CN111487597A - 一种基于时空频能数据的通用电子侦察截获仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于时空频能数据的通用电子侦察截获仿真方法，包括以下步骤：读取电子环境建模参数、雷达建模参数、电子侦察装备参数；在时域，判断雷达的天线方位和电子侦察装备的天线方位是否对准，如果对准，则在时域上截获，否则，未截获；在频域，判断是否对准雷达频率，如果对准，则在频域上截获，否则，未截获；在能量域，判断接收功率是否超过侦察装备的灵敏度，如果超过，则在能量域截获，否则，未截获；全脉冲分选，对截获到的雷达信号进行全脉冲分选，然后输出基于误差的分选结果。
Description
技术领域
本发明涉及一种仿真方法，具体涉及一种基于时空频能数据的通用电子侦察截获仿真方法。
背景技术
电子侦察根据所侦测到的信号特征参数即可识别辐射源，并推断其用途、能力和威胁程度。电磁信号空间环境存在着大量辐射源。它们分布在宽广的频域和空域内，而且工作体制繁多，波形复杂多变，各种电磁信号在频域上拥挤，在时域上密集交叠。因此，电子侦察从密集复杂的电磁信号环境中截获和识别辐射源实际上是相当复杂的。电子侦察***的输入端，通常是由多个辐射源交叠在一起所形成的信号流，它们的工作频率、到达方向、到达时间、调制样式、辐射时间、信号强度、极化形式和地理位置等都是未知的，为了查明辐射源的特性及其能力，电子侦察***首先要正确地发现信号的存在，这就要求被侦察的辐射源正在向电子侦察***方向产生足够时间的辐射，而电子侦察***必须在方向上、频率上和极化上对准被侦察的辐射源，并且要有足够的灵敏度。
电子侦察是实施电子对抗的基础和前提，电子侦察***包含若干层次，涉及众多的专业领域，通过仿真技术来验证***的可靠性及稳定性既可以有效的评估***的性能又能弥补外场试验的不足；目前出现的电子侦察仿真***存在大量的问题，主要包括以下几点：
1、由于辐射源可能在空域上或是频域上具有活动性，侦察***也有可能具有空域活动性或频域活动性，而且对脉冲辐射源和采用间断辐射方式的辐射源还需考虑其时域上的活动性，现有截获仿真技术截获条件单一，只考虑了能量域的截获，而不考虑时域天线扫描问题、频域频率扫描问题，电子侦察***在实际截获过程中可能出现信号丢失的情况；
2、传播模型方面只采用了自由空间传播模型计算传播损耗，未考虑根据作战场景和工作频率选择不同的传播模型，不能够模拟真实电磁环境对信号传播的影响；
3、现有技术只判断了是否截获，进行效能仿真；而未计算全脉冲数据并输出，进行功能仿真；不能支持电子侦察装备软件的测试与验证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有截获仿真技术只考虑了能量域的截获，而不考虑时域天线扫描、频域频率扫描，目的在于提供一种基于时空频能数据的通用电子侦察截获仿真方法，解决现有截获仿真技术只考虑了能量域的截获，而不考虑时域天线扫描、频域频率扫描的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于时空频能数据的通用电子侦察截获仿真方法，包括以下步骤：
S1、读取电子环境建模参数、雷达建模参数、电子侦察装备建模参数；
S2、在时域，计算雷达天线实时扫描方位，计算电子侦察装备天线实时扫描方位，判断雷达的天线方位和电子侦察装备的天线方位是否对准，如果对准，则在时域上截获，否则，未截获；
S3、在频域，根据读取的电子侦察装备建模参数，获取频率扫描周期、扫描样式、重点频率集、扫描范围、工作带宽、扫描速度、扫描方向参数，计算电子侦察装备的实时扫描频率，判断是否对准雷达频率，如果对准，则在频域上截获，否则，未截获；
S4、在能量域，根据S1读取的参数，获取雷达装备的位置姿态信息、电子侦察装备的位置姿态信息，计算两点之间的传播路径，用于计算传播损耗；根据S2计算的雷达天线扫描方位，计算位于电子侦察装备方位的雷达天线增益；根据S2计算的电子侦察天线扫描方位，计算为雷达方位的电子侦察天线增益；同时，根据电磁环境建模参数以及雷达参数和侦察装备参数，雷达的位置姿态信息和电子侦察装备的位置姿态信息，利用传播模型选择规则，选取合适的传播模型计算传播损耗；然后计算雷达的发射功率经过天线增益和传播损耗影响后到达电子侦察装备天线时的接收功率，最后判断接收功率是否超过侦察装备的灵敏度，如果超过，则在能量域截获，否则，未截获；
S5、全脉冲分选，对截获到的雷达信号进行全脉冲分选，然后输出基于误差的分选结果。
本发明通过软件仿真完成仿真电子侦察作战过程中的时域天线扫描、频域频率扫描以及能量域的能量截获，同时在能量域计算能量截获时考虑传播损耗对于信号传播的影响，支持手动选择传播模型或采用自动传播模型选择规则，以及在计算传播模型时充分模拟了真实传播损耗，考虑了各种因素对传播损耗的影响。本发明不仅考虑了能量域的截获，同时还考虑了时域截获、频域截获，此外，还支持多种传播模型的选择，更加逼真的模拟了真实电磁环境下的考虑传播损耗的电子侦察截获功能。通过此种方法，对电子侦察装备的输出数据进行仿真，可以支持进行电子侦察装备效能仿真与评估、电子侦察装备软件的测试与验证、电子侦察装备的模拟训练，节约实装***的费用，降低研制周期。在电子侦察设备截获目标的过程中，需要进行距离、频率、空域的判断，只有三个条件都同时满足的情况下，才能实现对目标的截获。
