（1.解放軍裝備學(xué)院國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京101416）（2.中國洛陽電子裝備試驗(yàn)中心洛陽471003）

基于離散事件驅(qū)動(dòng)的電子戰(zhàn)高層仿真技術(shù)

趙忠文1韓文彬2郭金良2李曉燕2

（1.解放軍裝備學(xué)院國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京101416）（2.中國洛陽電子裝備試驗(yàn)中心洛陽471003）

由于高層次作戰(zhàn)分析仿真具有仿真裝備多、仿真地域?qū)挕⒎抡鏄颖敬蟮忍攸c(diǎn)，帶來了仿真效率優(yōu)化的需求。為了提升仿真運(yùn)行效率，設(shè)計(jì)了電子戰(zhàn)高層次仿真所需的模型結(jié)構(gòu)、事件結(jié)構(gòu)以及關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立了符合高層次仿真需求的電子戰(zhàn)裝備模型，既能滿足高層次仿真模型的典型性需求，又能有效避免精細(xì)仿真的大計(jì)算量。

事件驅(qū)動(dòng)；離散事件仿真；電子戰(zhàn)

Class NumberTP391

1 引言

隨著電子戰(zhàn)效能日益凸顯，電子戰(zhàn)仿真作為作戰(zhàn)分析仿真的一個(gè)子域，仿真復(fù)雜度和模型精細(xì)度需求逐漸提高，但同時(shí)又要保持超實(shí)時(shí)的仿真效率。然而，廣泛的電子戰(zhàn)仿真方法大多是針對低層次仿真需求的，其仿真架構(gòu)與模型粒度并不適用于高層次的作戰(zhàn)分析仿真。因此，需要專門研究適用于高層次分析仿真的電子戰(zhàn)仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)仿真精細(xì)度與仿真效率之間的平衡。

根據(jù)公開文獻(xiàn)分析［1～6］，電子戰(zhàn)仿真大多基于HLA技術(shù)實(shí)現(xiàn)，少量基于CORBA等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。例如，文獻(xiàn)［1］描述了HLA與BOM結(jié)合下的雷達(dá)對抗仿真技術(shù)；文獻(xiàn)［2］設(shè)計(jì)了通信對抗訓(xùn)練仿真系統(tǒng)的IDL接口和基于CORBA實(shí)時(shí)事件服務(wù)的通信對抗訓(xùn)練仿真模型；文獻(xiàn)［3］基于HLA思想設(shè)計(jì)了通信對抗訓(xùn)練仿真系統(tǒng)開發(fā)方法?；贖LA的電子戰(zhàn)仿真技術(shù)，其仿真效率通常受到整個(gè)仿真架構(gòu)的限制，因而并不能滿足大規(guī)模作戰(zhàn)分析仿真的超實(shí)時(shí)需求。離散事件仿真技術(shù)在電子戰(zhàn)相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例［7～8］，對于本文研究具有借鑒意義。

本文基于離散事件仿真理念，對高層次作戰(zhàn)分析仿真中的電子戰(zhàn)仿真技術(shù)進(jìn)行研究，從總體架構(gòu)和模型等層面進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，最終建立適用于基于離散事件驅(qū)動(dòng)的高層次電子戰(zhàn)仿真架構(gòu)。

2 離散事件驅(qū)動(dòng)仿真

該方法適用于仿真狀態(tài)變化由隨機(jī)的、有限的事件引起且只在離散時(shí)刻發(fā)生的系統(tǒng)，仿真效率遠(yuǎn)優(yōu)于時(shí)間驅(qū)動(dòng)方式。參照美軍層次化仿真體系結(jié)構(gòu)［9］，高層次的戰(zhàn)役級和任務(wù)級仿真多采用事件驅(qū)動(dòng)的技術(shù)體制。

表1 美軍層次仿真體系結(jié)構(gòu)

離散事件驅(qū)動(dòng)仿真可以采用自頂向下的方法，首先進(jìn)行模型結(jié)構(gòu)、事件結(jié)構(gòu)以及關(guān)聯(lián)關(guān)系等總體設(shè)計(jì)，然后結(jié)合事件驅(qū)動(dòng)關(guān)系設(shè)計(jì)具體計(jì)算模型。

3 電子戰(zhàn)仿真總體技術(shù)

3.1 模型結(jié)構(gòu)

