1.2.2 雷達(dá)系統(tǒng)半實(shí)物仿真技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著高科技戰(zhàn)爭的到來，武器裝備更新?lián)Q代日益加快，提高武器裝備的研發(fā)周期、降低研發(fā)費(fèi)用、保證武器裝備的優(yōu)良性能是各國關(guān)注的焦點(diǎn)。雷達(dá)作為現(xiàn)代戰(zhàn)爭中不可或缺的裝備，在目標(biāo)探測、電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。由于雷達(dá)系統(tǒng)日益復(fù)雜、雷達(dá)技術(shù)迭代更新較快，利用半實(shí)物仿真技術(shù)可以有效改善雷達(dá)系統(tǒng)的性能，因此雷達(dá)半實(shí)物仿真技術(shù)受到各國的重視。

按照仿真的方法，雷達(dá)半實(shí)物仿真系統(tǒng)可以分為射頻注入式仿真和射頻輻射式仿真，如圖1.3所示。射頻注入式仿真可以在不需要微波暗室的條件下，利用仿真設(shè)備構(gòu)建具有雷達(dá)實(shí)物參與的、可以提供雷達(dá)數(shù)字、視頻直至射頻的雷達(dá)仿真系統(tǒng)。這種仿真方法采用數(shù)學(xué)模型描述目標(biāo)與環(huán)境特性，方便靈活調(diào)整。射頻注入式仿真方法的試驗條件精確可控、成本低且可重復(fù)性高，在雷達(dá)信號仿真、抗干擾仿真、雷達(dá)對抗仿真中廣泛使用。射頻輻射式仿真通常在微波暗室內(nèi)，通過模擬技術(shù)和理論方法等逼真地復(fù)現(xiàn)實(shí)際雷達(dá)電磁波產(chǎn)生、輻射、傳播、目標(biāo)散射、接收和處理的過程。由于雷達(dá)信號的輻射、目標(biāo)散射和回波處理的過程均可有效模擬，因此輻射式仿真的靈活性較高，是研究目標(biāo)電磁散射特性的主要手段。下面分別對射頻注入式仿真和射頻輻射式仿真的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行梳理。

1.2.2.1 雷達(dá)系統(tǒng)射頻注入式仿真

20世紀(jì)80年代末，美國Cadence公司開發(fā)了信號處理工作站（Signal Processing Workstation，SPW），可以用于雷達(dá)系統(tǒng)的測試、試驗和評估。隨后，加拿大渥太華防御科學(xué)研究所為戰(zhàn)機(jī)CF-18研制了高逼真度機(jī)載雷達(dá)模擬器，可以為機(jī)載截?fù)衾走_(dá)電子干擾效果分析、雷達(dá)抗干擾技術(shù)研發(fā)等提供通用仿真方法，且仿真實(shí)時性、可重復(fù)性良好。2003年，DAVID LA系統(tǒng)闡述了雷達(dá)電子戰(zhàn)系統(tǒng)仿真理論。近年來，美國軍方雷達(dá)電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)發(fā)展迅速，其電子對抗仿真評估實(shí)驗室（Electronic Combat Simulation and Evaluation Laboratories，ECSEL）構(gòu)建了高級威脅系統(tǒng)模擬器（Advanced Threat System Simulator，ATSS），通過半實(shí)物仿真實(shí)現(xiàn)電子戰(zhàn)系統(tǒng)的模擬。ATSS實(shí)物圖如圖1.4所示。

總體而言，國外雷達(dá)半實(shí)物注入式仿真技術(shù)發(fā)展較為成熟，已經(jīng)形成了較為全面的仿真系統(tǒng)。而國內(nèi)的研究起步于21世紀(jì)初，主要通過研究雷達(dá)系統(tǒng)各個部分的注入式仿真方法，最終構(gòu)建雷達(dá)半實(shí)物仿真系統(tǒng)。其中，安紅在雷達(dá)動態(tài)電子戰(zhàn)環(huán)境仿真方面研究了射頻注入式仿真方法。王柏杉、崔建竹等在注入式雷達(dá)信號環(huán)境模擬器方面進(jìn)行了研究。在雷達(dá)雜波環(huán)境模擬方面，梁志恒分析了注入式雷達(dá)雜波實(shí)時模擬方法，任博研究了通用雷達(dá)雜波仿真系統(tǒng)。在雷達(dá)目標(biāo)模擬器研究方面，徐安林研究了相控陣?yán)走_(dá)目標(biāo)模擬器的注入式仿真方法。在雷達(dá)系統(tǒng)仿真方面，丹梅、李修和等研究了反導(dǎo)相控陣?yán)走_(dá)、組網(wǎng)雷達(dá)的注入式仿真方法。王輝研究了高分辨雷達(dá)成像半實(shí)物注入式仿真方法。近年來，國內(nèi)對雷達(dá)電子戰(zhàn)系統(tǒng)的仿真也不斷加深。國防科技大學(xué)王雪松教授等從雷達(dá)目標(biāo)特性與電磁環(huán)境模擬、有源無源干擾仿真、合成孔徑雷達(dá)仿真、電子戰(zhàn)效果效能評估等方面分析了雷達(dá)電子戰(zhàn)系統(tǒng)仿真理論與基本方法。劉佳琪研究員從雷達(dá)信號模擬器、干擾模擬器、電子對抗效果評估等方面，研究了雷達(dá)電子戰(zhàn)注入式仿真系統(tǒng)構(gòu)建方法。

