关键。

1.1.1.1 脉冲信号环境分析和脉冲描述字(PDW)
雷达对抗的信号环境S 是指雷达对抗设备在其所在的地域内存在的各种辐射、散射信号的集合：
{}N n i t S S 1
)(== (2.3-11) 其中)(t S i 是第i 个辐射、散射源，N 是辐射、散射源的数量。

如果主要考虑其中的雷达信号辐射源，则辐射源信号)(t S i 可顺序展开其脉冲序列： {}∞==1
)()(n i i n S t S (2.3-12) 式中的)(n S i 为)(t S i 的第n 个脉冲。

雷达侦察设备以S 为工作背景，从S 中获取有用信息，并对S 做出适当反应。

根据不同用途和技战术指标的要求，具体的电子对抗设备对S 的检测能力是一个有限的子空间D ：
{}P PW DOA RF D Ω⊗Ω⊗Ω⊗Ω= (2.3-13) 式中，RF Ω、DOA Ω、PW Ω、P Ω分别为雷达对抗设备对信号载频、到达方向、脉冲参数和信号功率的检测范围，⊗为直积。

D 可以是非时变的，也可以是时变的。

雷达信号环境仿真的目的，就是要精确复现出雷达侦察设备的工作环境S ，模拟战场电子战行为。

随着现代雷达技术的发展，电子战威胁环境变得十分复杂，已经从单一种类的信号，发展成为多种不同体制雷达信号的组合。

现代调制技术的发展，使得雷达信号形式复杂、参数多变，不仅在时域上有复杂的变化，而且在频域上的变化
方式也很多。

因此，建立适当的脉冲模型，对于雷达信号的仿真是极为重要的。

雷达侦察设各接收到的则是由脉冲辐射源形成的脉冲序列。

该脉冲序列是由大量的某一时刻来自某一部雷达的脉冲组成。

通常雷达脉冲可由其脉冲描述字PDW 完整描述，且雷达脉冲与PDW 一一对应。

PDW 主要由脉冲的脉冲幅度(PA)、脉冲宽度(PW)、脉冲重复间隔(PRI)、载波频率(RF)、到达方位(DOA)等参数构成。

以脉冲描述字PDW 的形成建立雷达脉冲的模型，就是以PDW 的5项参数建立相应的模型。

1.1.1.2 RF 模型
现代新体制雷达脉冲的载频特征越来越复杂，比较典型的有固定载频、载频捷变、载频分集等几种方式：
（a ）固定载频雷达
对于固定载频雷达，雷达发射脉冲序列的载频保持不变，RF 模型为： ...3,2,1==i RF RF i (2.3-14)
式中，RF 为雷达脉冲载频的中心频率，为一非时变的确定性常数。

通常当RF 的最大变化量不大于其中心频率的1％时，认为该雷达是固定载频的。

(b) 频率捷变雷达
对于频率捷变雷达，有两种捷变模式，即脉间捷变频和脉组捷变频模式。

脉间捷变频模式采用捷变技术使雷达每个脉冲的载频在一个较宽的频段上作随机的快速跃变。

若频率捷变范围为RF ∆，则脉间捷变频雷达的RF 模型为：
...3,2,1)(=∆+=i i rand M
RF RF RF i (2.3-15) 其中)(i rand 是[0,M-1]之间的均匀分布的整型伪随机数，M 是捷变频点数。

脉组捷变频模式是指雷达脉冲的载频随机捷变是成组变化的。

组内脉冲的载频相同，组间脉冲载频不同，并且随机捷变。

若频率捷变范围为RF ∆，则脉组捷变频雷达的RF 模型为：
...3,2,11int =⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+=i K i rand M RF RF RF i (2.3-16)
其中)(i rand 是[0,M-1]之间的均匀分布的整型伪随机数，M 是捷变频点数，K 是分组脉冲数，)int(k 是取整函数。

(c) 频率分集雷达
对于频率分集雷达，雷达同时发射一组具有相同脉宽和重频的发射脉冲，这些脉冲的载频各不相同，设频率分集数为M ，频率分集的频率集为{}M j j i RF 1,=则RF 模型为：
...3,2,11,==∑=i RF RF M j j
i i (2.3-17)
(d) 频率编码雷达
对于频率编码雷达，雷达的发射脉冲包含M 个子脉冲，每个子脉冲的载频不相同，即一个脉冲内有M 个频率不同的子脉冲。

