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虚实结合的电磁频谱监测训练系统设计

摘要：本文首先针对电磁频谱监测训练系统提出了总体设计构思，而后分别

从真实信号频谱监测，虚拟仿真设计两个方面，具体提出了虚实结合的电磁频谱

监测训练系统设计方法，意在通过该系统设计，降低成本的同时，提高装备操作

训练真实感，从而提高训练高效性，强化装备教学有效性。

关键词：虚实结合；电磁频谱；监测训练系统；设计方法

引言：

目前，电磁频谱监测保障人员的训练多以实装训练为主，此种方式虽然有效，

但由于受到装备价格贵、种类多、数量少、人员多、时间少等影响，致使实际教

学训练模式非常有限，取得的效果也并不理想。而有一些院校、机构的训练，则

主要以虚拟训练为主，其优势就是成本低、效率高，但很难获得实际设备和环境

的真实感受。因此，为了更好的适应真实电磁环境，解决真实环境下电磁信号的

接收与监测控制训练问题，与此同时，还要控制训练成本，应当积极探索并构建

虚拟结合现实的电磁频谱监测训练系统，提高训练成效。

一、电磁频谱监测训练系统总体设计构思

（一）设计要求

首先，要保证操作真实性，在电磁频谱监测训练系统中，应当满足可以接收、

监测到真实电磁信号，同时，当中各个部件的性能指标要能够测试到，比如监测

接收机、天线等，与实体系统相比，要确保各项功能操作真实感，只有这样，才

可以满足教学训练需求。其次，设计的系统模型要尽量逼真，这就需要在外形、

尺寸、线缆、面板接口、天线等部分，做到1：1的模拟，从而有效提高受训者

的真实装备训练感受，提高训练效果。再次，在设计该系统时，应当做到训练高

效性，只有保证训练效果，才可以使得实际装备操作模式发挥作用，在多方面开

展不同科目的训练，比如开机检查、电磁信号监测与控制、典型性能指标测试、

电磁信号测向等，有效提高训练效果，使得受训者可以更好的了解并掌握电磁频

谱监测系统具体操作技能。最后，该系统的设计，要具备较强的维护扩展性，主

[1]

要指的就是后续实施系统管理和维护具有较强的便利性，为二次开发打好基础。

（二）系统组成

在该电磁频谱监测训练系统中，涵盖了天线、频谱扫描接收、训练控制、测

向模拟等单元。其中频谱扫描接收单元，主要就是指按照训练控制单元发出的指

令进行工作，具体内容就是分析、处理真实电磁信号，从而完成电磁频谱扫描、

放大以及显示；而天线单元属于该系统的前沿设备，用来接收真实环境下超短波、

微波电磁信号；而测向模拟单元主要的指的就是一种模拟训练平台，其中利用了

虚拟现实技术，满足了电磁信号测向需求；训练控制单元作为该系统的控制中心，

主要作用就是控制电磁频谱信号监测、信号分析与处理、信息显示等。

二、真实信号频谱监测实现

为了确保训练环境的真实性、有效性，可以采用“监测接收机+控制计算机”

方式完成真实信号频谱监测，而监测接收机则主要由天线单元、频谱扫描接收单

元组成，控制计算机作为训练控制单元使用。

（一）天线单元设计

在天线单元设计中，需要包含超短波监测天线、微波监测天线。下面分别对

这两种天线进行分析。

其中，微波监测天线主要的功能就是接收实际工作微波通信设备产生的电磁

信号，通常情况下，工作范围为2-8GHz。微波监测天线的设计，为了达到良好

的接收效果，选择参考喇叭天线作为原型参考进行设计，此种天线具有携带便利、

性价比高的优势。在具体设计中，通过利用加脊展宽工作频段，采用FSS实现优

化设计。

而超短波监测天线，通常主要用来接收VHF、UHF电磁信号。在实际设计中，

应当将其天线的方向设计为全向，这样才可以更好的保证接收效果。在实际训练

过程中，由于机动站、固定站特有的训练特点，所以，建议设计人员参考盘锥天

线，而后运用HFSS软件进行优化设计。设计人员通过分析后发现，天线宽带特

性会受到圆盘尺寸、圆盘高度、锥角大小等因素的影响，因此，需要合理优化目

标，确保天线在20MHz-3GHz工作频率范围内驻波比不能超出2.5[2]。

（二）频谱扫描接收单元设计

事实上，分析系统频谱监测工作原理可知，主要就是电磁信号在天线的作用

下，进入到频谱扫描接收单元预选器内，经过预选器对信号的处理，最终以中频

信号的形式传递给数字中频模块，而后该便进一步下一步的处理，并利用数字信

号处理软件，最终完成对各种信息的测量，在此基础