仿真技术机载相控阵雷达模拟器设计与实现*梁 红1,高 遐2(1.南京电子技术研究所, 南京210013; 2.空军装备部, 北京100843)摘要 机载相控阵雷达模拟器可实现操作员在地面训练空中科目。
该文介绍了机载相控阵雷达模拟器的运行计算机网络结构、功能(模拟功能、可控功能、用户界面功能),重点介绍了雷达探测功能仿真软件的模块组成和逻辑流程,着重分析了基于高层体系结构的架构、雷达横截面积和干扰对作用距离的影响等关键技术,最后指出了机载相控阵雷达模拟器今后的研究方向。
关键词 机载相控阵雷达;模拟器;设计;实现中图分类号:TN958、TN955 文献标识码:AD esi gn and Imp l e m entation for Sim ul ator of A irborne Phased Array R adarLI A NG H ong1,GAO X ia2(1.Nan ji n g Research I nstitute o fE lectron ics Technology, N anjing210013,Ch i n a)(2.The Equ i p m ent Depart m en,t PLAAF, Be iji n g100843,Ch i n a)Ab stract The s i m u l a t o r o f a irbo rne phased a rray radar can be used t o tra i n the radar operator on ground.Th i s pape r i n troduces the net wo rk arch itecture of the compu ter t hat the s i m u l a t o r run in the f uncti ons(S i m u l a ti on、Contro l、U I)of si m ulato r of a i r borne phased a rray radar,and also i ntroduces the consisti ng of t he m odule and log ica l flo w cha rt o f the s i m u l ation so ft w are o f radar detecti ng,focuses on t he key technology o fHLA(H i gh L evel A rch itecture)a rchitec t ure,the i m pact of RCS(R adar Corss Section) and i n terference on range,a l so i nd i cates the direc ti on o f the research o f the airborne phased array radar si m u lator.K ey w ords airborne phased array radar;si m ulato r;design;i m p l em enta tion0 引 言利用模拟器替代实装开展训练,可以实现地面训练空中科目,节省费用、安全可靠,其效果与空中训练相近,在特殊情况处置和高强度训练方面甚至超过实装训练。
任务训练模拟器就是任务电子系统在地面的仿真模拟训练系统,用于对任务电子系统的操作人员在地面进行技术、战术训练等,以及对任务电子系统记录的数据进行重放、分析和辅助评估。
机载相控阵雷达模拟器是任务训练模拟器中的一部分,该模拟器实时模拟机载相控阵雷达在各种工作方式下对空中、海面各类目标的探测功能,实现操作员在地面训练空中科目。
本文介绍了机载相控阵雷达模拟器的功能、设计和关键技术。
1 机载相控阵雷达模拟器的设计机载相控阵雷达模拟器运行的计算机网络如图1所示。
它由以下各部分组成:(1)RADARS:雷达探测级模拟器;(2)MCS:任务计算机;(3)OW S:操作员工作站;(4)I FF/SSR:敌我识别/二次雷达设备模拟器;(5)I N S:惯性导航设备模拟器;(6)ES M:电子对抗设备模拟器;(7)COM:通信设备模拟器;(8)TCD:训练管理台,其上运行训练管理软件。
图1 雷达模拟器运行计算机网络结构105第30卷 第8期 2008年8月现代雷达M ode rn R adarV o.l30 N o.8A ugust2008*收稿日期:2008 04 12 修订日期:2008 07 28其中网1为训练网,采用与实装一致的NT _OSE ,网2为导调网,采用H LA -RTI 的接口规范。
雷达模拟器软件由3部分组成:雷达探测功能仿真软件、雷达任务计算机仿真软件,雷达综合显控仿真软件。
而雷达任务计算机仿真软件又由4部分组成,分别为自检仿真软件、校准仿真软件、景控制仿真软件和跟踪处理仿真软件。
雷达任务计算机仿真软件驻留于图1中的M CS 上,它是雷达的中心控制和数据处理机,完成点迹录取、航迹形成、雷达资源分配、时间能量管理、机内故障自检以及波束扫描控制等,它通过控制总线向各分系统传输波束方向、工作频率、工作方式等工作参数。
雷达综合显控仿真软件驻留于图1中的OW S 上,它提供控制雷达的人机界面,以及将雷达搜索跟踪获得的目标信息显示在高分辨率屏幕上。
