文摘
电子战(EW)模拟了调查和评估雷达系统跟踪性能的电子攻击的情况下。电子战仿真器输入部分的特征参数雷达威胁,雷达告警接收机、干扰机、电磁波传播,模拟场景可以设置。在仿真的过程中,模拟器显示模拟的情况下接收到的信号及其频谱等雷达范围,也和角跟踪范围和计算瞬态和均方根跟踪错误的范围和角跟踪系统的雷达。使用拟议中的电子战模拟器,我们分析隐蔽的效果根据噪声和信号噪声干扰的权利,也分析欺骗的影响通过计算所需的值之间的误差估计一个欺骗性干扰。此外,拟议中的电子战仿真器可以用来找出雷达威胁的特点的基础上,从电子战接收机以及收集的信息用来进行电子战的电子攻击有效。
1。介绍
电子情报的收集和分析被认为是最重要的因素之一,为提高友军的存活率在现代电子战(EW)。雷达告警接收机(RWR)接收射频(RF)信号辐射从雷达威胁和射频信号的特征参数提取的特征可以包括雷达威胁。特征参数被用来识别检测或跟踪类型的雷达威胁,然后攻击雷达跟踪系统的电子电路综合电子战环境中有效地与敌军的多重和复杂的威胁(1- - - - - -4]。
最近,综合电子战环境中智能决策问题一直在积极研究[5- - - - - -7]。在这些研究中,系统在7)执行反向外推以识别和分类威胁通过使用配置文件编译通过一系列的机器学习算法,也就是说,朴素贝叶斯分类器、决策树、神经网络和——聚类算法。换句话说,系统在7)都集中在提高学习算法的性能提高反向建模的准确性。然而,审核各种学习算法的性能在一个现实的和详细的电子战情况下,我们需要一个有效的模拟器电子战的基本要素,如检测和跟踪雷达威胁,为电子对抗干扰或攻击,电磁波的传播,模拟战争场景。
已经有很多研究特定部分的建模与仿真的雷达系统,射频威胁的特征识别方法,特定干扰技术,或传播特性包括8- - - - - -11]。此外,一些研究离散事件仿真在电子战环境中进行了处理很多变量的目的和可替换主体(12- - - - - -14]。然而研究建模与仿真考虑电子战的所有基本功能从信号处理的角度来看是罕见的。为了实现仿真结果非常类似于实际的现实,每个功能模块在模拟器需要精确建模。例如,模块恒虚警率(CFAR)雷达操作按照检测理论,对电磁波的传播和模块考虑自由空间损耗和多普勒效应。在传递,让我们注意信号检测的主题,雷达探测的基础上,一直得到广泛的研究在文献中包括(15- - - - - -19]。
在这个研究中,我们提出一个电子战仿真器的模块,包括天线,中频(IF)转换,自动增益控制(AGC)、CFAR检测、跟踪范围,角跟踪,为雷达威胁和速度估计;模块的噪声干扰,射程欺骗性干扰,速度欺骗干扰,电子攻击和射程速度复杂的干扰;飞机RWR和干扰机的运动控制模块;模块的信号衰减,频率变化和多路径传播电磁波的传播。我们设计的模块提出了电子战模拟器符合理论模型或电路操作的原则。
以下三个部分描述了雷达建模、电子攻击建模和传播建模的电子战模拟器。部分5显示了仿真结果和分析。总之,我们总结我们的结果和讨论进一步的研究问题。
2。雷达建模
在雷达威胁的各种功能模块中,我们将描述三个重要模块的建模方法与检测和跟踪监视雷达的最基本的功能。三个重要模块范围跟踪、角跟踪和CFAR。
2.1。距离跟踪模块
我们采用早期的后期的电路如图1操作原则雷达距离跟踪计划的威胁的电子战模拟器。接收到的信号是通过早期综合门当信号的振幅开始超过某个阈值。早期的门关闭后拿着一半的脉冲宽度和接收到的信号是通过后期集成门在脉冲宽度的一半。可以使用脉冲位置计算范围从两个综合值的差异。