步骤S2的具体步骤如下：首先对雷达设备和侦察设备天线波束指向进行计算，基于平台方位c_az、横滚c_rl、天线波束方位az、天线波束俯仰el、波束宽度width、波束扫描角度范围、波束扫描方式、波束扫描方向、波束扫描速度speed和扫描时间time参数数据，实时计算电子侦察设备的波束指向；波束扫描角度包括起始角度s_angle、终止角度e_angle；具体包括以下子步骤：
a、判断扫描方式，如果是扇扫则进步骤b，如果是圆扫则进步骤c，如果是固定则进步骤d；
b、判断扫描方向，如果是顺时针扫描，则进步骤e，否则进步骤f；
c、判断扫描方向，如果是顺时针扫描，则进步骤g，否则进步骤h；
d、天线波束扫描方位＝c_az+az，天线波束扫描俯仰＝c_rl+el；
e、根据扫描时间计算扫描过的角度angle，angle＝speed*time，计算扫描宽度width_deg，width_deg＝e_angle-s_angle，计算扫描过的扫描宽度数量cnt，cnt＝floor(angle/width_deg)；如果cnt对2取余为0，则天线波束扫描方位＝s_angle+(angle-cnt*width_deg)，否则天线波束扫描方位＝e_angle-(angle-cnt*width_deg)；
f、根据扫描时间计算扫描过的角度angle，angle＝speed*time，计算扫描宽度width_deg，width_deg＝s_angle-e_angle，计算扫描过的扫描宽度数量cnt，cnt＝floor(angle/width_deg)；如果cnt对2取余为0，则天线波束扫描方位＝s_angle-(angle-cnt*width_deg)，否则天线波束扫描方位＝e_angle+(angle-cnt*width_deg)；
g、天线波束扫描方位＝s_angle+angle，再对扫描方位校验，换算到0-360°范围内；
h、天线波束扫描方位＝s_angle-angle，再对扫描方位校验，换算到0-360°范围内；
i、天线波束扫描俯仰＝c_rl+el；
j、计算雷达相对侦察设备和侦察设备相对雷达设备的方位AZ、俯仰EL；
包括以下步骤：
X＝sind(lon2-lon1)*cosd(lat2)；
Y＝cosd(lat1)*sind(lat2)-sin(lat1)*cosd(lat2)*cosd(lon2-lon1)；
A＝tan2(X，Y)；
AZ＝fmod(A+2*π，2*π)*180/π；
其中，两设备经纬度分别为：lon1、lat1、lon2、lat2，单位：度；
计算俯仰EL时，需要先将地理坐标转换为空间坐标，转换方法如下：
基于WGS84将侦察设备和目标雷达的经纬高转换为空间坐标，经纬高分别为：lon、lat、height；
赤道半径radiusEquator＝6378137.0，极地半径radiusPolar＝6356752.3142；
Flattening＝(radiusEquator-radiusPolar)/radiusEquator；
eccentricitySquared＝2*Flattening–Flattening^2；
N＝radiusEquator/(sqrt(1.0-eccentricitySquared*sind(lat)*sind(lat)))；
X＝(N+height)*cosd(lat)*cosd(lon)；
Y＝(N+height)*cosd(lat)*sind(lon)；
Z＝(N*(1.0-eccentricitySquared)+height)*sind(lat)；
按照上述转换方法将侦察设备和目标雷达的经纬高转换为空间坐标后计算两点的向量夹角Angle：
Angle＝180/π*acos((x1*x2+y1*y2+z1*z2)/(sqrt(x1*x1+y1*y1+z1*z1)/sqrt(x2*x2+y2*y2+z2*z2)))；
EL＝atan((cosd(angle)-(R+height1)/(R+height2))/sind(angle))*180/π；
其中，height1、height2分别为两设备的高度；单位：m，R为地球半径，单位：m；侦察设备坐标(x1，y1，z1)和雷达坐标(x2，y2，z2)；
k、根据上述步骤计算的天线实时波束方位、俯仰，以及雷达相对侦察设备的方位、俯仰、侦察设备相对雷达的方位、俯仰，和雷达和侦察设备天线的波束宽度，判断目标对应的方位俯仰是否在天线波束范围内，如果都在范围内，则截获成功，否则截获失败。
步骤S3中频率扫描算法如下：
基于侦察设备频率范围、工作带宽bandWidth、扫描时间scanTime、跟踪时间followTime、重点频率集freqs和实时仿真时间time参数，实时计算当前电子侦察设备的工作频率参数，侦察设备频率范围包括最大频率maxFreq、最小频率minFreq；具体的子步骤如下：
a1、判断输入的重点频率集中的频率是否超出扫描范围，超出的则抛弃；
