2017年6月舰船电子对抗Jun.2017第 40 卷第 3 期 SHIPBOARD ELECTRONIC COUNTERMEASURE Vol. 40 No. 3
基于SystemVue的电子侦察仿真系统设计
林曦，任赫，陈研
(中国电子科技集团公司第五十一研究所，上海201802)
摘要：电子侦察系统仿真的主要目的是建立典型电子侦察系统的数学模型以及模拟电磁环境，通过射频接收、数字处理、信号分选实现电子侦察系统功能。利用SystemVue系统仿真软件、ADS软件和V C软件协同建模仿真，搭建了一套包含雷达信号生成、空间传播、天线、接收机、处理机、显控界面等模块组成的典型电子侦察仿真系统，并对该
系统进行了性能测试。该系统的建立，不仅能为外场试验提供仿真数据，同时也能为电子侦察系统对抗试验评估提
供有力支撑。
关键词：SystemVue；协同仿真；八DS软件；电子侦察
electron vue教程
中图分类号：TN971 文献标识码：A文章编号：CN32-1413(2017)03-0092-07 DOI：10. 16426/jki.jcdzdk.2017. 03. 023
Design of Electronic Reconnaissance Simulation System Based on SystemVue
L I N X i，R E N H e，C H E N Y a n
(51st Research Institute of CETC,Shanghai 201802 ,China)
Abstract：T h e main purpose of electronic reconnaissance system simulation i s to establish mathe­matical models of typical electronic reconnaissance system and simulate electromagnetic environ­
m e n t.T hrough radio frequency reception,digital processing and signal sorting,the function of elec­tronic reconnaissance system i s realized.A set of typical electronic reconnaissance simulation sys­tem including radar signal generation m o d u l e,space broadcast m o d u l e,antenna m o d u l e,receiver m o d u l e，processor module and display and control interface m o d u l e，etc.i s constructed by means of the collaborative modeling and simulation of system simulation software S y s t e m V u e,A D S software and V C software,and the performance test to the system i s performed.T h e established system not only provides the simulation data for the outfield experiment
but also provides the powerful sup­port for the countermeasure test assessment of electronic reconnaissance countermeasure system. Key words：S y s t e m V u e；co-simulation；A D S software；electronic reconnaissance
o引百
仿真技术是以相似原理、信息技术、系统工程为 基础，以电子计算机及相关设备（仿真器）为工具，利用模型对系统进行研究、分析和评估的多学科综合 性技术[1]。近年来，随着建模仿真技术的进步，其在 军用和民用领域中的应用更是不断向深度和广度拓 展[2]，同时对于仿真系统的要求也越来越高。
利用现代建模和仿真技术，构建虚拟的战场环 境，进行电子对抗的仿真，与传统的外场实验和实兵演习等方法相比具有费效比高、可控性强、显示直 观、可大量重复实验等优点[3<。针对典型电子战 系统及装备，建立装备及其作战环境的数学模型和 仿真模型，构建全数字电子战仿真系统，实现电子战 装备的仿真设计和作战效能的评估，已经成为现代 电子装备研制、论证、发展建设和作战运用研究的有 效手段。
本系统以典型电子侦察装备为出发点，建立辐 射源信号、空间传播及接收机系统、处理机系统的模 型，以封装的仿真模型和软件模型的形式在计算机
收稿日期：2017 - 03 - 15
第3期
林曦等：基誓SystemVue 的电子侦察仿真系统设计
93
图
_:1典型电子愤察像富系统.组成
1.2仿真设计
本文建金的仿真系统基于System  V u e 翁件平 台，联合A D S 软件和V C 软件开发。System -