根據(jù)電子戰(zhàn)雙方兵力構(gòu)成，常見的仿真模型分為偵察、干擾決策、干擾、干擾對象（雷達(dá)或通信）等四類，如圖1所示。在仿真系統(tǒng)中，還需根據(jù)雷達(dá)電子戰(zhàn)和通信電子戰(zhàn)等專業(yè)領(lǐng)域特點(diǎn)分別設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。此外，還有導(dǎo)彈電子戰(zhàn)、光電電子戰(zhàn)等其它特殊形式，不作為本文研究內(nèi)容。

3.2 事件結(jié)構(gòu)

事件結(jié)構(gòu)用于描述仿真狀態(tài)和內(nèi)部交互的變化，事件觸發(fā)條件反映了該事件的產(chǎn)生原因，事件引發(fā)行為則反映了該事件導(dǎo)致的結(jié)果，從而能夠完整表征仿真因果關(guān)系。

從電子戰(zhàn)規(guī)律出發(fā)，研究仿真對象行為隨時(shí)間、狀態(tài)、交互等條件變化的情況，進(jìn)一步抽象建模，就可得到電子戰(zhàn)仿真事件結(jié)構(gòu)。本文設(shè)計(jì)了如表2所示的9項(xiàng)仿真事件。具體實(shí)現(xiàn)中，事件需要結(jié)合領(lǐng)域特點(diǎn)進(jìn)一步細(xì)化，例如按照雷達(dá)電子戰(zhàn)和通信電子戰(zhàn)分別實(shí)現(xiàn)偵察、干擾決策、干擾事件，按照干擾效果不同進(jìn)一步細(xì)分為壓制干擾、欺騙干擾等事件。此外，體系仿真時(shí)，電子戰(zhàn)模型還將與指揮所、武器等其它模型產(chǎn)生事件關(guān)聯(lián)，需要從頂層進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖1 電子戰(zhàn)仿真模型結(jié)構(gòu)圖

表2 電子戰(zhàn)仿真事件結(jié)構(gòu)

3.3 關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)

圖2描述了電子戰(zhàn)仿真模型與事件之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。由模型指向事件的箭頭表示“觸發(fā)”，即模型解算結(jié)果有可能觸發(fā)事件；由事件指向模型的箭頭表示“驅(qū)動(dòng)”，即事件將驅(qū)動(dòng)模型執(zhí)行解算；由模型指向模型的箭頭表示“影響”，即模型解算結(jié)果直接改變另一個(gè)模型的輸入或狀態(tài)。圖中未標(biāo)識(shí)觸發(fā)條件的事件由時(shí)間或者指揮所、探測目標(biāo)等其它模型觸發(fā)。

圖2 電子戰(zhàn)仿真模型-事件關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)圖

4 電子戰(zhàn)仿真模型技術(shù)

下文分別介紹偵察、干擾決策、干擾、干擾對象（雷達(dá)或通信）等電子戰(zhàn)仿真模型構(gòu)建技術(shù)。其中，偵察、干擾決策、干擾等模型在雷達(dá)電子戰(zhàn)和通信電子戰(zhàn)領(lǐng)域的仿真流程是類似的，但具體計(jì)算模型有所差異，限于篇幅以雷達(dá)電子戰(zhàn)模型為例進(jìn)行描述。

4.1 偵察模型

基本流程如圖3所示，初始化階段按照想定參數(shù)完成模型初始化，在偵察預(yù)計(jì)算事件驅(qū)動(dòng)下解算可偵察時(shí)段，在可偵察時(shí)段內(nèi)按照偵察報(bào)周期解算偵察結(jié)果并上報(bào)，在偵察結(jié)束事件驅(qū)動(dòng)下終止模型解算過程。本質(zhì)上，仿真空間有多部偵察設(shè)備和偵察對象，因而圖3中各個(gè)模塊都有多維的運(yùn)行實(shí)例，并且每個(gè)事件的觸發(fā)與執(zhí)行都是并行而獨(dú)立的。