设频率编码信号的频率集为{}M j j RF 1=，则频率编码雷达信号的RF 模型为：
...3,2,1)(1=∆=∑=i RF T G RF M
j j
j i (2.3-18)
其中)(j T G ∆是宽度为M PW /的第j 个子脉冲。

1.1.1.3 PRI 模型
在雷达脉冲诸多PDW 参数中，PRI 是工作样式最多、参数范围最大，变化最快的一项参数。

PRI 典型工作样式有重频固定、重频抖动、重频参差、重频滑变等。

(a) 重频固定雷达
对于重频固定雷达，雷达脉冲的脉冲重复间隔(PRI)保持不变，PRI 模型为： ...3,2,1==i PRI PRI i (2.3-19) 其中，PRI 为一非时变的确定性常数。

通常当PRI 的最大变化量不大于其平均值的1％时，就认为该雷达具有恒定的PRI 。

(b) 重频抖动雷达
对于重频抖动雷达，它的PRI 值一般是在一定范围内随机变化。

这种变化是
随机的，但也可按一定舰律变化。

其PRI 模型为：
...3,2,10=+=i T PRI PRI i δ (2.3-20)
其中，0PRI 为雷达信号PRI 的中心值或平均值，T δ是抖动量，它是在范围[]PRI PRI ∆+∆-,内均匀分布的随机序列。

PRI ∆与PRI 的比值称为最大抖动量：
PRI PRI ∆±=γ (2.3-21) γ用以表现抖动的相对大小，其典型值为：±1％～±10％。

(c) 重频参差雷达
对于重频参差雷达，重频参差雷达是一种具有多个重复频率的雷达。

其参差方式一般有二参差、三参差等，最多可能有16参差。

但是最常用的二参差、三参差。

对于具有M 个PRI 的雷达(M 参差雷达)，PRI 模型为：
...3,2,1),m od(===i M i k PRI PRI k i (2.3-22)
其中，M 为参差周期数，每经过Ｍ个脉冲，各参差PRI 值循环变化一次。

参差PRI 脉冲列的总重复周期等于所有参差周期之和。

(d) 重频滑变雷达
重频滑变是雷达抗异步干扰的一种技术。

重频滑变雷达的PRI 值在一定范围内按一定的规律(正弦、三角波或锯齿波等方式)进行平滑的变化，变化范围可以很大，约为PRI 中心频率的20％~30％。

PRI 模型为：
...3,2,1010011=⎩⎨⎧∆+=∆+<∆+=---i PRI PRI PRI PRI PRI PRI PRI T PRI PRI i i i i (2.3-23)
式中，T ∆为PRI 的增量，按照给定的滑变规律变化；PRI ∆是PRI 的滑变范围；0PRI 为PRI 的初始值。

另外，还有把几种雷达脉冲的特性综合起来形成的雷达脉冲序列，比如重频参差抖动雷达就综合了重频参差和重频抖动雷达的特性，还有成组参差雷达，成组参差抖动雷达等雷达类型。

1.1.1.4 PA 模型
雷达威胁辐射源在指向侦察系统方向的脉冲幅度(PA)，不仅取决于威胁辐射源平台和侦察系统的相对位置关系，也取决于威胁辐射源的工作状态。

对处于跟踪状态下的辐射源，脉冲幅度主要受辐射功率和辐射源与侦察系统之间距离等因素的影响；而对于处于搜索状态的雷达来说，脉冲幅度除了受上面两因素影响外，还要受雷达波束形状、天线扫描方式的影响。

在这些影响因素中，对于一部确定辐射源，雷达辐射功率是一个固定的值，所以不影晌脉冲幅度的变化。

而相对距离则是一动态变化的参量，受辐射源平台和侦察系统平台运动的影响。

由于仿真的信号环境与侦察系统内部无关，脉冲幅度可用到达侦察系统处的辐射源功率密度表示，这里取功率密度的对数作为脉冲幅度。

设雷达信号功率为t P ，天线增益为t G ，侦察机与雷达之间的距离为R ，电波大气传播损耗为L ，则脉冲功率可以表示为：
L
R F G P P t t A 24)(πθ= (2.3-24) 式中，)(θF 为归一化的天线方向图函数。

对处于跟踪状态下的雷达，1)(=θF ；而对处于搜索状态下的雷达，)(θF 受雷达波束形状和扫描方式的影响。

在具体计算时使用的脉冲幅度与上式的脉冲功率还需要进行转换，转换成电压值使用。