吳競超,王玲玲,袁 越

(中國船舶集團有限公司第八研究院,南京 211153)

0 引 言

在信息化作戰(zhàn)過程中,雷達系統(tǒng)一般都是在復(fù)雜的電磁干擾環(huán)境下完成各種作戰(zhàn)任務(wù)[1]。海上電子干擾環(huán)境、新型目標特性的日趨復(fù)雜,以及海上多重多變的自然電磁環(huán)境對艦載雷達探測性能的影響,都對艦載雷達設(shè)計研制提出了更高的要求?，F(xiàn)代仿真技術(shù)提出用仿真方法確定實際系統(tǒng)的模型[2],如何構(gòu)建更為客觀高效的艦載雷達探測的態(tài)勢環(huán)境仿真模型成為領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)研究熱點。

艦載雷達態(tài)勢環(huán)境建模是構(gòu)建艦載雷達數(shù)字仿真試驗平臺的重要組成和實現(xiàn)艦載雷達數(shù)字仿真試驗的必備條件。針對艦載雷達仿真設(shè)計和研制對探測態(tài)勢環(huán)境仿真模型的能力需求,本文提出一種艦載雷達態(tài)勢環(huán)境仿真模型設(shè)計方法,可支撐艦載雷達技術(shù)性能、戰(zhàn)術(shù)功能和使用性能設(shè)計及研制優(yōu)化。

1 仿真模型系統(tǒng)原理架構(gòu)

艦載雷達態(tài)勢環(huán)境仿真模型系統(tǒng)是目標態(tài)勢和電磁環(huán)境(含人為電子干擾環(huán)境和自然電子干擾環(huán)境)等態(tài)勢環(huán)境的系統(tǒng)仿真建模,通過對雷達系統(tǒng)仿真設(shè)計和所需態(tài)勢環(huán)境模型功能系統(tǒng)的抽象化數(shù)字描述,并轉(zhuǎn)換為能在計算機上運行的等價系統(tǒng)模型及數(shù)據(jù),實現(xiàn)對艦載雷達態(tài)勢環(huán)境的系統(tǒng)仿真。

艦載雷達態(tài)勢環(huán)境仿真模型系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖1所示,主要包括系統(tǒng)應(yīng)用層、功能層、性能層及業(yè)務(wù)工具層、數(shù)據(jù)支撐層等,其中應(yīng)用層用于支撐雷達仿真系統(tǒng)模型的試驗、驗證與評估、優(yōu)化。

圖1 艦載雷達態(tài)勢環(huán)境仿真模型系統(tǒng)體系原理架構(gòu)

系統(tǒng)可以采用態(tài)勢環(huán)境實時仿真數(shù)據(jù)、加載態(tài)勢環(huán)境仿真數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)和實裝實際試驗采集的態(tài)勢環(huán)境數(shù)據(jù),按艦載雷達系統(tǒng)仿真模型試驗驗證的仿真環(huán)境布站要求,通過時空統(tǒng)一接口協(xié)議,構(gòu)建和生成所需的空中目標、海面目標(含低空小目標)、岸基目標和人為有源/無源干擾環(huán)境、自然電磁環(huán)境等艦載雷達態(tài)勢環(huán)境主要性能模型,并以此形成集目標、人為干擾、自然電磁環(huán)境等為一體的態(tài)勢環(huán)境,經(jīng)多維綜合,實現(xiàn)艦載雷達系統(tǒng)仿真模型試驗驗證所需的艦載雷達態(tài)勢環(huán)境仿真系統(tǒng)模型。

為確?？梢钥陀^地支撐艦載雷達系統(tǒng)仿真模型的試驗驗證,根據(jù)系統(tǒng)需仿真試驗驗證的有源/無源干擾樣式和等級,以及海上自然電磁環(huán)境等級(如不同海域、海況、風(fēng)速、地物背景等),開展艦載雷達態(tài)勢環(huán)境仿真模型態(tài)勢評估,以針對性地滿足仿真模型對不同態(tài)勢環(huán)境下的試驗驗證需求。

2 仿真系統(tǒng)模型及其功能

艦載雷達態(tài)勢環(huán)境仿真用模型組成和功能如圖2所示,包括:

圖2 艦載雷達態(tài)勢環(huán)境仿真模型典型組成圖

(1)自然電磁環(huán)境模型。包括對海雜波、氣象、電磁傳播等環(huán)境的仿真實現(xiàn)能力;