b1、计算基于工作带宽和最大最小频率的扫描次数cnt，cnt＝floor((maxFreq-minFreq)/bandWidth)；
c1、判断fmod((maxFreq-minFreq)，bandWidth)是否大于零，如果大于零则cnt加1；
d1、计算顺序扫描需要时间normalTime，normalTime＝cnt*scanTime，计算跟踪需要时间followTime，followTime＝size(freqs)*followTime；
e1、计算当前仿真时间处于顺序扫描时间段还是跟踪扫描时间段，realTime＝fmod(time,normalTime+followTime)，如果realTime小于normalTime，则处于顺序扫描阶段，否则处于跟踪扫描阶段；
f1、在正常扫描阶段，计算实时中心频率midFreq，实时中心频率midFreq的计算方法如下：midFreq＝minFreq+bandWidth/2+floor(realTime/scanTime)*bandwidth；
g1、在跟踪扫描阶段，计算实时中心频率midFreq，实时中心频率midFreq的计算方法如下：midFreq＝freqs[floor((realTime-normalTime)/followTime)]；
h1、实时频率最小值realMinFreq＝midFreq-bandWidth/2，如果小于最小频率，则使用最小频率；
i1、实时频率最大值realMaxFreq＝midFreq+bandwidth/2,如果大于最大频率，则使用最大频率。
步骤S4的具体步骤如下：
A1、基于WGS84将侦察设备和目标雷达的经纬高转换为空间坐标，经纬高为：lon、lat、height；
B1、根据空间两点坐标计算两点距离，侦察设备坐标(x1，y1，z1)和雷达坐标(x2，y2，z2)：Distance＝sqrt(pow(x1-x2,2)+pow(y1-y2,2)+pow(z1-z2,2))；
C1、分别计算侦察设备和雷达设备的天线实时方位俯仰，计算方法如下：
a、判断扫描方式，如果是扇扫则进步骤b，如果是圆扫则进步骤c，如果是固定则进步骤d；
b、判断扫描方向，如果是顺时针扫描，则进步骤e，否则进步骤f；
c、判断扫描方向，如果是顺时针扫描，则进步骤g，否则进步骤h；
d、天线波束扫描方位＝c_az+az，天线波束扫描俯仰＝c_rl+el；
e、根据扫描时间计算扫描过的角度angle，angle＝speed*time，计算扫描宽度width_deg，width_deg＝e_angle-s_angle，计算扫描过的扫描宽度数量cnt，cnt＝floor(angle/width_deg)；如果cnt对2取余为0，则天线波束扫描方位＝s_angle+(angle-cnt*width_deg)，否则天线波束扫描方位＝e_angle-(angle-cnt*width_deg)；
f、根据扫描时间计算扫描过的角度angle，angle＝speed*time，计算扫描宽度width_deg，width_deg＝s_angle-e_angle，计算扫描过的扫描宽度数量cnt，cnt＝floor(angle/width_deg)；如果cnt对2取余为0，则天线波束扫描方位＝s_angle-(angle-cnt*width_deg)，否则天线波束扫描方位＝e_angle+(angle-cnt*width_deg)；
g、天线波束扫描方位＝s_angle+angle，再对扫描方位校验，换算到0-360°范围内；
h、天线波束扫描方位＝s_angle-angle，再对扫描方位校验，换算到0-360°范围内；
i、天线波束扫描俯仰＝c_rl+el；
D1、根据侦察设备和雷达设备所属平台的姿态信息(方位az、俯仰el、横滚rl)，分别计算坐标转换矩阵Matrix；坐标转换矩阵Matrix的计算公式如下：
Matrix＝[cos(rl)0,-sin(rl)；sin(el)*sin(rl),cos(el),sin(el)*sin(rl)；cos(el)*sin(rl),-sin(el),cos(el)*cos(rl)]；
E1、根据侦察设备和雷达设备所属平台的经度、纬度、高度，分别将雷达转换到侦察设备载体系中，将侦察设备转到雷达载体系中；转换方式如下：
先将目标转换到载体水平系中：
Xh＝(-X)*cos(az)+(-Y)*(-sin(az))，
Yh＝(-X)*sin(az)+(-Y)*cos(az)，
Zh＝Z；
再将其转换到载体系中：[Xa,Ya,Za]＝Matrix*[Xh,Yh,Zh]，展开矩阵，可得：
Xa＝cos(rl)*Xh-sin(rl)*Zh，
Ya＝sin(el)*sin(rl)*Xh+cos(el)*Yh+sin(el)*sin(rl)*Zh，
Za＝cos(el)*sin(rl)*Xh-sin(el)*Yh+cos(el)*cos(rl)*Zh；
F1、根据相对坐标分别计算雷达相对于侦察设备的方位、俯仰和计算侦察设备相对雷达的方位、俯仰；根据通用函数表示出相对方位俯仰：
AZ＝f1(Xa，Ya)；EL＝f2(Ya，Za，AZ)；
