在各種遠程導彈系統(tǒng)的研制中，采用全數字仿真試驗難以模擬真實的電磁、信號環(huán)境；而采用全實物仿真或外場試驗又面臨一些難于克服的困難(如很難形成較為逼真的電磁、信號環(huán)境，試驗周期長、費用高、保密性差、易受氣候與環(huán)境等因素的影響)。而半實物仿真技術能有效地彌補全實物仿真或外場試驗的諸多不足，試驗過程及電磁信號環(huán)境均可控制、系統(tǒng)重復性能好，能獲得比較全面的試驗數據。典型的半實物仿真系統(tǒng)主要由目標模擬天線陣列、目標/雜波/干擾信號模擬器、目標陣列校準系統(tǒng)、微波暗室和仿真轉臺等部分組成。

　　導彈射頻系統(tǒng)的半實物仿真技術(射頻仿真技術)是在微波暗室中通過仿真手段建立起來的電磁環(huán)境來模擬目標和環(huán)境的電磁散射特性，實現射頻系統(tǒng)(實物)的測試與仿真試驗。半實物仿真具有實時性，仿真對象和仿真環(huán)境具有可變性，無需對所有的環(huán)節(jié)建立復雜的數學模型，不需要實物仿真或外場試驗那么多的實物設備。半實物仿真技術兼有全數字仿真和全實物仿真的優(yōu)點?？梢栽趶碗s電磁環(huán)境下(存在空中、地面、海面目標的欺騙式、寬帶壓制式等干擾情況)，為現代雷達、電子對抗及其他射頻系統(tǒng)提供實驗室條件下的系統(tǒng)仿真、系統(tǒng)性能測試、系統(tǒng)性能驗證與技術指標評估、系統(tǒng)和分系統(tǒng)開發(fā)以及故障診斷手段等。

　　半實物仿真技術可對導彈末制導雷達系統(tǒng)、無線電指令制導系統(tǒng)(數據鏈路)進行測試與性能仿真。超視距遠程打擊己成為現代戰(zhàn)爭的重要特征，遠程導彈已廣泛應用于現代戰(zhàn)爭。遠程導彈廣泛采用多模制導體制及遠程數據鏈系統(tǒng)，這對半實物仿真技術提出了新的要求。半實物仿真在導彈型號研制過程中發(fā)揮著重要的作用，在系統(tǒng)調試、系統(tǒng)算法驗證和飛行靶試結果預測等方面是一個不可或缺的試驗鑒定手段。

世界各軍事強國競相在新一代武器系統(tǒng)的研制過程中不斷完善半實物仿真技術，美國海軍在加州的中國湖和默古角建有完善的仿真設施，同時還首先進行了異地的分布式仿真試驗¨’51。美國空軍除在埃格林空軍基地建有完善的半實物仿真設施，它的制導武器鑒定設施中心運行有美國及其盟國中唯一可以試驗全頻譜武器尋的器的設施。美國陸軍的高級仿真中心(ASC)睜”始建于1960年代，ASC的半實物仿真系統(tǒng)支持X、K、Ka及W波段的射頻制導導彈(包括地空、空空、空地導彈系統(tǒng)的被動、半主動、相干和不相干主動尋的、指令、駕束、成像制導導彈)從發(fā)射到攔截全過程的半實物仿真，已經支持了“愛國者”導彈(PAC3)、“地獄火”導彈和“霍克”導彈等項目的開發(fā)哺刊。

　　我國半實物仿真技術的研究與應用“州¨始于1980年代。目前國內在半實物仿真領域研究工作主要集中在天線口徑較小的制導雷達系統(tǒng)上。已建成了多種制導雷達系統(tǒng)的半實物仿真系統(tǒng)。在半實物仿真技術研究工作中取得了可喜成績“H引，逐步解決了制導雷達系統(tǒng)射頻仿真中目標、雜波與干擾信號的模擬產生方法問題，球面天線陣列的設計、加工與測試、校準問題。半實物仿真技術的研究與應用有效的提高了我國新型武器的研制進度、優(yōu)化了系統(tǒng)設計、提高了武器系統(tǒng)性能，也為診斷并排除系統(tǒng)故障、提高型號研制質量和系統(tǒng)效費比發(fā)揮了巨大作用，隨著我國國防建設的發(fā)展，對半實物仿真技術提出了更高的要求，半實物仿真技術的研究日益重要。

　　1.遠程導彈半實物仿真技術的特點

　　1.1遠程導彈的仿真要求

　　新一代遠程導彈采用捷聯慣導+數據鏈指令修正+主動／被動雷達雙模末制導的復合制導、高性能推進系統(tǒng)等先進技術，超視距作戰(zhàn)能力、抗干擾能力和反預警機、干擾機、防區(qū)外導彈載機、巡航導彈能力將得到顯著提高。從載機發(fā)射導彈，利用無線電修正指令引導導彈飛向目標，到導彈主動雷達開機截獲目標，最終命中目標，。第十一屆全國遙感遙測遙控學g．zH．-t會”論文集

