背景

復(fù)雜電磁環(huán)境，是指在一定的空間內(nèi)，由空域、時域、頻域、能量上分布的數(shù)量繁多、樣式復(fù)雜、密集重疊、動態(tài)交迭的電磁信號構(gòu)成的電磁環(huán)境。電磁環(huán)境的復(fù)雜程度直接關(guān)系到設(shè)備效能的發(fā)揮。其復(fù)雜程度主要表現(xiàn)在幾下方面：構(gòu)成上表現(xiàn)為各類繁多，作用各異。空間上表現(xiàn)為無形無影，又無處不在。時間上表現(xiàn)為變幻莫測，密集交迭。頻譜上表現(xiàn)為無限寬廣，擁擠重疊。能量上表現(xiàn)為密度不均，跌宕起伏。樣式上表現(xiàn)為數(shù)量繁多，波形復(fù)雜。

應(yīng)用

電磁環(huán)境構(gòu)建對象的選取，是構(gòu)建實施的關(guān)鍵，應(yīng)適應(yīng)需求的變化和差異，圍繞目標(biāo)達成，切中要害進行構(gòu)建對象選取。按照電磁環(huán)境的基本構(gòu)成，構(gòu)建對象包括對方有意電磁輻射、無意電磁輻射、自然及通用電磁輻射三種類型。

1)  對方有意電磁輻射。它是電磁環(huán)境構(gòu)建的首要對象，也是電磁環(huán)境中最活躍的因素，其種類、分布、工作狀態(tài)等直接決定著電磁環(huán)境的形態(tài)。對方有意電磁輻射有著鮮明的對抗屬性，一般以對方設(shè)備為平臺，通過削弱和破壞己方電磁應(yīng)用達成目的。例如，在機載雷達監(jiān)測中，如果監(jiān)測天線受到十部雷達的照射，那么，構(gòu)建雷達監(jiān)測的電磁環(huán)境時，對方有意的電磁輻射就是這十部雷達輻射源。

2)  無意電磁輻射。它是電磁環(huán)境構(gòu)建的重要對象。己方和友鄰方的眾多平臺、體制各異的用頻設(shè)備，在有限的地理空間范圍內(nèi)，部署密集、工作時間重疊、頻譜使用擁擠，這不可避免地產(chǎn)生了相互干擾，嚴(yán)重影響設(shè)備效能發(fā)揮。對于己方、友鄰方的無意電磁輻射，包括雷達電磁環(huán)境、通信電磁環(huán)境等，可以根據(jù)輻射源的分類建立來構(gòu)建內(nèi)容框架，按照訓(xùn)練的目的要求，有針對性地選取適當(dāng)?shù)臉?gòu)建對象。

3)  通用和自然電磁輻射。它是電磁環(huán)境構(gòu)建的必要對象。通用電磁輻射主要是需求地域內(nèi)的一些通用輻射源及設(shè)施在其工作時產(chǎn)生的電磁波，如通用雷達、廣播電視發(fā)射臺和其他一些通用的無線通信等。自然電磁輻射是所有非人為因素產(chǎn)生的電磁信號，包括靜電、雷電，此外還有電子噪聲、大地表面磁場與電場、宇宙射線等。它們一定程度上對電子信息系統(tǒng)的效能發(fā)揮造成影響，也是電磁環(huán)境構(gòu)建時需要考慮的因素。

當(dāng)前，復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建方法總體上可分為實裝構(gòu)建法、模擬器材構(gòu)建法、計算機仿真模型等。

實裝構(gòu)建法是指依據(jù)當(dāng)時設(shè)備保障面臨電磁環(huán)境的構(gòu)成要素，使用真實的電磁輻射設(shè)備進行實物實地布設(shè)而形成復(fù)雜電磁環(huán)境的方法。該方法構(gòu)建關(guān)鍵是要準(zhǔn)確控制對方、我和通用各方電磁輻射設(shè)備的種類和數(shù)量。其中，對于構(gòu)建所需的我方電子設(shè)備，可使用真實電子設(shè)備，但對于對方電子設(shè)備，由于很難獲得，大部分還是需要通過模擬實現(xiàn)。這樣構(gòu)建出的實體電磁環(huán)境，可以使設(shè)備保障訓(xùn)練人員真實感受復(fù)雜電磁環(huán)境的影響，訓(xùn)練適用性強，效果可靠。但由于電磁環(huán)境構(gòu)成的復(fù)雜性，實物實地布設(shè)對電磁輻射源種類、數(shù)量需求量大，對訓(xùn)練保障能力要求較高，實際操作難度比較大，經(jīng)濟投入也高。

