面向射频探测器典型电磁环境信号多层次多粒度仿真方法与流程

1.本发明涉及复杂电磁环境适应性试验与评估领域，特别涉及一种面向射频探测器的典型电磁环境信号多层次多粒度仿真方法，可用于射频探测器复杂电磁环境的性能仿真试验。


背景技术：

2.目标及其环境电磁特性直接影响射频探测器对目标探测识别性能，是射频探测器性能试验和评估中的重要因素。针对电磁信号仿真研究方面，国外学者围绕超电大目标、复杂环境中的目标、运动目标和特殊结构等目标电磁散射计算，持续推进电磁建模基础算法研究与工程化。上世纪80年代到90年代初，聚焦计算电磁建模工具和方法等理论研究，形成了矩量法、边界元法、有限元法、时域有限差分法等，这些方法已被商业软件使用或者用来建立特定问题模型；20世纪90年代到21世纪初，聚焦于面向目标的建模能力，为实现“算得快、算得准”，主要研究了高低频混合方法、多尺度问题的域分解计算方法、快速插值计算方法、并行计算方法等；21世纪以来，主要研究了复杂环境下(主要是半空间环境)目标的电磁散射计算、双站散射计算、目标特性与雷达信号处理相结合、运动目标电磁散射计算以及目标特殊结构电磁散射计算等基础方法。在电磁建模算法研究的基础上，先后设计开发了多种通用和专用的电磁建模软件，实现了电磁理论算法的工程应用能力。试验测试与理论建模有机结合、相互印证，是获取准确、真实和全面的目标与环境特性数据、提升模型和数据实用性的关键途径。特别是对于自然环境、干扰环境等，难以构建精确的物理模型表述，基于试验测试和理论模型分析，采用数据科学方法是构建数学模型、获取完备数据的主要途径。在理论研究方面，国外先后发展了解析近似方法、精确数值方法等理论模型，各种算法在自然环境的描述和散射机理模型上都有不同程度的简化，在缺乏严格验证的情况下，工程适用性都很有限，必须根据实际应用需求，将理论建模数据与实测数据相互印证。
3.国内以北京航空航天大学、电子科技大学、西安电子科技大学等为代表的多家单位对电磁特性建模技术开展了研究，取得的众多技术突破与国外总体水平相当，但距离实际应用仍存在一定差距。目前现有技术存在建模要素不全，模型验证不充分，尤其欠缺对各类干扰策略和模型的集成应用，难以形成与实际尽可能一致的复杂环境电磁特性数据生成能力，与实际应用需求存在差距。


技术实现要素：

4.为了解决目前射频探测器在复杂战场环境中的抗干扰能力、识别能力、跟踪能力、天候适应性等能力难以仿真和度量的技术问题，本发明的目的在于，提供一种面向射频探测器的典型电磁环境信号多层次多粒度仿真方法。
5.为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案：
6.一种面向射频探测器的典型电磁环境信号多层次多粒度仿真方法，其特征在于，该方法首先分别建立电磁环境信号仿真的辐射源仿真模型、散射源仿真模型、干扰仿真模
型和传输天候仿真模型；其中：
7.所述辐射源仿真模型、干扰仿真模型和传输天候仿真模型构成辐射源仿真子系统；
8.所述散射源仿真模型、干扰仿真模型和传输天候仿真模型构成散射源仿真子系统；
9.所述辐射源仿真子系统和散射源仿真子系统作为应用软件，运行于仿真基础平台之上，实现对射频探测器的性能仿真试验交互；
10.所述辐射源仿真子系统和散射源仿真子系统的仿真试验交互包括以下步骤：
11.步骤1：所述辐射源仿真模型、散射源仿真模型、干扰仿真模型和传输天候仿真模型依据态势设计分系统生成的态势文件，生成各自模型的实例，并初始化；
12.步骤2：所述辐射源仿真模型、散射源仿真模型和干扰仿真模型分别获取辐射源模型实例、散射源模型实例以及与之相关的干扰模型实例的数量、编号信息；
13.步骤3：传输天候模型实例获取在仿真过程中根据辐射源、散射源和干扰设备与装备之间的位置关系，实时计算大气传输损耗；
14.步骤4：根据仿真时间节拍，所述辐射源模型实例、散射源模型实例以及与之相关的干扰模型实例仿真生成各自独立信号，而后采用信号合成仿真模型进行信号合成；
15.所述散射源仿真模型中所需目标散射特性数据离线计算，形成目标特性数据库，供散射源模型仿真使用，具体包括辐射源信号仿真、散射源信号仿真、地面背景杂波信号仿真、干扰仿真、传输天候仿真和信号合成仿真。
16.步骤5：根据射频探测器的实时发射信号和运动姿态，所述辐射源仿真子系统和散射源仿真子系统输出给射频探测器进行复杂电磁环境性能仿真试验。
17.根据本发明，上述步骤4中，所述独立信号至少包括有辐射源仿真信号、有源诱饵干扰仿真信号、散射源仿真信号和压制、欺骗干扰和无源干扰仿真信号，其中，所述辐射源仿真信号和有源诱饵干扰仿真信号需要调制大气传输衰减，通过信号合成模型后发送至射频探测器天线；所述散射源仿真信号和压制、欺骗干扰和无源干扰仿真信号，调制大气传输衰减后，再调制射频探测器天线增益，通过信号合成模型，完成天线方向图调制以及信号相干合成。
18.进一步地，所述仿真基础平台由业务逻辑层、服务层和数据层组成，其中，所述辐射源仿真子系统和散射源仿真子系统位于所述业务逻辑层，所述服务层为仿真运行环境，包括服务组件、中间件和操作系统，所述数据层用于数据存储，包括磁盘和数据库。
