摘要：針對(duì)于現(xiàn)代雷達(dá)面臨的環(huán)境越來越復(fù)雜，利用計(jì)算機(jī)和仿真手段以及建模技術(shù)很難逼真地模擬雷達(dá)探測環(huán)境，而文中介紹了COST視頻采集卡具有對(duì)實(shí)裝雷達(dá)原始視頻進(jìn)行記錄和回放，可以真實(shí)的再現(xiàn)雷達(dá)探測環(huán)境，因此基于COST視頻采集卡的雷達(dá)訓(xùn)練系統(tǒng)成功的解決了對(duì)雜波環(huán)境仿真逼真度問題，對(duì)雷達(dá)職手教學(xué)和訓(xùn)練具有很高的訓(xùn)練效益。
關(guān)鍵詞：視頻采集卡；仿真；雜波環(huán)境；訓(xùn)練：雷達(dá)原始視頻

    未來的戰(zhàn)場是信息化戰(zhàn)場，復(fù)雜電磁環(huán)境是未來信息化作戰(zhàn)的主要環(huán)境特征。而錯(cuò)綜復(fù)雜的戰(zhàn)場電磁環(huán)境對(duì)電子戰(zhàn)武器裝備的作戰(zhàn)性能和生存能力都提出了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。因此，要想在未來實(shí)戰(zhàn)中獲得主動(dòng)權(quán)，必須注重平時(shí)的訓(xùn)練，加大復(fù)雜背景環(huán)境下雷達(dá)裝備訓(xùn)練的力度。為了提高訓(xùn)練實(shí)效，并達(dá)到訓(xùn)練目的，一般采用電子戰(zhàn)模擬技術(shù)及訓(xùn)練模擬系統(tǒng)來模擬實(shí)戰(zhàn)條件下的訓(xùn)練。而目前的訓(xùn)練手段和方式，以及雷達(dá)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)還不能完全滿足復(fù)雜背景環(huán)境下雷達(dá)訓(xùn)練的實(shí)戰(zhàn)要求。為了構(gòu)建戰(zhàn)場復(fù)雜背景環(huán)境，提供逼真的雷達(dá)威脅環(huán)境，進(jìn)一步提高實(shí)戰(zhàn)情況下的雷達(dá)訓(xùn)練效果。針對(duì)于艦載雷達(dá)，本文提出了一種基于COST視頻采集卡的雷達(dá)訓(xùn)練系統(tǒng)。

1 雷達(dá)面臨的雜波環(huán)境特征分析
    雷達(dá)探測位于陸地或海面上以及空中的目標(biāo)時(shí)，雷達(dá)接收的不僅有目標(biāo)的回波，而且疊加有不需要的被照射區(qū)域的回波，這部分回波被稱為雜波，雜波的存在嚴(yán)重影響著雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的探測，尤其是對(duì)小目標(biāo)的探測。
    雷達(dá)雜波就是雷達(dá)波束在物體表面形成的后向散射，主要有地物雜波和海雜波兩大類，陸地上物體比較固定，在雷達(dá)中形成的雜波變化幅度不是很大；而海雜波表現(xiàn)出更強(qiáng)的動(dòng)態(tài)特性。海面作為雷達(dá)波的反射面，其性能十分復(fù)雜，海風(fēng)、海流、海浪、潮汐和不同的水質(zhì)等都對(duì)海雜波的產(chǎn)生有著不同的影響。地物和海雜波的存在有時(shí)導(dǎo)致一些回波弱、速度快的目標(biāo)淹沒在雜波中，使雷達(dá)不能對(duì)其檢測，而這些被漏掉的目標(biāo)，往往有很高的威脅性，例如采用隱身技術(shù)的目標(biāo)和掠海飛行的小目標(biāo)。
    雖然，目前采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)模型能夠?qū)Φ匚镫s波和海雜波進(jìn)行仿真模擬，但是當(dāng)前計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和手段還不能完全仿真模擬地物和海雜波的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性，只能模擬特定條件下的雜波形態(tài)變化。其中對(duì)海雜波的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性仿真模擬是最困難的，因其涉及到的計(jì)算量很大，以目前的計(jì)算機(jī)技術(shù)還不能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模擬，導(dǎo)致海雜波動(dòng)態(tài)性的仿真模擬效果還達(dá)不到實(shí)際要求。

