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(中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所,河北石家莊050081)

0 引言

電子對(duì)抗組網(wǎng)作戰(zhàn)分析仿真系統(tǒng)是對(duì)在實(shí)際或假想的環(huán)境下,按照所設(shè)計(jì)的規(guī)則和過程行動(dòng)2支或多支部隊(duì)進(jìn)行對(duì)抗的仿真系統(tǒng)。組網(wǎng)仿真即運(yùn)用仿真分析的方法,模擬綜合運(yùn)用各種電子對(duì)抗裝備,與相關(guān)部隊(duì)密切配合,將具有不同特點(diǎn)、性能和工作頻段的信息對(duì)抗裝備組織起來,形成全時(shí)空、全頻域的各種平臺(tái)互相補(bǔ)充、各種干擾相互聯(lián)系且相互支援的有機(jī)整體,評(píng)價(jià)這個(gè)整體的綜合作戰(zhàn)能力,研究武裝力量的需求和組織結(jié)構(gòu),為作戰(zhàn)指揮提供輔助決策。

1 仿真體系結(jié)構(gòu)

電子對(duì)抗組網(wǎng)仿真技術(shù)的研究可從以下幾個(gè)層次上進(jìn)行:

①構(gòu)建較為完善的各電子對(duì)抗設(shè)備模型,能體現(xiàn)設(shè)備的主要性能;

②構(gòu)建完善的地理環(huán)境電磁環(huán)境的模型,能適應(yīng)多邊的電磁環(huán)境和典型地形環(huán)境的變化需要;

③對(duì)敵通信系統(tǒng)建模,能仿真敵通信設(shè)備和系統(tǒng)的主要性能和工作過程;

④構(gòu)建完善對(duì)抗系統(tǒng)模型,能體現(xiàn)系統(tǒng)的主要性能和通信對(duì)抗作戰(zhàn)能力;

⑤建立系統(tǒng)模型的性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

為了適應(yīng)組網(wǎng)工作環(huán)境,實(shí)現(xiàn)各種電子偵察、測向和干擾站型組網(wǎng)協(xié)調(diào)工作,建立組網(wǎng)仿真控制的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 組網(wǎng)仿真體系結(jié)構(gòu)

2 仿真系統(tǒng)建模方法

模型生成是指在系統(tǒng)內(nèi)形成一組能反映實(shí)體運(yùn)動(dòng)形態(tài)的模型。模型生成過程具有如下特點(diǎn):

①模型在系統(tǒng)內(nèi)的主要存儲(chǔ)方式是非程序式的?；跀?shù)據(jù)的模型表示和基于知識(shí)的模型表示都可以作為模型的基本形態(tài);

②在生成模型的過程中,采用定量建模和推理分析相結(jié)合的技術(shù)。定量建模用于確定模型的數(shù)學(xué)形態(tài)和有關(guān)的參數(shù)。推理分析在建模前、建模中和建模后都起作用;

③模型生成在人機(jī)交互中完成。在傳統(tǒng)的建模過程中,人的作用和機(jī)器的作用二者的分界線十分明顯,而在模型生成技術(shù)中這種分界線是模糊的。

模型生成應(yīng)該是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程。特別是在實(shí)體所處的環(huán)境變化時(shí),模型的生成環(huán)境也應(yīng)該隨之變化,即使按同一工作步驟,所生成的模型也不會(huì)完全相同。

3 仿真設(shè)計(jì)

3.1 仿真建模方法

組網(wǎng)仿真系統(tǒng)首先建立電子對(duì)抗各設(shè)備完善的性能描述,在此基礎(chǔ)上建立各設(shè)備的仿真模型,其次建立電子對(duì)抗系統(tǒng)及戰(zhàn)場電子對(duì)抗組網(wǎng)的一整套系統(tǒng)描述和性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),并建立系統(tǒng)仿真模型。通過仿真試驗(yàn),驗(yàn)證系統(tǒng)模型描述和系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的正確性。

在組網(wǎng)仿真系統(tǒng)中,干擾站仿真布署主要涉及到的關(guān)鍵環(huán)節(jié)有:建立干擾站及干擾目標(biāo)的模型,要求準(zhǔn)確、完整,能體現(xiàn)設(shè)備的主要性能和主要技術(shù)指標(biāo);建立戰(zhàn)場電磁環(huán)境和地形環(huán)境模型,要求模型建立準(zhǔn)確、完整,能夠適應(yīng)多變的電磁環(huán)境和典型的地形環(huán)境的變化需要;從技術(shù)角度建立戰(zhàn)場中電子偵察對(duì)抗裝備的統(tǒng)配原則,為戰(zhàn)術(shù)使用提供必要的準(zhǔn)則,以實(shí)現(xiàn)對(duì)戰(zhàn)場上所有電子對(duì)抗裝備的最佳利用。組網(wǎng)仿真系統(tǒng)組成如圖2所示。圖中各部分組成說明如下:

①情報(bào)資料庫:記錄戰(zhàn)場偵察分析得到的情報(bào)信息;

②裝備資料庫:記錄本方當(dāng)前戰(zhàn)場配屬的裝備資料信息;

③目標(biāo)模型:根據(jù)情報(bào)信息抽象,產(chǎn)生敵方目標(biāo)模型;

④電子戰(zhàn)裝備模型:根據(jù)本方裝備資料信息抽象,產(chǎn)生裝備資料信息模型;

⑤戰(zhàn)場電磁態(tài)勢模擬仿真:根據(jù)戰(zhàn)場地形地貌的地理特征,提取戰(zhàn)場電磁環(huán)境特征,根據(jù)電磁環(huán)境特征確定模糊推理輸入量;

⑥模糊評(píng)判規(guī)則庫:根據(jù)在不同地理環(huán)境下累積的經(jīng)驗(yàn)建立的一套評(píng)判準(zhǔn)則;

⑦統(tǒng)配規(guī)則庫:根據(jù)在不同地理環(huán)境下累積的經(jīng)驗(yàn)建立的一套裝備配屬準(zhǔn)則;

⑧模糊推理決策:給出了模糊邏輯和近似推理的方法;

⑨仿真結(jié)果報(bào)告:根據(jù)仿真推理結(jié)果,顯示和在地圖上標(biāo)繪仿真結(jié)果信息。

圖2 組網(wǎng)仿真系統(tǒng)組成

3.2 地理信息建模

電磁環(huán)境仿真的工作過程主要分為場景產(chǎn)生和場景處理2步。在場景產(chǎn)生期間,首先由用戶輸入或外部數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生地圖繪制文件;然后,用戶可以在系統(tǒng)仿真平臺(tái)上根據(jù)特定的試驗(yàn)要求確定輻射源參數(shù)和輻射源工作方式。建立戰(zhàn)場地理環(huán)境模型,首先必須能夠精確分析和測量戰(zhàn)場地理環(huán)境,對(duì)地理信息進(jìn)行有效處理。

3.3 電磁環(huán)境建模

根據(jù)仿真模型做粗略計(jì)算和根據(jù)抽樣結(jié)果進(jìn)行回歸分析,首先要解決下述模型建模環(huán)節(jié)。

3.3.1 圍繞地球表面的繞射損耗數(shù)學(xué)模型

圍繞地球表面的繞射基本衰減計(jì)算公式為:

式中,G(x0)=0.0575x0-10lgx0;函數(shù)F(x1)、F(x2)和C1(k,b0)可以通過樣本做曲線擬和取得;G(x0)、F(x1)和F(x2)所用到的函數(shù)參數(shù)如下:其中 ,dlt為發(fā)射端離其視線點(diǎn)的距離;dlr為接收端離其視線點(diǎn)的距離;d為發(fā)射端和接收端之間的直線距離;a為等效地球半徑。

以水平極化方式為例,參數(shù)k,b可以表示為:

式中,x=1.8×104σ/f;參數(shù)ε、σ為介電常數(shù)和電導(dǎo)率。

3.3.2 山峰繞射損耗

對(duì)于電磁波單波繞射其數(shù)學(xué)模型表示如下:

山峰繞射損耗計(jì)算公式為:

此外還有樹林繞射損耗、4個(gè)基本無線電氣候區(qū)傳播方式、氣體吸收所引起的具體衰減、波導(dǎo)模式衰減、對(duì)流層散射模式衰減、自由空間傳播損耗和等效各向同性輻射功率等等,限于篇幅不再介紹。

4 仿真實(shí)例分析

4.1 在數(shù)字地圖上布置干擾臺(tái)站實(shí)例

在確定干擾站布設(shè)截面以后,需要根據(jù)敵臺(tái)方位選擇布設(shè)合適的干擾臺(tái)站。在這里可按照如下方法布設(shè):

①分別在對(duì)方電臺(tái)布設(shè)位置,向干擾站截面所在直線做投影,與干擾站布設(shè)截面所在直線交于一點(diǎn);

②將這些點(diǎn)按緯度高低進(jìn)行排序;

③根據(jù)模糊計(jì)算得出的對(duì)方電臺(tái)的重要等級(jí)程度對(duì)投影點(diǎn)進(jìn)行排序,依次將重要等級(jí)高的投影點(diǎn)進(jìn)行冒泡排序;

