CN105511296B

CN105511296B - 内场辐射式复杂电磁环境构建方法及模拟系统

Info

Publication number: CN105511296B
Application number: CN201510870588.0A
Authority: CN
Inventors: 顾振杰; 张丙伟; 王传礼
Original assignee: Nanjing Changfeng Space Electronics Technology Co Ltd
Current assignee: Nanjing Changfeng Space Electronics Technology Co Ltd
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2018-09-21
Anticipated expiration: 2035-12-02
Also published as: CN105511296A

Abstract

本发明公开了一种内场辐射式复杂电磁环境的构建方法：以合理配置的电波暗室作为试验平台，利用各类信号模拟器构建复杂电磁环境信号，各模拟器参数可灵活设置；通过暗室内部布设的辐射单元向被试设备辐射目标、干扰、杂波、背景环境等电磁信号。并给出对应的模拟系统，包括电波暗室、控制室、信号室、转台、吊装机构、背景环境模拟器、信号模拟器、辐射阵列及馈电系统、运动小车及轨道、离散收发单元、宽带接收机、计算机及控制系统。本发明方法为电子系统的复杂电磁环境效应试验提供一种高效、可靠、可重复、高性价比的技术手段。该方法在缩短电子系统的研制周期、减少试验耗资、提高装备的战场生存能力等方面具有重要应用价值。

Description

内场辐射式复杂电磁环境构建方法及模拟系统

技术领域

本发明涉及一种内场辐射式复杂电磁环境构建方法及模拟系统，属于射频半实物仿真技术领域。

背景技术

所谓复杂电磁环境，是指在一定的战场空间内，由空域、时域、频域、能量上分布的数量繁多、密集重叠、样式复杂、动态交迭的电磁信号构成的电磁环境。

构成复杂电磁环境的主要因素有敌我双方的电子对抗、各种武器装备所释放的电磁波、民用电磁设备的辐射、自然界产生的电磁现象以及中立方电磁辐射源发出的电磁波，再加上高能微波武器等定向能武器和电磁脉冲弹以及超带宽、强电磁辐射干扰机的出现，使战场的电磁环境越来越复杂。

在复杂电磁环境中使用和工作的电子装备及武器系统，其工作性能和战场生存能力必然受到复杂电磁环境的影响和制约。为了积极应对这一影响，需要构建接近战场实际、满足装备性能测试和训练需求的复杂电磁环境。纵观国内外复杂电磁环境的构建方法主要有如下几种：1）利用真实的武器装备全实物构建；2）大量依靠各类信号模拟器、分布式交互仿真技术的半实物构建；3）利用计算机模拟和仿真技术的全数学模型构建。这三种复杂电磁环境的构建方法各有优缺点，且适用于电子装备及武器系统研制的不同阶段。

内场辐射式复杂电磁环境构建技术属于半实物仿真技术范畴，可用于设备研制过程中、研制完成后的性能测试，甚至可替代部分全实物环境下的试验和测试。国外在上世纪六十年代开始研究该技术，并在武器装备的研制过程中得到大量应用，甚至将该技术列为关键技术，对我国实施技术封锁。从当前可查的公开资料来看，仅有应用性的介绍文字，没有涉及具体技术细节。而国内在该技术研究起步较晚，主要集中于概念研究和理论描述，对于如何构建、实施以及工程应用没有深入的阐述。综上分析，现有材料均没有很好解决该技术的构建和工程实施问题，本发明提出了一种构建方法，并给出了工程实施流程。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种内场辐射式复杂电磁环境构建方法及模拟系统，为电子设备及武器装备的性能测试及复杂电磁环境效应试验提供一种高效、可靠、可重复、高性价比的技术手段。该技术在缩短电子设备及武器装备的研制周期、减少试验耗资、提高装备的战场生存能力等方面具有重要应用价值。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：以大空间合理配置的电波暗室作为试验平台，利用各类信号模拟器构建复杂电磁环境信号，通过改变各模拟器参数灵活设置试验所需要的电磁信号环境；通过电波暗室内部布设的辐射单元向被试设备辐射目标、干扰、杂波、背景环境电磁信号。

