王國(guó)勝，戚宗鋒，徐享忠

(1．裝甲兵工程學(xué)院控制工程系，北京100072;2．電子信息系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南洛陽(yáng)471003;3．裝甲兵工程學(xué)院裝備指揮與管理系，北京100072)

裝有載機(jī)與監(jiān)視雷達(dá)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示與控制、敵我識(shí)別、通信、導(dǎo)航、無(wú)源探測(cè)等電子設(shè)備，并集預(yù)警、指揮、控制、通信、數(shù)據(jù)處理等諸多功能于一體的預(yù)警機(jī)，是現(xiàn)代和未來(lái)高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)中極為重要的武器裝備，主要用于搜索、監(jiān)視以及跟蹤空中和海上目標(biāo)并指揮、引導(dǎo)己方飛機(jī)完成作戰(zhàn)任務(wù)，因此被稱為活動(dòng)的空中指揮所，從而也成為電子對(duì)抗的重要作戰(zhàn)對(duì)象［6］。郭輝等［7］建立了預(yù)警機(jī)作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系，提出了采用區(qū)間數(shù)形式的加權(quán)和與加權(quán)積關(guān)系進(jìn)行指標(biāo)聚合的評(píng)估方法;魯瑞達(dá)等［8］運(yùn)用ADC效能模型，通過(guò)對(duì)空空模式下的效能指標(biāo)進(jìn)行分析，建立了預(yù)警機(jī)預(yù)警作戰(zhàn)效能模型。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)集可控性、可重復(fù)性、無(wú)破壞性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等眾多優(yōu)勢(shì)于一體，對(duì)預(yù)警機(jī)雷達(dá)電子對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能進(jìn)行仿真分析成為當(dāng)前以及未來(lái)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中電子對(duì)抗系統(tǒng)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。為此，本文搭建了預(yù)警機(jī)雷達(dá)電子對(duì)抗系統(tǒng)仿真分析的分層技術(shù)框架，構(gòu)建了預(yù)警機(jī)雷達(dá)電子對(duì)抗仿真聯(lián)邦，提出了預(yù)警機(jī)雷達(dá)電子對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能仿真分析方法，并通過(guò)2型4個(gè)雷達(dá)干擾站對(duì)預(yù)警機(jī)雷達(dá)電子對(duì)抗過(guò)程進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了該方法的有效性。

1 電子對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能仿真分析的技術(shù)框架

根據(jù)體系對(duì)抗效能仿真系統(tǒng)的需求，本文提出電子對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能仿真分析的分層技術(shù)框架，如圖1所示，主要由電磁環(huán)境仿真層、電磁效應(yīng)分析層以及電子對(duì)抗系統(tǒng)效能評(píng)估層等構(gòu)成，底層由電磁信號(hào)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)提供支撐。其中:電磁環(huán)境仿真層著重關(guān)注電磁輻射源行為，通過(guò)雙方電子對(duì)抗行動(dòng)和電子對(duì)抗措施的仿真，構(gòu)建戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境，以服務(wù)的形式為用頻設(shè)備提供戰(zhàn)場(chǎng)電磁信息查詢;電磁效應(yīng)分析層對(duì)用頻設(shè)備在戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境下的效應(yīng)進(jìn)行分析，為電子對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估層提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù);電子對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估層依據(jù)評(píng)估指標(biāo)體系，以電子對(duì)抗仿真過(guò)程數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，評(píng)估預(yù)期電子對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能，為電子對(duì)抗指控系統(tǒng)提供支持;電磁信號(hào)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)主要管理輻射源的基本戰(zhàn)技性能參數(shù)、電磁兼容性數(shù)據(jù)、自然傳播環(huán)境數(shù)據(jù)、預(yù)設(shè)背景電磁環(huán)境參數(shù)以及輻射源的行動(dòng)方案等戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境仿真的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖1 電子對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能仿真分析的技術(shù)框架

該技術(shù)框架體現(xiàn)了“面向服務(wù)”和“分而治之”的思想，即以服務(wù)的形式提供整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境信息的查詢;電磁效應(yīng)分析與戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境構(gòu)建分離，由相關(guān)武器平臺(tái)上的用頻設(shè)備根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境自行評(píng)估電磁效應(yīng)。其優(yōu)點(diǎn)是:1)有利于保證戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的一致性;2)可充分發(fā)揮用頻設(shè)備用戶的專業(yè)特長(zhǎng)，專注于電磁效應(yīng)分析，降低了問(wèn)題的復(fù)雜性。

