战术训练通信电磁环境仿真研究
摘 要
战场电磁环境对信息化条件下作战的影响日益显著，对战场电磁环境进行模拟仿真，为部队平常训练提供一种有效手段已成为军事训练中迫切需要解决的一个课题。本课题旨在重点研究战术训练时如何定量地模拟通信电磁环境，建立电磁环境的计算模型。为此，本文提出一种定量模拟战术训练所需的通信电磁环境的方法，其基本应用模式是把通信电磁环境拆分成波源模型、传播模型、背景噪声模型、地理因素影响模型、天气因素影响模型分别研究，最后合成构成通信电磁环境模型。这种方法是在对战术训练通信电磁环境需求进行充分分析的基础上提出的一种量化式建模方法，具有适应性强、可扩展性强的特点，可用于指导部（分）队战术训练通信电磁环境构建。
本文应用MATLAB仿真工具对通信电磁环境进行仿真验证。本文有效地构造电磁环境仿真模型。经过验证，所构造的电磁环境符合电磁环境特性，并能基本满足战术训练需要。
关键词 战术训练 通信电磁环境 模拟 仿真
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ABSTRACT
The influence on war action which electromagnetic environment in Battlefield imposes is more notable under condition of information, so simulation for
electromagnetic environment in battlefield for which can provide an effective way for troops common training has become a project which need to solve urgently in military training. The project aims to the research how to simulate communication electromagnetic environment quantitatively how to build calculation model of electromagnetic environment, and how to evaluate the construction electromagnetic environment reasonably. Therefore, this paper presents a method which can simulate the communication electromagnetic environment of armor mechanization forces (stacks) for tactical training quantitatively. In the method the basic idea is that divides the communication electromagnetic environment into waves model, propagation model, background noise model, geographical model and weather model firstly, then to research all the models, finally to synthesize the communication electromagnetic environment model from these models. This method is a quantitative way which is put forward on basis of the full demand analysis of communication electromagnetic environment tactical training. It has characteristics of high adaptability and scalability. It can guide the construction of communication electromagnetic environment for forces (stacks) tactical train.
The constructive communication electromagnetic environment is verified in this paper by using MATLAB simulation tools. This paper construct simulation mode of electromagnetic environment effectively. After verification, the constructive
electromagnetic environment has the electromagnetic environment characteristics, and it can meet the needs of armor mechanization (points) team tactical train.
