[發明專利]一種用于無人機生存力評估的戰場電磁環境生成方法

有效

• 申請號: 201811122951.0
• 申請日: 2018-09-26
• 公開（公告）號: CN109324244B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 劉春輝;丁文銳;張多納;程濤
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 祗志潔

本發明公開了一種用于無人機生存力評估的戰場電磁環境生成方法，具體包括如下幾個步驟：步驟一、設置電磁信號輻射源類型及組合；步驟二、建立雷達輻射源模型，采用線性調頻作為脈沖雷達的脈內調制類型；步驟三、建立通信系統干擾輻射源模型；步驟四、建立導航系統干擾輻射源模型；步驟五、建立無人機機載端環境噪聲模型；步驟六、建立無人機用多徑地空信道模型；步驟七、將各輻射源組合輸入步驟六建立的無人機用多徑信道模型，合成無人機機載端綜合電磁環境。本發明通過分類建立威脅輻射源模型，構建多徑信道模型，生成的機載端電磁信號環境更接近真實情況，可供用戶在信號層、數據層定量分析戰場電磁環境對無人機機載用頻設備的影響。

技術領域

本發明屬于電磁環境仿真領域，具體涉及一種用于無人機生存力評估的戰場電磁環境生成方法。

背景技術

無人機憑借零人員傷亡、高機動性的優勢，在現代化戰爭中得到廣泛應用，并由最初以偵察、情報為主的戰場傳感器平臺逐步發展成為集情報獲取、武器打擊于一體的全新武器平臺。然而，當無人機執行突防任務、陷入遭遇戰等信息不完備的戰場環境時，復雜多樣的電磁信號會對無人機的生存構成嚴重威脅，這些信號主要來源于四方面：1)敵方雷達信號；2)對無人機數據鏈施加的通信干擾信號；3)對無人機導航系統施加的導航干擾或欺騙信號；4)其它對無人機機載設備產生電磁兼容影響的自然/人為電磁信號(參考文件[1])。當上述四方面電磁信號交疊在一起時，會產生互相不可預知的增強或抵消效應，形成了復雜的戰場電磁環境(參考文件[2])。對無人機生存力產生影響的戰場電磁環境可以定義為：在一定戰場空間內對無人機機載電子系統產生影響的電磁活動和現象的總和。在實際戰場環境中，除了電磁信號類型多樣外，各類輻射源還會經常發生位置更新、頻率切換、功率增減等變化，會導致戰場電磁環境呈現出高度的動態性(參考文件[3])，這給無人機的生存力增加了新的困難。針對上述問題，可行的解決方案是在實驗室環境下構建用于無人機生存力評估的戰場電磁環境仿真系統(參考文件[4]和參考文件[5])，驗證復雜電磁環境對無人機機載用頻設備的影響，分析并改進相應電子系統的設計、級聯和安裝等以解決復雜電磁環境對無人機的影響問題。

現有的電磁環境仿真工作主要是從能量(功率)域上對電磁信號的傳播特性進行仿真，其核心依賴于建立與實際電磁信號衰減特性相符的電磁波傳播模型。雖然電磁場理論中的麥克斯韋方程組Maxwell's Equations能精確計算與描述各類電磁信號在空間中的傳播特性，但由于方程組求解代價過高，在實際中很難將麥克斯韋方程組直接用于電磁環境的解析和構建。因此，研究人員轉向利用數學模型對電磁波傳播通道進行逼近，并開發了大量電磁波傳播模型，以期通過較低的計算開銷得到近似麥克斯韋方程組的計算結果，目前常用的傳輸損耗模型有Okumura模型、Okumura-Hata模型和Longley-Rice模型等(參考文件[6])。然而，上述模型都是在能量域計算電磁波的空間傳輸損耗，真實的電磁環境涉及電磁信號的諸多特征，如來波方向、頻率和信號形式等，因此完備的戰場電磁環境除了能夠反映電磁波的能量特征，還需要包含電磁波在其他維度上的特征，如空域、頻域和時域特性。對于無人機生存力評估而言，仿真系統生成的電磁波要可供用戶定量分析各類電磁信號對機載電子設備性能的影響，如機載通信系統、導航系統和其他電子設備等。

另外，電磁環境仿真系統還應考慮電磁波通過無線信道后在信號層和數據層產生的變化。由于地理地形的影響，機載端除了接收到輻射源的直射信號，還會接收到信號途徑傳播空間障礙物時的折射和繞射信號。經過不同路徑到達接收端的信號功率衰減和時間延遲不同，形成復雜的“多徑效應”(參考文件[7])，這會增加機載端電磁環境的復雜性，給機載通信/導航接收機造成較大的碼間干擾。因此，對于無人機生存力評估應用而言，仿真系統生成的電磁環境不但要支撐用戶定量分析機載電子設備性能，還應反映電磁波通過無線多徑信道后產生的變化。

參考文獻：

[1]張薇瑋，丁文銳，劉春輝.復雜環境中無人機數據鏈干擾效果預測方法系統工程與電子技術[J],2016,38(4):760-766.

[2]王汝群.戰場電磁環境[M].北京：解放軍出版社，2006.