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有关仿真训练和测试保障系统与电磁频谱信号的研究

2020-05-29 271 上传者：管理员

摘要：随着无线电监测业务的不断发展，电磁频谱信号仿真训练的重要性也与日俱增。本文首先针对仿真训练和测试保障系统的建设必要性进行分析，其次分析和介绍仿真训练与测试保障系统设计实现中涉及的若干关键技术，然后给出一个仿真训练和测试保障系统实例，最后针对仿真训练系统的后续演进，进行一些分析和展望。

关键词：
T软件无线电
仿真训练系统
低功耗
复杂电磁环境
电磁学
电磁频谱信号
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在电磁频谱管理领域，如何快速查找干扰信号，如何分析和识别信号，直接影响到干扰排查任务的有效开展。经验丰富的无线电频谱管理人员，可实现目标信号的快速分析和查找定位操作。除了实战经验之外，日常的培训和演练也至关重要。此外，在诸如无人机，考场作弊器的信号压制、干扰和对抗中，也需要事先构建一个信号对抗的模拟环境，以实现各种形式的信号仿真、生成、干扰和压制试验，从而在实战中更有效、更有针对性地实施相关压制和干扰操作。

这些需求，都可通过构建一个电磁频谱信号仿真训练和测试保障系统来满足。

1、仿真训练系统建设的必要性

构建一个复杂电磁环境仿真训练和测试保障系统具有重要的现实意义，必要性分析如下：

（1）电磁仿真训练条件不完善

日常的无线电仿真演练对于提升无线电监测业务能力和水平具有重要的促进作用。当前的一些无线电仿真演练系统和设备，可满足常规的无线电演练任务需求，但在实际使用过程中，仍存在一些问题。在功能和性能上，也仍有较大的改进和提升空间。具体表现在以下四个方面：

设备过于笨重，不易携带，而户外的演练任务要求设备轻巧便于携带，从而实现快速布置；设备功耗较大，工作时间短，不容易满足全天演练任务需求；设备支持的信号波形数量不够多，发射的信号质量也不够理想；演练时配置操作过于繁杂，软件的使用方式不够人性化和易用化。因此有必要改进和提升无线电仿真演练系统的功能和性能，以及配套软件使用上的易用性。

（2）电磁频管人员的专项业务能力有待提升

通过构造各种特定电磁信号场景，可提升电磁频谱管理人员的专项业务能力。

（3）相关业务人员理论知识有待进一步加强

通过进行无线电理论知识培训，可将理论培训的内容结合实际信号进行仿真训练，提供真实的信号库（离线或者在线）以及分析平台供参训人员进行分析，理论与实际相结合，强化培训效果。

（4）为新老装备的实测验证提供支撑保障

电磁频谱管理仿真训练和测试保障系统可模拟仿真各种复杂的、逼近真实场景的电磁环境，从而为新研制装备、已研制装备改进的实测验证提供重要试验支撑。

2、仿真训练和测试保障系统的关键技术

在无线电频谱管理领域，业务本身的固有特性使得无线电频谱管理人员的精力主要聚焦在监测接收机的接收端，对发射机/发射端的投入相对较少。而构建电磁频谱信号仿真训练和测试保障系统，由于涉及信号的构造、仿真和生成，关键技术主要集中在发射端，而不是接收端。其中涉及多模式、多速率、多带宽的信号波形生成和发射，低功耗小体积便携式信号源的设计实现，灵活快捷的无线远程控制等多个关键技术。仿真信号源的设计实现，是整个仿真训练系统构建的关键与重点。

（1）通用软件无线电平台

根据无线电频谱管理领域的业务性质，需要分析和监测的频段非常宽广，通常从短波、超短波一直延伸至微波频段。为了在实际演练过程中避免携带过多种类的信号源设备，通常希望一台仿真信号源能够尽量覆盖较宽的频段，同时能够支持多种信号波形的发射。与此同时，为了满足易于携带的要求，希望仿真信号源尽可能小巧轻便。这些都对仿真信号源的设计实现提出了较高要求。因此在仿真信号源的设计方案中，需要构建一个通用的软件无线电平台，以支持多种数据速率、多种信号带宽、多种调制方式的信号波形构造和生成。同时为了满足便携性需求，需要采用集成度较高的设计方案。

