陳國棟,黃巖毅

(空軍第一航空學(xué)院,河南信陽 464000)

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電子對抗專題

航空電子對抗作戰(zhàn)推演系統(tǒng)研究

陳國棟,黃巖毅

(空軍第一航空學(xué)院,河南信陽 464000)

針對戰(zhàn)場電磁環(huán)境搭建與推演的軍事需求，通過規(guī)范統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)和模型體系，建立了紅藍雙方參戰(zhàn)兵力的運動、雷達、電子對抗、武器等系統(tǒng)的設(shè)備及行為模型，實現(xiàn)作戰(zhàn)雙方的自主模擬推演與效能評估。結(jié)果表明，該系統(tǒng)模型完整可信，具有良好的逼真性、對抗性、協(xié)同性和自主性，信息對抗可視化效果好，能夠滿足航空電子對抗作戰(zhàn)推演的需求。

航空電子對抗；作戰(zhàn)推演；作戰(zhàn)仿真；計算機生成兵力

0 引 言

信息化戰(zhàn)爭中，制電磁權(quán)已經(jīng)成為作戰(zhàn)雙方激烈爭奪的“制高點”，只有充分認清作戰(zhàn)雙方的電子裝備能力，合理部署己方的電子裝備，構(gòu)建有利于己而不利于敵的戰(zhàn)場電磁環(huán)境，是奪取制電磁權(quán)乃至奪取戰(zhàn)爭主動權(quán)的前提和基礎(chǔ)[1-3]。

本文針對戰(zhàn)場電磁環(huán)境搭建與推演的軍事需求，開發(fā)了航空電子對抗作戰(zhàn)推演系統(tǒng)，主要研究了信息化戰(zhàn)場上各型作戰(zhàn)平臺的航跡規(guī)劃、通信、雷達、電子對抗、武器等系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化建模以及信息對抗的可視化問題，實現(xiàn)了欠實時、實時、超實時的自動或人在環(huán)的作戰(zhàn)方案推演，對優(yōu)化戰(zhàn)場裝備兵力部署，輔助制定電子戰(zhàn)方案和戰(zhàn)場頻譜管理計劃等具有重要的意義。

1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

1.1 總體結(jié)構(gòu)

航空電子對抗作戰(zhàn)推演系統(tǒng)采用紅藍雙方對抗的模式在計算機平臺上實現(xiàn)兵力生成、作戰(zhàn)想定、推演控制、記錄回放、效能評估等功能，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)想定建立紅藍雙方參戰(zhàn)兵力，仿真雙方的戰(zhàn)斗機、轟炸機、預(yù)警機、干擾機、地/海面引導(dǎo)/警戒雷達、地/海面防空導(dǎo)彈等系統(tǒng)的工作模型。配置方式上，紅藍雙邊推演兵力可以根據(jù)模型仿真粒度分布在一臺或多臺計算機上，作戰(zhàn)想定、推演控制、記錄回放、效率評估、戰(zhàn)場電磁環(huán)境仿真等模塊運行在獨立的計算機上，為保證系統(tǒng)的靈活性和可擴展性，各平臺通過在駐留在終端的通信Agent實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

圖1 總體結(jié)構(gòu)

仿真過程中，紅藍雙方的戰(zhàn)斗機平臺主要仿真數(shù)據(jù)鏈、機載火控雷達、自衛(wèi)電子對抗、機載空空導(dǎo)彈的火控和彈道的工作過程；轟炸機主要仿真數(shù)據(jù)鏈、機載火控雷達、空地導(dǎo)彈的火控和彈道的工作過程；預(yù)警機主要仿真機載預(yù)警相控陣?yán)走_的探測能力和基于數(shù)據(jù)鏈的情報分發(fā)能力；干擾機主要仿真數(shù)據(jù)鏈、機載告警、隨隊干擾、支援干擾、無源干擾的工作過程；地(海)面引導(dǎo)/警戒雷達主要仿真地(海)對空雷達對空中目標(biāo)的探測、跟蹤及情報分發(fā)、指揮引導(dǎo)能力；防空導(dǎo)彈系統(tǒng)主要仿真制導(dǎo)雷達的目標(biāo)探測、跟蹤能力和地空導(dǎo)彈的火控、彈道計算過程。系統(tǒng)具有獨立的碰撞檢測和數(shù)據(jù)記錄模塊，以進行第三方的實體墜毀或摧毀判決。