模擬器材構(gòu)建法使用模擬器材構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境，也被稱為半實物仿真，主要是用信號輻射源模擬影響設(shè)備保障實施的電磁態(tài)勢，構(gòu)建出復(fù)雜電磁環(huán)境。具體構(gòu)建時，要在預(yù)定地域內(nèi)，對設(shè)備保障有影響的電磁態(tài)勢進行分析，利用功能分析法或信號分析法，通過調(diào)整各信號輻射源發(fā)射電磁信號的頻率、功率，以及信號輻射方向等，靈活模擬場地電磁態(tài)勢。此方法的關(guān)鍵在于研制信號輻射源。信號輻射源既可通過設(shè)備改裝得到，也可以研制生成，由于其為專屬電磁信號輻射體，在造價較低的情況下，可以模擬多種電磁信號，較為經(jīng)濟節(jié)約，模擬出的復(fù)雜電磁環(huán)境逼真程度較高。

計算機仿真構(gòu)建是在科學(xué)分析實裝設(shè)備的基礎(chǔ)上，按照實際模式在計算機軟件環(huán)境中配置影響設(shè)備保障活動的各類電磁輻射設(shè)備，構(gòu)成一個立體、全方位的“虛擬場地”。利用計算機仿真技術(shù)構(gòu)建設(shè)備保障訓(xùn)練復(fù)雜環(huán)境的一個突出特點就是，可以將虛擬設(shè)備置于虛擬電磁環(huán)境中，達到“仿真”真實場景的目的。另外，利用網(wǎng)絡(luò)分布式交互仿真技術(shù)，還可將分散于不同地點的電磁環(huán)境模擬系統(tǒng)連接起來，構(gòu)建一體化復(fù)雜電磁環(huán)境，使有限、分散的訓(xùn)練資源聯(lián)為一個整體，進行協(xié)同訓(xùn)練。這種構(gòu)建方法，能較好地評估設(shè)備保障在復(fù)雜電磁環(huán)境中所受影響;能在軟件環(huán)境中進行設(shè)備指揮協(xié)同等訓(xùn)練;能在構(gòu)建實體電磁環(huán)境時，先行在軟件環(huán)境中評估設(shè)計思路和模擬效果;但不能滿足真實電子設(shè)備訓(xùn)練對復(fù)雜電磁環(huán)境的需求，有一定的局限性。

表格 1 復(fù)雜電碰環(huán)境構(gòu)建方法的對比

模擬方法	用途	使用平臺或設(shè)備	優(yōu)點	缺點
外場實裝模擬	實裝演習(xí)、協(xié)同訓(xùn) 練	水面艦艇、飛機，岸基或車找設(shè)備，大功率模擬器等	空間大，最具真實感	消耗大，受設(shè)備影響較大，不易構(gòu)建過于復(fù)雜的電磁環(huán)境
半實物仿真	設(shè)備試驗、訓(xùn)練	微波暗室、光電暗室、信號輻射源、光電環(huán)境模擬器及平臺運動模擬設(shè)各等	環(huán)境復(fù)雜，動態(tài)性強	難以在較大區(qū)域內(nèi)構(gòu)建復(fù)雜環(huán)境
數(shù)字仿真	設(shè)備訓(xùn)練，試驗結(jié)果推論，科研，效能評估	以計算機，軟件，模型和網(wǎng)絡(luò)為主的數(shù)字仿真系統(tǒng)	可實現(xiàn)各種復(fù)雜電磁環(huán)境的數(shù)字仿真	信號級模型開發(fā)工作量大，難度高

在半實物仿真方式構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境時，可以使用矢量信號源作為信號輻射源的核心電子設(shè)備。

解決方案

矢量信號源是半實物仿真方式構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境的關(guān)鍵電子設(shè)備。矢量信號源是通用電子測試與測量儀表，與專用的電磁環(huán)境模擬設(shè)備相比，具有頻率范圍更大、信號質(zhì)量更好、可靠性更高、功能更豐富等優(yōu)點。

KSW-VSG02信號源支持多種不同的方式構(gòu)造復(fù)雜電磁環(huán)境。

1)  使用合成波形文件的方式可以同時產(chǎn)生多個信號。

復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建往往需要數(shù)量較多的輻射源，如果每種輻射源使用單獨的矢量信號源產(chǎn)生，則需要的矢量信號源數(shù)量很大，不具有經(jīng)濟性。一種比較經(jīng)濟的方法是將多個頻率靠近的輻射源的信號波形在數(shù)字域合成為一個波形文件，由一臺矢量信號源產(chǎn)生。這種方法的一個缺點是合成后的波形文件需要很高的采樣率，因此波形文件會很大，需要更大的波形文件存儲深度。

 

圖 1  使用合成波形文件的方式產(chǎn)生多個信號

VSG02具有2GHz的射頻調(diào)制帶寬，可以將頻率2GHz范圍內(nèi)的多個輻射信號合成為一路波形同時產(chǎn)生。VSG02具有6T byte的超大波形文件存儲深度，可以滿足合成后波形文件采樣率高、需要更大波形文件存儲深度的要求。VSG02的波形文件播放模式可以產(chǎn)生寬頻帶、長時間的多個信號。