2 雷達(dá)視頻采集設(shè)備的功能與性能優(yōu)勢(shì)
    雷達(dá)視頻采集設(shè)備是一款基于PCI的COST設(shè)備，由于記錄的是數(shù)字信號(hào)，可以在不失真地情況下，實(shí)時(shí)記錄與重復(fù)回放。其次記錄的雷達(dá)信號(hào)可以重新生成(含時(shí)標(biāo)與方位角)的雷達(dá)視頻。記錄的數(shù)據(jù)保存在大容量SCSI硬盤中，可以快速方便的讀寫操作，同時(shí)具備DLT磁帶機(jī)備份儲(chǔ)存功能，用于數(shù)據(jù)歸檔作長期保留。保留在DLT磁帶的數(shù)據(jù)可以隨時(shí)導(dǎo)入Centurion，再次生成原始雷達(dá)信號(hào)(也可用于雷達(dá)信號(hào)模擬器)。
    該設(shè)備具有信號(hào)輸入、坐標(biāo)處理／掃描轉(zhuǎn)換與顯示、信號(hào)輸出、存儲(chǔ)設(shè)備(數(shù)據(jù)記錄)等功能。
    信號(hào)輸入：信號(hào)輸入部分是一塊PCI卡完成，可以輸入多種類型的雷達(dá)信號(hào)(包括A顯、B顯與PPI扇掃顯)。這塊卡自身提供視頻和方位角的處理能力，包括一個(gè)2D的視頻放大器參量表，可補(bǔ)償雷達(dá)特征和雜波。信號(hào)輸入卡可同時(shí)接收三個(gè)輸入通道的總脈沖信號(hào)，包括雷達(dá)回波、觸發(fā)、方位、正北。如疊加一塊方位角輸入子卡可以適應(yīng)一些特殊的方位角格式。雷達(dá)輸入卡提供輸入范圍和方位角可編程功能，信號(hào)采集部分為50MHz，8位精度。這8位數(shù)據(jù)也可以利用峰值檢測方法二次抽樣產(chǎn)生可自定義采樣頻率的信號(hào)和外部時(shí)鐘，如圖1所示。
    信號(hào)輸入卡可接收2048／360°、4096／360°和8192／360°的方位角。數(shù)字化后的采樣信號(hào)以持續(xù)120MB／S的速率，DMA方式傳送到PCI總線上。

    坐標(biāo)處理／掃描轉(zhuǎn)換與顯示：Advantage／++掃描轉(zhuǎn)換卡是一塊獨(dú)立的雷達(dá)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換卡并支持最終顯示功能。通過PCI總線，它可以接收來自經(jīng)信號(hào)處理卡處理過的數(shù)據(jù)，如PPI格式的數(shù)據(jù)并把它們轉(zhuǎn)換為可用于直接顯示光柵格式與并同時(shí)將數(shù)據(jù)打包存儲(chǔ)，用于日后的回放與歸檔。三路圖形信號(hào)數(shù)字化后可與雷達(dá)信號(hào)顯示窗口多層疊加，但最終的記錄只能是選擇一路，如圖2所示。
    雷達(dá)信號(hào)輸出：Centurion的主要功能便是雷達(dá)數(shù)據(jù)的錄取與日后的回放，因此Centurion內(nèi)的雷達(dá)輸出卡是為該錄取器開發(fā)的。雷達(dá)信號(hào)輸出卡可將存儲(chǔ)的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，以模擬或數(shù)字格式輸出。既可以將原數(shù)據(jù)以PPI顯示形式輸出。
    存儲(chǔ)設(shè)備：Centurion提供硬盤存儲(chǔ)與磁帶備份方式。首先，數(shù)據(jù)通過SCSI接口，保留到硬盤。硬盤內(nèi)的數(shù)據(jù)既可以用于回放，也可以導(dǎo)入到磁帶機(jī)進(jìn)行歸檔永久保存。磁帶機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)也可以導(dǎo)回硬盤，存儲(chǔ)設(shè)備的性能參數(shù)如表1所列。

3 基于雷達(dá)視頻采集的雷達(dá)訓(xùn)練系統(tǒng)
3．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
    該雷達(dá)訓(xùn)練模擬系統(tǒng)是以雷達(dá)視頻采集設(shè)備為基礎(chǔ)，雷達(dá)視頻數(shù)據(jù)來自于實(shí)裝雷達(dá)，采集的數(shù)據(jù)為雷達(dá)進(jìn)行脈沖壓縮以后的數(shù)據(jù)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，將采集設(shè)備同實(shí)裝雷達(dá)航跡機(jī)采集口相連。然后通過千兆網(wǎng)卡將采集的數(shù)據(jù)保存到計(jì)算機(jī)的硬盤中。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。計(jì)算機(jī)處理模塊控制著雷達(dá)視頻采集設(shè)備對(duì)雷達(dá)原始視頻的采集和存儲(chǔ)，以及視頻數(shù)據(jù)與干擾信號(hào)數(shù)據(jù)、目標(biāo)信號(hào)數(shù)據(jù)的匹配處理，干擾模塊和目標(biāo)模塊采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，根據(jù)雷達(dá)視頻的同步信號(hào)和相關(guān)參數(shù)，產(chǎn)生數(shù)字干擾信號(hào)和目標(biāo)模擬信號(hào)，與雷達(dá)采集視頻數(shù)據(jù)匹配處理，形成復(fù)雜的多目標(biāo)和干擾威脅環(huán)境，送顯控設(shè)備進(jìn)行終端顯示。該雷達(dá)訓(xùn)練系統(tǒng)可以基本模擬實(shí)裝雷達(dá)的所有操作，尤其保留了雷達(dá)抗干擾技術(shù)，而且能夠在還原的雷達(dá)背景雜波環(huán)境中匹配干擾信號(hào)和多目標(biāo)信號(hào)。這種模式具有靈活、方便、成本低、訓(xùn)練效益高的特點(diǎn)，對(duì)雷達(dá)仿真訓(xùn)練有較高的訓(xùn)練價(jià)值。