本发明还提供了一种内场辐射式复杂电磁环境模拟系统，用于实现上述内场辐射式复杂电磁环境的构建方法，其特征在于，包括：

电波暗室，为复杂电磁环境的构建提供无回波的电磁波传播空间；

控制室：实现转台的控制，以及试验过程的显示与操控；

信号室：为各类信号模拟器设备提供放置空间；

转台：被试设备安装在转台上，可实现被试设备的姿态模拟功能；

吊装机构：实现被试设备的吊装；

背景环境模拟器：模拟产生被试设备工作过程中的背景电磁环境信号；

信号模拟器：用于产生目标回波、电子干扰、杂波等试验信号；

辐射阵列及馈电系统：实现辐射信号的角位置及快速运动目标信号模拟，通过单元组合成的方式模拟设定的运动轨迹；

运动小车及轨道：模拟按一定规律慢速运动的目标信号；

离散收发单元：实现离散信号的辐射和接收，离散收发单元根据试验安排布置在电波暗室内部墙面；

宽带接收机：实现对试验环境信号的测量、存储和分析；

计算机及控制系统：实现试验系统电子设备的操控，以及设备工作状态及试验态势的显示，实现电波暗室内有关设备的视频监控显示和操控；

进一步的，所述的内场辐射式复杂电磁环境模拟系统，其特征在于：还包括校准装置，该装置用于实现对自身信号幅相特性、到达角度信号的测试、校准。

进一步的，所述的内场辐射式复杂电磁环境模拟系统，其特征在于：电波暗室包括暗室屏蔽工程及和吸波材料工程。

进一步的，所述的内场辐射式复杂电磁环境模拟系统，其特征在于：所述转台为单个独立转台或者多个转台的组合。

具体的，上述的内场辐射式复杂电磁环境的构建方法，包括以下实施步骤：

（1）根据被试设备特性论证和设计电波暗室的规模和布局；

（2）根据模拟被试设备的姿态运动特性研制转台，试验时，被试设备安装在转台上；

（3）研制辐射阵列及馈电系统，用单元组合成的方式模拟一定的信号运动轨迹；

（4）研制运动小车及轨道系统，用于模拟运动信号；

（5）电波暗室内部根据模拟环境的要求，设计和布局离散收发天线；

（6）研制各类信号模拟器，信号模拟器可以自己产生信号，或者通过外场录取数据再回放；

（7）研制被试设备试验及测试所需的战情场景；

（8）研制计算机及控制系统，协调各分系统按战情设定推进试验。

有益效果：本发明提供的内场辐射式复杂电磁环境构建方法，相比于外场技术，具有以下优点：

（1）以电波暗室作为试验平台，增强了试验过程和试验数据的保密性。

（2）试验不受天气条件的影响，可以全天候工作，有利于缩短试验周期。

（3）试验场地与外界电磁隔离，从而不受外界电磁信号的干扰，可以极大去除试验过程中的偶然因素，便于有针对性的分析和解决问题。

（4）易于模拟复杂电磁环境，并且电磁环境参数可控，能够构建外场无法实现的复杂场景。

（5）内场试验可以多次测试、反复测试，节省巨大的外场试验耗资。

（6）内场试验可以替代部分外场试验，有利于降低外场飞行试验的飞行风险、避免不必要的损失。

附图说明

图1为本发明的系统示意图；

图2为本发明的实施例示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种内场辐射式复杂电磁环境的构建方法为：以大空间合理配置的电波暗室作为试验平台，利用各类信号模拟器构建复杂电磁环境信号，通过改变各模拟器参数灵活设置试验所需要的电磁信号环境。通过暗室内部布设的辐射单元向被试设备辐射目标、干扰、杂波、背景环境等电磁信号。采用下述复杂电磁环境模拟系统来实现：