2 預(yù)警機(jī)雷達(dá)電子對(duì)抗仿真聯(lián)邦

由于預(yù)警機(jī)對(duì)抗系統(tǒng)成員和預(yù)警機(jī)成員通常很少單獨(dú)運(yùn)行，預(yù)警機(jī)雷達(dá)電子對(duì)抗仿真系統(tǒng)在能單獨(dú)運(yùn)行的同時(shí)，要能很方便地與其他軍兵種的仿真系統(tǒng)集成與互操作，組裝成為更大規(guī)模的聯(lián)邦;因此，系統(tǒng)構(gòu)建采用了具備足夠靈活性的高層體系結(jié)構(gòu)(High Level Architecture，HLA)的架構(gòu)。

基于圖1，本文采用HLA技術(shù)構(gòu)建了預(yù)警機(jī)雷達(dá)電子對(duì)抗仿真聯(lián)邦，包括紅方的信息作戰(zhàn)指揮所成員、預(yù)警機(jī)雷達(dá)對(duì)抗成員以及飛機(jī)成員，藍(lán)方的預(yù)警機(jī)成員，白方的仿真運(yùn)行控制成員、仿真態(tài)勢(shì)顯示成員以及仿真結(jié)果記錄成員，如圖2所示。為清晰起見，圖中省略了紅方、藍(lán)方與白方成員之間的聯(lián)系。

2．1 概念模型

2．1．1 預(yù)警機(jī)雷達(dá)對(duì)抗系統(tǒng)

飯后，楊曉梅扶著老太太回臥室休息。高河表示要幫忙收拾餐桌，楊年豐搖了搖頭，說(shuō)：“我看你沒(méi)精打采，是不是火車上的疲勞還沒(méi)有舒緩過(guò)來(lái)？你回房休息吧，稍后我去找你，晚上我們大伙一起去江邊玩。”

圖2 預(yù)警機(jī)雷達(dá)電子對(duì)抗仿真聯(lián)邦

當(dāng)預(yù)警機(jī)雷達(dá)開機(jī)且進(jìn)入預(yù)警機(jī)雷達(dá)對(duì)抗系統(tǒng)偵察范圍時(shí)，雷達(dá)對(duì)抗偵察設(shè)備能發(fā)現(xiàn)預(yù)警機(jī)，并對(duì)預(yù)警機(jī)雷達(dá)實(shí)施噪聲壓制式干擾(不考慮欺騙式干擾)。圖3、4分別為預(yù)警機(jī)雷達(dá)對(duì)抗系統(tǒng)的雷達(dá)對(duì)抗偵察設(shè)備活動(dòng)和雷達(dá)干擾設(shè)備活動(dòng)的概念模型。

圖3 雷達(dá)對(duì)抗偵察設(shè)備活動(dòng)的概念模型

圖4 雷達(dá)干擾設(shè)備活動(dòng)的概念模型

2．1．2 預(yù)警機(jī)

預(yù)警機(jī)飛行狀態(tài)包括起飛、巡航、返航3個(gè)階段。預(yù)警機(jī)進(jìn)入巡航區(qū)域后，以巡航速度飛行，直到預(yù)定結(jié)束時(shí)間。雷達(dá)探測(cè)設(shè)備搭載在預(yù)警機(jī)上，首先開機(jī)進(jìn)行探測(cè)，若探測(cè)目標(biāo)的實(shí)際距離小于預(yù)警機(jī)雷達(dá)的探測(cè)距離，則該目標(biāo)被發(fā)現(xiàn)，然后把探測(cè)結(jié)果上報(bào)給指揮所。預(yù)警機(jī)飛行活動(dòng)、探測(cè)活動(dòng)的概念模型分別如圖5、6所示。

圖5 預(yù)警機(jī)飛行活動(dòng)的概念模型

圖6 預(yù)警機(jī)探測(cè)活動(dòng)的概念模型

2．2 數(shù)學(xué)模型

本文涉及的電子對(duì)抗過(guò)程可分為雷達(dá)空間探測(cè)和雷達(dá)干擾，其中:雷達(dá)空間探測(cè)又可分為單部雷達(dá)的空間探測(cè)和雷達(dá)網(wǎng)系統(tǒng)的探測(cè)［9］;雷達(dá)干擾為遠(yuǎn)距離支援式有源壓制性干擾［10］。