(一)
(b)
2.2。角跟踪模块
角跟踪方案的操作原则在雷达的威胁,我们也采用amplitude-compared单脉冲的电路如图2(20.]。单脉冲雷达测量目标回报的四条边跟踪轴同时如图2 (b)。最大在象限1梁,梁的位移最大可以写成 在哪里单脉冲光束的斜视角度,和海拔的差异角度和方位轴跟踪和目标之间的角度,分别和的光束角区别最大象限1和目标。假设天线模式被建模为高斯和海拔的差异角度和方位角度都足够小,也就是说, 象限1电压增益 在哪里 ,3 dB波束宽度和吗 。以同样的方式(2)、电压增益象限2、3和4可以获得 分别。让错误的仰角和方位角的人物2(一个)在方程 和 分别;然后我们可以获得 和 (20.]。
(一)
(b)
2.3。CFAR模块
阈值的CFAR检测目标是由 在哪里获得的噪声功率是 误警率和检测率 。信号的信噪比功率比(信噪比)是反映信号的功率最大射程的目标雷达(16]。
3所示。电子攻击建模
在电子战环境中,雷达威胁检测或跟踪目标的电磁波通过接收和分析反映在目标。雷达干扰意味着电子对策(ECM)或电子攻击(EA)的故意辐射或再辐射技术和射频信号干扰雷达的操作。雷达干扰的主要目的是创建混乱和否认的目标信息,如位置和速度否定敌方雷达系统的有效性。
干扰效果的根本措施之一是jamming-to-signal功率比(JSR): 在哪里干扰功率,是干扰机的天线增益,峰值功率是通过雷达,是雷达的天线增益,从对雷达干扰机,是飞机的雷达截面(RCS)与干扰机(21]。干扰信号是有效的,JSR必须大于1。在长范围,低功率干扰系统可以生成一个JSR大于1。在近距离,干扰脉冲不再掩蔽飞机,和飞机可以检测到减少JSR小于1。的雷达可以看到通过干扰叫做种范围。拟议中的电子战模拟器设计考虑到JSR和种范围。
通常有两种类型的雷达干扰:噪音和欺骗。噪声干扰与故意隐藏目标信号辐射声信号和欺骗干扰欺骗雷达跟踪系统的虚假信息等关键情报范围,角,或速度的目标。提出了电子战仿真器,噪声干扰,欺骗性干扰范围,速度欺骗干扰,射程速度复杂干扰被认为是自我保护的情况下(22,23]。
3.1。噪声干扰
噪音干扰被归入攻势和斑点噪声干扰根据光谱覆盖范围。接二连三的干扰信号噪声分布在一个宽的频率范围,如图3 (b),降低了有效辐射功率(ERP)在任何频率和隐藏的返回信号与随机噪声,如图3(一个)。抑制干扰的优点是它的简单性和能力覆盖电磁波谱的很大一部分。主要缺点是功率密度低,特别是当需要高JSR对现代雷达。一种利用噪声干扰机的简单,但是提高干扰信号的能力,是使用干扰机。斑点噪声的干扰信号可以是一个窄带信号覆盖雷达信号的带宽或少如图4 (b)。
(一)
(b)
(一)
(b)
3.2。欺骗干扰
从雷达欺骗干扰机接收信号威胁和修改提供虚假的信号范围,角,或速度信息。修改后的信号被干扰机然后转播的。在这种欺骗性干扰过程,数字射频存储器宽带数字储频()系统中起着重要作用[24]。DRFM系统数字化传入射频输入信号和重建所需的射频信号前后一致地当如图5。
宽带数字储频欺骗干扰机记下雷达信号的使用范围,然后放大和重新传输信号强于返回信号有一定的时间延迟(25]。通过增加这些时间延迟,门会自动探测范围的增加和移动了一个虚假的范围。这个范围欺骗方法被调用一系列门拖出(RGPO)和我们展示RGPO信号图的一个例子6(一)。相反,大门将检测范围的距离欺骗方法的范围和减少移动错误范围称为范围门拉片(RGPI)方法,和RGPI信号显示在图的一个例子6 (b)。
