1、應(yīng)用背景
用頻裝備是現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中的重要組成部分,在很多場合用頻裝備性能指標(biāo)的高低直接決定了戰(zhàn)爭全局的勝敗。然而,在的實(shí)際戰(zhàn)區(qū)的電磁環(huán)境中,充斥著種類繁多的復(fù)雜電磁信號(hào),例如雷達(dá)、導(dǎo)航、通信、敵方干擾、自然噪聲等信號(hào)。同時(shí)由于各種電磁信號(hào)的傳播受到實(shí)際地理環(huán)境的顯著影響,導(dǎo)致戰(zhàn)區(qū)電磁環(huán)境異常復(fù)雜。用頻裝備在復(fù)雜電磁環(huán)境下的性能測試成為其研制過程中的重要內(nèi)容。
概括來說,武器裝備的電磁性能測試按環(huán)境不同可分為三類。第一是全實(shí)物測試,將待測裝備置于演習(xí)或?qū)嶋H戰(zhàn)區(qū),利用實(shí)際存在的復(fù)雜電磁環(huán)境對裝備性能進(jìn)行測試。此種方式最具說服力,通常作為成熟型號(hào)武器裝備的最終測試方法。但是,因?yàn)榇朔绞匠杀緲O高、風(fēng)險(xiǎn)大,很多場合是破壞性測試,并且所得到測試結(jié)果不具備遍歷性,無法滿足裝備研制過程中的絕大多數(shù)的常規(guī)測試需求。第二種是基于計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)的全數(shù)字仿真測試。這種技術(shù)是通過數(shù)據(jù)采集或者數(shù)學(xué)建模的方式,將實(shí)際電磁環(huán)境的主要特征信息以數(shù)字格式存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中,在某種特定仿真算法的驅(qū)動(dòng)下,對待測裝備的性能進(jìn)行全數(shù)字仿真測試。此方法運(yùn)行成本低、靈活便捷,通常用于裝備的前期開發(fā)過程中,偏重于對軟件算法的測試。然而由于逼真度低,與實(shí)際環(huán)境差異過大,對于正式裝備的性能測試僅具有參考作用,大多數(shù)場合無法作為最終驗(yàn)證手段。第三種測試方法是半實(shí)物模擬測試,此方法是在前兩種方法有機(jī)結(jié)合的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。它利用數(shù)據(jù)采集或數(shù)學(xué)建模的方法組建數(shù)字化復(fù)雜電磁環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫,根據(jù)實(shí)際測試場景需求,計(jì)算波形數(shù)據(jù),基于復(fù)雜信號(hào)發(fā)生技術(shù),通過波形發(fā)生的方式產(chǎn)生實(shí)際電磁信號(hào),人為構(gòu)建高逼真度的復(fù)雜電磁環(huán)境,用于裝備性能測試。這種測試方法兼?zhèn)淞饲皟煞N方法的優(yōu)點(diǎn),測試高效便捷,打破全實(shí)物測試中測試環(huán)境的時(shí)空限制;場景豐富,根據(jù)實(shí)戰(zhàn)環(huán)境需求任意構(gòu)建測試電磁環(huán)境信號(hào);高逼真度,基于數(shù)字地圖數(shù)據(jù),綜合考慮輻射源種類、裝備布局、傳播途徑、自然干擾等各種因素;成本低廉、結(jié)果全面,非損壞性測試,實(shí)現(xiàn)高度一致性的重復(fù)性測試,可評(píng)估裝備在各種極端條件下的性能。
2、復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建分析
根據(jù)國軍標(biāo)(GJB6130-2007)給出的定義,復(fù)雜電磁環(huán)境是指在一定的空域、時(shí)域、頻域和功率域上,多種電磁信號(hào)同時(shí)存在,對用頻裝備運(yùn)用和作戰(zhàn)行動(dòng)產(chǎn)生一定影響的電磁環(huán)境。由此可知,復(fù)雜電磁環(huán)境是對某個(gè)實(shí)際場景中所含各種復(fù)雜電磁信號(hào)成分的泛稱。每一類型的電磁環(huán)境又由不同類型的電磁輻射源生成,并對不同的信息化裝備產(chǎn)生影響。對復(fù)雜電磁環(huán)境建模的前提是對一個(gè)場景中種類繁復(fù)、特性復(fù)雜的信號(hào)成分進(jìn)行分類、分析,進(jìn)而根據(jù)每種常規(guī)信號(hào)的表征和傳播媒質(zhì)進(jìn)行建模。最后將關(guān)注的各信號(hào)綜合,完成對實(shí)際電磁環(huán)境模擬構(gòu)建。
概括來講,復(fù)雜電磁環(huán)境所含信號(hào)成分主要分為兩類:自然因素干擾信號(hào)和人為因素干擾信號(hào),其中人為因素干擾信號(hào)包括了無意干擾信號(hào)和對抗干擾信號(hào)。自然因素干擾信號(hào)主要源于雷電和靜電,屬于實(shí)際環(huán)境中的非可控因素。用于半實(shí)物模擬測試的電磁環(huán)境構(gòu)建主要注重于特性可控的人為因素干擾信號(hào)的模擬。由于對抗干擾信號(hào)對電子武器裝備的影響顯著,形式多樣、樣式復(fù)雜,成為復(fù)雜電磁環(huán)境模擬的關(guān)鍵內(nèi)容。隨著電子戰(zhàn)裝備的快速發(fā)展升級(jí),所用到的電磁信號(hào)主要呈現(xiàn)以下四個(gè)特點(diǎn):1)信號(hào)樣式復(fù)雜多樣,種類多,分布密度大。數(shù)字矢量調(diào)制技術(shù)的發(fā)展,使一系列復(fù)雜調(diào)制樣式的實(shí)現(xiàn)成為現(xiàn)實(shí)。在戰(zhàn)區(qū)廣泛密集分布的各種新體制雷達(dá)裝備所使用的調(diào)制格式涵蓋了線性調(diào)頻、非線性調(diào)頻、相位編碼、頻率編碼、噪聲調(diào)頻、巴克碼調(diào)制等脈內(nèi)調(diào)制格式,以及脈間頻率捷變、脈組頻率捷變、分時(shí)頻率分集、PRI參差/抖動(dòng)/組變/滑變、脈沖寬度組變/組合等脈間調(diào)制格式。2)信號(hào)頻率覆蓋范圍大幅度拓寬。電子裝備所用電磁信號(hào)所占用頻段不斷變寬,從高頻信號(hào)覆蓋到微波毫米波信號(hào)。3)信號(hào)調(diào)制帶寬不斷加大。例如新式合成孔徑雷達(dá)的調(diào)制帶寬達(dá)到GHz量級(jí)。4)信號(hào)種類繁復(fù),信號(hào)高度交疊。對于某些常規(guī)接收機(jī)在同一時(shí)間可能有百萬量級(jí)的信號(hào)同時(shí)出現(xiàn),交疊嚴(yán)重。
復(fù)雜電磁環(huán)境的逼真模擬構(gòu)建是半實(shí)物模擬測試的基礎(chǔ),對裝備開展復(fù)雜電磁環(huán)境試驗(yàn)、研究武器裝備的電磁兼容性、檢測其電磁環(huán)境適應(yīng)能力提供了便利,有利于提高武器裝備對電磁環(huán)境的適應(yīng)能力,具有重要的意義。