[发明专利]一种用于无人机生存力评估的战场电磁环境生成方法

说明书

本发明公开了一种用于无人机生存力评估的战场电磁环境生成方法，具体包括如下几个步骤：步骤一、设置电磁信号辐射源类型及组合；步骤二、建立雷达辐射源模型，采用线性调频作为脉冲雷达的脉内调制类型；步骤三、建立通信系统干扰辐射源模型；步骤四、建立导航系统干扰辐射源模型；步骤五、建立无人机机载端环境噪声模型；步骤六、建立无人机用多径地空信道模型；步骤七、将各辐射源组合输入步骤六建立的无人机用多径信道模型，合成无人机机载端综合电磁环境。本发明通过分类建立威胁辐射源模型，构建多径信道模型，生成的机载端电磁信号环境更接近真实情况，可供用户在信号层、数据层定量分析战场电磁环境对无人机机载用频设备的影响。

技术领域

本发明属于电磁环境仿真领域，具体涉及一种用于无人机生存力评估的战场电磁环境生成方法。

背景技术

无人机凭借零人员伤亡、高机动性的优势，在现代化战争中得到广泛应用，并由最初以侦察、情报为主的战场传感器平台逐步发展成为集情报获取、武器打击于一体的全新武器平台。然而，当无人机执行突防任务、陷入遭遇战等信息不完备的战场环境时，复杂多样的电磁信号会对无人机的生存构成严重威胁，这些信号主要来源于四方面：1)敌方雷达信号；2)对无人机数据链施加的通信干扰信号；3)对无人机导航系统施加的导航干扰或欺骗信号；4)其它对无人机机载设备产生电磁兼容影响的自然/人为电磁信号(参考文件[1])。当上述四方面电磁信号交叠在一起时，会产生互相不可预知的增强或抵消效应，形成了复杂的战场电磁环境(参考文件[2])。对无人机生存力产生影响的战场电磁环境可以定义为：在一定战场空间内对无人机机载电子系统产生影响的电磁活动和现象的总和。在实际战场环境中，除了电磁信号类型多样外，各类辐射源还会经常发生位置更新、频率切换、功率增减等变化，会导致战场电磁环境呈现出高度的动态性(参考文件[3])，这给无人机的生存力增加了新的困难。针对上述问题，可行的解决方案是在实验室环境下构建用于无人机生存力评估的战场电磁环境仿真系统(参考文件[4]和参考文件[5])，验证复杂电磁环境对无人机机载用频设备的影响，分析并改进相应电子系统的设计、级联和安装等以解决复杂电磁环境对无人机的影响问题。

现有的电磁环境仿真工作主要是从能量(功率)域上对电磁信号的传播特性进行仿真，其核心依赖于建立与实际电磁信号衰减特性相符的电磁波传播模型。虽然电磁场理论中的麦克斯韦方程组Maxwell's Equations能精确计算与描述各类电磁信号在空间中的传播特性，但由于方程组求解代价过高，在实际中很难将麦克斯韦方程组直接用于电磁环境的解析和构建。因此，研究人员转向利用数学模型对电磁波传播通道进行逼近，并开发了大量电磁波传播模型，以期通过较低的计算开销得到近似麦克斯韦方程组的计算结果，目前常用的传输损耗模型有Okumura模型、Okumura-Hata模型和Longley-Rice模型等(参考文件[6])。然而，上述模型都是在能量域计算电磁波的空间传输损耗，真实的电磁环境涉及电磁信号的诸多特征，如来波方向、频率和信号形式等，因此完备的战场电磁环境除了能够反映电磁波的能量特征，还需要包含电磁波在其他维度上的特征，如空域、频域和时域特性。对于无人机生存力评估而言，仿真系统生成的电磁波要可供用户定量分析各类电磁信号对机载电子设备性能的影响，如机载通信系统、导航系统和其他电子设备等。

另外，电磁环境仿真系统还应考虑电磁波通过无线信道后在信号层和数据层产生的变化。由于地理地形的影响，机载端除了接收到辐射源的直射信号，还会接收到信号途径传播空间障碍物时的折射和绕射信号。经过不同路径到达接收端的信号功率衰减和时间延迟不同，形成复杂的“多径效应”(参考文件[7])，这会增加机载端电磁环境的复杂性，给机载通信/导航接收机造成较大的码间干扰。因此，对于无人机生存力评估应用而言，仿真系统生成的电磁环境不但要支撑用户定量分析机载电子设备性能，还应反映电磁波通过无线多径信道后产生的变化。

参考文献：

[1]张薇玮，丁文锐，刘春辉.复杂环境中无人机数据链干扰效果预测方法系统工程与电子技术[J],2016,38(4):760-766.

[2]王汝群.战场电磁环境[M].北京：解放军出版社，2006.