下面介紹具體模型算法。

圖3偵察模型計(jì)算流程圖

1）雷達(dá)粗過濾模型

按照以下準(zhǔn)則，剔除部分雷達(dá)參數(shù)。

（1）雷達(dá)運(yùn)行媒介不符合偵察對象媒介；

（2）雷達(dá)工作頻段不處于偵察頻段內(nèi)；

（3）雷達(dá)脈寬不處于可偵察脈寬范圍內(nèi)；

（4）雷達(dá)重頻不處于可偵察重頻范圍內(nèi)；

（5）偵察時(shí)段內(nèi)未開機(jī)的雷達(dá)。

2

）可偵察時(shí)段計(jì)算模型

計(jì)算每部雷達(dá)處于可偵察距離范圍內(nèi)的時(shí)段。

設(shè)雷達(dá)的發(fā)射功率為Pt，天線的增益為Gt，平均副瓣電平為Ls，偵察機(jī)標(biāo)稱捕獲距離為R0，參考輻射功率為P0。

當(dāng)偵察站處于雷達(dá)掃描范圍內(nèi)時(shí)，對該雷達(dá)捕獲距離為

當(dāng)偵察站處于雷達(dá)掃描范圍外時(shí)，對該雷達(dá)捕獲距離為

然后，遍歷雷達(dá)與偵察全航路相對距離，當(dāng)偵察站處于雷達(dá)掃描范圍內(nèi)且兩站相對距離小于Rr，或偵察站處于雷達(dá)掃描范圍外且兩站相對距離小于Rrs時(shí)，即為可偵察時(shí)段。

3）偵察結(jié)果解算

設(shè)每次偵察周期事件觸發(fā)時(shí)，兩站相對距離為Rx。

首先，采用簡化插值方法計(jì)算當(dāng)前捕獲概率。設(shè)Prob為捕獲距離標(biāo)稱捕獲概率，而穩(wěn)定捕獲距離的捕獲概率近似為1。若偵察站處于雷達(dá)掃描范圍內(nèi)，則當(dāng)前捕獲概率為

同樣，計(jì)算偵察站處于雷達(dá)掃描范圍外的捕獲概率。

然后，生成0～1之間的隨機(jī)數(shù)u，若u≤Px，則繼續(xù)。

最后，根據(jù)標(biāo)稱的參數(shù)測量能力及精度，生成偵察結(jié)果。無法測量的參數(shù)賦值為0，有能力測量的參數(shù)偵察結(jié)果生成方法為：生成均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差為s（s為標(biāo)稱精度）的隨機(jī)數(shù)，然后在參數(shù)真值上疊加隨機(jī)數(shù)，即為參數(shù)偵察結(jié)果。

4.2 干擾決策模型

基本流程如圖4所示，初始化階段按照想定參數(shù)完成模型初始化；仿真開始后，持續(xù)接收偵察報(bào)；在決策周期事件驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別和態(tài)勢分析，根據(jù)態(tài)勢調(diào)整干擾資源配置；若干擾資源配置方案變化，則觸發(fā)干擾狀態(tài)變化事件。

圖4 干擾決策模型計(jì)算流程圖

干擾決策算法與裝備戰(zhàn)術(shù)密切相關(guān)，往往需針對裝備建模。本文設(shè)計(jì)了威脅度優(yōu)先與干擾最優(yōu)化相結(jié)合的策略，根據(jù)偵察信息形成總體態(tài)勢，將偵察結(jié)果與威脅庫進(jìn)行配對，優(yōu)先對高威脅度威脅進(jìn)行干擾，對未識(shí)別的偵察結(jié)果進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)威脅判斷（例如雷達(dá)重頻、功率越高，威脅度越高等），依次安排最合適的干擾資源。

4.3 干擾模型

基本流程如圖5所示，在干擾狀態(tài)變化事件驅(qū)動(dòng)下接收干擾參數(shù)，針對每個(gè)干擾對象（雷達(dá)或通信）對干擾機(jī)粗過濾，然后計(jì)算所有有效干擾機(jī)形成的復(fù)合干擾效果，最后將干擾效果直接發(fā)送至干擾對象模型。

圖5 干擾模型計(jì)算流程圖（雷達(dá)）

常見的雷達(dá)干擾樣式包括噪聲干擾、多假目標(biāo)干擾、距離拖引、速度拖引、距離-速度聯(lián)合拖引干擾、角度欺騙干擾等，干擾效果主要表現(xiàn)為壓制、假目標(biāo)、角度欺騙以及破壞跟蹤等。高層次仿真中，可忽略雷達(dá)處于干擾機(jī)角度覆蓋范圍外的無意干擾效果。

1）干擾機(jī)粗過濾

按照以下準(zhǔn)則，剔除部分干擾機(jī)參數(shù)：

（1）非噪聲干擾但該雷達(dá)不是其干擾目標(biāo)的干擾機(jī)；

（2）拖引干擾但該雷達(dá)未跟蹤其平臺(tái)的干擾機(jī)；

（3）該雷達(dá)運(yùn)行媒介不符合其對象媒介的干擾機(jī)；（4）雷達(dá)工作頻段不處于干擾頻段內(nèi)；（5）干擾機(jī)關(guān)機(jī)。