(2)目標模型。包括對空中、低空/超低空、海面等雷達主動探測目標和目標平臺雷達輻射源信號等雷達被動探測目標的仿真實現(xiàn)能力;

(3)電子干擾模型。包括對自衛(wèi)式壓制和欺騙干擾、支援式壓制和欺騙干擾、多模組合干擾等人為有源干擾,以及假目標干擾、箔條干擾等人為無源干擾的仿真實現(xiàn)能力;

(4)態(tài)勢環(huán)境驅(qū)動模型。包括對面向雷達的需求轉(zhuǎn)換、雷達作戰(zhàn)環(huán)境、目標戰(zhàn)術(shù)分布、綜合數(shù)據(jù)生成,及其與統(tǒng)一態(tài)勢坐標轉(zhuǎn)化等有關(guān)的仿真實現(xiàn)能力;

(5)態(tài)勢環(huán)境控制與生成模型。包括對態(tài)勢環(huán)境預(yù)案生成及其環(huán)境模型、目標模型、態(tài)勢驅(qū)動模型的模式、方式等的編輯、處理、記錄和運行管理等控制的仿真實現(xiàn)能力;

(6)態(tài)勢環(huán)境評估模型。包括對態(tài)勢環(huán)境與實際應(yīng)用需求的符合性評估、態(tài)勢環(huán)境性能評估、功能評估以及使用效能評估等的仿真實現(xiàn)能力。

3 基本設(shè)計方法

3.1 基本要求

(1)需求分析與態(tài)勢想定

需求分析與態(tài)勢想定是艦載雷達態(tài)勢環(huán)境仿真模型構(gòu)架的重要前提和基礎(chǔ),針對艦載雷達系統(tǒng)仿真模型的體制、功能和技術(shù)參數(shù),確立態(tài)勢環(huán)境仿真模型的目標與要求;重點分析仿真建模對象的構(gòu)成、邊界和環(huán)境,形成建模的前提約束和假設(shè)條件;明確建模的層次、粒態(tài)勢環(huán)境仿真參數(shù)的精度和使用范圍,形成態(tài)勢環(huán)境建模仿真條件和可接受準則。

(2)建模設(shè)計

艦載雷達態(tài)勢環(huán)境仿真建模是實現(xiàn)態(tài)勢環(huán)境及其各模塊仿真的關(guān)鍵。仿真建模軟件應(yīng)符合軟件工程化要求,應(yīng)能有效反映多需功能的特性和規(guī)律,滿足所需各類態(tài)勢仿真、評估等的可信度和精度,并具有模型校驗、驗證和確認的接口等。模型數(shù)據(jù)應(yīng)滿足精度要求,且完備、準確,模型數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)內(nèi)容描述和數(shù)據(jù)元單位符號、數(shù)據(jù)類型、長度、取值范圍、標示符等應(yīng)規(guī)范。

3.2 基本流程

艦載雷達態(tài)勢環(huán)境仿真建模基本流程如圖3所示。由態(tài)勢驅(qū)動模型基于需求生成所需的態(tài)勢環(huán)境類別及其各種態(tài)勢與環(huán)境的布站模式,由態(tài)勢環(huán)境控制與生成模型建立態(tài)勢環(huán)境動態(tài)生成預(yù)案;根據(jù)態(tài)勢環(huán)境動態(tài)生成預(yù)案,調(diào)用和對自然電磁環(huán)境、目標環(huán)境、干擾環(huán)境的工作模式配置和參數(shù)設(shè)置;經(jīng)時空統(tǒng)一后,進行自然電磁環(huán)境、目標環(huán)境、干擾環(huán)境等模型工作模式與參數(shù)的相互關(guān)聯(lián)和綜合,形成綜合態(tài)勢環(huán)境;再由態(tài)勢環(huán)境驅(qū)動模型根據(jù)艦載雷達系統(tǒng)仿真模型試驗,對各種目標、干擾等的實時位置機動、工作模式和工作參數(shù)變化等要求,進行綜合態(tài)勢的實時更新,更新后的綜合環(huán)境態(tài)勢須進行針對態(tài)勢環(huán)境與要求的功能、性能和應(yīng)用效能等仿真結(jié)果及其置信度評估,當評估結(jié)果不滿足使用要求時,應(yīng)調(diào)整原動態(tài)仿真預(yù)案,并以此重新建立所需的艦載雷達態(tài)勢環(huán)境。