19.本发明的面向射频探测器的典型电磁环境信号多层次多粒度仿真方法，与现有技术相比，其创新点在于：
20.1、建立了面向射频探测器的典型复杂电磁环境适应性、抗干扰能力、识别能力、跟踪能力和天候适应性性能边界的信号仿真架构，对典型实体(包含主动辐射源、目标和各类干扰)和环境特性进行仿真，为对抗仿真试验提供科学的基本依据、可靠的数据来源。
21.2、建立了通用的电磁信号仿真试验方法，采用数据层、服务层、业务逻辑层、模型串联层等多个层次结构设计，目标不同的模型采用功能级、信号级等不同级别的模型设计方法，符合射频探测器的复杂电磁环境试验要求。
附图说明
22.图1为本发明的面向射频探测器的典型电磁环境信号多层次多粒度仿真方法的仿真基础平台结构框图。
23.图2为辐射源信号仿真流程框图。
24.图3为散射源信号仿真流程框图。
25.图4为地面背景杂波信号仿真流程框图。
26.图5为干扰信号仿真流程框图。
27.图6为传输天候仿真流程框图。
28.图7为信号合成仿真流程框图。
29.以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
具体实施方式
30.参见图1，本实施例给出一种面向射频探测器的典型电磁环境信号多层次多粒度仿真方法，首先分别建立电磁环境信号仿真的辐射源仿真模型、散射源仿真模型、干扰仿真模型和传输天候仿真模型；
31.所述辐射源仿真模型用于生成目标辐射源信号，为射频探测器提供仿真数据支持；所述散射源仿真模型通过电磁计算方法对仿真场景中的各类目标及地物背景进行散射特性求解，建立目标场景散射场数据库；所述干扰仿真模型用于模拟有源诱饵、主动干扰机和无源的干扰源，建立包含各类典型干扰的模型库，根据需要生成干扰仿真数据；所述传输天候仿真模型针对不同天气条件下雷达信号的传输损耗，对电磁波能量的衰减规律进行建模，输出大气回波衰减因子或电磁波传输损耗系数。
32.本实施例中，所述辐射源仿真模型、干扰仿真模型和传输天候仿真模型构成辐射源仿真子系统；
33.所述散射源仿真模型、干扰仿真模型和传输天候仿真模型构成散射源仿真子系统；
34.所述辐射源仿真子系统和散射源仿真子系统作为应用软件，运行于仿真基础平台之上，实现对射频探测器的性能仿真试验交互；
35.本实施例中，所述仿真基础平台由业务逻辑层、服务层和数据层组成，其中，所述辐射源仿真子系统和散射源仿真子系统位于所述业务逻辑层，所述服务层为仿真运行环境，包括服务组件、中间件和操作系统，所述数据层用于数据存储，包括磁盘和数据库。
36.所述辐射源仿真子系统和散射源仿真子系统的仿真试验交互流程如图2～图7所示，包括以下步骤：
37.步骤1：所述辐射源仿真模型、散射源仿真模型、干扰仿真模型和传输天候仿真模型依据态势设计分系统生成的态势文件，生成各自模型的实例，并初始化；
38.步骤2：所述辐射源仿真模型、散射源仿真模型和干扰仿真模型分别获取辐射源模型实例、散射源模型实例以及与之相关的干扰模型实例的数量、编号信息；
39.步骤3：传输天候模型实例获取在仿真过程中根据辐射源、散射源和干扰设备与装备之间的位置关系，实时计算大气传输损耗；
40.步骤4：根据仿真时间节拍，所述辐射源模型实例、散射源模型实例以及与之相关
的干扰模型实例仿真生成各自独立信号，而后采用信号合成仿真模型进行信号合成；
41.步骤4中，所述独立信号至少包括有辐射源仿真信号、有源诱饵干扰仿真信号、散射源仿真信号和压制、欺骗干扰和无源干扰仿真信号，其中，所述辐射源仿真信号和有源诱饵干扰仿真信号需要调制大气传输衰减，通过信号合成模型后发送至射频探测器天线；所述散射源仿真信号和压制、欺骗干扰和无源干扰仿真信号，调制大气传输衰减后，再调制射频探测器天线增益，通过信号合成模型，完成天线方向图调制以及信号相干合成。
42.步骤4中，所述散射源仿真模型中所需目标散射特性数据离线计算，形成目标特性数据库，供散射源模型仿真使用。
43.具体包括：
44.步骤4-1：辐射源信号仿真流程如图2所示，具体为：
45.1)接收射频探测器发送的被动工作模式启动指令，启动仿真；
46.2)根据辐射源类型、位置及任务要求等进行空域划分；
47.3)根据天线指向和扫描方式进行空域内的波位编排；
48.4)根据波位编排结果生成辐射源搜索事件链表；
49.5)调度间隔的事件安排
50.该步骤中，所述调度间隔的事件安排，是依据设置的调度间隔策略，进行一个调度周期的辐射源信号照射事件的安排；
51.6)判断模型中是否存在有源干扰：
52.如果存在有源干扰，则根据当前节拍的开始、结束时间，生成干扰执行事件链表；
53.如果没有有源干扰，跳过生成干扰执行事件链表步骤，直接进行步骤7)；
54.7)执行事件链表生成；
55.8)取出执行事件链表中的下一个照射事件；
56.9)计算射频探测器的天线增益
57.该步骤中，所述计算射频探测器的天线增益，是根据该照射事件的照射方向和射频探测器与辐射源的相对位置关系，计算射频探测器的天线增益；