其中，戰(zhàn)場中各實體的雷達、干擾、導(dǎo)引頭、指令制導(dǎo)等電子設(shè)備的發(fā)射信號通過脈沖描述字將信號波形發(fā)送至戰(zhàn)場中所有其他實體的雷達和干擾設(shè)備的天線陣面，各實體根據(jù)自身的工作狀態(tài)對接收的脈沖描述字進行接收計算和信號數(shù)據(jù)處理。為了建立更加逼真的戰(zhàn)場環(huán)境，各實體將發(fā)射信號發(fā)送至獨立的戰(zhàn)場環(huán)境仿真模型，由戰(zhàn)場環(huán)境仿真模型對所有環(huán)境中的電磁信號進行衰減計算、編排重組后發(fā)送給各接收實體進行接收仿真計算。

1.2 實體模型及模型體系

在以航空電子對抗作戰(zhàn)評估為中心的推演系統(tǒng)中，實體模型主要包括戰(zhàn)斗機、轟炸機、預(yù)警機、干擾機、地/海面引導(dǎo)/警戒雷達、地/海面防空導(dǎo)彈等系統(tǒng)的電子設(shè)備及武器模型。各實體模型應(yīng)能有效反映兵力實體在作戰(zhàn)過程中的自主行為能力，具有行為的逼真性、對抗性、協(xié)同性，能夠完成對環(huán)境和指令的響應(yīng)。為了保證系統(tǒng)的可重用性和可擴展性，需要對實體模型進行標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化建模，建立統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)和模型體系[4-8]。

作戰(zhàn)平臺的標(biāo)準(zhǔn)化建模仿真流程如圖2所示。由于不同作戰(zhàn)平臺在不同的狀態(tài)下，其模型數(shù)量和運算量是不同的，為了保證作戰(zhàn)推演速度和統(tǒng)一時間基準(zhǔn)，各模型根據(jù)當(dāng)前推演時間動態(tài)計算自身仿真步長。對雷達設(shè)備模型，為了模擬雷達操作手或飛行員操縱雷達天線掃描的行為，系統(tǒng)需要在推演初始或在推演過程中由指揮參謀人員指定雷達擬跟蹤的目標(biāo)，此時，戰(zhàn)場環(huán)境仿真模型將發(fā)送雷達的方位、俯仰掃描中心，以保證雷達天線主瓣照射目標(biāo)，進而及時有效地自動截獲、跟蹤指定的目標(biāo)。此外，對雷達探測到的目標(biāo)，雷達將根據(jù)工作模式和多目標(biāo)跟蹤結(jié)果自動刪除丟失的目標(biāo)，告警目標(biāo)也將根據(jù)記憶時間自動刪除消失的威脅目標(biāo)。

圖2 作戰(zhàn)平臺建模仿真流程

系統(tǒng)支持作戰(zhàn)平臺的自動閉環(huán)推演計算，也支持人在環(huán)路的作戰(zhàn)平臺控制(如飛行模型器等)，對前一種情況，系統(tǒng)根據(jù)獨立的碰撞檢測結(jié)果確定自身狀態(tài)，對后一種情況，系統(tǒng)僅獲取作戰(zhàn)平臺仿真計算結(jié)果而不進行模型解算。當(dāng)平臺處于自動駕駛且未墜毀或未被摧毀時，平臺將根據(jù)生成的航路點和自身姿態(tài)、速度等信息自動進行航跡解算，并輸出新的運動狀態(tài)，進而實現(xiàn)從直角坐標(biāo)到平面坐標(biāo)的解算。