1.2.2.2 雷達(dá)系統(tǒng)射頻輻射式仿真

雷達(dá)系統(tǒng)射頻輻射式仿真主要包括外場輻射式和內(nèi)場輻射式兩種。通常，在開展雷達(dá)系統(tǒng)測試時，對試驗參數(shù)的保密性有一定的要求。射頻輻射式仿真試驗一般在微波暗室內(nèi)進(jìn)行，一方面防止了信號的輻射泄漏，滿足保密要求，另一方面不會受外界環(huán)境、電磁信號干擾等影響。因此，射頻輻射式仿真在雷達(dá)系統(tǒng)研制的過程中，受到世界各國的高度重視和廣泛使用。

國外的輻射式仿真技術(shù)始于二十世紀(jì)五六十年代。早期的輻射式仿真主要集中于對導(dǎo)引頭測角能力的測試與仿真，普遍采用機(jī)械式射頻目標(biāo)仿真器，通過伺服系統(tǒng)驅(qū)動目標(biāo)信號的輻射單元機(jī)械運(yùn)動，得到目標(biāo)與導(dǎo)彈導(dǎo)引頭之間的空間角度運(yùn)動，優(yōu)點(diǎn)是簡單、成本低，但精度不高。隨著機(jī)電混合式射頻目標(biāo)仿真器和微波陣列式射頻目標(biāo)仿真器的出現(xiàn)，導(dǎo)引頭測角的輻射式仿真能力進(jìn)一步提高。在輻射式仿真技術(shù)基礎(chǔ)上，國外先后建立了功能不同、規(guī)模不一的輻射式仿真實(shí)驗室，主要有美國的陸軍高級仿真中心（Advanced Simulation Center，ASC）、波音公司的雷達(dá)末制導(dǎo)仿真實(shí)驗室、Raytheon公司的“愛國者”制導(dǎo)試驗與仿真系統(tǒng)和主動式尋的導(dǎo)彈的輻射式仿真系統(tǒng)；英國的RAE導(dǎo)彈制導(dǎo)仿真實(shí)驗室；日本防衛(wèi)廳第三研究所的仿真實(shí)驗室等。這些先進(jìn)輻射式仿真實(shí)驗室的建立，推動了輻射式仿真技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。

20世紀(jì)90年代，輻射式仿真技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展階段，比較有代表性的是美國陸軍高級仿真中心于1994年建成的第二個毫米波仿真實(shí)驗室。隨后，輻射式仿真擴(kuò)展到多模仿真及雷達(dá)電子對抗仿真等方面，各國建立的輻射式仿真試驗系統(tǒng)更加完善、種類更加多樣。例如，文獻(xiàn)[5]和文獻(xiàn)[6]分別報道的美國林肯實(shí)驗室的天線與目標(biāo)測量半實(shí)物仿真系統(tǒng)、陸軍導(dǎo)彈司令部的激光雷達(dá)檢測與測距半實(shí)物仿真系統(tǒng)，如圖1.5所示。

在國內(nèi)，輻射式仿真技術(shù)的研究始于20世紀(jì)80年代。上海航天技術(shù)研究院、中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院、中國航天科工集團(tuán)第二研究院、北京仿真中心等單位，建立了各具特點(diǎn)的輻射式仿真實(shí)驗室。另外，國內(nèi)不少高校也開展了輻射式仿真技術(shù)領(lǐng)域的研究。例如，北京航空航天大學(xué)的目標(biāo)雷達(dá)截面積（Radar Cross Section，RCS）特性測量系統(tǒng)、進(jìn)動散射特性目標(biāo)測量系統(tǒng)；南京航空航天大學(xué)的雷達(dá)氣象回波射頻輻射式仿真系統(tǒng)；西北工業(yè)大學(xué)目標(biāo)RCS測量仿真系統(tǒng)；國防科技大學(xué)雷達(dá)目標(biāo)微動特性測量射頻仿真系統(tǒng)。

總體而言，國內(nèi)外已有的輻射式仿真系統(tǒng)設(shè)計大致相同，一般包括微波暗室、射頻目標(biāo)仿真器、計算機(jī)及其接口、目標(biāo)和干擾環(huán)境模型的數(shù)據(jù)庫及相應(yīng)的軟件、監(jiān)控操作臺及顯示設(shè)備、校準(zhǔn)系統(tǒng)。