圖3 艦載雷達態(tài)勢環(huán)境仿真建模基本流程圖

4 典型艦載雷達態(tài)勢環(huán)境仿真

針對艦載雷達不同性能仿真試驗對不同態(tài)勢環(huán)境的需求,應(yīng)按需配置相應(yīng)的目標態(tài)勢、人為干擾環(huán)境和自然電磁環(huán)境等模型。例如開展雷達對空探測精度試驗(含對空精度標校試驗)時,典型目標態(tài)勢須分別配置2個空中目標(1大、1小)和2個低空目標(1個低小慢、1個低小快),以滿足艦載雷達對不同空中典型目標的探測精度仿真要求,或?qū)７謩e配置作接近和遠離(含距離、方位)機動的大、中、小各2個海面目標。當開展艦載雷達抗復(fù)雜有源/無源干擾性能試驗時,應(yīng)按需配置目標態(tài)勢、干擾環(huán)境和自然電磁環(huán)境等可等效實際使用的態(tài)勢與環(huán)境仿真模型,并分別經(jīng)態(tài)勢環(huán)境驅(qū)動模型、態(tài)勢環(huán)境控制與生成模型形成各類仿真試驗所需的仿真態(tài)勢環(huán)境,由態(tài)勢環(huán)境評估模型評估所構(gòu)建的仿真態(tài)勢環(huán)境與仿真試驗所需的態(tài)勢環(huán)境的一致性。

根據(jù)上述建模實施要求,針對艦載三坐標雷達仿真基本模型,開展對空動態(tài)誤差精度(標校)試驗用態(tài)勢環(huán)境的基本建模和應(yīng)用,按需分別配置一級海況下的目標仿真基本模型和目標態(tài)勢特性,如表1所示。

表1 試驗用目標模型及目標態(tài)勢特性配置表

軟件環(huán)境的配置操作系統(tǒng)為Microsoft Windows,編程環(huán)境為Microsoft Visual、Matlab。態(tài)勢環(huán)境、目標環(huán)境、目標機動和干擾設(shè)置界面分別如圖4～7所示。

圖4 態(tài)勢環(huán)境設(shè)置界面

圖5 目標部署設(shè)置

圖6 目標機動設(shè)置

圖7 干擾設(shè)置界面

根據(jù)艦載雷達仿真參數(shù)及其模型試驗需求,由態(tài)勢環(huán)境驅(qū)動模型形成實時更新的連續(xù)試驗態(tài)勢環(huán)境參數(shù),評估仿真結(jié)果及其置信度,結(jié)果表明:模擬的目標運動范圍大于被試雷達仿真模型對不同目標的最大作用距離的20%;空中目標運動高度5檔可調(diào);低空目標運動高度3檔可調(diào);目標距離位置、角度位置、速度精度均優(yōu)于被試雷達仿真模型最小可檢測單元的1/3。在對導(dǎo)彈等目標機動速度仿真中模擬了1～6 Ma等多種速度,可支撐艦載雷達實裝試驗中難以實裝配置形成的超高聲速目標態(tài)勢。仿真實現(xiàn)的態(tài)勢環(huán)境參數(shù)滿足試驗需求。

5 結(jié)束語

針對艦載雷達仿真設(shè)計和研制對探測態(tài)勢環(huán)境仿真模型的能力需求及仿真模型技術(shù)發(fā)展趨勢,本文提出了一種艦載雷達態(tài)勢環(huán)境仿真模型設(shè)計方法。通過分析仿真模型的體系架構(gòu)、模型要求和態(tài)勢環(huán)境仿真生成方法等,探討了艦載雷達態(tài)勢環(huán)境仿真模型與被試雷達數(shù)字仿真模型解耦、模型與參數(shù)解耦的可行性。按照本文方法設(shè)計的仿真系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)各種極限探測態(tài)勢條件下的技術(shù)性能、戰(zhàn)術(shù)功能和使用效能等試驗與參數(shù)測試,以及檢驗結(jié)果評估等功能,可支撐艦載雷達技術(shù)性能、戰(zhàn)術(shù)功能和使用性能設(shè)計及研制優(yōu)化,為艦載雷達態(tài)勢環(huán)境建模實施方法提供技術(shù)參考。