第4章 复杂战术训练通信电磁环境建模及仿真实例
本章将通过一个实例，给出战术训练时通信电磁环境的建模演算推导步骤。应用MATLAB中的SIMULINK工具库中的信号仿真工具对模型进行仿真，得到仿真结果，判断构造的电磁环境是否符合电磁环境特性并达到预设要求。
在战场环境中，对作战行动产生影响的电磁场主要是指在装备以外的空间里分布的部分。战术训练通信电磁环境主要是由各种通信装备发射的信号构成的，并且受各种因素影响。其组成示意图如图4-1所示。
军用有意、无意干扰 电磁环境 信号 民用有意、无意干扰 信源 信号变换 发射 自然辐射 信号 地理及天气影响 信宿 信号变换 接收
图4-1 电磁环境组成状态图
由图可看出，构成电磁环境的电磁场主要存在于装备收发天线之间。假设构成通信电磁环境的电磁波沿X轴传播，其能量散布图如图4-2所示。
Z 传播方向 0 X
图4-2 电磁波沿X轴传播时的能量分布图
仿真在训练区域内，设置电磁信号的信源发射电磁波，根据训练场中的地理特点、天气特点，应用公式计算得出训练场区域内的电磁场特性，即是所求电磁
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环境。对电磁环境的表现是通过某接收机在电磁场中的表现反映的。在电磁环境中的某点设置接收机，观察接收机收到信号情况，判断电磁环境的特性。
由波源发出无线电磁波信号，在某区域形成电磁场，计算电磁场大小可得电磁环境分布情况。应用抛物型方程计算得出电磁场传播方程。把各种二维战场电磁环境数据生成三维电磁数据，完成电磁环境构建。计算及构建示意图如图4-3所示。
图4-3生成三维电磁环境示意图
部队在从集结地域开进时开始启用无线电指挥通信。如果按照实装实地规模组织战术作业，所需训练场地将是一个面宽3000米，纵深达8000米的广阔地域，通常只有军区级的战术训练场可满足此标准。部队战术训练通常采用首长机关在缩小地形上的实车战术作业方式来进行，即首长机关按战时指挥的要求编组指挥机构，下带1－2级指挥机构（分队指挥员）在缩小场地或具有战术情况显示功能小型预习场上展开各要素，根据情况诱导，处置战术情况，实施指挥的战术训练。训练要求指挥要素要合理、齐全，指挥员要全部使用电台或作战指挥控制系统。
假定试验场地在东南沿海的某个地域，起始位置为(E117046',N25038')。试验区域大小设置为: 10km?10km?15km。地形为有轻度起伏的丘陵地。设定试验时温度为T?293.24K,电解质参数为??0.09Sm?1。
电磁场是三维的。根据战术训练时天线高度要求，选择高度为3米的平面作为计算平面，即此时Z?3。在战术训练通信电磁环境中假设的平面上的设置信号接收机，平面坐标为(4,3)，空间坐标为(4,3,3)。
电磁环境构造方程为：
?3ujn(D?B)?2u?2uC?u?u?uC?AB?[2?2]?n2[?(k2?1)][??]?jn3[()?(1?)(k2?1)]u?0?z?x?yD?z?y?z?xD?x?y?zDD 假设折射率n?1。因为信号是在轻度起伏的丘陵地带传播，对Q采用近似时
21可采用A?1,B?,C?1,D?的近似法进行近似。
34电磁环境构造方程经过一步简化为：
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?3u5?2u?2u5?u?u?u5?j[2?2]?[k2?][??]?j(k2?1)u?0 (4-1)
?z?x?y3?z?y?z?x4?x?y?z3在设置的装甲机械化部（分）队战术训练试验中，k?13，z?3，可对式(5-1)做出化简并近似得：
169(?u?u?)?j280u?0 (4-2) ?x?y用j?乘式(5-2)两端，可得：
j?169(?u?u?)?280?u?0 (4-3) ?x?y????j?yu(x,y)]??ux(y,e)dy?U(x,?)?F[???用傅立叶变换对?对式(4-3)进行??1?u(x,y)?F?1[U(x,y)]?Ux(?,e)j?yd???2????傅立叶变换。
?(F(u))??uF()???x??x则将?代入式(4-3)可得：
?u?F()?j?F(u)???y[280?169?]U(x,?)?j169?U(x,?)?0 (4-4) ?x式(5-4)为一个常微分方程，求解可得：
U(x,?)?e?j169x121U(0,?) (4-5)
由式(4-5)可以看出，平面电磁场中某点的场强与初始场强U(0,?)、信号角
1(?)2ln2?22?jz0k频率?和点的横坐标x有关。由公式(3-16)U(0,z0)?M?F?1[e]根据
12?f2??4?10747??2?f?2??4?10本例取z0?3，k?，，，则： M????2c03?108151?1?U(0,3)?F(e2ln2152()?j3232?108152)ln2??j31?(16?)， U(0,?)?e
2对于电磁环境中x?4千米的点，则：
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U(4,?)?1e2?j169?4?103121e?(152)ln2??j316? (4-6)
将??2?f?2??4?107代入式(4-6)并化简得：
U(4,2??107)?15e?j
经过上述计算可看出，电磁波波源产生波动信号，经过傅立叶变换成为时谐信号。在构造的电磁环境中的某点的信号也为时谐信号。电场强度量为复数。相位为?900，说明电场是垂直极化的，与超短波地波传播特性相符。幅度为15伏，与测定值相符。由此证明通过计算所得电场向量是符合实际要求的电场向量。
用MATLAB仿真通过式(4-1)计算得出的实例所述的战术训练通信电磁环境中各点信号强度，如图4-4所示。其中，横坐标代表电磁场中某点距原点的距离，单位为千米；纵坐标代表该点场强，单位为伏。
图4-4 用MATLAB仿真计算得出的电场情况
由图4-4可以看出，仿真所得值与查表所得经验值相符，可证明公式所得值是符合要求的。
4.2 本章小结
本章针对部（分）队战术训练特点及通信电磁环境特点，设置实例进行计算验证，并通过仿真得到结果，对仿真结果进行了分析。通过试验仿真分析可得模拟电磁环境符合真实电磁环境特性，满足要求。
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第5章 总结与展望
装甲机械化部（分）队战术训练通信电磁环境是一种复杂的战场电磁环境，具有纷繁复杂、动态变化的特点。如何建立通信电磁环境仿真模型是构建部（分）队战术训练通信电磁环境，增强训练的对抗性和真实性的关键步骤。本文对战术训练通信电磁环境定量的模拟仿真研究是一次有益的尝试。通过对电磁环境模拟仿真的定量分析研究和建立仿真评估指标体系，可以为模拟构建通信电磁环境提供计算模型，为部（分）队战术训练构建电磁环境提供依据。
本文主要的创新性工作是首次将相对成熟的电磁环境理论应用于求解具有代表性的通信电磁环境。用二次曲线模型仿真模拟部（分）队战术训练通信电磁环境是一种定量模拟通信电磁环境的新尝试。模拟的电磁环境能符合实际电磁环境特性并能满足训练要求。
本文对通信电磁环境的定量模拟只是初步的，仍有很多不足之处。对电磁环境模拟仿真的算法研究也只限于一种方法，不够全面深入，需要进一步完善。
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