58.10)计算信号的调制参数
59.该步骤中，所述计算信号的调制参数，是根据空间几何关系、天线增益以及信号的传输衰减，计算发射信号的调制参数，该调制参数包括功率/幅度、时延等参数；
60.11)生成发射信号采样
61.该步骤中，所述生成发射信号采样，是利用调度安排的信号样式以及计算得到的调制参数，生成所需要的辐射源发射信号采样；
62.12)判断节拍是否结束：
63.如果节拍没有结束，则返回步骤8)中取下一个照射事件；如果即节拍结束，进入被动工作模式仿真结束判断步骤；
64.13)判断被动工作模式仿真是否结束：
65.如果被动工作模式仿真没有结束，则返回步骤7)步骤，并按照上述流程依次生成每一个事件的发射信号采样。
66.如果被动模式仿真结束，则退出。
67.步骤4-2：散射源信号仿真流程如图3所示，具体为：
68.1)接收射频探测器发送的主动工作模式启动指令，启动仿真；
69.2)输入散射源实时参数信息
70.该步骤中，所述散射源实时参数信息包括目标、地面物体等散射源的位置、速度等参数信息；
71.3)输入射频探测器辐射信号参数
72.该步骤中，所述探测器辐射信号参数包括射频探测器的位置、速度、辐射信号等；
73.4)并列生成散射源回波信号采样
74.该步骤中，所述散射回波信号采样包括有窄带回波信号采样、宽带回波信号采样和地面背景回波信号采样；
75.5)输出步骤4)所有的散射回波信号采样。
76.6)判断主动工作模式是否结束，如果主动工作模式没有结束，返回步骤2)，重复执行步骤2)至步骤5)操作，如果主动工作模式结束，则结束退出。
77.以下将上述步骤4)并列生成散射源回波信号采样步骤的实施方式进行说明。
78.a、生成窄带回波信号采样：是在射频探测器发射信号为窄带信号条件下，计算目标的窄带散射特性和其他调制参数，所生成窄带回波信号采样。
79.例如，窄带条件下，目标可视为点目标，其散射特性用rcs来表征。对于目标窄带rcs的仿真，可采用两种方式实现：插值法和swerling模型。
80.1、插值法
81.该方法中，需要离线运用专门的电磁计算软件对目标进行全方位的散射特性计算，形成表格。仿真中利用射频探测器的位置、目标的位置和姿态计算电波入射角，利用入射角、频率以及极化方式等对测量数据进行插值，从而得到所需的rcs值。
82.该方法的实现需要电磁计算实现方位角、俯仰角、频率、极化等多维散射特性数据的计算。
83.2、swerling模型法
84.对于较复杂目标，根据射频探测器扫描周期、重复频率、目标相对姿态变化快慢程度以及目标rcs起伏统计特性的不同，可以用4类swerling模型来描述目标的rcs起伏规律。
85.1)swerlingi、ii起伏模型
86.这两个起伏模型代表由很多个独立散射单元(但没有一个起决定作用)组成的目标，其中，swerlingi模型为慢起伏模型(扫描间起伏)，swerlingii模型为快起伏模型(脉间起伏)。这两种起伏模型所产生的接收机输出电压包络可用瑞利(rayleigh)统计描述。因此，与此电压平方成正比的目标rcs服从指数分布，其密度函数为：
[0087][0088]
式中，σ为雷达散射截面积，即rcs；为rcs平均值。
[0089]
2)swerlingiii、iv起伏模型
[0090]
这两种起伏模型代表由具有一个起决定作用的无起伏散射体和一群较小的独立散射体所组成的目标。其中，swerlingiii模型为慢起伏模型(扫描间起伏)，swerlingiv模型为快起伏模型(脉间起伏)。
[0091]
对于swellingiii、iv两类起伏模型，假定目标rcs可用具有两个自由度的x2分布来描述，因此，目标rcs的密度函数为：
[0092][0093]
式中，为rcs平均值。
[0094]
上述起伏模型中，均包含一个关键的量，即rcs的平均值，这个可以由用户设定，也可以根据电磁计算的结果给出。
[0095]
b、生成宽带回波信号采样：是在射频探测器发射信号为宽带信号条件下，计算目标的宽带散射特性和其他调制参数，所生成宽带回波信号采样。
[0096]
例如，宽带条件下，目标可等效为多个强散射点。对于目标宽带散射特性的仿真，可采用两种方式实现：电磁计算法和散射点模型法。
[0097]
1、电磁计算法
[0098]
该方法与窄带散射模型类似，需要利用专门的电磁计算软件进行离线计算，形成散射特性数据库。
[0099]
目标散射特性数据需要满足射频探测器成像需求，在某个入射角度、频率和极化条件下，依据射频探测器工作带宽，分多个频点计算。在只考虑入射波线极化前提下，最后计算得到的目标散射特性数据为：同一个入射角度、工作频率，入射波水平极化和垂直极化，最后得到预设频点数量的rcs矩阵，该矩阵包含双极化信息，矩阵中每一个元素为包含幅度和相位信息的复数。
[0100]
仿真时根据实时的入射角度、频率、极化等，选取最为接近的一组散射数据。
[0101]
目标电磁散射特性的计算选择的几种方法如下：
[0102]
a)物理光学法(po)