（2）长续航低功耗

根据以往无线电管理机构的仿真训练活动情况，通常需要仿真信号源具有较长时间的续航能力。通常来说，最好能够满足一整天的训练活动需要。只能工作3～4个小时的信号源设备，需要及时充电或更换电池，这会给演练活动和人员带来额外的工作量和不便。因此需要从各个环节进行低功耗设计，包括但不限于信号波形的生成、射频链路的优化、功放效率的优化等等。具备8小时甚至更长工作时间的设备会具有更大的使用优势。

（3）无线远程控制

在无线电仿真演练活动中，通常不止发射一个信号，也不止一个队伍参与演练，因此往往需要使用多个信号源。同时，单个信号源也不止发射一种信号波形，因此需要针对多个仿真信号源进行各种发射模式的控制和配置。传统的有线串口方式操作烦琐，通常来说，除了传统的有线串口方式外，还可基于移动公网，提供专用数传、WiFi等多种远程无线控制方式。从近年来的仿真演练经历来看，人们更喜欢采用无线的遥控方式。随着智能手机的普及，基于手机App的仿真信号源控制方式获得了人们的青睐，成为使用次数最多的一种远程控制方式。

3、仿真训练和测试保障系统实例

成都大公博创信息技术有限公司多年来一直在电磁频谱信号仿真训练系统方面持续耕耘，先后研制了灵雀1号、灵雀2号、灵雀3号三代仿真信号源设备（见图1），在全国各个地市部署了多套仿真训练系统，并为各地无线电管理机构提供了多种形式的电磁频谱信号仿真演练服务。

以最新一代的仿真训练和测试保障系统为例，该系统支持如下功能：支持理论教学和理论培训；支持多种模拟和数字调制信号的仿真生成；支持广播、数字对讲、数字集群等多种业务信号波形的发射；支持电磁对抗/抗干扰验证；支持各种新技术/新设备和现有设备的测试验证环境构建。

发射信号数量可依用户需求制定；发射信号频段覆盖20MHz到6GHz，并可扩展至18GHz；发射功率最大为5W，并支持发射增益可配置；仿真信号源工作时间最长可达6小时；支持的仿真信号带宽从1kHz直到40MHz；支持的发射信号调制类型包括常规的模拟和数字调制类型。

图1灵雀1号、灵雀2号和灵雀3号三代仿真信号源设备

鉴于灵雀2号设备的集成度仍不够高，灵雀3号在功能得到扩展的同时，将功放模块集成在单一模块中，从而在体积和重量上更加具备优势。其主要参数指标如下：

频段1:80MHz～130MHz广播、航空通信业务；

频段2:160MHz～270MHz数传、对讲机等业务；

频段3:450MHz～750MHz对讲机、广播电视等业务；

频段4:900MHz～1300MHz伪基站、移动通信等业务；

频率步进：10kHz;

最大发射带宽：20MHz;

输出功率：最大5W;

存储容量：8GB;

工作电压：12V;

工作时长：≥6h(50%发射占空比）；

重量：≤2.5kg;

仿真信号类型：AM、FM、CW、2FSK、4FSK、2ASK、BPSK、QPSK、16QAM、GSM、TETRA、模拟电视信号、对讲机信号、调频广播、作弊器信号、公众移动通信信号等。

4、总结与展望

常规的台式矢量信号源虽然可实现多种信号波形的生成，但具有体积大、重量大、发射功率小、不易搬移、不适合户外场景以及单台成本过高等缺点，不能很好地满足户外电磁频谱信号仿真演练活动的需要。因此多种形式的仿真信号源和仿真训练系统被研制开发出来。经过近几年的不断发展演进，仿真信号源设备的体积越来越小，支持的信号类型越来越多，控制方式也日益灵活。但在支持的信号频段、发射信号质量、用户自定义波形的快速加载和发射、更便捷的远程控制方式等方面，仍有很多亟须改进的地方。另外，如何更好地满足无线电频谱管理人员日常演练的实际需要，也非常值得关注。这些都是后续电磁频谱仿真训练系统的重要改进点和提升点。

田剑豪.电磁频谱信号仿真训练和测试保障系统[J].中国无线电,2020(04):68-69.