　　第一部分系統(tǒng)總體技術與工程應用

　　對整個過程進行仿真、定量地研究載機無線電修正通道、雷達末制導系統(tǒng)對空空導彈命中概率的影響。從仿真技術角度看遠程導彈與中、近距導彈相比有不同的特點：

　　主動／寬帶被動多模復合制導體制仿真；

　　遠距離數據鏈信息傳輸仿真；

　　末制導雷達系統(tǒng)的仿真。

　　1.2遠程導彈半實物仿真系統(tǒng)

　　1.2.1寬帶射頻目標模擬器

　　當遠程導彈導引頭使用寬帶被動頭工作模式時，被動接收模式的工作頻段一般要覆蓋2～18 GHz，這就要求仿真系統(tǒng)的射頻目標模擬器也能夠工作在這樣一個寬的頻段。而微波器件受工作帶寬的限制，因此寬帶系統(tǒng)的設計有較大的難度。

　　當遠程導彈導引頭采用主動接收模式時，相應要求射頻目標模擬器具有模擬主動目標回波特性的功能，同時還需要解決主動／被動射頻目標仿真共源性的問題。共源性問題是指導引頭探N-N的主動與被動目標輻射信號是同一個目標產生的，目標模擬器在實現這些目標特性的仿真時，必須保證這兩種目標特征信號等效在空間上同一個位置輻射，即目標的共源性。

低分辨率窄帶末制導雷達系統(tǒng)的主要特征量是目標回波功率、功率譜、目標速度和目標距離等，其目標回波信號是窄帶信號，可以通過對雷達發(fā)射信號進行時延控制、幅度和多普勒頻率調制后獲得。但對于高分辨率的寬帶雷達系統(tǒng)，其發(fā)射信號和接收信號都是寬帶信號。寬帶雷達目標回波信號仿真可以看作是雷達發(fā)射的脈沖信號經過一個系統(tǒng)后的輸出，該系統(tǒng)的系統(tǒng)函數取決于目標信息(距離和視線角、后相散射系數以及散射附加相移、雷達與目標間相對運動速度／多普勒相位等)。

為保證所產生的雷達目標回波信號的相參性，擬采用數字射頻存儲處理(DRFM)技術，將通過對特定目標、背景進行建模、計算獲得的目標散射特性數據、雜波散射特性數據與雷達發(fā)射信號在數字域進行實時卷積處理計算目標回波基帶信號序列；通過延遲控制將計算得到的基帶數據送給數據率變換器和數字正交調制器，把多普勒頻率和幅度信息調制上去并獲得中頻目標回波信號；最后經上變頻組件得到目標回波的射頻信號。

新體制雷達的地物、海面雜波信號、與目標信號的產生方法類似，寬帶雜波與欺騙干擾信號也必須是相參的，各種欺騙干擾信號(速度欺騙干擾、距離欺騙干擾、角度欺騙干擾)的實時模擬方法也需要采用DRnI技術和實時信號處理方法實現。寬帶相參射頻目標模擬器的組成原理圖如圖1所示。

　　1.2.2導航模擬器(數據鏈模擬器)

　　隨著導彈攻擊距離的增加，載機與導彈的信息交換必須采用遠距離通信方式(如GPs、北斗)和戰(zhàn)區(qū)網絡信息共享等方式，因此在半實物仿真中需要根據實際情況研制新的數據鏈模擬器，來滿足遠程導彈的半實物仿真需要。數據鏈模擬器的研制難度不大。

　　在實驗室環(huán)境下可以采用信息／信號注入的方式實現，參照實物系統(tǒng)解決好工作時序和接口關系問題就可以實現。采用衛(wèi)星導航時，衛(wèi)星信號模擬器主要涉及信號的產生與精度控制、電離層折射誤差模擬等技術。衛(wèi)星模擬器產生的衛(wèi)星信號動態(tài)范圍很寬，擬器作為接收機精度測試的標準信號源，對所產生的偽碼延遲和載波頻率的精度要求很高。為滿足精度要求，必須以較高頻率對模擬器的偽碼和載頻實施控制，使產生的信號能夠及時跟蹤上目標運動特性的變化。精確的電離層延遲誤差模型是衛(wèi)星信號模擬器，解決的難題，實際測量中應根據目標的特定情況采取不同的技術方案。在攻擊中遠程目標時，導彈發(fā)射后，導彈按照慣性飛行，利用彈上慣性平臺，獲得導彈相對慣性空間的位置和速度等信息，用以實現導彈的制導。