2)  使用雷達信號產(chǎn)生軟件自定義復(fù)雜電磁環(huán)境，并使用矢量信號源產(chǎn)生。

脈沖描述字(PDW) 描述了一部接收機接收到的每個脈沖所攜帶信息的重要特征。主要包括頻率，幅度，相位，脈沖重復(fù)間隔(PRI)，脈寬(PW)，到達時間(TOD)，到達角(AOA)等。

VSG02具有實時PDW流接口，可根據(jù)收到的PDW信息實時產(chǎn)生射頻脈沖信號。VSG02可與坤恒順維公司的雷達信號產(chǎn)生軟件配合，產(chǎn)生基于PDW的自定義復(fù)雜電磁環(huán)境。

 

圖 2 VSG02的實時PDW接口工作原理

雷達信號產(chǎn)生軟件根據(jù)用戶設(shè)定的仿真場景計算接收機接收到的射頻脈沖信號，仿真軟件與矢量信號源之間使用脈沖描述字（PDW）接口進行數(shù)據(jù)實時傳輸，矢量信號源將根據(jù)收到的PDW信息實時產(chǎn)生射頻脈沖信號。

雷達信號生成軟件的主要功能有：

a)  脈沖編輯功能

b)  波形文件導(dǎo)入功能

c)  脈沖串編輯功能

d)  天線方向圖、天線掃描方式編輯功能

e)  輻射源編輯功能

f)  測向接收機編輯功能

g)  場景編輯功能，支持地圖上多個輻射源的運動場景編輯。

h)  場景仿真功能，根據(jù)場景信息計算PDW數(shù)據(jù)，可以保存為數(shù)據(jù)文件，也可以實時將此數(shù)據(jù)通過網(wǎng)口傳送給矢量信號源。

 

圖 3  雷達信號生成軟件

 

圖 4  地圖場景中設(shè)置輻射源和接收機的位置及運動

3)  使用已有PDW數(shù)據(jù)庫復(fù)現(xiàn)電磁環(huán)境。

利用已有PDW數(shù)據(jù)庫來構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境是一種重要的復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建方式。已有PDW數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可以來自于以前的計算機仿真或接收設(shè)備在外場采集的真實數(shù)據(jù)。

VSG02支持由PDW文件產(chǎn)生和回放復(fù)雜電磁環(huán)境，可以使用已有PDW數(shù)據(jù)庫復(fù)現(xiàn)以前仿真或接收設(shè)備獲得的電磁環(huán)境。但已有PDW數(shù)據(jù)庫的文件格式可能與VSG02支持的PDW文件格式不同，坤恒順維公司的雷達信號產(chǎn)生軟件可將各種格式的已有PDW數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換成VSG02支持的PDW文件格式。

 

圖 5  雷達信號產(chǎn)生軟件導(dǎo)入已有PDW數(shù)據(jù)庫并轉(zhuǎn)換文件格式

綜上所述，在半實物仿真方式構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境的應(yīng)用中，VSG02矢量信號源與其他矢量信號相比，具有以下優(yōu)勢：

1)  射頻調(diào)制帶寬大，VSG02支持2GHz射頻調(diào)制帶寬。

2)  波形文件存儲深度大，VSG02支持6T Byte的最大波形文件存儲深度。

3)  支持實時PDW流方式產(chǎn)生高密度、動態(tài)變化的脈沖信號。

4)  支持以PDW文件方式產(chǎn)生和回放已有PDW數(shù)據(jù)庫中的信號。

5)  可提供雷達信號產(chǎn)生軟件，軟件可編輯自定義復(fù)雜脈沖信號，也可將各種格式的已有PDW數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換成VSG02支持的PDW文件格式。

總結(jié)

在信息化背景下，復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建對驗證和提升設(shè)備性能、提高訓(xùn)練的質(zhì)量和水平非常重要。使用半實物仿真方式構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境具有較為經(jīng)濟、逼真度較高的優(yōu)點。矢量信號源是半實物仿真方式構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境的關(guān)鍵電子設(shè)備。

坤恒順維KSW-VSG02矢量信號源支持多種不同的方式構(gòu)造復(fù)雜電磁環(huán)境，顯著優(yōu)于其他矢量信號源。

1)  使用合成波形文件的方式可以同時產(chǎn)生多個信號。VSG02具有2GHz的射頻調(diào)制帶寬，具有6T byte的超大波形文件存儲深度，這使得VSG02的波形文件播放模式可以產(chǎn)生寬頻帶、長時間的多個信號。

2)  使用雷達信號產(chǎn)生軟件自定義復(fù)雜電磁環(huán)境。VSG02具有實時PDW流接口，與坤恒順維雷達信號產(chǎn)生軟件配合，可產(chǎn)生基于PDW的自定義復(fù)雜電磁環(huán)境。

3)  使用已有PDW數(shù)據(jù)庫復(fù)現(xiàn)電磁環(huán)境。VSG02支持由PDW文件產(chǎn)生和回放復(fù)雜電磁環(huán)境。雷達信號產(chǎn)生軟件可將各種格式的已有PDW數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換成VSG02支持的PDW文件格式。