在標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化建?？蚣芟?，各作戰(zhàn)平臺根據(jù)自身類型確定模型加載數(shù)量、種類和裝備參數(shù)，從而執(zhí)行各自的模型解算過程?？紤]到平臺和模型的從屬關(guān)系，當(dāng)進行機載空空/空地導(dǎo)彈或地/艦空導(dǎo)彈仿真時，如果導(dǎo)彈進行末制導(dǎo)狀態(tài)，則在完成彈目碰撞檢測后再進行墜毀或被摧毀判決。

2 作戰(zhàn)推演分析

航空電子對抗作戰(zhàn)推演環(huán)境的構(gòu)建涉及到空中、地面、海面的各種作戰(zhàn)平臺，為此，系統(tǒng)建立了基于數(shù)字地圖的計算機兵力生成系統(tǒng)，依據(jù)建立的通信、數(shù)據(jù)鏈、雷達、電子對抗、飛行和武器等數(shù)據(jù)庫，可以動態(tài)生成戰(zhàn)場想定，并在指揮控制模塊的運行控制下執(zhí)行作戰(zhàn)推演。系統(tǒng)在累計步數(shù)23341幀，仿真時間至5:00 min，當(dāng)前步長為10 ms時的典型畫面如圖3所示。

2.1 作戰(zhàn)想定

圖3所示的戰(zhàn)場對抗態(tài)勢初始參數(shù)如表2所示。其中，紅方14號戰(zhàn)斗機在紅方11、12、13號電子戰(zhàn)飛機的遠距支援干擾下對藍方20號地面防空系統(tǒng)進行突防打擊。圖3中顯示了各飛機的飛行航線，飛機將沿著規(guī)劃航線和初始速度自動飛行。圖3上方演示了紅方15、16號戰(zhàn)斗機在17號電子戰(zhàn)飛機的隨隊支援干擾下對藍方18、19號飛機進行攻擊的初始對抗態(tài)勢。

其中，紅方11、12、13號電子戰(zhàn)飛機的告警及干擾典型參數(shù)如表2所示，藍方20號地面防空雷達系統(tǒng)的典型參數(shù)表3所示。

2.2 對抗結(jié)果

仿真時，雷達根據(jù)指定的掃描圖形和速度進行周期性掃描，通過不斷接收戰(zhàn)場環(huán)境仿真模型發(fā)送的目標(biāo)回波、干擾、噪聲脈沖描述字，進行探測能力判決，并輸出在當(dāng)前環(huán)境下對典型目標(biāo)的探測距離，仿真結(jié)果如圖3所示。

對藍方20號地面防空雷達系統(tǒng)，未受到干擾時，對典型目標(biāo)最大探測距離Rtmax=120 km，受到干擾后，在13號電子戰(zhàn)飛機的干擾方向上最大探測距離Rjmax=20 km，干擾扇角θjmax=6°，對目標(biāo)搜索距離降低系數(shù)為βEW=6。

圖3 航空電子對抗作戰(zhàn)推演分析示例

表2 電子對抗典型仿真參數(shù)

表3 雷達典型仿真參數(shù)

對藍方18號飛機，未受到干擾時，對紅方15號目標(biāo)的信噪比(S/N)to=28.6，受到干擾后，信干比(S/N)jo=0.0045，在紅方15號飛機的攻擊過程中，藍方18號飛機始終未能有效截獲紅方15號飛機。