一、复杂电磁环境模拟系统包括如下部分：

（1）电波暗室：为复杂电磁环境的构建提供无回波的电磁波传播空间，主要包含暗室屏蔽工程及和吸波材料工程，整个暗室还包括供电、空调、通风照明、消防等配套的辅助设施；

（2）控制室：实现转台等设备的控制，以及试验过程的显示与操控；

（3）信号室：为各类信号模拟器等设备提供放置空间；

（4）转台：被试设备安装在转台上，可以实现被试设备的姿态模拟功能；

（5）吊装机构：实现被试设备的吊装；

（6）背景环境模拟器：模拟产生被试设备工作过程中的背景电磁环境信号，如模拟雷达站、通信站、导航站、广播电台等台站的发射信号；

（7）信号模拟器：用于产生目标回波、电子干扰、杂波等试验信号；

（8）辐射阵列及馈电系统：实现辐射信号的角位置及快速运动目标信号模拟，通过单元组合成的方式模拟设定的运动轨迹；

（9）运动小车及轨道：模拟按一定规律运动的慢速运动及缓慢变化的目标信号；

（10）离散收发单元：实现离散信号的辐射和接收，根据试验安排布置在暗室内部墙面；

（11）宽带接收机：实现对试验环境信号的测量、存储和分析；

（12）计算机及控制系统：实现试验系统电子设备的操控，以及设备工作状态及试验态势的显示，实现暗室内有关设备的视频监控显示和操控等。在控制台上安装的主控计算机实现试验规划、实时控制、试验显示、数据录取、有关模型的解算、数据处理等功能，是整个试验系统的控制中心；