V u .e [H «梟一款专为电于系统级设计的电子设计自
典型电子侦察仿真系统
中进行功能再现；同时考虑各模块间的协同、通讯问 题*以标准的接0方式组建成完整电子战装备的数 字样机，使其具有正常雷达信号侦察处理显示能力； 对关键信号设置耦含检测端口，实现雷达信号等的 图形化显示并进行作战效能的评估；完成了电子战 装备从仿真设计、验证到虚拟测试的任务，可用于玄 持靶场电子战装备的仿寘设计、验证和虚拟测试，为 外场效应试验方案设计提供技术支撑。
仿真采用S y s t e m V u e 环境和V S 环境联合开 发*发挥各自的优势*实现电子侦察系统各部分的仿 真设计，并通过通信接口和网络接口实现环境的数 据传递•搭建完整的典型电子侦察仿真系统。
1
系统设计
1. 1
物理模型
采用波束扫描搜索体制的典型电子愤察设备主 要由天线单元、接收机单元、处理机单元、主机等部 分组成。其中，无线通过伺服转动进行扫描侦收，实
现360°覆盖，在空间上、频率上完成辐射信号的预 选。接收机主要完成射频信号的超外差变频接收， 输出中频f 号给数字貧号处理模块，数字信号处理 模块完成信号的采样、检测、参数测量，并形成完整 的脉冲描述宇(P D W )，完成方位上的P D W 的分选， 将分选结果i 报给主机，主机进行分批处理并显示…
针对上述典型电子侦察设备的构成，通过构建 典型侦察接收系统的电路组成模=型，选取器件的典 型参数，模拟典型侦察接收系统的1作过程，建立典 型电子侦察仿真系统。根据设计需要，将整个仿真 系统分为雷达模块、空间传播模块、侦察接收天线模 块、微波接收机电路模块、信号处理模块、信号分选 模块、显控界面儿大部分，如图1所示。
动化(EDA )产品，支持射频系统链路層数字信号处 理单元协同仿真，其作为专用的电子系统级（ESL )
设计和信号处理算法开发平合，可以替代通用的数 字、模拟和数学仿真环境。产品内部搭载了详细的 雷达、电予战模块形成纯软件的完整的雷达对抗 系统9它具有与外部文件相通的、开放的算法建模 接〇!可1重接获得并处理输人/输出数据*可以与
M atlab、C  + +、数字蓿号处理（DSP )、现场可编程 门阵列（FPGA )、A D S 等其他软件互联使用，支持多 域化模型的设计框架。龜宁其果括性与拓赓性，选 择System V ue 作为盤个系统的_软件开发平台:，
为了复现实际装备的灵敏度、增益和信噪比等 参数，仿真系统中的射频部分必须用有热噪声的射 频元件搭建，这种设计方法与System V ue 的数据流 仿真方法并不一致，故来用A D S 软件来进行接收机 电路的擦建。.
：剌时，为了实现S y s t e m V u e .软件无翁隶成的复 杂处理和人机交互功能，采用V C 软件进行数据处 理和显控界面的开发s
综上所述•整个系统的仿真分为电路仿真模块、 信苓处理模块、显界面E 部分，墓f 电路仿真软件 ADS 、电筆系统级设计软件S y s t e m V u e 和V C 软件 乘实现，以完成对典型电子侦察系统的电路级、信号 级和系统级操作方式的仿真，如图2所示《电路仿 真与显控.界面集成人S y s t e m V u e 系统仿真软件中, 最后形成一个整体仿真系统。
图
2
电著愤•翁蠢系统计图
首先通过V C 显控界面设寘仿真场翬，在电子 系统级设计软件S y s t e m V u e 中产生辐射源信号，并 通过空间传播模型級到达接收天线模型，由软件 S y s t e m V u e 将该复信号传递给电路仿真环境A D S 。
显控界面
信号分选模块
信号处理模块A /D
转换模块
接收机链路
侦察机接收天线
路径损耗模块
雷
达模
块
94舰船电子对抗第40卷运动传输
信号处理
平台设置模型
图3 System Vue工程整体结构
2关键模型设计
电子侦察仿真系统的模型来]| 2种设计方法：
一方面，通过分析典型电子战装备各部分分机、模型 的数攀：廬理和结构功能，.在SystemVu'e敏件
中逋过 基本元件搭建，或是采用C++编写仿真提型；另一 方面，为弥补S y s t e m V u e在复杂算法实现、仿真控
制、参数设置和态势显示上不够直观和灵活的缺陷.采用V S2Q10环境编写软件模块，并组成数据处理 与显控软件，实现复杂的数据处理、策略分析和人机 交互功能。
2.1空间传播模型组
空间传播模M组包括坐标转换模型和传播损耗 模型8坐标转换瘼3!用T将侦察站和雷达站的空间 坐标转化为以各站为中心的极幾标系的相对方懂与: 俯仰，提供给各站的发射或接收天线，使得天线模型
输出的信号带有天线方向图调制特征。传播损耗模 型包括三维距离解箅模型、大气损耗模盡和延时模 型，通过计算使察站与辐射源的实时距离，东雷达信 号中附加大气损耗和传播延时。
2.2微波接收机电路模型
微波接收机电路模型生要是仿真典型侦察接收机的整个电路组成，用于篥构整个电路模.璧。斑于 SystemVue的主要仿真流程为数据流仿寘，即根据 设置的时钟周期产生数据，链路上模型依次对数据 进行处理。其自带的算法库提供了在数据流仿真状 态下■的时域射频模型，W以展示理想状态下一些射 频元件的处理效果，但在非线性、嗓声以及泄露等射 频器件的非理想效果上表现不佳。
为了弥补这一缺陷，采用频域射频仿真模型进 行设计，利用ADS软件进行射频链路的仿真设计I
作，可以真实复现实际装备的灵敏度、增益和信矂比 等參数:。.