2.3 推演分析

在圖3所示的作戰(zhàn)想定態(tài)勢下，各探測曲線含義如下：1號曲線表示藍方20號地面防空雷達系統(tǒng)在內(nèi)部噪聲和紅方11、12、13號電子戰(zhàn)飛機的遠距支援干擾下，雷達指向紅方14號飛機的情況下，其天線掃描一周，雷達在各個方向上的典型探測距離值。由于采用了極低副瓣天線，雷達在主瓣偏離電子戰(zhàn)飛機壓制干擾的角度，其探測距離基本保持不變；在方位284°附近，雷達主瓣對準(zhǔn)干擾機方向，受到強烈的壓制干擾，最大探測距離壓縮為20.097 km，紅方14號突防飛機處于電子戰(zhàn)飛機的有效支援干擾壓制區(qū)域內(nèi)。然而，隨著紅藍對抗平臺的運動變化，壓制區(qū)也隨之移動，當(dāng)紅方11號電子戰(zhàn)飛機進入飛行轉(zhuǎn)彎區(qū)域時，由于飛機姿態(tài)調(diào)整、航向改變導(dǎo)致支援干擾失效。此外，從圖中可以看出，紅方12、13號電子戰(zhàn)飛機由于協(xié)同不利，導(dǎo)致對藍方20號地面雷達的壓制凹口不連續(xù)，沒能起到協(xié)同干擾的效果，也無法保證穩(wěn)定的干擾壓制區(qū)域。

對藍方18、19號飛機而言，其受到紅方17號飛機強烈的隨隊支援干擾。其中，7號藍色曲線表示18號飛機雷達對典型目標(biāo)的探測距離變化情況，在航向268°方向，其探測距離被壓縮至10.254 km，紅方15號飛機處于有效的掩護區(qū)域內(nèi)，紅方16號飛機處于掩護區(qū)域之外。

圖中5號紅色曲線表示紅方16號飛機雷達接收到的目標(biāo)回波功率分布情況，6號曲線指示的綠色內(nèi)環(huán)表示雷達的檢測門限，綠色外環(huán)與內(nèi)環(huán)的差值表示雷達接收機的動態(tài)范圍，3號曲線表示16號飛機雷達接收到的干擾信號功率分布情況。經(jīng)分析，紅方16號飛機雷達和15號飛機雷達的工作頻點相同，在沒有采取抗干擾措施的情況下，紅方16號飛機雷達受到嚴(yán)重的同頻干擾，協(xié)同失敗，并被藍方18號飛機擊落。

3 結(jié) 語

航空電子對抗作戰(zhàn)推演系統(tǒng)通過建立紅藍雙方參戰(zhàn)兵力的運動、電子、武器系統(tǒng)的設(shè)備及行為模型，實現(xiàn)作戰(zhàn)雙方的自主模擬推演與效能評估。本文通過建立統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)和模型體系，實現(xiàn)了對各作戰(zhàn)平臺的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化建模，推演結(jié)果表明各作戰(zhàn)平臺具有良好的逼真性、對抗性、協(xié)同性和自主性特點。該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于多型作戰(zhàn)研究與訓(xùn)練系統(tǒng)并取得良好的訓(xùn)練效果。

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Research on the Aero-Electronic Countermeasure War-Gaming System

CHEN Guo-dong, HUANG Yan-yi

(The First Aeronautic Institute of the Air Force, Xinyang Henan 464000, China)

To satisfy the demand of building battlefield electromagnetic environment and military deduction, the equipment models and behavior models including the movement, radar, electronic countermeasures and missile of both confrontation sides are built which using the unified standard interface and model systems. The system achieved autonomous deduction and effectiveness evaluation. Practical results show that the system are complete and credible, have the characteristic of good fidelity, opposability, collaboration and autonomy, have good visual effects of information confrontation and can meet the needs of aero-electronic countermeasure war-gaming.

Aero-electronic Countermeasure; War-gaming; Warfare Simulation; CGF

2016-06-01

2016-09-05

10.3969/j.issn.1673-5692. 2016.06.001

：A

1673-5692(2016)06-569-05

陳國棟(1977—)，男，河南人，副教授，主要研究方向為雷達電子戰(zhàn)仿真、空戰(zhàn)建模及仿真等;

E-mail：xychengd@163.com

黃巖毅(1976—)，女，河南人，講師，主要研究方向為導(dǎo)航制導(dǎo)與控制、空戰(zhàn)建模及仿真等。