AFSim仿真系统—07 通信、传感器和干扰系统方程

符号	来源	描述
	transmitter antenna_pattern	发射天线在目标物体（接收器或平台）方向的增益。这包括任何电子波束控制损失（方程RF.6）。
	transmitter internal_loss	发射机中从电源到天线之间的内部损耗。
	transmitter power	发射机的峰值功率。这应该是单个脉冲的功率。
	Computed	计算出的发射功率。

自由空间信号传播

从源（s）到目的地（d）的自由空间信号传播使用以下方程计算。在单向交互中，“s”和“d”分别是发射器和接收器（方程RF.2b）。在双向交互中，有两个传播路径。第一个是从发射器到目标（方程RF.2c），第二个是从目标到接收器（方程RF.2d）。

	一般形式 General form	(RF.2a)
	发射器到接收器 Transmitter - to - receiver	(RF.2b)
	发射器到目标 Transmitter - to - target	(RF.2c)
	目标到接收器 Target - to - receiver	(RF.2d)

符号	来源	描述
	transmitter attenuation_model	计算信号从源（s）传播到目的地（d）时大气衰减影响后剩余的信号分数。
	Computed	从源（s）发出的在目的地（d）计算出的自由空间功率密度。
	Computed	从源（s）发射的功率。这将是发射功率（方程RF.1）或从目标反射的功率（方程RF.3）。
	Computed	从源（s）到目的地（d）的斜距。

反射自由空间信号

反射自由空间信号的目标有效地创建了一个新的“发射源”。源的功率只是入射信号的信号密度与反射源的有效面积的乘积。反射器可以是一个平台（例如在执行双向雷达交互时）或地球表面（在执行杂波计算时）。然后可以通过应用方程RF.2将反射功率传播到接收器。

符号	来源	描述
	Equation RF.2c	发射器（x）发出的信号在目标（t）处的功率密度。
	Computed	由入射信号从目标反射产生的功率。
	radar_signature	目标的雷达截面。

接收自由空间信号

方程RF.4a用于直接、单向（通信、被动RF和干扰）。方程RF.4b用于双向（雷达、SAR）。

单向，发射器到接收器

One-way, Transmitter - to - receiver

(RF.4a)

双向，目标到接收器

Two-way, Target - to - receiver

(RF.2b)

符号	来源	描述
	See section 2.5	接收信号的分数，考虑到发射和接收器的频率/带宽可能不匹配。注意：这不适用于雷达交互，因为假设发射器和接收器是匹配的。
	transmitter_polarization receiver_polarization polarization_effects antenna_pattern	接收信号的分数，考虑到发射器和接收器的极化可能不匹配。注意：这不适用于雷达交互，因为假设发射器和接收器是匹配的。
	transmitter propagation_model	模式传播因子。这考虑了直接和间接信号路径之间的建设性/破坏性干扰。注意：这目前仅对雷达交互实现。
	Equation RF.2b	发射器发出的信号在接收器处的功率密度。
	Equation RF.2d	从目标反射的信号在接收器处的功率密度。
	receiver antenna_pattern	接收天线在目标物体（接收器或平台）方向的增益。这包括任何电子波束控制的影响（方程RF.6）。
	receiver internal_loss	接收器中从天线输出到接收器之间的内部损耗。
	Computed	接收到的功率。

带宽比

因子用于考虑发射器的频谱可能与接收器的调谐带不匹配的事实。它是发射器频谱在接收器调谐带内的分数。

	发射频谱的低频
	发射频谱的高频
	接收器的低调谐频率
	接收器的高调谐频率

符号	来源	描述
	receiver bandwidth	接收器的带宽。
	transmitter bandwidth	发射器的带宽。
	receiver frequency	接收器可以接收的频率范围的中心频率。
	transmitter frequency	发射器频谱的中心频率。

的结果值取决于发射器和接收器的高低频率的关系。

接收机噪声功率

以下定义适用于接收机噪声功率的计算：

符号	来源	描述
	Internal constant	玻尔兹曼常数（1.3806505E-23 J/deg-K）
	receiver bandwidth – or – transmitter pulse_width	接收机的带宽。如果未指定带宽且发射机是脉冲的，则带宽将计算为（1 / pulse_width）（即假设匹配滤波器）。
	Computed	噪声功率
	receiver noise_figure	接收机噪声系数（默认1.0）
	Internal constant	标准温度（290 deg-K）
	Computed	系统噪声温度。

噪声功率将使用以下过程计算。将使用第一个满足使用条件的步骤的值：

如果指定了noise_power，则使用定义的值。
如果无法确定带宽，则使用-160 dBW的值。
如果指定了noise_figure并且省略了antenna_ohmic_loss和receive_line_loss，则计算噪声功率为：
使用《雷达范围性能》，Lamont V. Blake，1986，Artech House, Inc.，第4章中定义的算法计算噪声功率。