[0103]
物理光学法理论是用散射体表面的感应电流取代散射体本身，通过对表面感应场的近似和积分而求得散射场。由于感应场有限，散射场同样是有限的，这样就克服了平表面和单曲表面时场出现无限大的问题。
[0104]
物理光学法的出发点是stratton-chu积分方程，这些表达式对于封闭散射表面是正确的。然而，如表面不封闭，则必须加上某些附加项(环绕开口面边缘的线积分)以便计入边缘的不连续性。在高频情况下，由于散射场的相互干涉和抵消，并不是整个“亮区”都对散射场有贡献，实际上只有镜面反射点附近(常称为第一菲涅尔区内)的感应电流才对散射场有实质性的贡献，其它地方的散射场贡献可忽略。
[0105]
b)几何光学法(go)
[0106]
几何光学法(geommetrical optics，简称go)的基本原理是使用经典的射线管来说明散射机理和能量传播，可以看作是麦克斯韦方程组在电磁波波长λ
→
0时的一种高频近似。几何光学法认为电磁波在高频情况下，能量是绕着射线管传播的，因此这种方法又被称为射线光学法。
[0107]
c)弹跳射线法(sbr)
[0108]
弹跳射线法是一种基于go和po的混合方法。go用来计算电磁波在目标各部分间的
多次反射，一定程度上考虑了目标各部分之间的耦合效应。po则负责计算目标的散射场，克服了go仅适用于具有双重弯曲表面的光滑目标的局限性。sbr综合了go和po各自的优点，其数值精度通常高于其它高频近似方法。sbr最早被用来计算腔体散射，其能够计算多次反射的特性就是专为模拟电磁波在腔体中的传播而设计，后来sbr被推广到具有任意复杂形状的通用目标的电磁散射计算中。对于大多数电大复杂目标来说，sbr只需与一种能够计算棱边绕射效应的方法搭配使用即可达到满足需求的精度。
[0109]
2、散射点模型法
[0110]
在高频区，目标总的电磁散射可以认为是某些局部位置上的电磁散射的合成，这些局部性的散射源通常被称为散射中心，目标散射中心的存在是目标在高频区散射的基本特征之一。当采用宽带信号时，可以获得目标散射中心在径向距离上的分布信息，这就是径向距离像；如果利用运动目标的多普勒信息，则可获得散射中心在横向距离上的分布，采用成像算法，可以获得目标散射中心在二维平面上的分布情况。散射中心的客观存在是采用n个散射点进行目标特性仿真的理论基础。
[0111]
目标的宽带特性测试需要花耗费较多的人力和物力，对测试条件的要求也颇为严格，其获取是相对困难的。在真实的测量数据难于获取的情况下，采用等效的方法，将目标等效为多个散射中心的集成是一种相对简单可行的方法。
[0112]
目标散射中心的强弱及其空间位置分布主要依赖于所要模拟的目标散射点的特性。根据电磁学的理论可知，目标的散射中心主要有以下类型：镜面散射中心、边缘散射中心、尖顶散射中心、凹腔体等多次射型散射、行波及蠕动波、天线型散射等。
[0113]
c、所述生成地面背景回波信号采样，是对于射频探测器的地面背景杂波信号，依次进行距离、多普勒单元划分，单个分辨单元回波生成，多个单元回波合得到。
[0114]
例如，相干杂波模型利用了杂波的相位，包含了有关雷达环境的全部信息，可仿真实际射频探测器要进行的整个检测过程。
[0115]
1、地面散射单元划分模型
[0116]
地面散射单元的划分应满足每个散射单元的天线增益、多普勒频移、距离、入射角、杂波反射率(这些参数与杂波回波有关)为一常数。在这里，假设杂波是均匀的，即来自不同散射单元的反向散射信号是统计独立的，在空间上没有相干性。在这种假设下能把杂波信号的计算简化为对每个散射单元回波信号的相干叠加。地面散射单元的划分按照方位和距离分辨率进行划分，单元距离向间隔为ρ
x
,方位向间隔为ρy。
[0117]
2、相干杂波信号模型
[0118]
相干杂波为所有杂波散射单元回波信号的相干叠加，因此必须首先确定一个散射单元的回波信号。一个散射单元作为一个点散射体，根据雷达方程，射频探测器接收到的(m,n)处散射单元回波信号幅度可表示为：
[0119][0120]
式中，m、n表示单元栅格方位向和距离向的序号，p
t
为射频探测器发射信号峰值功率，λ为射频探测器工作波长，σ为该散射单元的雷达散射截面积，g(α
t
，β
t
)为射频探测器天线电压增益，α
t
、β
t
为该杂波散射单元在天线坐标系下的方位角和俯仰角，l为射频探测器发
射接收综合损耗，r(m,n)为射频探测器到该散射单元中心距离。
[0121]
在(m,n)处散射单元回波信号的多普勒相位可表示为：
[0122][0123]
式中，r(m,n)为射频探测器到该散射单元中心距离，λ为射频探测器工作波长。
[0124]
考虑到射频探测器发射信号形式，则得到单个散射单元的回波信号为：
[0125][0126]
式中，m、n表示单元栅格方位向和距离向的序号，a(m,n)为回波信号幅度，ψ(m,n,t)为t时刻回波信号多普勒相位，为由射频探测器发射脉冲信号波形确定的相位，φ0为满足均匀分布的随机初始相位。
[0127]