由于各種誤差及目標大機動等因素的影響，往往造成飛控系統(tǒng)給導引頭的目標指示誤差較大，甚至影響目標的截獲，在實戰(zhàn)過程中，通常采用載機數據鏈通道為導彈提供目標信息和載機信息，用于修正導彈中制導段的飛行彈道，以減小導航誤差對目標截獲的影響。為防止干擾，載機往往采用專用編碼技術對載機信息和目標信息進行編碼，經過調制，形成射頻形式的特定波段的數據鏈信息。導彈接收到射頻數據鏈信息后，進行解調、譯碼及信息處理，然后將信息提供給彈載計算機，用于彈道修正。數據鏈模擬器真實模擬載機數據鏈通道的功能，數據鏈模擬器的功能框圖如圖2所示。

　　1.2.3半實物仿真系統(tǒng)的精度

　　遠程導彈攻擊距離遠，完成一次彈道仿真的時間長，造成仿真系統(tǒng)運行中信息傳遞中的累積誤差較大。目前半實物仿真子系統(tǒng)間的工作信息傳遞已實現數字化，避免了數／模、模／數轉換造成的較大量化誤差；同時仿真計算機模型計算也都采用32位、64位浮點數格式，這樣長數據格式將數字量化誤差減到了最小。因此遠程導彈仿真運行時間長不會帶來仿真系統(tǒng)誤差的過度累積，而影響仿真結果。

　　2.遠程導彈半實物仿真系統(tǒng)關鍵技術

　　2.1射頻目標模擬器的結構

　　射頻目標仿真中所要模擬的目標電磁散射特性和目標的空間屬性中，除目標相對于導引頭的空間角度和角度變化率外，都是用電路的形式來實現，射頻目標仿真器按照實現角度運動的模擬方法來劃分，有機械式射頻目標模擬器和陣列式射頻目標模擬器兩類，其中機械式射頻目標模擬器又包括軌道式和緊縮場式兩種結構形式。

　　2.1.1軌道式射頻目標模擬器

　　軌道式射頻目標模擬器是采用兩個相互垂直的弧形導軌，其中水平導軌一般是固定不動的，垂直導軌可以在水平導軌上面移動，同時垂直導軌上還安裝有輻射喇叭天線，該喇叭天線能夠沿垂直導軌運動。這樣垂直導軌在水平導軌上的運動和輻射天線沿垂直導軌的運動組合就模擬了目標在空間的2自由度平面運動。這是典型機械式射頻目標模擬器的結構，由于其結構簡單，曾被廣泛用于產品測試等工作中。

　　2.1.2緊縮場式射頻目標模擬器

　　緊縮場式是采用2個可以相互垂直運動的2自由度框架，這2個框架上帶有一個拋物面反射鏡，目標模擬信號通過一天線照射該反射鏡，通過反射形成平面波模擬電磁波在自由空間的傳播環(huán)境，這被稱為“緊縮場”技術。這樣導引頭就可以安裝在距拋物面反射鏡較近的位置上。這種方法結構上綜合了仿真導彈姿態(tài)運動三軸轉臺，形成五軸制導過程仿真試驗臺。采用五軸轉臺的形式，使整個仿真系統(tǒng)結構緊湊、簡單、方便。

　　2.1.3陣列式射頻目標模擬器

　　陣列式射頻目標仿真器是由若干個輻射天線按一定規(guī)律排列組成一個天線陣(線陣或面陣)，每相鄰的三只天線組成一個三元組。通過控制三元組中三只天線輻射信號的相對幅度和相位，改變三元組三個天線單元合成信號的視在位置，模擬目標相對于導引頭的視線運動。這屬于電路控制式的目標模擬器，其優(yōu)點是便于模擬復雜自標(包括多目標)和復雜的射頻環(huán)境。這種目標模擬器是在微波暗室環(huán)境下工作的，其工作的電磁環(huán)境比其他形式的目標模擬器要好，其缺點是技術復雜、設備量大、成本較高。

　　2.2遠程導彈寬帶目標模擬系統(tǒng)關鍵技術問題

　　遠程導彈導引頭被動模式的工作頻段覆蓋2～18GHz，射頻目標模擬器必須分頻段實現，這是由于微波器件工作帶寬所決定的。分頻段組合實現射頻目標模擬器的寬帶要求從實際需要來說也是合理可行的。雖然導引頭被動模式的工作頻段覆蓋2-ISGHz，但其探測目標的雷達特征信號也就是工作在幾個典型的頻段，如預警雷達工作在L、S波段，機載雷達工作在X波段，主動目標回波是Ku、Ka等波段，因此完全可以根據這些典型工作頻段來劃分，分別生成各個頻段的目標特征信號。整個寬帶射頻目標模擬器就可以由幾個不同工作頻段的模擬器組合而成。這樣大大簡化了寬帶射頻目標模擬器的設計。