（13）校准装置：它是实验室为实现对其自身信号幅相特性、到达角度等信号的测试、校准的工具；

（14）附属设施：试验系统所必要的运输、视频监控、扬声调度等设备，虽然不直接参与试验，但是整个试验系统所必要的系统维护、保障、调试工具。

二、本模拟系统建设完成后，具备以下复杂环境模拟功能：

（1）具备模拟目标回波信号的能力；

（2）具备模拟与被试系统相适应的电子干扰信号的能力；

（3）具备模拟压制干扰、欺骗干扰及组合干扰等干扰信号样式的能力；

（4）具备模拟海杂波、地杂波、气象杂波等杂波信号的能力；

（5）具备模拟点目标及扩展面目标信号的能力；

（6）具备模拟快速、慢速运动或静止目标信号的能力；

（7）具备模拟连续运动目标信号的能力；

（8）具备模拟离散目标信号的能力；

（9）具备模拟批量目标信号的能力；

（10）具备模拟多路径信号的能力；

（11）具备模拟通信信号、导航信号、广播电视信号等背景环境信号的能力；

（12）具备模拟高场强辐射场信号模拟的能力；

（13）具备不同信号密度的模拟能力；

（14）具备覆盖宽频段信号模拟的能力：HF频段、U/V频段、L波段、S波段、C波段、X波段、Ku波段、Ka波段、W波段等；

（15）能够模拟不同空间方向信号的能力：方位360°、俯仰±90°；

（16）能够实现被试设备的运动姿态模拟；

（17）配置吊装机构，能够实现被试设备在悬吊状态下的测试；

（18）系统具有良好的指挥调度、监视、控制、通信、数据录取、处理和显示等能力；

（19）必要的环境控制、供电、维护等功能。

三、本模拟系统的主要参数描述

（1）暗室屏蔽效能

0.1GHz~8GHz：≥100dB

8GHz~18GHz：≥90dB

18GHz~40GHz：≥80dB

（2）静区反射电平

0.2GHz~0.4GHz：≤-15dB

0.4GHz~0.8GHz：≤-20dB

0.8GHz~2GHz：≤-25dB

2GHz~4GHz：≤-30dB

4GHz~6GHz：≤-35dB

6GHz~18 GHz：≤-40dB

18GHz~40GHz：≤-45dB

（3）背景环境

地面辐射源数量不少于100部；

空中辐射源数量不少于20部；

（4）模拟信号类型

通信信号、导航信号、广播信号、雷达信号、卫通信号、干扰信号、杂波信号、多路径信号等

（5）干扰样式

压制干扰、欺骗干扰及组合干扰

（6）目标RCS特征：0.1~50000m²；

（7）信号覆盖区域

空间信号覆盖范围：方位360°、俯仰±90°；

（8）适应捷变带宽：≥1GHz；

（9）模拟目标径向速度：±4ma。

四、本发明所述内场辐射式复杂电磁环境的构建方法，实施步骤具体如下：

（1）根据被试设备特性论证和设计电波暗室的规模和布局；

（2）根据模拟被试设备的姿态运动特性研制转台，可以是单个独立转台，或者是多个转台的组合；试验时，被试设备安装在转台上；

（3）研制辐射阵列及馈电系统，用单元组合成的方式模拟一定的信号运动轨迹，可以实现信号的快速运动；

（4）研制运动小车及轨道系统，用于模拟慢速或缓慢变化的运动信号；

（5）暗室内部根据模拟环境的要求，设计和布局离散收发天线；

（6）研制各类信号模拟器，这些模拟器可以自己产生信号，或者通过外场录取数据再回放；

（7）研制被试设备试验及测试所需的战情场景；

工作于复杂电磁环境中的电子装备或武器系统，其工作性能必然受到复杂电磁环境的影响和制约。构建接近战场实际、满足装备性能测试和试验需求的复杂电磁环境，是考核和评估电子装备在复杂电磁环境下生存能力和工作适应能力的关键内容。

为了能更好的了解本发明工作原理、技术特征、技术内容及其达到的技术效果，现结合实施例对本发明做进一步说明。

如图2所示，战情设定：需要完成的试验项目为飞机编队在复杂电磁环境下的机间通信能力。

本发明复杂电磁环境的构建步骤如下：

（1）复杂电磁环境试验平台和信号辐射基础的建设

a)根据被试设备安装的典型天线特性参数，计算出试验距离。；

b)由试验距离和被试设备特性等参数，设计电波暗室的规模，并合理布局；

c)同时根据被试天线的特性参数，计算并优化得到辐射阵列上辐射单元之间的单元间距；

d)由辐射阵列的视场角范围及单元间距，计算得到辐射单元的数量。根据辐射单元数量设计阵列馈电系统；

e)根据编队飞机的数量，例如3架飞机，设计3个独立转台，每个转台可单独实现方位旋转，或者根据战情设定按照一定规律旋转。每个转台的性能参数根据试验要求进行定制；

f)根据试验战情，设计和布局吊装设备。并根据试验技术要求，研制吊装设备；

g)根据试验战情，完成运动小车及轨道布局。根据试验技术要求，研制运动小车及轨道；

h)根据试验战情，在暗室四周、顶部和地面合理布局离散收发天线。

（2）电磁信号模拟产生设备以及控制系统的研制

i)根据试验技术要求，研制背景环境模拟器，用来模拟产生背景电磁环境信号，如模拟雷达站、通信站、导航站、广播电台等台站的发射信号；

j)根据试验技术要求，研制信号模拟器，用来产生目标回波、电子干扰、杂波等试验信号；

k)根据试验技术要求，研制宽带接收机，实现对外部电磁环境信号的采集和存储，并能够用于在电波暗室内部的信号回放，以逼真复现复杂电磁环境；

l)研制计算机及控制系统，协调各分系统按战情设定推进试验，能够采集和存储试验结果。

（3）校准系统的研制，以及试验配套附属设施的建设

m)校准装置：它是实验室为实现对其自身信号幅相特性、到达角度等信号的测试、校准的工具；

n)附属设施：试验系统所必要的运输、视频监控、扬声调度等设备，虽然不直接参与试验，但是整个试验系统所必要的系统维护、保障、调试工具。

复杂电磁环境构建过程和工作原理描述如下：

试验之前，校准装置安装在转台上，在计算机及控制系统的控制下，完成复杂电磁环境系统的工作状态检查和信号校准。校准工作完成之后开始试验，根据战情设定，试验内容为复杂电磁环境下的机间通信能力试验。