④計(jì)算干擾站布設(shè)點(diǎn)與目標(biāo)之間是否存在遮擋。如果存在遮擋,以布設(shè)點(diǎn)為圓心,r為半徑,背離目標(biāo)方向做半圓,在圓弧上選擇點(diǎn),計(jì)算與目標(biāo)是否存在遮擋,如果不存在遮擋,則將干擾站步設(shè)點(diǎn)選擇在這里,否則繼續(xù)擴(kuò)大半徑r,尋找新的布設(shè)點(diǎn);

⑤根據(jù)第1個(gè)干擾目標(biāo)的信號(hào)特征,選擇相適合的干擾站,將干擾站布設(shè)到目標(biāo)對(duì)應(yīng)的投影點(diǎn),并對(duì)該目標(biāo)做已分配標(biāo)記;

⑥以干擾站布設(shè)點(diǎn)為中心,根據(jù)干擾站波束寬度從高緯度向低緯度按一定步進(jìn)進(jìn)行掃描,計(jì)算是否有新的電臺(tái)位置出現(xiàn)在掃描線上方;

⑦如果有新的電臺(tái)位置出現(xiàn)在掃描線上方,判斷電臺(tái)信號(hào)特征是否能夠被當(dāng)前干擾站干擾;

⑧如果信號(hào)特征能夠被當(dāng)前干擾站干擾,根據(jù)目標(biāo)距離和目標(biāo)信號(hào)強(qiáng)弱,計(jì)算干擾所需壓制功率,如果干擾戰(zhàn)能夠滿足功率要求,將該目標(biāo)打上分配干擾標(biāo)記;

⑨將已經(jīng)分配干擾的對(duì)方電臺(tái)移出目標(biāo)集,重復(fù)⑥～⑧,直到目標(biāo)庫中絕大多數(shù)電臺(tái)都分配干擾站對(duì)其進(jìn)行干擾。

4.2 計(jì)算干擾范圍

在選定干擾站和確定干擾站位置以后,從干擾站位置向這個(gè)干擾站對(duì)付的第1個(gè)目標(biāo)引一條射線,以干擾站位置為中心,從這條射線位置開始,向低緯度方向掃描天線波束寬度角度,記錄下所有能夠干擾的目標(biāo)。從這些目標(biāo)中,選擇所需的最大的干擾功率,根據(jù)最大干擾功率,計(jì)算最大干擾距離。以干擾站為中心,最大干擾距離為半徑,從射線位置向低緯度方向做扇形,扇形夾角為天線波束寬角度。這個(gè)扇形區(qū)域就是分布的干擾站的干擾范圍。

4.3 電磁環(huán)境模型仿真

在實(shí)際電磁環(huán)境中,產(chǎn)生電磁波傳播衰減的因素很多,每種因素對(duì)電磁波能量損耗的作用大小是不一樣的。在這里將仿真模型的計(jì)算局限在傳播方式為傳播方式一即晴空的傳播方式。在這種傳播方式里,對(duì)流層散射L1、波導(dǎo)傳播L2、層反射/折射L3、氣體吸收L4和場地屏蔽L5構(gòu)成主要傳播損耗。

記損耗向量為:L=(L1,L2,L3,L4,L5,ε),損耗系數(shù)為

總的傳播損耗為:

式中,ε為其他因素構(gòu)成的損耗,這里根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值給出。

①2點(diǎn)通視計(jì)算。在地圖上的任意2點(diǎn),根據(jù)地形地貌,計(jì)算2點(diǎn)之間是否存在遮擋。其中?表示2點(diǎn)的位置,實(shí)線表示從第1點(diǎn)到第2點(diǎn)之間無遮擋距離,虛線表示遮擋部分;

②2點(diǎn)剖面計(jì)算。由于地表的崎嶇不平,在地圖上的任意2點(diǎn)之間其地面存在高低起伏,為直觀描述地表起伏,仿真中可以計(jì)算2點(diǎn)的剖面。例如計(jì)算2點(diǎn)之間的剖面,其坐標(biāo)分別為:(109.997 97,34.558 4)和(110.171 3,34.339 3),其剖面如圖3所示。

圖3中橫坐標(biāo)表示2點(diǎn)的水平距離,縱坐標(biāo)表示高度,曲線表示2點(diǎn)間的剖面。在這里曲線采用直線插值逼近。

圖3 2點(diǎn)剖面計(jì)算

5 結(jié)束語

針對(duì)電子對(duì)抗組網(wǎng)仿真的具體特性,對(duì)構(gòu)建仿真系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析,設(shè)計(jì)了應(yīng)用于通信對(duì)抗系統(tǒng)中組網(wǎng)仿真各個(gè)體的數(shù)學(xué)模型,給出了實(shí)際算法。該方法對(duì)電子對(duì)抗組網(wǎng)仿真性能研究和作戰(zhàn)效能評(píng)估提供了一條較好的解決途徑。

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