2．2．1 雷達(dá)空間探測(cè)

本文在計(jì)算雷達(dá)探測(cè)概率時(shí)沒(méi)有采用查表法，而是采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型直接計(jì)算得到，即

式中:S為單個(gè)脈沖信噪比(無(wú)干擾)或信干比(有干擾);n=frθ0．5/ω，為一次掃描中雷達(dá)脈沖積累數(shù)，其中θ0．5為雷達(dá)天線半功率波束寬度，ω為天線掃描角速度，fr為脈沖重復(fù)頻率;Φ(x)=，為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布概率分布函數(shù)。

在雷達(dá)網(wǎng)中，設(shè)各雷達(dá)分別以概率Pi發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，則對(duì)目標(biāo)綜合發(fā)現(xiàn)概率為

2．2．2 遠(yuǎn)距離支援式有源壓制性干擾

為便于計(jì)算，本文忽略傳播因子的影響，并假設(shè)干擾機(jī)是以主瓣對(duì)雷達(dá)進(jìn)行壓制性干擾，可得受擾雷達(dá)接收機(jī)輸入端的干擾功率(Pj)in與有用信號(hào)功率(Ps)in之比K為

式中:Pj為干擾機(jī)的發(fā)射功率;Ps為計(jì)入傳輸路線損耗的受擾雷達(dá)功率;Gj為干擾機(jī)天線的最大增益;Gs為雷達(dá)天線的最大增益;Δfrec為發(fā)射信號(hào)的有效頻譜寬度;Δfj為干擾信號(hào)的有效頻譜寬度;γj為干擾機(jī)天線對(duì)受擾雷達(dá)接收機(jī)天線的極化系數(shù);Fs(Φj，Θj)為受擾雷達(dá)天線的歸一化方向圖，其中Φj和Θj是在相應(yīng)平面中相對(duì)于受擾雷達(dá)波束軸線所測(cè)定的角度;σBF為被干擾遮蔽的戰(zhàn)斗編隊(duì)的反射截面積;Ds為雷達(dá)與被掩護(hù)的戰(zhàn)斗編隊(duì)的距離;Dj為干擾機(jī)的極坐標(biāo)。

當(dāng)式(3)中K=Kj(Kj為遮蔽系數(shù))時(shí)，可得受干擾后的探測(cè)距離

2．3 聯(lián)邦對(duì)象模型

2．3．1 對(duì)象類與屬性

聯(lián)邦對(duì)象模型中的對(duì)象類均由一級(jí)對(duì)象基類(BaseObject)派生而來(lái)，主要包括飛機(jī)類(Aircraft)、信息戰(zhàn)類(InformationWarfare)、輻射源類(Radiant-Source)、態(tài)勢(shì)對(duì)象類(SituationObj)以及控制站類(Bastion)等，其對(duì)象類層次結(jié)構(gòu)如表1所示。表2、3分別為對(duì)象基類(BaseObject)、預(yù)警雷達(dá)對(duì)象類(EWARadar)的屬性(省略有關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、枚舉類型)。

表1 聯(lián)邦對(duì)象模型的對(duì)象類層次結(jié)構(gòu)

表2 對(duì)象基類屬性

表3 預(yù)警雷達(dá)對(duì)象類屬性

2．3．2 交互類與參數(shù)

交互類均由一級(jí)基類(BaseInteraction)派生而來(lái)，主要包括聲明交互(AnnounceInteraction)、仿真請(qǐng)求(SimRequest)和仿真響應(yīng)(SimResponse)，其二級(jí)基類和三級(jí)基類如表4所示。

表4 交互類層次結(jié)構(gòu)

這里只給出雷達(dá)輻射源情報(bào)交互類參數(shù)，如表5所示(省略有關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、枚舉類型)。

表5 雷達(dá)輻射源情報(bào)交互類參數(shù)

3 預(yù)警機(jī)雷達(dá)電子對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能仿真實(shí)例分析

低空突防是一種常見而又復(fù)雜的作戰(zhàn)樣式，涉及多兵種、多機(jī)種之間的密切協(xié)同。本文給出了低空突防的簡(jiǎn)化案例，其依據(jù)主要是:一是削減規(guī)模，即紅、藍(lán)雙方分別為1個(gè)預(yù)警機(jī)對(duì)抗系統(tǒng)及1架預(yù)警機(jī);二是突出重點(diǎn)，即關(guān)注低空突防中的預(yù)警機(jī)探測(cè)與對(duì)抗，而非要地防空中的地空與空地對(duì)抗。