2）計(jì)算噪聲干擾效果

噪聲干擾效果體現(xiàn)為對雷達(dá)目標(biāo)的壓制，因而計(jì)算過程中需要同時(shí)考慮雷達(dá)正在探測的目標(biāo)大小。

（1）計(jì)算每個(gè)時(shí)刻噪聲干擾機(jī)航路點(diǎn)相對雷達(dá)距離RJi和方位Aji，探測目標(biāo)相對雷達(dá)距離Rt和方位At。

（2）按照每個(gè)干擾機(jī)距離變化30%或者與探測目標(biāo)是否處于同一個(gè)波位的狀態(tài)變化點(diǎn)，劃分出若干干擾時(shí)間段。

（3）計(jì)算每個(gè)干擾時(shí)間段中所有噪聲干擾機(jī)航路點(diǎn)中最早時(shí)間的干擾效果。首先，提取干擾參數(shù)、探測目標(biāo)參數(shù)和雷達(dá)初始化參數(shù)，設(shè)第i部干擾機(jī)等效輻射功率為PJi，探測目標(biāo)的RCS大小為σt，雷達(dá)噪聲干擾容限為PJ0，對應(yīng)的參考干擾機(jī)距離為RJ0，參考目標(biāo)距離為Rt0，參考目標(biāo)RCS為σt0；然后，計(jì)算［10］干擾機(jī)的頻率對準(zhǔn)因子Dfi、方位對準(zhǔn)因子DAi、抗副瓣干擾因子Dslci；最后，相對于該探測目標(biāo)的合成噪聲功率為對該目標(biāo)的最大可探測距離為

（4）根據(jù)每個(gè)干擾時(shí)間段中Rt＜Rtx的時(shí)間段即為干擾條件下的目標(biāo)可探測時(shí)段，替代雷達(dá)原可探測時(shí)段。

3）計(jì)算欺騙干擾效果

（1）計(jì)算欺騙有效時(shí)段

設(shè)第i部欺騙干擾機(jī)等效輻射功率為PJi，與雷達(dá)相對距離為RJi；雷達(dá)欺騙干擾容限為PJ0，對應(yīng)的參考干擾機(jī)距離為RJ0。

如果沒有噪聲干擾，則欺騙有效距離為

如果存在噪聲干擾，合成噪聲功率計(jì)算方法與2）類似，則欺騙有效距離的近似表達(dá)式為

（2）求出所有RJi＜RJx的時(shí)段，即為欺騙功率有效時(shí)段。

（3）在欺騙功率有效時(shí)段內(nèi)，按照雷達(dá)探測周期計(jì)算欺騙干擾效果。如果有對應(yīng)的抗干擾手段，首先判斷抗干擾概率是否滿足，若滿足則不產(chǎn)生干擾效果。針對假目標(biāo)干擾，按照假目標(biāo)參數(shù)生成假目標(biāo)點(diǎn)跡；針對角度欺騙干擾，按照概率產(chǎn)生欺騙目標(biāo)點(diǎn)，替代被保護(hù)目標(biāo)的探測點(diǎn)跡；針對拖引干擾，判斷是否滿足拖引成功概率，若滿足則雷達(dá)對于干擾機(jī)平臺(tái)的探測點(diǎn)跡丟失。

4.4 雷達(dá)模型

與偵察模型類似，雷達(dá)模型基本流程包括目標(biāo)粗過濾、可探測時(shí)段解算、探測等模型。以下重點(diǎn)介紹探測模型，包括探測管理模型、搜索模型、失跟模型。

1）探測管理模型

探測航跡狀態(tài)分為起始、搜索、跟蹤和失跟，按照概率方式建模。當(dāng)探測周期事件到來時(shí)，按照下列步驟進(jìn)行解算。

（1）判斷每個(gè)目標(biāo)是否處于可探測時(shí)段。如果目標(biāo)當(dāng)前處于不可探測時(shí)段，若已建立航跡則刪除該航跡，處理結(jié)束；否則，繼續(xù)。

（2）根據(jù)航跡狀態(tài)調(diào)用不同的處理模型。若處于搜索狀態(tài)，則調(diào)用搜索模型；若處于跟蹤狀態(tài)，則調(diào)用失跟模型。

（3）根據(jù)搜索模型和失跟模型，修改航跡跟蹤狀態(tài)。

2）雷達(dá)搜索模型

設(shè)Pdi為當(dāng)前探測周期內(nèi)的單次探測概率，Ti為探測事件周期，Tg為雷達(dá)搜索回照間隔，tstart為當(dāng)前探測周期起始時(shí)刻，Pdc為當(dāng)前時(shí)刻的累積搜索概率。