对射频探测器来说，对给定的杂波类型、信号频率、极化，后向散射系数σ0与入射角有关。
[0128]
其数学模型，既有相对简单的经验模型也有较复杂的理论模型。对于计算机仿真来说，为减少运算量，一般采用经验模型。每个散射单元的平均后向散射系数模型采用修正等γ模型：
[0129][0130]
式中，σ
od
、σ
os
、φ0是确定性量，βs是擦地角，右边第一项是漫射分量，第二项是镜面反射分量。后者即构成射频探测器的高度回波，φ0是镜面反射分量角宽度。
[0131]
杂波散射单元的雷达散射截面积为：
[0132]
σf(m,n)＝σ0(m,n)ρ
x
ρy[0133]
式中，m、n表示单元栅格方位向和距离向的序号，σ0(m,n)为服从瑞利分布(或高斯分布)的随机数，且均值为ρ
x
和ρy分别为雷达方位向和距离向分辨率。
[0134]
3、信号相干叠加模型
[0135]
逐点生成对应栅格的回波信号，并相干叠加，形成该脉冲下的地面背景回波信号模型：
[0136][0137]
式中，m、n分别是方位向和距离向单元栅格划分的个数，m、n表示单元栅格方位向和距离向的序号，t表示信号时间，s(m,n,t)表示单个格划中的信号，s(t)为所有格划叠加后的整个地面背景回波信号。
[0138]
步骤4-3、地面背景杂波信号仿真流程如图4所示，具体为：
[0139]
1)首先，在每次进入地面背景杂波仿真模型时，判断该帧数据是否是数据包初始数据帧；
[0140]
2)如果该帧是数据包初始数据帧，则需要计算该数据帧中第一个脉冲的波束中心
照射在地面上的位置；如果该帧不是数据包初始数据帧，则直接进入逐点计算对应天线增益步骤及其后续步骤；
[0141]
3)获得波束中心照射在地面上的坐标，此坐标作为栅格矩阵中心；
[0142]
4)以波束中心为栅格矩阵中心计算各栅格地理位置
[0143]
具体实现过程为：根据波束照射面积、二维分辨率初始化栅格矩阵，并根据射频探测器不同工作模式下的斜距、入射角度、方位俯仰角度范围以及成像分辨率等参数，计算仿真过程中波束扫描的最大面积，栅格总面积要求略大于波束扫描面积，并根据不同模式下分辨率确定相邻栅格的距离大小；
[0144]
5)逐点计算栅格对应天线增益
[0145]
具体实现过程为：计算栅格矩阵数据，地面背景噪声的后向散射系数以高斯分布统计特征生成，并根据方位、栅格二维分辨率，按照下式生成辐射源散射栅格矩阵：
[0146]
σf(m,n)＝σ0(m,n)ρ
x
ρy[0147]
式中，σ0(m,n)表示服从瑞利分布(或高斯分布)的随机数，ρ
x
和ρy分别为雷达方位向和距离向分辨率。
[0148]
遍历栅格，计算该栅格位置下对应的天线增益，并根据该栅格辐射源散射截面积数据计算该脉冲下栅格点的回波幅度，幅度的计算以雷达方程为计算依据，如下式：
[0149][0150]
式中，p
t
为射频探测器发射信号峰值功率，λ为射频探测器工作波长，σ为该散射单元的雷达散射截面积，g(α
t
，β
t
)为射频探测器天线电压增益，α
t
、β
t
为该杂波散射单元在天线坐标系下的方位角和俯仰角，l为射频探测器发射接收综合损耗，r(m,n)为射频探测器到该散射单元中心距离。
[0151]
6)逐点生成对应栅格的回波并叠加回波信号
[0152]
具体实现的过程为：根据发射信号的信号模型，逐点生成对应栅格的回波信号，并按照信号相干叠加模型计算，形成该脉冲下的地面背景回波信号。
[0153]
根据该地面背景回波信号模型，生成一个调度周期内所有脉冲下的背景回波数据。
[0154]
7)判断遍历栅格是否完毕
[0155]
如果是，进入判断遍历脉冲完毕步骤；如果否，返回步骤5)；
[0156]
8)判断遍历脉冲完毕
[0157]
如果是，结束退出，如果否，返回步骤1)，重复上述过程。
[0158]
步骤4-4：干扰信号仿真流程如图5所示，具体为：
[0159]
1)接收射频探测器发送的主动/被动工作模式启动指令，启动仿真；
[0160]
2)设置干扰机实时参数信息
[0161]
所述干扰机包括有源诱饵、有源干扰机、无源干扰体等各种干扰实体；
[0162]
所述实时参数信息包括位置、速度、姿态等；
[0163]
3)设置射频探测器辐射参数
[0164]
所述射频探测器辐射参数包括频率、脉宽、带宽、重复周期等参数；
[0165]
4)并列生成干扰回波信号采样
[0166]
所述生成干扰回波信号采样包括：有源诱饵辐射信号采样、主动压制干扰信号采样，主动欺骗干扰信号采样和无源干扰体回波信号采样，其中：
[0167]
所述有源诱饵干扰信号采样，是利用计算辐射源辐射信号参数，计算干扰相对于辐射源辐射信号的延时，生成的诱饵辐射信号采样。
[0168]
所述主动压制干扰信号采样，是利用计算压制干扰参数，生成白噪声信号采样，对白噪声信号进行干扰参数调制或相应的滤波处理生成。
[0169]
所述主动欺骗干扰信号采样，是根据射频探测器发射信号模拟，计算欺骗干扰调制参数，所生成的主动欺骗干扰信号采样。
[0170]
所述无源干扰体回波信号采样，是利用计算无源干扰体电波入射角，计算无源干扰体rcs生成的。
