背景

復雜電磁環境，是指在一定的空間內，由空域、時域、頻域、能量上分布的數量繁多、樣式復雜、密集重疊、動態交迭的電磁信號構成的電磁環境。電磁環境的復雜程度直接關系到設備效能的發揮。其復雜程度主要表現在幾下方面：構成上表現為各類繁多，作用各異。空間上表現為無形無影，又無處不在。時間上表現為變幻莫測，密集交迭。頻譜上表現為無限寬廣，擁擠重疊。能量上表現為密度不均，跌宕起伏。樣式上表現為數量繁多，波形復雜。

應用

電磁環境構建對象的選取，是構建實施的關鍵，應適應需求的變化和差異，圍繞目標達成，切中要害進行構建對象選取。按照電磁環境的基本構成，構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。它是電磁環境構建的首要對象，也是電磁環境中最活躍的因素，其種類、分布、工作狀態等直接決定著電磁環境的形態。對方有意電磁輻射有著鮮明的對抗屬性，一般以對方設備為平臺，通過削弱和破壞己方電磁應用達成目的。例如，在機載雷達監測中，如果監測天線受到十部雷達的照射，那么，構建雷達監測的電磁環境時，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。它是電磁環境構建的重要對象。己方和友鄰方的眾多平臺、體制各異的用頻設備，在有限的地理空間范圍內，部署密集、工作時間重疊、頻譜使用擁擠，這不可避免地產生了相互干擾，嚴重影響設備效能發揮。對于己方、友鄰方的無意電磁輻射，包括雷達電磁環境、通信電磁環境等，可以根據輻射源的分類建立來構建內容框架，按照訓練的目的要求，有針對性地選取適當的構建對象。

3)  通用和自然電磁輻射。它是電磁環境構建的必要對象。通用電磁輻射主要是需求地域內的一些通用輻射源及設施在其工作時產生的電磁波，如通用雷達、廣播電視發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的效能發揮造成影響，也是電磁環境構建時需要考慮的因素。

當前，復雜電磁環境構建方法總體上可分為實裝構建法、模擬器材構建法、計算機仿真模型等。

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

模擬器材構建法使用模擬器材構建復雜電磁環境，也被稱為半實物仿真，主要是用信號輻射源模擬影響設備保障實施的電磁態勢，構建出復雜電磁環境。具體構建時，要在預定地域內，對設備保障有影響的電磁態勢進行分析，利用功能分析法或信號分析法，通過調整各信號輻射源發射電磁信號的頻率、功率，以及信號輻射方向等，靈活模擬場地電磁態勢。此方法的關鍵在于研制信號輻射源。信號輻射源既可通過設備改裝得到，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，較為經濟節約，模擬出的復雜電磁環境逼真程度較高。

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

表格 1 復雜電碰環境構建方法的對比

模擬方法	用途	使用平臺或設備	優點	缺點
外場實裝模擬	實裝演習、協同訓 練	水面艦艇、飛機，岸基或車找設備，大功率模擬器等	空間大，最具真實感	消耗大，受設備影響較大，不易構建過于復雜的電磁環境
半實物仿真	設備試驗、訓練	微波暗室、光電暗室、信號輻射源、光電環境模擬器及平臺運動模擬設各等	環境復雜，動態性強	難以在較大區域內構建復雜環境
數字仿真	設備訓練，試驗結果推論，科研，效能評估	以計算機，軟件，模型和網絡為主的數字仿真系統	可實現各種復雜電磁環境的數字仿真	信號級模型開發工作量大，難度高

在半實物仿真方式構建復雜電磁環境時，可以使用矢量信號源作為信號輻射源的核心電子設備。

解決方案

矢量信號源是半實物仿真方式構建復雜電磁環境的關鍵電子設備。矢量信號源是通用電子測試與測量儀表，與專用的電磁環境模擬設備相比，具有頻率范圍更大、信號質量更好、可靠性更高、功能更豐富等優點。

KSW-VSG02信號源支持多種不同的方式構造復雜電磁環境。

1)  使用合成波形文件的方式可以同時產生多個信號。

復雜電磁環境構建往往需要數量較多的輻射源，如果每種輻射源使用單獨的矢量信號源產生，則需要的矢量信號源數量很大，不具有經濟性。一種比較經濟的方法是將多個頻率靠近的輻射源的信號波形在數字域合成為一個波形文件，由一臺矢量信號源產生。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生多個信號

VSG02具有2GHz的射頻調制帶寬，可以將頻率2GHz范圍內的多個輻射信號合成為一路波形同時產生。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生寬頻帶、長時間的多個信號。

2)  使用雷達信號產生軟件自定義復雜電磁環境，并使用矢量信號源產生。

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，可根據收到的PDW信息實時產生射頻脈沖信號。VSG02可與坤恒順維公司的雷達信號產生軟件配合，產生基于PDW的自定義復雜電磁環境。

 

圖 2 VSG02的實時PDW接口工作原理

雷達信號產生軟件根據用戶設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）接口進行數據實時傳輸，矢量信號源將根據收到的PDW信息實時產生射頻脈沖信號。

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，根據場景信息計算PDW數據，可以保存為數據文件，也可以實時將此數據通過網口傳送給矢量信號源。

 

圖 3  雷達信號生成軟件

 

圖 4  地圖場景中設置輻射源和接收機的位置及運動

3)  使用已有PDW數據庫復現電磁環境。

利用已有PDW數據庫來構建復雜電磁環境是一種重要的復雜電磁環境構建方式。已有PDW數據庫中的數據可以來自于以前的計算機仿真或接收設備在外場采集的真實數據。

VSG02支持由PDW文件產生和回放復雜電磁環境，可以使用已有PDW數據庫復現以前仿真或接收設備獲得的電磁環境。但已有PDW數據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生軟件可將各種格式的已有PDW數據庫轉換成VSG02支持的PDW文件格式。

 

圖 5  雷達信號產生軟件導入已有PDW數據庫并轉換文件格式

綜上所述，在半實物仿真方式構建復雜電磁環境的應用中，VSG02矢量信號源與其他矢量信號相比，具有以下優勢：

1)  射頻調制帶寬大，VSG02支持2GHz射頻調制帶寬。

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流方式產生高密度、動態變化的脈沖信號。

4)  支持以PDW文件方式產生和回放已有PDW數據庫中的信號。

5)  可提供雷達信號產生軟件，軟件可編輯自定義復雜脈沖信號，也可將各種格式的已有PDW數據庫轉換成VSG02支持的PDW文件格式。

總結

在信息化背景下，復雜電磁環境構建對驗證和提升設備性能、提高訓練的質量和水平非常重要。使用半實物仿真方式構建復雜電磁環境具有較為經濟、逼真度較高的優點。矢量信號源是半實物仿真方式構建復雜電磁環境的關鍵電子設備。

坤恒順維KSW-VSG02矢量信號源支持多種不同的方式構造復雜電磁環境，顯著優于其他矢量信號源。

1)  使用合成波形文件的方式可以同時產生多個信號。VSG02具有2GHz的射頻調制帶寬，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生寬頻帶、長時間的多個信號。

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

3)  使用已有PDW數據庫復現電磁環境。VSG02支持由PDW文件產生和回放復雜電磁環境。雷達信號產生軟件可將各種格式的已有PDW數據庫轉換成VSG02支持的PDW文件格式。