當(dāng)前探測周期內(nèi)，可搜索到目標(biāo)的概率為CPdi=1-(1-Pdi)TiTg。

當(dāng)前探測周期的累積可搜索到目標(biāo)的概率為CPd=1-(1-Pdc)(1-CPdi)。

若產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)u，若u＜CPd，則目標(biāo)搜索成功，計(jì)算跟蹤起始時(shí)間為ttrack。

否則，保持搜索狀態(tài)，且Pdc=CPd。

3）雷達(dá)失跟模型

對于正在跟蹤的目標(biāo)，計(jì)算失跟時(shí)間。

Ploss為標(biāo)稱失跟概率，Ttrack為跟蹤回照周期，ttrack為跟蹤起始時(shí)刻，tloss為失跟時(shí)刻，u為隨機(jī)數(shù)。4.5通信模型

通信模型解算由消息發(fā)送事件觸發(fā)。當(dāng)有消息要發(fā)送時(shí)，通信模型進(jìn)行傳輸效果解算，如果能夠傳輸至接收方，則調(diào)用接收方的消息接收函數(shù)，完成消息傳遞。

根據(jù)仿真粒度不同，通信模型可實(shí)現(xiàn)為簡單模型或復(fù)雜模型兩類。簡單模型利用通信鏈路表設(shè)置通信設(shè)備之間的收發(fā)關(guān)系，每條鏈路通過傳輸時(shí)延、傳輸概率表征其鏈路特性。復(fù)雜模型則按照網(wǎng)絡(luò)仿真思路，由通信節(jié)點(diǎn)、通信設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)等子模型組成。

1）簡單通信模型

當(dāng)消息發(fā)送事件到達(dá)時(shí)，從通信鏈路表查找發(fā)送方與消息目的地之間是否具有鏈路，若具有鏈路且未被干擾則進(jìn)一步計(jì)算傳輸概率是否滿足，若滿足傳輸概率則認(rèn)為通信成功，接收方收到消息的時(shí)延為鏈路設(shè)置的傳輸時(shí)延。

2）復(fù)雜通信模型

該模型需要初始設(shè)置通信網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，主要包括網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)結(jié)構(gòu)、路由表、通信終端延時(shí)、通信帶寬、背景流量、誤碼率等。當(dāng)消息發(fā)送事件到達(dá)時(shí)，首先根據(jù)路由表設(shè)置的路由約束進(jìn)行路由選擇；若路由選擇成功，則進(jìn)行消息打包，在路由節(jié)點(diǎn)之間依次傳輸；對于每條通信鏈路，根據(jù)終端參數(shù)和消息參數(shù)計(jì)算傳輸時(shí)延、誤碼率等，最終獲取整個(gè)路由的傳輸時(shí)延與誤碼率；根據(jù)誤碼率及可理解閾值判斷消息能否正確到達(dá)接收方。

5 結(jié)語

針對高層次作戰(zhàn)分析仿真的電子戰(zhàn)仿真需求，全面研究了電子戰(zhàn)仿真總體架構(gòu)與模型設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了清晰可用的事件結(jié)構(gòu)及模型-事件關(guān)聯(lián)關(guān)系，描述了關(guān)鍵模型的計(jì)算流程與算法，能夠有效指導(dǎo)電子戰(zhàn)高層次仿真軟件的開發(fā)實(shí)現(xiàn)。

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Technology of High Level EW Simulation in Discrete Event-driven Method

ZHAO Zhongwen1HAN Wenbin2GUO Jinliang2LI Xiaoyan2
（1.Key Laboratory，Academy of Equipment，Beijing101416）（2.Luoyang Electronic Equipment Test Center of China，Luoyang471003）

Due to the features of massive equipments，expansive field and abundant samples in high-level simulation for battle analysis，the efficiency of simulation needed to be improved.Thus，the model architecture and event-driven architecture of high-level EW simulation were brought out as well as the relationship between the two architectures，the equipment models were also established for high-level simulation，which would be valid in high-level simulation and avoid the massive calculation with high precision.

event-driven，discrete event simulation，electronic warfare（EW）

TP391

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.06.013

2016年12月5日，

2017年1月17日

重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金（編號：140C92003）資助。

趙忠文，男，碩士，副研究員，研究方向：復(fù)雜電子系統(tǒng)仿真。韓文彬，男，碩士，助理研究員，研究方向：電子戰(zhàn)仿真試驗(yàn)與評估。郭金良，男，碩士，助理研究員，研究方向：雷達(dá)電子戰(zhàn)構(gòu)件化仿真規(guī)范與軟件技術(shù)等。李曉燕，女，碩士，研究方向：雷達(dá)電子戰(zhàn)視景仿真。