theta＝f1(X，Y)＝{theta1＝acrtg(|X|/|Y|)，当X>0，Y>0时；theta2＝π-theta1，当X>0，Y<0时；theta3＝theta1-π，当X<0，Y<0时；theta4＝-theta1，当X<0，Y>0时}；
式中，0<theta1<＝π/2，0<|theta|<＝π，方位角向右为正，向左为负；
Beta＝f2(Y，Z，theta)＝{beta0＝arctg(|Z*cos(theta)|/|Y|)，当Z>0；-beta0，当Z<0时}；
式中，0<beta0<＝π/2,0<|beta|<＝π/2，俯仰角向上为正，向下为负；
G1、把F1计算的方位、俯仰转换到相对其天线主瓣的方位、俯仰；目标相对装备天线的方位＝天线相对载体的方位+F1计算的相对方位；目标相对装备天线的俯仰＝天线相对载体的俯仰+F1计算的相对俯仰；
H1、计算位于雷达方位、俯仰上的侦察设备天线增益和位于侦察设备方位、俯仰上的雷达天线增益；
I1、根据侦察设备和雷达之间的距离、其他电磁环境参数和选择合适的传播模型来计算传播损耗loss，H1计算的天线增益gain1，gain2、雷达的发射功率power以及计算侦察设备的接收功率recvPower；gain1为雷达，gain2为侦察设备
recvPower＝power+gain1+gain2–loss；
J1、判断侦察设备的接收功率是否超过其接收灵敏度，如果超过则能量截获成功，否则截获失败。
步骤H1中计算天线增益的方式为：数据形式的天线方向图，提供[方位(0～360)、俯仰(-90～90)、增益(361*181)]形式的天线方向图数据，然后根据G1计算的相对天线主瓣的方位、俯仰进行插值计算天线增益。
步骤H1中计算天线增益的方式为：采用高斯方向图函数，计算增益因子，公式如下：F(az,el)＝exp(-((az/thetah3dB)^2+(el/thetav3dB)^2))+Fs，其中，az为G1计算的相对天线主瓣的方位，el为G1计算的相对天线主瓣的俯仰，thetah3dB为天线主瓣波束水平方向的3dB波束宽度，thetav3dB为天线主瓣波束垂直方向的3dB波束宽度，Fs为天线平均旁瓣电平。
步骤H1中计算天线增益的方式为：采用单向余弦方向图函数，计算增益因子，公式如下：F(az,el)＝cos(π*(az)/(2*thetah3dB))*cos(π*(el)/(2*thetav3dB))，其中，参数定义同高斯方向图函数。
步骤H1中计算天线增益的方式为：采用单向辛克形方向图函数，计算增益因子，公式如下：F(az,el)＝(sin(2*π*az/thetah3dB)*sin(2*π*el/thetav3dB))/((*π*az/thetah3dB)*(2*π*el/thetav3dB))，其参数定义同高斯方向图函数。
本发明H1中计算天线增益的方式采用上述四种中的任意一种。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种基于时空频能数据的通用电子侦察截获仿真方法不仅考虑了能量域的截获，同时还考虑了时域截获、频域截获，更加逼真的模拟了真实电磁环境下的考虑传播损耗的电子侦察截获功能；
2、本发明一种基于时空频能数据的通用电子侦察截获仿真方法基于参数化的模型建模仿真技术，更加方便实用，不受时间和空间的限制，节约了硬件成本；
3、本发明一种基于时空频能数据的通用电子侦察截获仿真方法在能量域计算能量截获时考虑传播损耗对于信号传播的影响，支持手动选择传播模型或采用自动传播模型选择规则，以及在计算传播模型时充分模拟了真实传播损耗，考虑了各种因素对传播损耗的影响。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明电子侦察设备与雷达的频率截获关系示意图；
图2为本发明电子侦察设备与雷达的空域截获关系示意图；
图3为本发明电子侦察截获关系示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本发明一种基于时空频能数据的通用电子侦察截获仿真方法，包括以下步骤：
S1、读取电子环境建模参数、雷达建模参数、电子侦察装备参数；
S2、在时域，计算雷达天线实时扫描方位，计算电子侦察装备天线实时扫描方位，判断雷达的天线方位和电子侦察装备的天线方位是否对准，如果对准，则在时域上截获，否则，未截获；
S3、在频域，根据读取的侦察装备建模参数，获取频率扫描周期、扫描样式、重点频率集、扫描范围、工作带宽、扫描速度、扫描方向参数，计算电子侦察装备的实时扫描频率，判断是否对准雷达频率，如果对准，则在频域上截获，否则，未截获；
S4、在能量域，根据S1读取的参数，获取雷达装备的位置姿态信息、电子侦察装备的位置姿态信息，计算两点之间的传播路径，用于计算传播损耗；根据S2计算的雷达天线扫描方位，计算位于电子侦察装备方位的雷达天线增益；根据S2计算的电子侦察天线扫描方位，计算为雷达方位的电子侦察天线增益；同时，根据电磁环境建模参数以及雷达参数和侦察装备参数，雷达的位置姿态信息和电子侦察装备的位置姿态信息，利用传播模型选择规则，选取合适的传播模型计算传播损耗；然后计算雷达的发射功率经过天线增益和传播损耗影响后到达电子侦察装备天线时的接收功率，最后判断接收功率是否超过侦察装备的灵敏度，如果超过，则在能量域截获，否则，未截获；
