0 引　言

随着舰载雷达面临着日趋复杂的干扰背景、目标特性和使用模式，舰载雷达的体制和技术快速跨越发展，传统的基于实装和基于模拟器的半实物舰载雷达性能试验方法，已难以全面构建多维度雷达复杂试验环境，特别是不能实现舰载雷达对高威胁目标的极限性能试验检验。由于现代仿真技术提出了用仿真方法确定实际系统的模型^[1] ，且仿真技术侧重在“仿真建模”，即针对不同形式的系统模型研究其求解算法，使其在计算机上得以实现^[1]，因此基于在设计和研制过程中的舰载雷达数字化孪生仿真模型，通过舰载雷达数字仿真试验平台的仿真试验，可实现对雷达的技术性能、战术功能和使用性能的仿真试验和验证。

舰载雷达数字仿真试验平台具有可仿真构建雷达使用极限干扰背景环境和极限特性目标等能力，以及相对实装试验可实现同一态势下试验流程的精确重复试验，且具有数字仿真试验的成本低、试验周期短等优势，由此实现的雷达数字仿真系统试验已成为保证雷达论证、设计和研制质量的重要研究与检验验证的重要手段。目前雷达数字仿真试验一般为采用被试雷达参数与试验环境参数耦合计算模型，试验环境模型参数缺乏独立性，难以形成标准化的客观试验条件，且不能实现对各种舰载雷达均通用的数字仿真试验平台能力。因此如何构建更为客观高效的舰载雷达数字仿真试验平台系统成为了领域内技术研究的热点。

本文针对舰载雷达设计和研制中通用化数字仿真试验的能力需求和技术发展趋势，提出一种舰载雷达数字仿真试验平台系统的通用体系结构和模型参数化配置方法，研究舰载雷达数字仿真试验平台系统架构、舰载雷达数字仿真试验平台功能与模型描述、舰载雷达数字仿真试验平台主要模型功能等，并进行了舰载雷达典型性能的仿真应用。针对性验证了数字仿真试验平台模型配置与试验流程控制，及其与被试雷达数字仿真模型解耦、模型与参数解耦的可行性，可为舰载雷达性能的数字仿真试验技术的发展，提升其高逼真度的测试、分析、检验和评估能力提供技术参考和支撑。

1 舰载雷达数字仿真试验平台系统架构设计

舰载雷达数字仿真试验平台是实现雷达系统仿真模型性能试验的试验条件、试验过程控制和试验数据处理与评估等功能的抽象化数字描述，并转换为能在计算机上运行的等价系统模型及数据，为客观评定雷达性能的基准平台。

舰载雷达数字仿真试验平台体系架构由平台系统应用层、平台系统业务工具层、平台系统支撑层、平台系统数据支撑层、平台系统通信支撑层等组成，用于雷达系统数字仿真模型的试验与评估。舰载雷达数字仿真试验平台体系架构如图1所示。

目标模型、环境模型或实际采集的目标和环境数据，在态势想定与控制管理模型的调度配置控制下，由态势生成与驱动模型生成各类雷达系统仿真模型的应用场景及其所需的目标和环境空间分布、动态运动等数据，注入被试雷达仿真系统模型；被试雷达仿真系统模型输出的探测/测试结构数据，经试验数据处理与评估模型与态势生成与驱动模型生成的数据真值关联分析和评估，由试验结果导出模型生成试验结论和试验报告。

在舰载雷达数字仿真试验中，舰载雷达数字仿真试验平台系统与被试雷达仿真系统模型间参数与代码的交互，可以采用设定目标与环境等参数前提下，基于雷达工作方式、性能参数代码等的雷达性能指标计算模型，但是由于舰载雷达数字仿真试验平台是客观评价被试雷达仿真系统模型性能的基准平台，平台固有性能应不受被试雷达仿真模型影响，其模型参数可根据被试雷达仿真系统模型特性设置。

因此在本文提出的舰载雷达数字仿真试验平台体系中，采用舰载雷达数字仿真试验平台系统与被试雷达仿真系统模型间两者模型独立的方式，即雷达数字仿真模型实现代码不能与特定试验平台系统相耦合。本仿真试验平台体系态势生成与驱动模型的输入参数可为模型参数，也可为被试雷达仿真系统模型的原型实物在实际探测中采集的真实数据。

2 舰载雷达数字仿真试验平台功能与模型描述

针对雷达（雷达数字仿真模型）的战术功能、技术性能、试验效能试验的通用试验环境、试验条件和客观测试与评估的需求，舰载雷达数字仿真试验平台系统模型组成如图2所示。

舰载雷达数字仿真试验平台系统应具备主要功能为：

1) 舰载雷达数字仿真试验平台应与被试雷达数字仿真模型相解耦，舰载雷达数字仿真试验平台各组成功能模型应与各类被试雷达数字仿真模型的探测方式、工作模式等参数相解耦，突出舰载雷达数字仿真试验平台的试验基准和试验的客观性；