(一)
(b)
使用相同的欺骗方法在频域,我们可以实现速度欺骗干扰,如速度门口扯下(VGPO)和速度门拉片(VGPI) [26]。我们也显示VGPO和VGPI光谱数据的例子7(一)和7 (b),分别。此外,我们可以实现复杂射程速度欺骗干扰的传输频移信号与相应的时间延迟。
(一)
(b)
最后,有几个角等单脉冲雷达的欺骗方法斜视眼干扰产生辐射角误差的相位控制脉冲重复使用独立的天线安装在飞机或其他平台(27),但角度欺骗干扰尚未和预计将反映在拟议的电子战模拟器。
4所示。传播建模
电磁辐射信号传输天线的雷达威胁主要受自由空间损耗根据雷达频率和目标的距离。此外,传输信号被大气吸收衰减或降雨,这是有关雷达波长、温度、大气压力、水蒸气,和目标的距离。在拟议的电子战仿真器中,我们使用的模型的损耗和传输信号的衰减7,28- - - - - -30.]。
另一方面,当雷达或目标移动,改变频率的电磁波,即多普勒频移,可以发生。同时,在多径衰落环境下,脉冲从多路径同时没有路径长度不同。这时,一个脉冲传播,因此脉冲宽度将会扩大。提出电子战模拟器,我们认为多普勒和多径衰落效应是相同的方式在7]。
5。仿真结果
图8显示了电子战的输入屏幕模拟器使用MATLAB®开发。我们可以调查的反应雷达在各种电子战环境中电子攻击。雷达威胁可以选择五种类型中,脉冲式搜索雷达、连续波(CW)类型搜索雷达、单脉冲雷达范围和角跟踪、单脉冲多普勒雷达与范围,角,和速度跟踪、单脉冲和连续波雷达的角和速度跟踪和电子攻击可以选择七种类型:接二连三,发现噪音干扰,RGPO RGPI距离欺骗干扰,VGPO VGPI速度欺骗干扰,没有干扰。选择雷达和干扰的类型之后,我们可以相应地调整收集到的信息和一些硬件参数。
当仿真开始时,输出屏幕如图9是出现。随着仿真的发展,结果显示输出屏幕更新处理时间间隔和速度。数据9(一)和9(b)图表显示雷达范围和单脉冲角范围,分别;那些提供范围和角跟踪状态。数据9(c)和9(d)图表显示接收到的信号及其频谱,分别。图的文本框9(e)报告所选择的雷达和干扰类型,瞬时跟踪结果,均方根(rms)错误估计在整个模拟。跟踪结果和rms估计错误分别存储在文件中。他们可以用来调查或分析干扰的有效性。
我们展示的框图,提出了电子战模拟图10。模拟器接受输入变量和参数从UI屏幕如图8建模的雷达威胁、飞机、干扰机,在电子战环境中传播。“执行”按钮被按下后,模拟器产生了相应的雷达信号和接收信号的双方飞机和雷达威胁通过应用输入变量和参数,然后,分析了目标(飞机)信息处理时间。同时,输出屏幕提供了分析的目标信息如图雷达威胁9。
现在,让我们探讨下雷达的各种电子攻击的反应。表1显示了基本的参数被称为模拟场景摘要和飞机的痕迹如图11。飞机侦察敌人领土前往雷达威胁,被锁定在约26公里远离雷达威胁。然后,模拟飞机到达后将终止在种范围内。图12在该方案中提出了距离跟踪结果在没有干扰。结果表明,区间估计错误发生在4 m和距离跟踪执行非常准确地在没有电子攻击。
方位角和仰角的跟踪结果如图13和14,分别。除了场景 ,我们在场景进行仿真和飞机速度和雷达波束宽度与轻微的变化。在场景的参数表是一样的吗1除了飞机速度是600米/秒和场景在的情况是一样的吗除了雷达的天线波束宽度是5°的威胁。结果表明,方位角和高度角的估计错误增加飞机接近雷达威胁,随着飞机的速度增加,随着雷达天线波束宽度的减少。特别是在场景 ;即当飞机快,天线波束宽度不够大来跟踪飞机方位角和高度角的估计错误比雷达的天线波束宽度,和它意味着雷达错过飞机。