S5、全脉冲分选，对截获到的雷达信号进行全脉冲分选，然后输出基于误差的分选结果。
本发明通过软件仿真完成仿真电子侦察作战过程中的时域天线扫描、频域频率扫描以及能量域的能量截获，同时在能量域计算能量截获时考虑传播损耗对于信号传播的影响，支持手动选择传播模型或采用自动传播模型选择规则，以及在计算传播模型时充分模拟了真实传播损耗，考虑了各种因素对传播损耗的影响。本发明不仅考虑了能量域的截获，同时还考虑了时域截获、频域截获，同时还支持多种传播模型的选择，更加逼真的模拟了真实电磁环境下的考虑传播损耗的电子侦察截获功能。通过此种方法，对电子侦察装备的输出数据进行仿真，可以支持进行电子侦察装备效能仿真与评估、电子侦察装备软件的测试与验证、电子侦察装备的模拟训练，节约实装***的费用，降低研制周期。
在电子侦察设备截获目标的过程中，需要进行距离、频率、空域的判断，只有三个条件都同时满足的情况下，才能实现对目标的截获。电子侦察设备的灵敏度有限，对不同功率的雷达侦察距离不同；只有当雷达在电子侦察设备的作用距离内，雷达在距离上被电子侦察设备截获。
电子侦察设备瞬时工作带宽窄(典型约为400MHz)，工作频率范围(典型为0.8GHz～18GHz)宽，电子侦察设备需要在频域上进行扫描才能覆盖整个工作频率范围内的雷达目标；只有当电子侦察设备的瞬时工作频率范围包含雷达的工作频率范围时，雷达在频率上被电子侦察设备截获，电子侦察设备与雷达的频率截获关系如图1所示。
基于成本的考虑，电子侦察设备的波束不宽(典型为90°)，而作战对象覆盖在0～360°的范围内，电子侦察设备需要进行波束扫描才能覆盖所有空域；只有当电子侦察设备的天线波束指向与雷达的波束指向相通时，雷达在空域上被侦察支援设备截获；电子侦察设备与雷达的空域截获关系如图2所示。
实施例2
基于上述实施例，如图3所示，本发明电子侦察截获仿真流程为：
1)开始由模型数据库获取电子侦察设备的参数信息，包括电子侦察的发射功率、侦察机灵敏度、工作频率范围、瞬时工作带宽、增益、脉宽范围、重频范围等；
2)根据仿真平台获取当前电子侦察挂载平台的姿态信息，包括平台的经度、纬度、高度、横滚角、俯仰角、水平角等数据；
3)根据仿真平台获取目标平台的姿态信息，包括目标平台的经度、纬度、高度、横滚角、俯仰角、水平角等数据；
4)根据场景仿真中自身平台姿态信息和其他平台的姿态信息，参考雷达的模型数据(雷达辐射功率、天线增益)、电子侦察设备的模型数据(天线增益、通道灵敏度)，计算电子侦察设备的侦察距离；
5)根据作战场景中目标的位置、电子侦察设备的位置，目标雷达扫描波束范围，电子侦察设备波束扫描范围，计算电子侦察设备空域截获关系；
6)频率截获关系：根据电子侦察设备工作模式，参考电子侦察设备模型参数(工作频段，侦察带宽)，结合雷达模型的数据(功率、频率等)，计算电子侦察设备空域截获关系；形成电子侦察截获结果。
实施例3
基于上述实施例，本发明的使用方式为：首先设置电磁环境参数，主要有地形参数、空气参数、气候参数等，设置雷达模型建模参数主要有发射功率、工作频率、频率范围、工作带宽、天线扫描速度、天线扫描方位、天线扫描范围、天线方向图以及全脉冲数据等，电子侦察装备建模参数，主要有工作频率、频率范围、工作带宽、天线扫描速度、天线扫描方位、天线扫描范围、天线方向图、接收灵敏度、噪声系数、噪声温度、噪声带宽等；输入实时的变量参数，选择想使用的传播模型(或者自动选择)；调用本发明软件，即可仿真电子侦察装备侦察雷达信号的结果。
实施例4
基于上述实施例，步骤S5的具体步骤如下：
首先对全脉冲数据进行误差处理，具体如下：
从模型建模数据中读出电子侦察设备频率测量误差ERR_R_RF、脉宽测量误差ERR_R_PW、重频测量误差ERR_R_PRI、方位测量误差ERR_R_DOA、时间测量误差ERR_R_TIME；
从雷达建模数据中得到雷达脉冲参数，包括工作频率PULSE_RF、脉宽PULSE_PW、重频PULSE_PRI、脉内类型PULSE_MN；
从雷达实时仿真中得到雷达的位置LonT、LatT，HT；
从电子支援仿真中得到电子支援的位置LonR、LatR，HR
从仿真控制可获得当前仿真时间T_SIM；
仿真输出全脉冲的参数如下：
输出的全脉冲频率＝PULSE_RF+random(0，ERR_R_RF)；
输出的全脉冲脉宽＝PULSE_PW+random(0，ERR_R_PW)；
输出的全脉冲重频＝PULSE_PRI+random(0，ERR_R_PRI)；
输出的全脉冲方位＝方位(根据方位计算公式)+random(0，ERR_R_DOA)；
输出的全脉冲时间＝T_SIM(精确到ns)+10e9*(雷达与电子支援设备的距离，公里)/C(公里/秒)+random(0，ERR_R_TIME)；
其次对全脉冲数据进行异常脉冲处理，如下所示：
从模型建模数据中读出电子侦察设备异常频率测量误差ERR_RF、异常脉宽测量误差ERR_PW、异常重频测量误差ERR_PRI、异常方位测量误差ERR_DOA、异常时间测量误差ERR_TIME；
读取异常脉冲数量num(包括单一异常和多个异常)，异常脉冲数肯定小于全脉冲数；