天线噪声温度（天线指向角度的天空温度）：

接收线损耗引起的噪声温度贡献：

接收机引起的噪声温度贡献：

总系统温度：

噪声功率：

天线增益模式

每个发射机和接收机都有与之相关的天线增益模式。天线模式是使用全局antenna_pattern命令创建的。通过在发射机和接收机块中使用antenna_pattern命令将天线模式附加到发射机或接收机。如果未为发射机或接收机选择天线模式，则假设增益为1.0。

增益模式是方位角和仰角相对于模式原点（通常是瞄准线或指向角）的函数。对于给定的交互，计算相对于模式原点的兴趣点的方位角和仰角。

天线增益模式可以通过多种方式表示：

提供增益作为方位角和仰角函数的矩形表。
ALARM表。
均匀（恒定）模式。
圆形sin(x)/x模式。
矩形sin(x)/x模式。
余割模式。
GENAP模式（GENAP是政府TRAMS模型中提供的广义天线模式例程功能的子集）。

可以使用表的集合来形成极化和频率的复合模式。

电子控制波束的增益可以选择性地修改，以包括将波束指向阵列法线以外角度的影响。此功能通过在发射机或接收机中使用electronic_beam_steering命令启用。使用以下方程：

符号	来源	描述
	antenna_pattern	当观察兴趣点时天线的未修改增益。
	Computed	包括电子波束控制影响的增益。
	Computed	天线面法线与兴趣点向量之间的角度。
	electronic_beam_steering_loss_exponent	一个可选的指数，用于反映波束远离天线面法线时增益的退化量。

大气衰减

通过在发射机块中存在atmospheric_attenuation命令启用大气衰减的计算。

目前有两种可用的模型。这些模型是从SUPPRESSOR中提取的，目前仅适用于地面系统（表假设发射器在地面上）。

blake - 由L.V. Blake编写的一个大气吸收模型，海军研究实验室。基于42条衰减曲线族，适用于100 MHz到10 GHz之间的频率和0到10度之间的仰角。曲线在300海里之外是平的。这些表发布在《雷达系统分析》，第15.1节，David K. Barton，Artech Publishing。
earce - 来自ESAMS/ALARM/RADGUNS公共环境（EARCE）的一个大气吸收模型。这是一个预计算表的集合，适用于100 MHz到18 GHz和27 GHz到40 GHz之间的频率。频率低于100 MHz将假设为100 MHz。18 GHz到27 GHz之间和高于40 GHz的频率将使用一种非常计算密集的方法来确定衰减，应避免使用。

另一个基于国际电信联盟（ITU）建议ITU-R P.676的模型正在开发中。该实现将适用于空中和地面平台，并支持更广泛的频率范围。

传播算法

通过在发射机块中存在propagation_model命令启用传播效果（除了大气衰减）的计算。

目前支持一个模型：

fast_multipath - 在《雷达范围性能分析》，Lamont V. Blake，1986，Artech House, Inc.中定义的方法的实现。它计算由于信号从圆形、粗糙地球反射而导致的建设性或破坏性干扰的效果。可以提供两个因素来定义反射点处表面的属性。

杂波算法

WSF目前对表示杂波的能力非常有限。通过在接收机块中存在clutter_model命令启用杂波的使用。目前唯一的选项是使用杂波表，但尚未验证。

雷达传感器（WSF_RADAR_SENSOR）

WSF_RADAR_SENSOR模型有效地计算单个脉冲（或连续波形）的功率，然后计算集成多个脉冲的效果。

接收功率计算

应用了方程 RF.1 到 RF.4 来计算单个脉冲（或连续波形）的接收功率。请注意，这不包括干扰处理，干扰是在单独的步骤中处理的。

从RF.4b得来

从RF.2d得来

从RF.3b得来

从RF.2c得来

从RF.1(Radar.1)得来

信号处理与检测

在信号处理和检测中，处理后的信号计算公式为：

符号	来源	描述
	adjustment_factor	一个通用的调整因子，用于考虑模型未提供的其他恒定效应。
	integration_gain	由于多个脉冲的积分而产生的增益。如果指定了 swerling_case，则此值在内部计算。
	transmitter pulse_compression_ratio	脉冲压缩比。
	Equation Radar.1	接收功率。
	Computed	处理后的功率。

信噪比的计算公式为：

符号	来源	描述
	receiver clutter_model	杂波功率。
	Equation Jam.1	干扰机的入射功率。这是雷达接收器在检测交互时的入射功率之和。
	Equation RF.6	接收器噪声功率。
	Equation Radar.2	处理后的功率。
	Computed	信噪比（或干扰比）。