2) 目标与态势的仿真实现能力，需具备临近空间、空中、低空/超低空、地面/海面等雷达主动探测目标和雷达被动探测辐射源信号目标，及其全空域饱和目标的位置信息、运动信息、脉内信息等的仿真实现能力；对气象探测等专用雷达，云雨等也作为雷达目标；

3) 杂波环境的仿真实现能力，需具备不同严酷等级的各类、各级的地杂波、海杂波、气象杂波和电磁传播环境等的仿真实现能力；

4) 干扰背景的仿真实现能力，需具备时、空、频、能和极化等多域有源干扰的仿真实现能力，主要包括有源宽带/窄带压制性干扰、有源拖曳和假目标干扰等干扰样式，以及自卫式干扰、支援式干扰等干扰应用模式；

5) 态势想定与试验管控等仿真实现能力，需具备雷达探测环境和目标分布与运动、试验系统坐标转化、等效舰船航行与摇摆、时空同步，以及试验模式、试验方式、运行管理等控制能力；

6) 试验评估仿真实现能力，需具备试验数据采集、处理、评估、报表生成等能力；

舰载雷达数字仿真试验平台模型描述信息结构主要包括：

1) 各仿真模型描述的信息结构一般为模型基本信息、模型输入/处理/输出信息、模型功能特性信息；

2) 模型基本信息包括模型地址、模型名称、模型定义文件名称、模型DLL文件名称、模型Lib文件名称、模型类别等；模型输入/处理/输出信息包括模型导出类列表、自定义数据类型、导出函数表、状态变量表、状态更新变量列表、状态导调变量列表、模型控制接口等；模型功能特性信息包括属性名称、功能描述、参数值、边界范围数据等。

3 舰载雷达数字仿真试验平台主要模型功能设计 3.1 环境模型

舰载雷达数字仿真试验平台环境模型主要用于生成雷达探测时面临的环境背景影响特性参数。主要包括：自然环境模型、有源干扰环境模型、无源干扰环境等；模型数据可采用海杂波、干扰、电磁传播等仿真数据，也可采用实际采集的同类数据；环境模型一般不应与特定被试舰载雷达数字仿真系统模型模型相耦合。环境仿真模型结构如图3所示。

环境模型仿真数据精度应优于被测雷达仿真模型数据精度。环境模型仿真数据应有明确的位置和特征数据精度、属性精度、时间精度和逻辑一致性、完整性等，并说明环境模型仿真数据的数据名、数值、所采用的坐标等，对由实际采集的环境数据，还应包括数据类型、数据产生时间、获取数据的方法、数据更新时间等。

复杂电磁环境的仿真构建是实现对雷达仿真模型试验的主要环境，仿真电磁干扰环境仿真构建应包括雷达有源干扰仿真的干扰源位置数据、干扰带宽、干扰扇面、干扰功率、干扰样式和干扰起止时间数据、干扰信号特征数据等；对多功能雷达除雷达有源干扰源数据外，需考虑通信导航干扰信号数据、敌我识别干扰信号数据等环境数据。雷达无源干扰仿真应具备干扰样式、等效反射面积、等效杂波谱宽等。海杂波干扰数据可基于海洋水文数据、海洋气象数据、海洋地理数据、海洋物理场数据实现对雷达海杂波的实时反演生成数据。

3.2 目标模型

目标模型仿真数据用于生成雷达探测各类目标特征数据。主要包含空中、低空/超低空、海面等雷达主动探测目标和雷达辐射源等雷达被动探测目标的仿真数据；仿真数据也可采用仿真模型或实际采集同类数据。目标模型数据不应与特定被试雷达数字仿真模型数据相耦合；且目标模型数据的精度应优于被试雷达数字仿真模型数据。目标模型结构如图4所示。

目标模型仿真数据应有明确的位置和特征数据精度、属性精度、时间精度和逻辑一致性、完整性等，并说明环境模型仿真数据的数据名、数值、所采用的坐标等，对由实际采集的目标数据，还应包括数据类型、数据产生时间、获取数据的方法、数据更新时间等。

对于主动探测雷达目标仿真的数据生成，应具备可根据对目标模型设置不同参数时，生成目标在不同空间位置的动态等效反射面积、动态等效散射点和等效反射功率、频谱特性、脉内特性等数据的能力。对于被动探测雷达目标仿真的数据生成，应具备可根据对辐射源目标模型设置不同参数时，生成目标辐射等效功率和频谱、脉内、时间等特性数据的能力。