试验过程如下：

（1）试验时，先将3架被试飞机分别可靠停放在3个转台上，各机载设备按照装机状态安装在飞机上；

（2）3架飞机分别接通电源，其上各机载电子设备正常开机工作；

（3）根据试验战情安排，在确保各机载电子设备相互之间无干扰后，各机发射通信信号，或由信号模拟器产生通信信号，通过辐射阵列的辐射单元和离散辐射单元向被试飞机辐射，从而试验飞机之间的通信能力；

（4）由信号模拟器产生通信干扰信号，并由辐射阵列以及离散辐射单元向被试飞机辐射，考核在干扰环境下飞机之间的通信能力；

（5）飞机在飞行过程中，不可避免受到地海杂波、气象杂波的影响，为了逼真模拟这种影响，由信号模拟器产生杂波信号，并由辐射阵列以及离散辐射单元向被试飞机辐射，考核在杂波信号环境下被试飞机之间的通信能力；

（6）飞机在飞行过程中，还会受到民用通信站、导航站等台站信号的影响，为了逼真模拟这种影响，由背景环境模拟器产生通信站、导航站等台站信号，由离散辐射单元向被试飞机辐射，考核在背景台站辐射信号环境下被试飞机之间的通信能力；

（7）试验过程中，由计算机及控制系统协调各分系统按战情设定推进试验，并存储记录试验数据，供后续分析。

其他编队试验项目的试验过程与此类似，在此不再赘述。各项目最大区别是根据试验项目的不同产生不同的试验信号和干扰信号。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种内场辐射式复杂电磁环境的构建方法，其特征在于：采用内场辐射式复杂电磁环境模拟系统来实现，所述内场辐射式复杂电磁环境模拟系统，以大空间合理配置的电波暗室作为试验平台，利用各类信号模拟器构建复杂电磁环境信号，通过改变各模拟器参数灵活设置试验所需要的电磁信号环境；通过电波暗室内部布设的辐射单元向被试设备辐射目标、干扰、杂波、背景环境电磁信号；模拟系统包括：

控制室：实现转台的控制，以及试验过程的显示与操控；

信号室：为各类目标模拟器设备提供放置空间；

吊装机构：实现被试设备的吊装；

信号模拟器：用于产生目标回波、电子干扰、杂波试验信号；

辐射阵列及馈电系统：实现辐射信号的角位置及运动目标信号模拟，通过单元组合成的方式模拟设定的运动轨迹；

运动小车及轨道：模拟按一定规律运动的目标信号；

宽带接收机：实现对试验环境信号的测量、存储和分析；

构建方法包括以下实施步骤：

（1）根据被试设备特性论证和设计电波暗室的规模和布局；

（4）研制运动小车及轨道系统，用于模拟运动信号；

（6）研制各类信号模拟器，信号模拟器可自己产生信号，或者通过外场录取数据再回放；

（7）研制被试设备试验及测试所需的战情场景；

2.根据权利要求1所述的内场辐射式复杂电磁环境的构建方法，其特征在于：内场辐射式复杂电磁环境模拟系统还包括校准装置，该装置用于实现对自身信号幅相特性、到达角度信号的测试、校准。

3.根据权利要求1所述的内场辐射式复杂电磁环境的构建方法，其特征在于：电波暗室包括暗室屏蔽工程及和吸波材料工程。

4.根据权利要求1所述的内场辐射式复杂电磁环境的构建方法，其特征在于：所述转台为单个独立转台或者多个转台的组合。