在ADS软件中，依据器件的性能搭建两级变频 超外差接收机电路原理图，如图4所示。
进人接收机的微弱信号首先通过限幅器，然后 经低噪声放大器进行放大。射频滤波器是为了抑制 进人接收机的外部子扰，混频器将雷达的射频信号 变换为中频信号，再经中频放大器进行中频放大。对于不同频率，不闻频带的接收机都可以通过变换 本振频率，使其形成圖定中频频率和带宽的中频信 号Sys'ttmV轉=程中的：接收机模塑在翁翥猶会 调用ADS软件，加载诙土程文件以进行接收机链路 仿象
_电路仿真环境A D S接收到电予系统级设计软件 SystemVufe传递的.经过接收天钱这面的到达射频 前端电路的复包络信号流以后，调用包络仿真器进 行电路输出包络信号的计算，然后再将响应的复包络信号传递固电子系统级设计软件SystemVue，进 行模拟/数字（A/D)采样、信号处理、信号分选，输出 分选结果..并.©.e图S.为System V ue工雇整体结 构（仅作示意用）。
I I 制
达动型雷运
模
第3期林曦等：基于SystemVue的电子侦察仿真系统设计95
图4 ADS环境下的两级变频超外差接收机电路仿真模型
2.3数字信号处理模型
数字信号处理的任务是配合射频接收机，实现 对中频信号的采样、检测和幅度、频率等参数的测 量，送脉冲字形成模块形成脉冲描述字（P D W)。子 模型包括：
(1) 表征频率变换
为了提高仿真速率、降低带通数字仿真系统的 采样频率，目前的仿真软件是以包络信号的方式来 表征带通信号的，即用数字序列描述信号的基带成 分，用表征频率描述信号的中心频率。因此，包络仿 真信号的数字序列并不能通过相位变化来测量变频 之后的频率残余，需要将表征频率变至〇，使数字序 列部分能够完整地描述带通信号。实现这一过程的 模型是表征频率变换模型。
(2) A/D采样模型
虽然仿真软件中的中频信号仍然是时间离散的 数字序列，但其幅度仍然是以精度较高的浮点数表 示的。利用S y s t e m V u e自带的A/D采样模型，对 中频信号进行采样，得到时域和频率都离散的真正 意义上的数字信号，此时信号幅度带有A/D量化 误差。
(3)数字下变频模型
对中频信号进行数字下变频，将中频信号的中 心频率变至零频，得到I/Q两路正交数字信号，同时采样率降低了一半。
(4) 检波（幅度测量）和相位测量模型
检波的目的是得到中频信号的视频包络信号，同时得到信号幅度，方法是求I、Q两路信号幅度的 平方和后开方。相位测量是测量中频信号的相位，方法是求I/Q两路信号比值后再求反正切。二者 在S y s t e m V u e仿真中可同时实现，方法为使用Sys-t e m V u e“RectToPolar”元件，将I、Q两路信号作类 型转换得到复信号的幅度和相位。
(5)自适应检测模型
本模型通过对信号噪声平均幅度的估计，结合 预设的检测信噪比，判定信号中是否存在有用成分；同时以滑窗法更新噪声幅度的估计值，实现复杂环境下的自适应检测。可利用反馈函数动态计算调 整，实现恒虚警检测等方式。
(6)频率测量模型
模型通过相差变化率即为频率的基本原理，对 相位解缠绕后求得信号频率。
2.4信号分选模型
信号分选主要包括预分选和主分选模型。
信号预分选是对P D W的聚类处理，将频率、到达时间、脉宽和幅度等参数按一定门限进行相关处 理，将全部参数都在某类均值的一定范围内的P D W 归人该类中并更新均值，起到尽可能将不同辐射源 的P D W区分开的作用。
针对预分选结果，主分选模型将通过最大值分 选法确定目标方位[12]，通过其幅度的周期性变化，寻幅度最大的P D W字区间，计算对应的天线方 向，即得到目标方位角。下面简述最大值分选处理 流程：