数据15- - - - - -18是仿真结果获得在各种电子攻击情况下吗 。在这些数据中,我们表现出干扰时开始使用蓝线,当飞机进入焊穿用红线范围。在图15,表明距离跟踪执行错误接二连三噪声干扰下,但距离误差减少飞机接近种范围,,然后,飞机再次被锁在种范围内的噪声干扰。
类似的方面出现在其他类型的干扰。图16显示了距离跟踪结果RGPO干扰下脱下雷达的距离门40米每秒。我们可以看到,误差范围在60年代约2.2公里(干扰开始以来,55秒后),而且,因此,该模拟器运行。RGPO干扰下的雷达跟踪错误的目标,但真正的飞机再次锁定在几秒钟后在种范围内,尽管距离欺骗干扰。
图17在场景展示了速度估计结果VGPI干扰下拉在接收信号的频谱,使飞机看起来慢,每秒4米/秒。实线,虚线,虚线表示飞机的真实速度,VGPI下所需的速度,估计速度VGPI下雷达,分别。虽然估计速度是不一样的在VGPI所需的一个,它倾向于承认小速度逐渐在雷达。之间的差异所需的速度和大小的估计,一个是因为快速傅里叶变换(FFT)用于估计多普勒频移小于接收信号的样本大小,但FFT的大小不能足够大的考虑仿真速度。
最后,图18显示了距离跟踪结果的场景下速度欺骗干扰使飞机看起来慢,每秒4米/秒和欺骗性干扰范围脱下大门的雷达范围对应错误的速度速度欺骗干扰。显示所需的范围在这个复杂的干扰是由二次曲线因为所需的速度减少线性程度。真正的飞机也锁定在几秒钟后再在种范围内尽管复杂的欺骗干扰。
6。结论
在本文中,我们提出了一个电子战(EW)模拟器进行调查和评估单脉冲雷达系统的跟踪性能在各种电子攻击环境。电子战模拟器开发使用MATLAB®符合理论模型或电路操作的原则,包括模块雷达天线等威胁,中频(IF)转换,自动增益控制(AGC)、CFAR检测、跟踪范围,角跟踪、速度估计,模块等电子攻击的噪音干扰,距离欺骗干扰,速度欺骗干扰,和射程速度复杂,飞机RWR和干扰机的模块,以及模块等电磁波传播的信号衰减,频率变化和多路径传播。
拟议中的电子战仿真器的输入部分特征参数的雷达威胁,雷达告警接收机、干扰机、电磁波传播,模拟场景可以设置。在仿真的过程中,模拟器显示模拟的情况下接收到的信号及其频谱等雷达范围,也和角跟踪范围和计算瞬态和rms跟踪错误的范围和角跟踪系统的雷达。跟踪结果和rms估计错误分别存储在文件中。他们可以用来调查或分析干扰的有效性。
在部分2,3,4,我们描述了建模的重要模块相关检测和跟踪监视雷达的最基本的功能,各种干扰模块考虑到JSR和种范围,分别与电磁波的传播。结果表明,提出的电子战模拟操作建模部分的目的5。执行跟踪范围没有电子攻击时非常准确。方位角和高度角的估计错误增加飞机接近了雷达威胁,随着飞机的速度增加,随着雷达天线波束宽度的减少。跟踪范围进行了错误的噪音和欺骗性干扰下,但飞机再次被锁在种尽管干扰范围。
通过仿真结果,也表明我们可以分析隐藏在噪声干扰的影响,也欺骗的影响下使用提出了电子战的欺骗性干扰模拟器。此外,预计该电子战仿真器可以用来找出雷达威胁的特点的基础上,从电子战接收机收集的信息并用来进行电子攻击在电子战环境中有效。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者欣然承认电子战研究中心的支持光州科学与技术研究院(要点),最初由国防采办项目管理(DAPA)和国防科学研究所(ADD)。