3．2 系統(tǒng)工作模式
    雷達(dá)訓(xùn)練系統(tǒng)工作模式可以分為記錄模式和回放模式。
    (1)記錄模式  在記錄模式下，雷達(dá)訓(xùn)練系統(tǒng)與實(shí)裝雷達(dá)對(duì)接，將采集到的雷達(dá)視頻數(shù)據(jù)送給計(jì)算機(jī)處理模塊處理后供終端顯控設(shè)備顯示外，還可以實(shí)時(shí)地把視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到硬盤。在存儲(chǔ)過程中數(shù)據(jù)通過RACE4：1壓縮技術(shù)，不失真地情況下保存。在這種訓(xùn)練模式下，雷達(dá)訓(xùn)練系統(tǒng)能夠從實(shí)裝雷達(dá)實(shí)時(shí)采集到雷達(dá)原始視頻數(shù)據(jù)，并能與實(shí)裝雷達(dá)保持一致的背景雜波環(huán)境。在訓(xùn)練過程中，可以對(duì)雷達(dá)訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行任何的操作。
    (2)回放模式  由于雷達(dá)視頻采集設(shè)備體積小、拆卸方便、便于攜帶，可以單獨(dú)跟隨實(shí)裝雷達(dá)進(jìn)行全航程錄取，將采集的視頻數(shù)據(jù)存入磁盤陣列或者其它的存儲(chǔ)設(shè)備，事后將采集數(shù)據(jù)導(dǎo)入雷達(dá)訓(xùn)練系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行回放。在回放模式下，雷達(dá)訓(xùn)練系統(tǒng)不再實(shí)時(shí)采集雷達(dá)視頻信號(hào)，而是計(jì)算機(jī)處理模塊直接從硬盤里讀取雷達(dá)視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)解壓和匹配處理后，供終端顯控設(shè)備顯示。在這種訓(xùn)練模式下，雷達(dá)視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，還原后的雷達(dá)背景雜波環(huán)境按照事先錄取好的航路進(jìn)行回放顯示，最終的顯示效果能夠與實(shí)裝雷達(dá)保持一致，并且能夠循環(huán)回放和重復(fù)訓(xùn)練，大大提高了訓(xùn)練效益。
3．3 雷達(dá)視頻數(shù)據(jù)還原顯示效果
    在和平時(shí)期，采集到的雷達(dá)視頻信號(hào)一般是以雷達(dá)背景雜波信號(hào)為主，很難采集到含有復(fù)雜干擾信號(hào)和多目標(biāo)威脅信號(hào)的雷達(dá)原始視頻。因此，在雷達(dá)訓(xùn)練系統(tǒng)中，采用比較成熟的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和數(shù)學(xué)模型對(duì)于擾信號(hào)和多目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行仿真模擬，與采集的雷達(dá)視頻數(shù)據(jù)融合形成復(fù)雜的雷達(dá)原始視頻，構(gòu)建復(fù)雜的雷達(dá)威脅環(huán)境。在訓(xùn)練過程中，兩種工作模式都能夠加入干擾信號(hào)和多目標(biāo)信號(hào)，以便在復(fù)雜的背景雜波環(huán)境下進(jìn)行威脅目標(biāo)檢測和雷達(dá)抗干擾技術(shù)訓(xùn)練。
    雷達(dá)訓(xùn)練系統(tǒng)的終端顯示軟件與實(shí)裝雷達(dá)有相同的操作界面，通過操作終端軟件可以對(duì)記錄或者事后回放的雷達(dá)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置，這些操作包括：改變量程、錄取、開窗等，此外還能進(jìn)行恒虛警，積累、MTI等設(shè)置。如圖4、5所示，采用真實(shí)雷達(dá)數(shù)據(jù)還原的雷達(dá)視頻顯示效果同實(shí)際裝備幾乎沒有差別，而采用雜波模型產(chǎn)生的背景雜波過于理想化，與真實(shí)環(huán)境下的背景雜波差異較大。

    通過圖4和5的比較，可見以雷達(dá)原始視頻數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的雷達(dá)訓(xùn)練系統(tǒng)更能夠逼真地再現(xiàn)雷達(dá)在復(fù)雜電磁環(huán)境下所探測的環(huán)境。

4 結(jié)束語
    這種訓(xùn)練模式是以采集雷達(dá)原始視頻數(shù)據(jù)為前提，并且以大量的視頻數(shù)據(jù)才能支持雷達(dá)訓(xùn)練系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。該雷達(dá)訓(xùn)練系統(tǒng)具有雷達(dá)視頻還原效果逼真、可操作性強(qiáng)、投入低、訓(xùn)練價(jià)值高的優(yōu)點(diǎn)，具有較高的應(yīng)用效益，比較適合初級(jí)雷達(dá)職手訓(xùn)練和院校雷達(dá)教學(xué)使用。