Keywords Tactical train; Communication electromagnetic environment; Simulation; Emulate
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第1章 绪 论
1.1 选题背景及意义
随着信息技术的飞速发展，信息战正日益引起各国军队的关注和重视，未来的战场必将是一个信息化的战场。在信息化战场中，电子对抗装备及技术广泛运用，战场电磁环境呈现出显著的对抗性和复杂性。复杂的战场电磁环境是信息化战场的特征，也是信息化战争的舞台，更是信息化战争的武器。进行战场复杂电磁环境下的对抗训练，已逐步成为军事训练的必要内容。
未来战争中，制胜的关键由夺取制空权变为夺取制信息权。制信息权的基础就是制电磁权[1]。加强对电磁环境的仿真研究，加强在复杂战场电磁环境下的模拟训练具有至关重要的意义。
目前，对战场电磁环境的仿真研究在方向上以研究雷达电磁环境为主，在方法上主要是应用计算机语言编程实现或是设计硬件电路模拟信号发生器实现。对通信电磁环境的仿真主要是在理论层面上，实现时主要是应用计算机语言编程。这些研究主要是定性的，推广价值不大。对电磁环境进行仿真研究，找到一种定量的模拟仿真方法用于指导部（分）队战术训练通信电磁环境建设具有重大的军事应用价值。
本文提出了一种定量构建通信电磁环境的方法。此方法分析并构建了构成电磁环境各要素的模型，建立了电磁环境模型公式，对部队进行电磁环境建设具有一定指导意义。该算法是将抛物方程应用于通信电磁环境计算的数学方法。此算法对抛物方程做了改进和限定，使其能计算通信信号电磁环境。如果对此算法进行研究改进，可以应用于其他领域，具有一定的学术价值和较大的应用价值。
1.2 国内外研究现状
国外对电磁环境仿真研究比较早，目前主要应用的多为数值方法，数值法有矩阵法、时域有限差分法和基于抛物方程法等。现在已经有很多成熟的商用软件来仿真电磁环境。基于矩阵法的电磁仿真软件有Ansys FEKO、ADS(Advanced Design system)、Microwave Office等，可以很好的解决天线和天线阵的辐射、散射问题、非均匀地球上的传播问题、微带宽和有损耗结构分析问题和人体中的电磁吸收问题等。基于时域有限差分法的电磁仿真软件有XFDTD、XGTD、Wireless InSite等，可以解决手机辐射问题、建筑物结构室内电磁干扰问题和天线问题等。基于射线跟踪法的电磁环境仿真软件有Wireless InSite,可以用来对复杂电磁环境进行仿真预测，可以计算城市建筑物之间既不规则地形上电磁远距离传播时的衰减特性。基于抛物方程方法的仿真软件有AREPS[7]，可以用来预测复杂大气条件下海面上的电波传播特性和不规则地形对电波传播产生的反射、折射和绕射效
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应。美国将此软件应用于海军基地自动化、雷达、电子战和军事通信等领域。这些用来仿真电磁环境的软件是通用的商用软件或外军军用软件，在解决某一领域问题方面具有突出的作用，在解决复杂的综合性电磁环境问题上还需要有所改进。
目前国内进行了相似研究。文献[6][13]给出了对雷达电磁环境仿真的方法，建立了雷达数据库，并在此基础上建立了雷达电磁环境的数学模型，属于电磁环境的功能仿真，实现了战场雷达电磁环境的可视化显示。被仿真的电磁环境定位于高空，建模简单，不考虑地形、大气等因素。文献[7]仿真了飞机机翼下的电磁环境。这些仿真的电磁环境是某一个特定条件下某一个特定物体的电磁环境。大空间战场复杂电磁环境仿真还没有。文献[8]介绍了基于计算机语言的电磁环境仿真软件的设计方法，文献[9]介绍了用分布式仿真技术实现电磁环境仿真的方法。此方法是软硬结合的方法，用软件仿真电磁波的特性参数，如频率、相位等，用硬件来生成电磁波，实质是一种半实物仿真，其结果是在现实空间内而不是在虚拟空间。用计算机仿真的方法实现虚拟空间的电磁环境仿真是个值得研究的课题。
目前对战场电磁环境的仿真多为对雷达电磁环境仿真研究，如国防科技大学的王国玉教授[16]等一些研究人员研究的电磁环境及电子战仿真，都是以雷达信号为主体的，或是以靶场试验为目标的。对通信电磁环境的研究还相对较少。对电磁环境仿真研究主要依据王汝群等编著的《战场电磁环境》一书中阐述的理论。这些研究多为定性的理论研究。如解放军电子工程学院的邵国培教授[13]等人对电磁环境模拟构建进行了定性的分析介绍。对电磁环境的定量分析构建还相对较少。所仿真研究的电磁环境多为某一特定的相对单一的传播环境中的电磁环境，这样的电磁环境建模比较简单，如姚景顺教授等人在文献[14]中提出了一种在海平面上构建电磁环境的方法。对用于陆上复杂地形条件下电磁环境研究较少。杨萃在文献[16]中对通信电磁环境仿真进行了理论研究，这是一种定性分析。刘光辉在文献[17]中对通信电磁环境应用计算机语言进行了仿真，这是一种半实物的仿真，不能满足指导通信电磁环境建设的需求。采用定量研究的方法对通信电磁环境仿真是需要研究的问题。
1.3 论文研究的主要内容及论文结构
本文根据战术通信训练需要，模拟构建了战术通信训练所需电磁环境，使战术训练有接近真实环境的电磁背景。本文对电磁环境仿真研究是定量的，是对通信电磁环境的仿真。采用计算机模拟的方法，模拟真实电磁环境。
本文共分为六部分，结构如下：
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