[0171]
5)将所有的干扰回波信号采样进行输出；
[0172]
6)判断主/被动模式是否结束
[0173]
如果主/被动模式没有结束，则返回步骤2)，继续上述操作；否则结束退出。
[0174]
以下是发明人给出的具体实现的例子。
[0175]
有源诱饵干扰信号采样：是经计算辐射源辐射信号参数，计算干扰相对于辐射源辐射信号的延时，生成的诱饵辐射信号采样；仿真中，有源诱饵的辐射信号是将射频探测器的发射信号进行适当延时，并调制一定的多普勒获得。
[0176]
主动压制干扰信号采样：是经计算压制干扰参数(频率、带宽、功率等)，生成白噪声信号采样，对白噪声信号进行干扰参数调制或相应的滤波处理生成的；计算公式和方法如下：
[0177]
1、宽带阻塞式噪声干扰模型
[0178]
宽带阻塞式噪声干扰的干扰带宽很宽，可以由数部干扰发射机组成干扰源，各干扰发射机的频带互相衔接，构成一个很宽的总带宽，一般为几十兆赫到数百兆赫。这种干扰可同时压制数个不同工作频率的射频探测器，但由于干扰频带宽，功率分散，只有加大干扰功率，才能收到好的干扰效果。
[0179]
宽带阻塞式噪声干扰一般满足：
[0180]
δfj＞5δfr，fs∈[f
j-δfj/2，fj δfj/2]
[0181]
其中，fj为干扰信号中心频率，δfj为干扰信号频谱宽度，fs为射频探测器接收机中心频率，δfr为接收机带宽。
[0182]
由干扰方程可知，到达射频探测器接收机前端的干扰功率为：
[0183][0184]
式中，pj为干扰机发射功率；gj为干扰机天线对射频探测器方向的增益；g
l
为射频探测器天线对干扰机方向的增益；λ为射频探测器工作波长；rj为射频探测器与干扰机之间的距离；lj为发射综合损耗；lr为接收综合损耗；l
atm
为大气损耗；fb为带宽比因子。
[0185]
2、扫频式噪声干扰模型
[0186]
扫频式噪声干扰是以一定的调谐速度在整个干扰频段内周期性的改变干扰频率。
使干扰频段内所有的射频探测器都能受到高功率的压制。适当选择干扰机的扫频速度，可以使被干扰的射频探测器接收机的灵敏度在两次干扰作用之间不能完全恢复，或者造成射频探测器画面闪动。
[0187]
扫频式干扰一般满足：
[0188]
δfj＝(2～5)δfr，fj＝fs·
t，t∈[0，t]
[0189]
其中，fj为干扰信号中心频率，δfj为干扰信号频谱宽度。fs为射频探测器接收机中心频率，δfr为接收机带宽。
[0190]
因此，干扰的中心频率是以t为周期的连续时间函数。
[0191]
扫频噪声式干扰可对射频探测器形成间断的周期性强干扰，扫频的范围较宽，也能够干扰频率分集、频率捷变和多部不同工作频率的射频探测器。
[0192]
由干扰方程可知，到达射频探测器接收机前端的干扰功率为：
[0193][0194]
式中，pj为干扰机发射功率；gj为干扰机天线对射频探测器方向的增益；g
l
为射频探测器天线对干扰机方向的增益；λ为射频探测器工作波长；rj为射频探测器与干扰机之间的距离；lj为发射综合损耗；lr为接收综合损耗；l
atm
为大气损耗。
[0195]
主动欺骗干扰信号采样：射频探测器发射信号模拟，计算欺骗干扰调制参数(拖引速率、时间等)，生成欺骗干扰信号采样，计算公式和方法如下：
[0196]
1、距离波门拖引干扰
[0197]
距离波门拖引干扰(rgpo)是对射频探测器进行距离欺骗的一种主要手段，其假目标距离函数rf(t)可用下式来表述：
[0198][0199]
式中，v为拖引速度、a为拖引加速度，t1为停拖期时间，t2为拖引期时间，tj为停止期时间。
[0200]
在自卫干扰条件下，r也就是目标的所在距离。
[0201]
将上式转换成为干扰机对收到的射频探测器照射信号进行转发时延δtf，则距离波门拖引干扰的转发时延δtf为：
[0202][0203]
式中，式中，v为拖引速度、a为拖引加速度，t1为停拖期时间，t2为拖引期时间，tj为停止期时间。
[0204]
最大拖引距离r
max
(或最大转发时延)为：
[0205][0206]
式中，式中，v为拖引速度、a为拖引加速度，t1为停拖期时间，t2为拖引期时间。
[0207]
距离波门拖引干扰的具体工作过程是：在停拖时间段【0，1】内，假目标与真目标出现的空间和时间近似重合，射频探测器很容易检测和捕获，由于假目标能量高于真目标，射频探测器测距重心偏向假目标，这样转入拖引期后，假目标从距离上逐渐偏离真目标，射频探测器的距离跟踪波门中心也随着假目标的偏移而偏移真目标；之后，假目标突然“消失”，射频探测器跟踪突然中断。
[0208]
停拖时间段的时间长度对应于射频探测器检测和捕获目标所需的时间，拖引时间段长度取决于最大拖引距离，关闭时间长度取决于射频探测器跟踪中断后的滞留和调整时间。
[0209]
具体功能算法如下：
[0210]
距离波门拖引干扰分为干扰停止期和干扰期，处于停止期时，不产生干扰信号。干扰期分为拖引期和不拖引期。处于不拖引期时，发射与射频探测器信号相同的干扰信号。