3．1 仿真背景設(shè)定

紅方殲擊機(jī)編隊(duì)從4個(gè)機(jī)場(chǎng)起飛，以低于300 m飛行高度實(shí)施低空突防，由某型預(yù)警機(jī)雷達(dá)電子對(duì)抗系統(tǒng)對(duì)低空突防飛機(jī)實(shí)施掩護(hù)，以保證低空突防成功率。該預(yù)警機(jī)雷達(dá)電子對(duì)抗系統(tǒng)由系統(tǒng)指揮控制站、雷達(dá)干擾站、目標(biāo)指示雷達(dá)站和對(duì)空無(wú)源探測(cè)定位設(shè)備等組成，本案例重點(diǎn)關(guān)注其中的2型4個(gè)雷達(dá)干擾站。這些干擾站在紅方低空突防方向成一線部署，對(duì)藍(lán)方預(yù)警機(jī)雷達(dá)進(jìn)行干擾;藍(lán)方預(yù)警機(jī)按照預(yù)定航線在預(yù)定區(qū)域巡航。該預(yù)警機(jī)雷達(dá)電子對(duì)抗系統(tǒng)想定作戰(zhàn)背景如圖7所示。

圖7 預(yù)警機(jī)雷達(dá)電子對(duì)抗系統(tǒng)想定作戰(zhàn)背景

3．2 仿真執(zhí)行

設(shè)置仿真初始條件后，啟動(dòng)仿真。仿真交互步長(zhǎng)為1 s(飛機(jī)、預(yù)警機(jī)內(nèi)部仿真步長(zhǎng)為50 ms)。由于實(shí)體數(shù)量較少，本仿真為超實(shí)時(shí)仿真。預(yù)警機(jī)雷達(dá)開機(jī)、進(jìn)入干擾站雷達(dá)探測(cè)范圍時(shí)，干擾站實(shí)施壓制式干擾。仿真初期和后期2個(gè)時(shí)刻雷達(dá)對(duì)抗仿真態(tài)勢(shì)分別如圖8、9所示，由此可直觀看出受到干擾之后預(yù)警機(jī)雷達(dá)的探測(cè)范圍，以及預(yù)警機(jī)與低空突防飛機(jī)之間的協(xié)同態(tài)勢(shì)。

圖8 某預(yù)警機(jī)雷達(dá)電子對(duì)抗系統(tǒng)效能仿真初期態(tài)勢(shì)

圖9 某預(yù)警機(jī)雷達(dá)電子對(duì)抗系統(tǒng)效能仿真后期態(tài)勢(shì)

3．3 仿真結(jié)果分析

某預(yù)警機(jī)雷達(dá)電子對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能仿真結(jié)果如表6所示，包括4部干擾站各自的型號(hào)、部署位置、干擾角度以及壓制距離。

干擾站編號(hào)干擾站型號(hào)干擾站位置干擾角度/(°)壓制距離/km 1 15 106．1 2 2 2 30 99．8 1 1 3 2 3 30 95．2 4 1 4 15 93．4

總體仿真評(píng)估結(jié)果:平均壓制距離為98．59 km，合成壓制角度為86°，干擾范圍達(dá)到藍(lán)方預(yù)警機(jī)雷達(dá)探測(cè)范圍的14．1%，將藍(lán)方預(yù)警機(jī)的預(yù)警時(shí)間縮短約2 min，從而各項(xiàng)指標(biāo)滿足預(yù)警機(jī)雷達(dá)電子對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)要求。

4 結(jié)論

本文著眼于系統(tǒng)的互操作性與組裝性要求，建立了預(yù)警機(jī)雷達(dá)電子對(duì)抗仿真聯(lián)邦，并通過(guò)低空突防實(shí)例驗(yàn)證了其有效性。下一步，將在此基礎(chǔ)上利用半實(shí)物仿真驗(yàn)證預(yù)警機(jī)雷達(dá)電子對(duì)抗仿真結(jié)果，并研究更為復(fù)雜的預(yù)警機(jī)雷達(dá)電子對(duì)抗案例，如多個(gè)預(yù)警機(jī)雷達(dá)電子對(duì)抗系統(tǒng)與多架預(yù)警機(jī)之間的對(duì)抗等，以改進(jìn)本文研究成果的適用性。

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