随机生成num个小于全脉冲数量的异常下标[n1,n2…,n]；
indexs＝rand([1,全脉冲数量]，1，num)；
根据indexs矩阵修改对应下标的脉冲数据，输出异常脉冲的参数如下：
输出的异常脉冲频率＝异常频率+random(0，ERR_RF)；
输出的异常脉冲脉宽＝异常脉宽+random(0，ERR_PW)；
输出的异常脉冲重频＝异常重频+random(0，ERR_PRI)；
输出的异常脉冲方位＝异常方位(根据方位计算公式)+random(0，ERR_DOA)；
输出的异常脉冲时间＝T_SIM(精确到ns)+10e9*(雷达与电子支援设备的异常距离，公里)/C(公里/秒)+random(0，ERR_TIME)；
组合异常脉冲，异常脉冲可以单个属性异常或者多个属性异常，如可以异常脉冲中只有频率异常，也可以是频率异常加脉宽异常，以及其他各种情况，可任意组合。
最后，对全脉冲数据进行分选，其具体实现步骤是如下所示：
(1)计算相邻TOA的差值，并且统计其中DTOA出现的次数，绘制得到一级TOA差分直方图；
(2)对统计结果按DTOA的值进行排序，如果出现了某个DTOA，其倍数差值也在检测门限之上，则认为这个DTOA是一个潜在雷达信号辐射源的PRI值；
(3)以潜在的PRI值，在全脉冲序列中进行序列检索。如果检索成功，则把此PRI加入结果集并且把其对应的脉冲列从全脉冲序列中剥离，并回退到步骤(1)；检索失败则增加差值计算的级数；
(4)计算下一级DTOA的差值，与前面级数计算的差值一起进行统计，绘制TOA差分直方图，然后重复进行(2)～(4)步骤，直到满足退出条件。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于时空频能数据的通用电子侦察截获仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、读取电子环境建模参数、雷达建模参数、电子侦察装备建模参数；
S2、在时域，计算雷达天线实时扫描方位，计算电子侦察装备天线实时扫描方位，判断雷达的天线方位和电子侦察装备的天线方位是否对准，如果对准，则在时域上截获，否则，未截获；
S3、在频域，根据读取的电子侦察装备建模参数，获取频率扫描周期、扫描样式、重点频率集、扫描范围、工作带宽、扫描速度、扫描方向参数，计算电子侦察装备的实时扫描频率，判断是否对准雷达频率，如果对准，则在频域上截获，否则，未截获；
S4、在能量域，根据S1读取的参数，获取雷达装备的位置姿态信息、电子侦察装备的位置姿态信息，计算两点之间的传播路径，用于计算传播损耗；根据S2计算的雷达天线扫描方位，计算位于电子侦察装备方位的雷达天线增益；根据S2计算的电子侦察天线扫描方位，计算为雷达方位的电子侦察天线增益；同时，根据电磁环境建模参数以及雷达参数和侦察装备参数，雷达的位置姿态信息和电子侦察装备的位置姿态信息，利用传播模型选择规则，选取合适的传播模型计算传播损耗；然后计算雷达的发射功率经过天线增益和传播损耗影响后到达电子侦察装备天线时的接收功率，最后判断接收功率是否超过侦察装备的灵敏度，如果超过，则在能量域截获，否则，未截获；
S5、全脉冲分选，对截获到的雷达信号进行全脉冲分选，然后输出基于误差的分选结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于时空频能数据的通用电子侦察截获仿真方法，其特征在于，步骤S2的具体步骤如下：首先对雷达设备和侦察设备天线波束指向进行计算，基于平台方位c_az,横滚c_rl、天线波束方位az、天线波束俯仰el、波束宽度width、波束扫描角度范围、波束扫描方式、波束扫描方向、波束扫描速度speed和扫描时间time参数数据，实时计算电子侦察设备的波束指向；波束扫描角度包括起始角度s_angle、终止角度e_angle；具体包括以下子步骤：
a、判断扫描方式，如果是扇扫则进步骤b，如果是圆扫则进步骤c，如果是固定则进步骤d；
b、判断扫描方向，如果是顺时针扫描，则进步骤e，否则进步骤f；
c、判断扫描方向，如果是顺时针扫描，则进步骤g，否则进步骤h；
d、天线波束扫描方位＝c_az+az，天线波束扫描俯仰＝c_rl+el；
e、根据扫描时间计算扫描过的角度angle，计算扫描宽度width_deg，计算扫描过的扫描宽度数量cnt，cnt＝floor(angle/width_deg)；如果cnt对2取余为0，则天线波束扫描方位＝s_angle+(angle-cnt*width_deg)，否则天线波束扫描方位＝e_angle-(angle-cnt*width_deg)；
f、根据扫描时间计算扫描过的角度angle，计算扫描宽度width_deg，计算扫描过的扫描宽度数量cnt，cnt＝floor(angle/width_deg)；如果cnt对2取余为0，则天线波束扫描方位＝s_angle-(angle-cnt*width_deg)，否则天线波束扫描方位＝e_angle+(angle-cnt*width_deg)；
g、天线波束扫描方位＝s_angle+angle，再对扫描方位校验，换算到0-360°范围内；