目标的检测由两种机制之一决定：

简单的二元检测器：通过指定 detection_threshold 使用。如果信噪比超过此阈值，则宣布检测成功。
Marcum-Swerling 检测器：根据给定的信噪比产生检测概率。如果计算出的检测概率超过所需的检测概率，则宣布检测成功。选择此检测器需要使用 swerling_case、number_of_pulses_integrated、probability_of_false_alarm 和 detector_law 命令。

被动RF传感器 (WSF_ESM_SENSOR)

被动RF计算（如ESM和RWR）使用单向方程。这里的“r”下标表示被动RF接收器，而“x”下标表示传感器、干扰机或通信发射机。扩展的方程如下：

从RF.4a得来

从RF.2b得来

从RF.1(ESM.1)得来

信噪比的计算公式为：

符号	来源	描述
	Equation RF.6	接收器噪声功率。
	Equation ESM.1	处理后的功率。
	Computed	信噪比（或干扰比）。

成功检测的声明条件是信噪比超过以下定义的阈值：

如果传输信号是脉冲的，则使用 pulsed_detection_threshold。
如果传输信号是非脉冲的，则使用 continuous_detection_threshold。
如果未指定上述阈值，则使用 detection_threshold。

SAR传感器 (WSF_SAR_SENSOR)

SAR计算是雷达计算的扩展。

所需采集时间

用于计算所需采集时间以获得期望分辨率的方程为：

符号	来源	描述
	Computed	所需的方位分辨率。
	doppler_overcollect_ratio	过采集比（默认值为1.0）。
	Computed	从传感器到图像中心的斜距。
	Computed	传感平台的地面速度。
	transmitter frequency -or- wavelength	发射信号的频率或波长。
	Computed	传感平台的地面轨迹与图像中心向量之间的方位角。
	Computed	方位角。

射频干扰 (WSF_RF_JAMMER)

干扰计算使用单向方程，其中发射器是干扰机，接收器是雷达或通信接收器。干扰计算发生在雷达检测或通信尝试时。WSF将汇总每个可能影响输出的干扰机的功率（即：如果有带内功率会影响接收器）。

“r”下标值用于传感器或通信接收器，“x”值用于干扰发射器。扩展方程如下：

从RF.4a得来

从RF.2b得来

从RF.1(Jam.1)得来

通信 (WSF_RADIO_TRANSCEIVER)

通信计算使用单向方程。

“r”下标值用于通信接收器，“x”值用于通信发射器。扩展方程如下：

从RF.4a得来

从RF.2b得来

从RF.1(Com.1)得来

信噪比计算为：

符号	来源	描述
	Equation Jam.1	表示入射干扰机功率。这是计算在交互时接收器上的入射功率之和。
	Equation RF.6	表示接收器噪声功率。
	Equation Comm.1	表示处理后的功率。
	Computed	计算得出的信噪比（或干扰比）。

如果信噪比 SN 超过接收器的检测阈值，则通信尝试将被宣布为成功。

红外传感器(WSF_IRST_SENSOR)

计算目标辐照度

确定背景辐射亮度。这包括一个相对简单的能力来考虑向天空或地面看的效果。

计算对比辐射强度：

符号	来源	描述
	platform infrared_signature	表示目标的源辐射强度（红外辐射强度）。
		背景辐射强度。
	platform optical_signature	表示传感器看到的目标投影面积。
	Computed	计算得出的目标对比辐射强度。

计算大气透过率（信号沿路径传播后剩余的部分）：

计算有效目标辐照度（有时称为 CEI）：

调整安装效果

传感器通常安装在窗户后面，这会遮挡视野中的区域，或以其他方式减少信号。这种遮挡或信号减少统称为“安装效果”，通过在接收器块中使用 antenna_pattern 命令来考虑（虽然红外传感器中没有“天线”，但为了方便起见，将其视为天线）。该命令应参考天线增益模式，其中增益（或更可能是损耗）表示有效目标辐照度应如何调整以考虑安装效果，即：

其中 G 是感兴趣方向的“天线增益”。在窗户外的区域将增益设置为非常小的值，实际上使该区域的目标不可检测。

计算检测概率

检测概率使用以下方程计算：

符号	来源	描述
	Equation IRST.1	表示有效目标辐照度。
	noise_equivalent_irradiance	表示传感器噪声的等效辐照度。
	Computed	计算得出的检测概率。
		高斯概率函数（参见《数学函数手册》，Abramowitz 和 Stegun，方程 26.2.5）。
	Computed	计算得出的信噪比。
	detection_threshold	表示检测阈值。