[0211]
假设信号形式为：
[0212][0213]
式中，uj为干扰信号幅度，ωj为射频探测器信号中心频率。为射频探测器信号相位。
[0214]
处于拖引期时，干扰信号与射频探测器真实信号之间有δtj(t)的时延，发射信号为：
[0215][0216]
式中，uj为干扰信号幅度，ωj为射频探测器信号中心频率，为射频探测器信号相位。
[0217]
当达到最大拖引距离后，停止产生干扰信号，进入干扰停止期。
[0218]
(2)速度波门拖引干扰
[0219]
速度波门拖引干扰用于对射频探测器测速跟踪系统的干扰，目的是给射频探测器造成一个虚假或错误的速度信息。
[0220]
速度波门拖引干扰的基本原理是：首先转发与目标回波具有相同多普勒频率fd的干扰信号，且干扰信号的能量大于目标回波，射频探测器的速度跟踪电路能够捕获目标与干扰的多普勒频率fd。agc电路按照干扰信号的能量控制射频探测器接收机的增益，此段时间称为停拖期，然后使干扰信号的多普勒频率f
dj
逐渐与目标回波的多普勒频率分离，分离的速度vf(hz/s)不大于射频探测器可跟踪目标的最大加速度α，即：
[0221][0222]
式中，λ为射频探测器工作波长。
[0223]
由于干扰能量大于目标回波，将使射频探测器速度跟踪电路跟踪在干扰的多普勒频率f
dj
上，造成速度信息的错误。此段时间成为拖引期，时间长度(t
2-t1)按照f
dj
与fd的最
大频差δf
max
计算：
[0224][0225]
当f
dj
与fd的频差δf＝f
dj-fd达到δf
max
后，关闭干扰机。
[0226]
由于被跟踪的信号突然消失，且消失的时间大于射频探测器速度跟踪电路的等待时间和agc电路的恢复时间，速度跟踪电路将重新转入搜索状态。
[0227]
速度波门拖引干扰信号多普勒频率f
dj
的变化过程如下：
[0228][0229]
具体功能算法如下：
[0230]
速度波门拖引干扰分为干扰停止期和干扰期，处于停止期时，不产生干扰信号。干扰期分为拖引期和不拖引期。处于不拖引期时，发射与射频探测器信号相同的干扰信号。假设信号形式为：
[0231][0232]
其中，fj为射频探测器信号中心频率。为射频探测器信号相位，fd为射频探测器信号多普勒频率。
[0233]
处于拖引期时，干扰信号与射频探测器真实信号之间有f
dj
(t)的频移，发射信号为：
[0234][0235]
其中，fj为射频探测器信号中心频率。为射频探测器信号相位，fd为射频探测器信号多普勒频率。
[0236]
当达到最大拖引频率后，停止产生干扰信号，进入干扰停止期。
[0237]
3、角度欺骗干扰
[0238]
角度欺骗干扰主要为两点源干扰，包括非相干干扰和相干干扰两种。
[0239]
1)非相干干扰
[0240]
非相干干扰是在射频探测器的分辨角内设置两个或两个以上的干扰源，干扰信号间没有稳定的相对相位关系(非相干)。在单平面内非相干干扰的原理如下：
[0241]
射频探测器接收天线1，2收到两个干扰源j1，j2的信号分别为：
[0242][0243][0244]
式中，a
j1
，a
j2
分别为干扰信号的幅度，ω1，ω2，分别为两个干扰源的频率和
初始相位。θ表示信号到达方向和天线1、天线2等强信号方向角度，δθ表示干扰机1、干扰机2到达天线中心指向的夹角，θ0表示等强信号方向与天线1、天线2中心指向的夹角。
[0245]
可派生出以下三种使用方式：
[0246]
a)同步闪烁干扰
[0247]
由j1，j2配合，轮流通断干扰机，使j1，j2的功率比按照周期t变化：
[0248][0249]
式中：k表示从0开始的自然数，t表示闪烁周期。
[0250]
周期t的时间为1s～6s。同步闪烁干扰造成射频探测器跟踪天线的指向在j1，j2之间来回追摆。除了j1，j2配合之外，也可以采用目标与附近的干扰机配合。由于干扰的功率远远大于目标回波，只要周期性的通断干扰机，也可以起到同步闪烁干扰的效果，而且简化了同步配合的要求。
[0251]
b)误引干扰
[0252]
由干扰机组配合，分布在预定的误引方向上，其中任意两部相邻干扰机对射频探测器的张角均小于射频探测器的角分辨力。实施干扰时，首先由开机干扰，诱使射频探测器跟踪j1，然后j2开机，诱使雷达跟踪j1，j2质心；再使j1关机，诱使射频探测器跟踪j2，以后j3开机，...，如此继续，直到jn关机，诱使射频探测器跟踪到预定的误引方向。误引干扰主要用来保护重要目标免遭射频探测器的攻击。
[0253]
c)异步闪烁干扰
[0254]
由j1，j2按照各自的控制逻辑交替通断干扰机。由于j1，j2是异步通断的，将形成以下四种组合状态：
[0255]
j1，j2同时工作，诱使射频探测器跟踪j1，j2能量质心。
[0256]
j1，j2同时关闭，射频探测器跟踪信号消失，转而重新捕获目标。
[0257]
j1工作，j2关闭，诱使射频探测器跟踪j1。
[0258]
j2工作，j1关闭，诱使射频探测器跟踪j2。
[0259]