　　2.2.1射頻目標模擬器的寬帶問題

　　對于機械式射頻信號模擬器：

　　目標的幅度、多普勒頻率、時間延遲等參數的模擬可以按照頻段組合方案研制射頻目標模擬器，可滿足半實物仿真寬帶的需求：

　　由于目標運動仿真部分是通過機械運動實現的，寬帶問題只涉及到一個輻射源(輻射天線)的問題，因此可以通過更換天線及饋電網絡的方法實現。對于陣列式射頻目標模擬器：

　　可以按照頻段組合方案研制射頻源，可滿足寬帶仿真的需求；

　　陣列式射頻目標仿真器目標運動仿真部分通過天線陣列系統(tǒng)實現，通過調節(jié)射頻信號的幅度和相位來控制目標的運動，這實際上是一個微波網絡，存在著微波器件工作帶寬的限制問題。解決方案依然是按照典型頻段組合方案研制天線陣列系統(tǒng)。按照遠程導彈的特點寬帶天線陣列仿真系統(tǒng)可劃分成2~6 GHz和6--18GHz兩個頻段組合。

　　2.2.2射頻目標模擬器的共源問題

　　機械式射頻目標仿真器共源性的問題主要是饋源天線的安裝問題，饋源天線應該安裝在拋物面的焦點上，這樣才能保證拋物面鏡的反射波是平面波。饋源天線是一個寬頻帶天線，覆蓋導引頭主動、被動工作模式所有的工作頻段。對于2～18GHz可采用一個饋源天線；對于導引頭主動模式工作在Ka波段的饋源天線可通過更換安裝饋源天線實現。陣列式射頻目標模擬器的基本工作原理就是共用一個天線陣，將多個模擬的目標信號通過功率合成器送入天線陣列，達到方便模擬多目標的功能。當工作頻率高時天線陣列上的饋源天線的間距要小些，當工作頻率較低時，天線陣列上的饋源天線的間距可大些。利用這一特點合理劃分、設計天線工作頻段，在陣面上交叉布置這些天線，就能保證天線陣(仿真)的共源性。根據目前的技術水平和需求情況，可以將饋源天線分成2～18 GHz和26．540 GHz兩個頻段，這樣整個實驗室就可以實現覆蓋從L波段到I(a波段的仿真功能。

　　2.2.3注入式仿真方法

　　注入式半實物仿真技術就是將根據目標信號、外部環(huán)境特征信號直接轉換為中頻信號或射頻信號，注入導引頭的中頻接收機或微波接收機中，與其他導引頭實物、導航控制系統(tǒng)實物等構成半實物仿真。利用這種仿真手段，可以解決多模目標仿真中的目標模擬共源性和寬帶難題。注入式半實物仿真技術的不足是不能直接對導彈與目標相對運動環(huán)節(jié)的仿真，因此開展注入式半實物仿真技術需要研究的問題包括：flz入式仿真誤差分析與評估、注入式目標模擬器生成技術、注入環(huán)節(jié)(微波注入或中頻注入)等。注入式仿真方法實現的前提是產品設計留有相應注入接口。

　　3.結束語

　　遠程導彈半實物仿真涉及多個技術領域，寬帶射頻目標仿真可采用頻段組合方案實現。論文對針對不同的射頻目標仿真器結構形式，分析實旅中需要解決的關鍵技術問題。注入式仿真方法也是解決射頻目標仿真的一種重要方法，文中還討論了導彈半實物仿真系統(tǒng)中數據鏈模擬器組成、原理等問題。本文研究討論的問題已經在雷達型導彈的研制中得到了應用，設計思想與設計方法也可以推廣應用于類似的系統(tǒng)，如地空導彈、空地導彈及中遠程紅外型空空導彈和后繼型中遠程雷達型導彈的半實物仿真系統(tǒng)設計中。在各種遠程導彈系統(tǒng)的研制中，采用全數字仿真試驗難以模擬真實的電磁、信號環(huán)境；而采用全實物仿真或外場試驗又面臨一些難于克服的困難(如很難形成較為逼真的電磁、信號環(huán)境，試驗周期長、費用高、保密性差、易受氣候與環(huán)境等因素的影響)。而半實物仿真技術能有效地彌補全實物仿真或外場試驗的諸多不足，試驗過程及電磁信號環(huán)境均可控制、系統(tǒng)重復性能好，能獲得比較全面的試驗數據。典型的半實物仿真系統(tǒng)主要由目標模擬天線陣列、目標/雜波/干擾信號模擬器、目標陣列校準系統(tǒng)、微波暗室和仿真轉臺等部分組成。