雷达探测功能仿真软件驻留于图1中的RADARS 上,完成各种工作方式下对空中、海面各类目标的探测功能。
本着最大程度与实装一致以及节约成本的原则,景控制仿真软件、跟踪处理仿真软件和雷达综合显控仿真软件直接用实装软件,而自检仿真软件、校准仿真软件和雷达探测功能仿真软件为新开发软件。
自检仿真软件的主要功能是对各种自检方式进行仿真应答,支持OW S 对自检模式的操作过程。
包括内部状态管理功能、初始化功能、周期自检功能、脱机自检功能、雷达状态上报功能、系统自检功能等。
校准仿真软件的主要功能是对各种校准方式进行仿真应答,支持OW S 对校准模式的操作过程。
包括状态管理功能、雷达天线阵面校准和测试管理功能、I FF /SSR 天线校准管理功能、校准文件加载功能、电源管理功能等。
下面着重讲述雷达探测功能仿真软件的功能和设计。
雷达探测功能仿真软件包括3部分功能,即模拟功能、可控功能、用户界面功能。
1)模拟功能:主要功能是根据训练管理软件发布的场景目标(包括空中、海上等平台和雷达干扰设备)信息,如目标位置、速度、属性(雷达横截面积RCS 等)等参数,模拟在各种工作模式下对雷达对空情、海情的探测级输出。
即接收景控制仿真软件发来的景消息,根据实时从导调网读取的目标位置、速度、属性等目标信息,向跟踪处理仿真软件提供检测到的点迹报告等数据。
2)可控功能:实现的功能主要有以下4种:(1)响应雷达综合显控仿真软件的状态命令,包括初始化、待机、工作、维护、关机等5种状态,以及各状态之间的转换;(2)接收教员导调区训练管理软件发出的训练进程控制命令,根据命令使雷达设备模拟器调整到相应的训练进程状态,并报告命令的执行情况,包括准备命令、开始命令、停止命令、正常报告和异常报告等;(3)接收训练管理软件通过导调网发送的设备特殊情况设置信息,并模拟产生对应的探测现象信息;(4)接收训练管理软件通过导调网发送的虚警个数,并模拟虚警环境。
3)用户界面功能:主要功能包括提供地图背景和相应的态势显示,提供简单易操作的人机交互手段包括对地图的缩放、偏心、叠加漫游等,方便对雷达模拟器的干预操作。
为实现以上功能,雷达探测功能仿真软件包含如下模块:(1)实时接收训练管理台的多个目标模块;(2)实时接收天线波束实时位置和惯导数据模块;(3)产生虚警模块;(4)常规模式目标和虚警落入雷达波束内的相关处理模块;(5)特殊模式相关处理模块;(6)坐标转换处理模块;(7)相关的目标点迹转换成信号处理机的输出数据格式模块;(8)根据信号形式和参数选择,并进行相应处理模块;(9)用户界面处理模块。
雷达探测功能仿真软件逻辑流程如图2所示。
图2 雷达探测功能仿真软件逻辑流程2 关键技术实现2.1 采用高层体系结构(H igh Level A rch itecture ,H LA)架构雷达探测功能仿真软件运行于工控机上,上面有106现代雷达30卷2个网卡,1个网卡连接到训练网上,通信使用NT_ OSE;另一个网卡连接到导调网上,采用HLA RTI的接口规范。
HLA是新一代分布交互式仿真体系结构。
在HLA框架下,为达到某一特定目的而设计的分布仿真系统称为联邦,它由若干相互作用的联邦成员组成,所有参与联邦运行的应用程序都可称为联邦成员。
运行支撑环境(RUN.T i m e I nfrastructrue,RTI)也叫运行时间基础或运行支撑系统,作为H LA仿真运用的基础软件层,是对HLA体系结构的体现,它提供H LA接口规范中定义的标准接口调用,按照HLA规则开发的各种仿真运用应该能够方便地连接到RT I之上,仿真过程中需要交互的各种信息都应通过RTI来完成[1-2]。
基于以上思想,将整个任务训练模拟器看作是1个联邦,而雷达模拟器是联邦的1个联邦成员。
首先进行类的开发,再进行成员对象模型(SOM)和联邦对象模型(FOM)的开发,最后生成联邦执行数据文件(FED文件),FED文件中定义了联邦执行过程中经由RTI通信的对象类和交互类。
任务训练模拟器中的训练管理指令类,就是采用HLA思想定义的1种交互类,雷达模拟器订购其中的准备命令、开始命令、停止命令、正常报告和异常报告等,而任务训练模拟器中的剧情生成对象类,则是采用HLA思想定义的1种对象类,用于产生任务训练所需的环境背景信息,特别是环境背景信息中的实体对象,雷达模拟器订购其中的空基平台信息、海基平台信息、雷达设备信息等。
2.2 RCS(雷达横截面积)和干扰对作用距离的影响若不考虑RCS和干扰对作用距离的影响,按照实装设备指标能力模拟雷达在各种工作模式下的探测作用距离,那么模拟的效果就和实际情况差距较大。
本模拟器为了提高模拟的真实度,计算雷达检测距离时还考虑了RCS和干扰(包括随队干扰和支援干扰)对作用距离的影响。
RCS与作用距离的关系如式(1)所示[3]R=4!R0(1)式中:R0为在某种工作方式下对RCS为 0的目标的指标距离; 为给定的目标RCS值。
随队干扰与作用距离的关系如式(2)所示R SSJ=S0S!R0(2)式中:S0为指标功率谱密度(线性值);R0为指标距离;S为给定的功率谱密度(线性值)。
支援干扰与作用距离的关系如式(3)所示R BT=4S0S!R JR J0!R0(3)式中:S0为指标功率谱密度(线性值);R J0为干扰机与载机间的指标距离;R0为指标距离;S为给定的功率谱密度(线性值);R J为给定的干扰距离。