3.3 态势生成与驱动模型

态势生成与驱动模型仿真数据主要功能是基于目标模型、环境模型或实际采集目标、环境等数据，构建可用于检验试验的目标模型、环境模型的战术布站，生成可直接驱动雷达仿真模型的动态数据。该模型数据不应与特定被试雷达数字仿真模型数据相耦合，且模型数据的精度应优于被试雷达数字仿真模型数据。态势生成与驱动模型结构如图5所示。

态势生成与驱动模型仿真数据应有明确的地理位置、空间位置和特征数据精度、属性精度、时间精度和逻辑的一致性、完整性等，并说明环境模型仿真数据的数据名、数值、所采用的坐标等，对由实际采集的目标数据，还应包括数据类型、数据产生时间、获取数据的方法、数据更新时间等，并应在对目标模型设置不同参数时，生成目标在不同空间位置机动时的等效反射面积、动态等效散射点和等效反射功率、频谱特性、脉内特性等数据的相应变化数据和目标辐射等效功率、频谱特性、脉内特性、时间特性等的的相应变化数据，以及各种干扰模式和导航、敌我识别等配试目标信号的的相应变化数据等。

3.4 态势想定与管理控制模型

态势想定与管理控制仿真数据主要功能是驱动态势生成与驱动模型仿真模型，仿真产生试验用战术场景和战术应用模式，进行目标和环境模型应用模式数据的时空坐标数据统一转换，并根据试验规程产生试验流程、异常情况处理等试验全过程和试验步骤的管控，最终驱动生成试验结果和结论。态势想定与管理控制模型数据不应与特定被试雷达数字仿真模型数据相耦合，且模型数据（空间坐标数据等）的精度应优于被试雷达数字仿真模型数据。态势想定与管理控制仿真模型结构如图6所示。

态势想定与管理控制模型仿真数据应有逻辑的一致性、完整性等，说明环境模型仿真数据的数据名、数值、所采用的坐标等，并控制试验数据处理、结果生成等。

3.5 试验数据处理与评估模型、试验结果导出模型

试验数据处理与评估模型仿真数据主要用于对试验数据的预处理和综合处理，并依据评估准则生成试验评估结论数据。试验结果导出模型用于按照规定的数据、报表格式要求和输出形式，生成试验所需的结论性数据。试验数据处理与评估模型、试验结果导出模型数据不应与特定被试雷达数字仿真模型数据相耦合，且模型数据的精度应优于被试雷达数字仿真模型数据。试验数据处理与评估模型、试验结果导出模型结构示意如图7所示。

试验数据处理与评估模型、试验结果导出模型仿真数据应有逻辑的一致性、完整性等，数据处理计算应符合雷达功能和性能的相应需求，试验结果评估应有客观的准则支撑，试验数据处对雷达仿真模型性能的试验数据外，应包括试验时间、地点等数据和试验人员等数据，并说明相关数据的数据名、数值等。在试验结果导出时，应能输出规范的试验数据、处理数据、结果报告等，其中对试验数据应标注超标试验数据项目，并给出明确的试验结果评估评定。

4 舰载雷达数字仿真试验平台典型应用

针对相关课题研究的需要，构建舰载雷达对空、对海、对低空最大作用距离性能试验的原理性数字仿真试验平台，针对性验证数字仿真试验平台模型配置与试验流程控制及其与被试雷达数字仿真模型解耦、模型与参数解耦的可行性，实现了仅对模型配置参数即可实现对雷达不同最大作用距离性能的试验。试验中参数生成需调用的函数在参数库和模型库中调用，对海杂波干扰模式参数部分采用了实装雷达真实采集的海杂波数据。

针对通用性和可实现性要求，试验平台系统软件环境的配置为：

1) 操作系统Microsoft Windows；

2) 编程环境Microsoft Visual，Matlab;

3) 数据库管理系统Microsoft SQL Server数据库软件。

试验流程见图8，雷达对海探测威力仿真示意见图9，雷达对空探测威力仿真示意见图10。

原理性数字仿真试验实现了基于通用模型的参数化仿真试验系统配置、舰载雷达数字仿真试验平台与被试雷达系统仿真模型和参数的解耦、同一多模式干扰环境和目标背景基准条件下对被试雷达系统仿真模型多项性能的测试试验，具有通用性强、逼真度和真实性高等特点。仿真试验结果较被试雷达最大作用距离的理论计算值与被试雷达实装试验结果值相比更为逼近。随着平台数据库完善和被试雷达仿真模型精细化水平提升，基于舰载雷达数字仿真试验平台的试验可作为雷达系统设计和研制中的重要依据和雷达性能检验的等效手段。

本文提出的舰载雷达数字仿真试验平台设计方法，用于雷达系统仿真模型仿真试验的环境、态势等数据的仿真要素全面、逼真度高，仿真试验流程管控逼近雷达系统在实际环境下试验测试的要求，通过仿真试验平台与被试雷达系统仿真模型的解耦、模型与数据的解耦，具备对各种体制雷达系统仿真模型试验的通用和逼真性能。