h、天线波束扫描方位＝s_angle-angle，再对扫描方位校验，换算到0-360°范围内；
i、天线波束扫描俯仰＝c_rl+el；
j、计算雷达相对侦察设备和侦察设备相对雷达设备的方位AZ、俯仰EL；
包括以下步骤：
X＝sind(lon2-lon1)*cosd(lat2)；
Y＝cosd(lat1)*sind(lat2)-sin(lat1)*cosd(lat2)*cosd(lon2-lon1)；
A＝tan2(X，Y)；
AZ＝fmod(A+2*π，2*π)*180/π；
其中，两设备经纬度分别为：lon1、lat1、lon2、lat2，单位：度；
计算俯仰EL时，需要先将地理坐标转换为空间坐标；
将侦察设备和目标雷达的经纬高转换为空间坐标后计算两点的向量夹角Angle：
Angle＝180/π*acos((x1*x2+y1*y2+z1*z2)/(sqrt(x1*x1+y1*y1+z1*z1)/sqrt(x2*x2+y2*y2+z2*z2)))；
EL＝atan((cosd(angle)-(R+height1)/(R+height2))/sind(angle))*180/π；
其中，height1、height2分别为两设备的高度，单位：m；R为地球半径，单位：m；侦察设备坐标(x1，y1，z1)和雷达坐标(x2，y2，z2)；
k、根据上述步骤计算的天线实时波束方位、俯仰，以及雷达相对侦察设备的方位、俯仰、侦察设备相对雷达的方位、俯仰，和雷达和侦察设备天线的波束宽度，判断目标对应的方位俯仰是否在天线波束范围内，如果都在范围内，则截获成功，否则截获失败。
3.根据权利要求1所述的一种基于时空频能数据的通用电子侦察截获仿真方法，其特征在于，步骤S3中频率扫描算法如下：
基于侦察设备频率范围、工作带宽bandWidth、扫描时间scanTime、跟踪时间followTime、重点频率集freqs和实时仿真时间time参数，实时计算当前电子侦察设备的工作频率参数，侦察设备频率范围包括最大频率maxFreq、最小频率minFreq；具体的子步骤如下：
a1、判断输入的重点频率集中的频率是否超出扫描范围，超出的则抛弃；
b1、计算基于工作带宽和最大最小频率的扫描次数cnt，cnt＝floor((maxFreq-minFreq)/bandWidth)；
c1、判断fmod((maxFreq-minFreq)，bandWidth)是否大于零，如果大于零则cnt加1；
d1、计算顺序扫描需要时间normalTime，normalTime＝cnt*scanTime，计算跟踪需要时间followTime，followTime＝size(freqs)*followTime；
e1、计算当前仿真时间处于顺序扫描时间段还是跟踪扫描时间段，realTime＝fmod(time,normalTime+followTime)，如果realTime小于normalTime，则处于顺序扫描阶段，否则处于跟踪扫描阶段；
f1、在正常扫描阶段，计算实时中心频率midFreq，实时中心频率midFreq的计算方法如下：midFreq＝minFreq+bandWidth/2+floor(realTime/scanTime)*bandwidth；
g1、在跟踪扫描阶段，计算实时中心频率midFreq，实时中心频率midFreq的计算方法如下：midFreq＝freqs[floor((realTime-normalTime)/followTime)]；
h1、实时频率最小值realMinFreq＝midFreq-bandWidth/2，如果小于最小频率，则使用最小频率；
i1、实时频率最大值realMaxFreq＝midFreq+bandwidth/2,如果大于最大频率，则使用最大频率。
4.根据权利要求1所述的一种基于时空频能数据的通用电子侦察截获仿真方法，其特征在于，步骤S4的具体步骤如下：
A1、基于WGS84将侦察设备和目标雷达的经纬高转换为空间坐标，经纬高为：lon、lat、height；
B1、根据空间两点坐标计算两点距离，侦察设备坐标(x1，y1，z1)和雷达坐标(x2，y2，z2)：Distance＝sqrt(pow(x1-x2,2)+pow(y1-y2,2)+pow(z1-z2,2))；
C1、分别计算侦察设备和雷达设备的天线实时方位俯仰，计算方法如下：
a、判断扫描方式，如果是扇扫则进步骤b，如果是圆扫则进步骤c，如果是固定则进步骤d；
b、判断扫描方向，如果是顺时针扫描，则进步骤e，否则进步骤f；
c、判断扫描方向，如果是顺时针扫描，则进步骤g，否则进步骤h；
d、天线波束扫描方位＝c_az+az，天线波束扫描俯仰＝c_rl+el；
e、根据扫描时间计算扫描过的角度angle，angle＝speed*time，计算扫描宽度width_deg，width_deg＝e_angle-s_angle，计算扫描过的扫描宽度数量cnt，cnt＝floor(angle/width_deg)；如果cnt对2取余为0，则天线波束扫描方位＝s_angle+(angle-cnt*width_deg)，否则天线波束扫描方位＝e_angle-(angle-cnt*width_deg)；