上述四种状态是等概率，随机变化的；射频探测器跟踪状态将直接受到上述状态的影响，不能准确跟踪目标。
[0260]
2)相干干扰
[0261]
如果j1，j2到达射频探测器天线口面的信号具有稳定的相位关系(相位相干)，则称为相干干扰。设为j1，j2在射频探测器天线处信号的相位差，射频探测器接收天线1，2收到两干扰源的信号分别为：
[0262]
[0263][0264]
式中：a
j1
，a
j2
分别为干扰信号的幅度，θ表示信号到达方向和天线1、天线2等强信号方向角度，δθ表示干扰机1、干扰机2到达天线中心指向的夹角，θ0表示等强信号方向与天线1、天线2中心指向的夹角，表示干扰机1、干扰机2的相位差，ωt为干扰信号样式产生的相位。
[0265]
无源干扰信号采样：计算无源干扰体电波入射角，计算无源干扰体rcs(radar cross section，雷达散射截面积)，生成无源干扰体回波信号采样；其中，所述电波入射角是根据无源干扰体位置和姿态以及射频探测器的位置计算，所述无源干扰体rcs是根据无源干扰体散射特性计算，计算公式及方法如下：
[0266]
无源干扰体通常包括正方板角反射器、圆板角反射器、三角板角反射器3种，对角反射器进行模拟时，主要模拟其散射特性，即rcs。无论是哪一种角反射器，其在一定的角度范围内(与轴线的夹角)保持一个相对稳定的较大的rcs，角度范围之外则相对较小。因此，在对角反射器进行特性模拟时，主要关心3个关键参量，即最大rcs、半功率点宽度(rcs下降到最大值一半时对应的角度)和全姿态平均rcs。
[0267]
1、正方板角反射器
[0268]
正方板角反射器最大rcs可以由下式计算：
[0269]
rcs
max
＝12πb4/λ2[0270]
其中，b为边长，λ为波长。
[0271]
正方板角反射器的半功率点宽度一般为25
°
。
[0272]
正方板角反射器的全姿态平均rcs可以由下式计算：
[0273]
rcs
max
＝0.7b4/λ2[0274]
2、圆板角反射器
[0275]
圆板角反射器最大rcs可以由下式计算：
[0276]
rcs
max
＝15.6b4/λ2[0277]
圆板角反射器的半功率点宽度一般为32
°
。
[0278]
圆板角反射器的全姿态平均rcs可以由下式计算：
[0279]
rcs
max
＝0.47b4/λ2[0280]
3、三角板角反射器
[0281]
三角板角反射器最大rcs可以由下式计算：
[0282]
rcs
max
＝4πb4/(3λ2)
[0283]
三角板角反射器的半功率点宽度一般为40
°
。
[0284]
三角板角反射器的全姿态平均rcs可以由下式计算：
[0285]
rcs
mean
＝0.17b4/λ2。
[0286]
步骤4-5：传输天候仿真流程如图6所示，具体为：
[0287]
1)接收射频探测器主动/被动模式启动指令，启动仿真；
[0288]
2)输入电磁波收发双方的位置信息，即，射频探测器与辐射源、目标等电磁波传播两端装备或环境因素的位置；
[0289]
3)根据位置计算电磁波传播的角度和距离；
[0290]
4)选择对应角度的多项式拟合系数；
[0291]
其实现过程是，根据电磁波传播的角度选择对应角度的对流层折射损耗、对流层吸收损耗、云/雨/雾/霾环境传输损耗等的多项式拟合系数；
[0292]
5)利用多项式计算传播损耗；
[0293]
6)输出传播损耗值；
[0294]
7)判断主/被动模式是否结束
[0295]
如果主/被动模式结束，则结束仿真，否则返回步骤2)继续流程。
[0296]
步骤4-6：信号合成仿真流程如图7所示，具体为：
[0297]
1)接收射频探测器主动模式启动指令，启动仿真；
[0298]
2)输入射频探测器天线参数或数据
[0299]
所述天线参数是指射频探测器天线方向图参数，所述天线数据是指天线方向图测量数据；
[0300]
3)计算电磁波来波方向的天线增益；
[0301]
4)对每一路散射回波信号采样进行多通道的幅度和相位的调制；
[0302]
5)进行相同通道回波的相干叠加
[0303]
本步骤是指对调制后的散射回波信号采样，进行相同通道回波的相干叠加，形成最终的输出信号采样；
[0304]
6)主动模式结束判断
[0305]
如果主动模式结束，则结束仿真，否则，返回步骤2)继续流程。
[0306]
步骤5：根据射频探测器的实时发射信号和运动姿态，所述辐射源仿真子系统和散射源仿真子系统输出给射频探测器进行复杂电磁环境性能仿真试验。
[0307]
综上所述，本实施例给出了面向射频探测器的典型复杂电磁环境多层次多粒度仿真方法和模型，适用性强，电磁环境信号模型由不同粒度的仿真模型组合形成，并且依据层次化仿真建模方法逐步构建形成典型复杂电磁环境仿真信号生成系统，模型友好性、可扩展性强，面向工程化应用进行设计，可为射频探测器性能仿真试验提供支撑。为射频探测器典型复杂电磁环境的目标信号、干扰信号、背景信号的仿真建模提供技术途径，符合射频探测器的复杂电磁环境试验要求。同时具备良好的可扩展性，仿真效率高。