(1) 扫描周期判定、数据输出与更新。
判定当前采样点是否位于新的扫描周期内。
如是，判断每个信号源的脉冲是否满包(脉冲数 达到P D W_P A C K_L E N)。已满包的，计算历史最 大脉幅(P A)脉冲组的脉冲重复间隔（P R I)并输出；未满包的，计算当前脉冲组的P R I并输出。输出后 清空缓存内所有变量。
(2) 采样点有效判定
通过射频（R F)等参数判断当前采样点是否为 有效P D W字。如否，跳过剩余步骤，结束当前处 理，进人新的处理周期，开始步骤（1)。
(3) 按R F及到达方向(D O A)进行脉冲相关处理
根据设定的R F容差与D O A容差区分来自多 个信号源的脉冲。将当前有效P D W字的R F、D O A 依次与缓存内各信号源的当前脉冲组平均R F、平 均D O A作差比较，两者均在容差范围内的归人对 应信号源当前脉冲组。若未与任何信号源相关，则建立新的信号源标志，将P D W字归人该组。相关 后，计算当前组脉冲平均P A
并更新。容差与测量
96舰船电子对抗
第40卷
精度相关，精度越高则容差越小。
(4)：满包判窟
脉冲相关启'，针对相关的信号源判断当前组中 脉冲数是否满包。若当前组满包，计算组内平均 P A ，与历史最大P A 脉冲组的平均P A 比较。、若弩 前组的P A 均值较大，用寒前组覆盖历史最大组… 无论比较结果如何^清空当前组内的所有数据，以容 纳_后续相关脉冲《
2, 5
数据处理与显控模块
为了实现3阳£^¥1^软件无法完成的复杂处
(a
)参数设置页
理和人机交互功能.，需要通过编写显控和数据处理
软件来进行数据处理和显示控制，其与SystemVue 的数据传递是通过通信口和网络端口实现的。圈U  为该电子侦察仿真系统配套的显控软件界面。可在 参数设置页进行仿真场景湘仿真参数的设查，通过 System V ue 提供的通信接口实现对模型和数宇样 机的参数设置和仿真控制。仿真产生的数据可由 System  V ue .网络发送方式实时获'取。
(b
)结果显示页
图5电子侦察仿真系统显控界面(参数设置页与结果显示页）
3模型功能测试
在建立了典型电子侦察系统仿真模型之后，需 要对其功能进行验证。本文通过验证系统建立的数 据测试节点输出进行信号图形化显示。典型电子侦
察仿真系统正常工作时接收到雷达信号，信号经由 这些模型的变化过程如图6和图7所示。图中分别 给出了在1.2…和0.081 ^时间区域内，信号经由 天线调制、混频到中频输出，至A /D 量化后的各端 口波型。信号波形符合预期，与实际样机类似。
400
32024016080
-80160■240■320
400,0
1.2
2.4
3.6
4.8    6 7.2 8.4 9.6 10.8 12
时间 Xe
_6
Xe '6
(b
)天线输出信号
0    1.2    2.4 3.6 4.8    6 7.2 8.4 9.6 10.8 12
时间 X
，
Xe
'6 (a
)天线输入信号
1.2
2.4
3.6
4.8    6 7.2 8.4 9.6 10.8 12
时间 Xe
_6
(d ) A /D
输出信号
0    1.2    2.4 3.6 4.8    6 7.2 8.4 9.6 10.8 12
时间 Xe
_6
(c
)中频输出信号
-14
100
图6
1.2 ^时间内典型端口信号波形时域图

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