f、根据扫描时间计算扫描过的角度angle，angle＝speed*time，计算扫描宽度width_deg，width_deg＝s_angle-e_angle，计算扫描过的扫描宽度数量cnt，cnt＝floor(angle/width_deg)；如果cnt对2取余为0，则天线波束扫描方位＝s_angle-(angle-cnt*width_deg)，否则天线波束扫描方位＝e_angle+(angle-cnt*width_deg)；
g、天线波束扫描方位＝s_angle+angle，再对扫描方位校验，换算到0-360°范围内；
h、天线波束扫描方位＝s_angle-angle，再对扫描方位校验，换算到0-360°范围内；
i、天线波束扫描俯仰＝c_rl+el；
D1、根据侦察设备和雷达设备所属平台的姿态信息(方位az、俯仰el、横滚rl)，分别计算坐标转换矩阵Matrix；坐标转换矩阵Matrix的计算公式如下：
Matrix＝[cos(rl)0,-sin(rl)；sin(el)*sin(rl),cos(el),sin(el)*sin(rl)；cos(el)*sin(rl),-sin(el),cos(el)*cos(rl)]；
E1、根据侦察设备和雷达设备所属平台的经度、纬度、高度，分别将雷达转换到侦察设备载体系中，将侦察设备转到雷达载体系中；转换方式如下：
先将目标转换到载体水平系中，再将其转换到载体系中；
F1、根据相对坐标分别计算雷达相对于侦察设备的方位、俯仰和计算侦察设备相对雷达的方位、俯仰；
G1、把F1计算的方位、俯仰转换到相对其天线主瓣的方位、俯仰；目标相对装备天线的方位＝天线相对载体的方位+F1计算的相对方位；目标相对装备天线的俯仰＝天线相对载体的俯仰+F1计算的相对俯仰；
H1、计算位于雷达方位、俯仰上的侦察设备天线增益和位于侦察设备方位、俯仰上的雷达天线增益；
I1、根据侦察设备和雷达之间的距离、其他电磁环境参数和选择合适的传播模型来计算传播损耗loss，H1计算的天线增益gain1，gain2、雷达的发射功率power以及计算侦察设备的接收功率recvPower；gain1为雷达，gain2为侦察设备；
recvPower＝power+gain1+gain2–loss；
J1、判断侦察设备的接收功率是否超过其接收灵敏度，如果超过则能量截获成功，否则截获失败。
5.根据权利要求4所述的一种基于时空频能数据的通用电子侦察截获仿真方法，其特征在于，步骤H1中计算天线增益的方式为：数据形式的天线方向图，提供[方位(0～360)、俯仰(-90～90)、增益(361*181)]形式的天线方向图数据，然后根据G1计算的相对天线主瓣的方位、俯仰进行插值计算天线增益。
6.根据权利要求4所述的一种基于时空频能数据的通用电子侦察截获仿真方法，其特征在于，步骤H1中计算天线增益的方式为：采用高斯方向图函数，计算增益因子，公式如下：F(az,el)＝exp(-((az/thetah3dB)^2+(el/thetav3dB)^2))+Fs，其中，az为G1计算的相对天线主瓣的方位，el为G1计算的相对天线主瓣的俯仰，thetah3dB为天线主瓣波束水平方向的3dB波束宽度，thetav3dB为天线主瓣波束垂直方向的3dB波束宽度，Fs为天线平均旁瓣电平。
7.根据权利要求4所述的一种基于时空频能数据的通用电子侦察截获仿真方法，其特征在于，步骤H1中计算天线增益的方式为：采用单向余弦方向图函数，计算增益因子，公式如下：F(az,el)＝cos(π*(az)/(2*thetah3dB))*cos(π*(el)/(2*thetav3dB))，其中，参数定义同高斯方向图函数。
8.根据权利要求4所述的一种基于时空频能数据的通用电子侦察截获仿真方法，其特征在于，采用单向辛克形方向图函数，计算增益因子，公式如下：F(az,el)＝(sin(2*π*az/thetah3dB)*sin(2*π*el/thetav3dB))/((*π*az/thetah3dB)*(2*π*el/thetav3dB))，其参数定义同高斯方向图函数。
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Denomination of invention: A general electronic reconnaissance interception simulation method based on space-time frequency energy data Effective date of registration: 20210722 Granted publication date: 20210115 Pledgee: Bank of Chengdu science and technology branch of Limited by Share Ltd. Pledgor: Chengdu zhongxiangtiandi Network Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2021510000161 |
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