張 偉，何 晶，謝曉偉，趙國(guó)強(qiáng)，陳 真

（1.空軍工程大學(xué)信息與導(dǎo)航學(xué)院，陜西 西安 710077；2.中國(guó)人民解放軍93303部隊(duì)，遼寧 沈陽(yáng) 110043；3.中國(guó)人民解放軍94198部隊(duì)，新疆 哈密 839101）

0 引 言

未來聯(lián)合作戰(zhàn)不再是單一戰(zhàn)場(chǎng)的較量，而是在多維空間展開的綜合實(shí)力對(duì)抗，信息化技術(shù)在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中得到了不斷發(fā)展與應(yīng)用，未來聯(lián)合作戰(zhàn)中其應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。在導(dǎo)航衛(wèi)星支持下的遠(yuǎn)程巡邏、高維偵察、高速機(jī)動(dòng)、精確打擊都是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的鮮明特點(diǎn)，因此開展聯(lián)合戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下針對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航的干擾和抗干擾技戰(zhàn)術(shù)研究，有著重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義［1］。

電磁領(lǐng)域?qū)嵄鴮?duì)抗演練，需要耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力，且我國(guó)周邊的外軍軍事基地眾多，嚴(yán)密的電磁偵察活動(dòng)導(dǎo)致保密性差，同時(shí)，我國(guó)周邊的國(guó)際貿(mào)易往來密切，民商航空、船舶繁忙，實(shí)兵演練對(duì)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有一定的矛盾和沖突。但是信息化聯(lián)合作戰(zhàn)戰(zhàn)場(chǎng)是海、陸、空、天、電、網(wǎng)等跨域協(xié)同、多域聯(lián)動(dòng)的聯(lián)合戰(zhàn)場(chǎng)，通過軟件仿真技術(shù)，不斷融合各種約束因素，對(duì)真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)的電磁態(tài)勢(shì)和自然環(huán)境變化進(jìn)行仿真，將敵偵查、巡邏、常規(guī)火力武器等平臺(tái)進(jìn)行建模入庫(kù)，可在很大程度上節(jié)省人力、物力、財(cái)力等戰(zhàn)備資源，用現(xiàn)代化的手段指導(dǎo)保障軍事備戰(zhàn)訓(xùn)練，這也是美軍將作戰(zhàn)推演與仿真系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于軍事訓(xùn)練演習(xí)、作戰(zhàn)分析研究、武器裝備采辦等領(lǐng)域的重要原因［2-4］。因此，推動(dòng)聯(lián)合戰(zhàn)場(chǎng)導(dǎo)航信息對(duì)抗仿真評(píng)估系統(tǒng)的開發(fā)與試驗(yàn)，不斷完善導(dǎo)航信息保障任務(wù)統(tǒng)籌、導(dǎo)航干擾兵力配置部署等戰(zhàn)法戰(zhàn)術(shù)，通過建立數(shù)據(jù)特征的直觀表達(dá)，將對(duì)抗效果進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，更好服務(wù)指揮與保障的輔助決策，是導(dǎo)航對(duì)抗理論向?qū)崙?zhàn)化演進(jìn)很好的嘗試和探索［5-8］。

1 系統(tǒng)總體方案

聯(lián)合戰(zhàn)場(chǎng)導(dǎo)航對(duì)抗仿真評(píng)估系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“仿真評(píng)估系統(tǒng)”）用于聯(lián)合戰(zhàn)場(chǎng)導(dǎo)航信息對(duì)抗的作戰(zhàn)行動(dòng)預(yù)演、方案研討和戰(zhàn)術(shù)優(yōu)化，以及指揮人員作戰(zhàn)指揮過程訓(xùn)練。根據(jù)系統(tǒng)需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路、系統(tǒng)工作框架來描述系統(tǒng)總體方案，并由此形成系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)，系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容采用模塊化設(shè)計(jì)，便于系統(tǒng)模型修正和升級(jí)，細(xì)化工作流程設(shè)計(jì)，對(duì)當(dāng)前主要干擾技術(shù)和抗干擾技術(shù)進(jìn)行建模，運(yùn)用高級(jí)電磁傳播模型（advanced propagation model，APM）模擬真實(shí)電磁波傳播環(huán)境，通過仿真推演測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)任務(wù)模擬有效性、評(píng)估結(jié)果可用性，為后期聯(lián)合戰(zhàn)場(chǎng)導(dǎo)航對(duì)抗任務(wù)的技戰(zhàn)術(shù)模擬分析提供可靠平臺(tái)。

1.1 系統(tǒng)功能

仿真評(píng)估系統(tǒng)提供聯(lián)合戰(zhàn)場(chǎng)中紅藍(lán)雙方的常用兵力載荷，其中導(dǎo)航干擾類型有壓制式干擾、欺騙式干擾，導(dǎo)航抗干擾技術(shù)有時(shí)域?yàn)V波、頻域?yàn)V波、空時(shí)濾波，對(duì)雙方的導(dǎo)航對(duì)抗任務(wù)想定進(jìn)行仿真推演與效果評(píng)估。建立聯(lián)合戰(zhàn)場(chǎng)中常用固定式、車載式、機(jī)載式（無人機(jī)和有人機(jī)）、浮空實(shí)體、星基等載體平臺(tái)用于搭載干擾載荷，空中載體平臺(tái)（各型飛機(jī)、巡航導(dǎo)彈）用于搭載精確制導(dǎo)武器導(dǎo)航載荷。在系統(tǒng)提供的仿真驅(qū)動(dòng)框架下，構(gòu)建導(dǎo)航系統(tǒng)的觀測(cè)模型和干擾環(huán)境，對(duì)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（global navigation satellite system，GNSS）制導(dǎo)武器平臺(tái)偵察、巡邏、打擊軌跡進(jìn)行建模入庫(kù)管理，以進(jìn)行作戰(zhàn)任務(wù)想定仿真并提供任務(wù)過程的軌跡編輯、演示、調(diào)整功能；干擾方通過研判，對(duì)干擾源進(jìn)行配備、部署，系統(tǒng)根據(jù)干擾源的干擾樣式、干擾頻率、功率等參數(shù)，仿真計(jì)算干擾源覆蓋區(qū)域內(nèi)干擾信號(hào)的功率，能夠?qū)Ψ抡鏀?shù)據(jù)和導(dǎo)航響應(yīng)模型的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行定位誤差評(píng)估，實(shí)現(xiàn)任務(wù)場(chǎng)景環(huán)境的裝備導(dǎo)航性能及作戰(zhàn)效能評(píng)估。系統(tǒng)可對(duì)GNSS制導(dǎo)武器平臺(tái)的飛行運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行2D、3D展示，并輸出信噪比、載噪比、水平誤差、干擾威力變化等可視化結(jié)果，對(duì)指揮管理人員和專業(yè)技術(shù)人員提供輔助決策支持［9-12］。

1.2 系統(tǒng)組成

仿真評(píng)估系統(tǒng)運(yùn)行在Windows7旗艦版操作系統(tǒng)環(huán)境，在Visual Studio 2013開發(fā)平臺(tái)中采用C＋＋語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)，通過VS-QT-Addin、Visual_Assist_X-2013來實(shí)現(xiàn)界面編程和提高代碼閱讀性，并且后期可以用CMake程序包實(shí)現(xiàn)便捷的軟件管理和項(xiàng)目配置，SVN工具實(shí)現(xiàn)代碼版本的升級(jí)管理。

按照系統(tǒng)工程思想，為了便于升級(jí)維護(hù)和程序修改，仿真評(píng)估系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，如圖1所示，包括仿真控制管理模塊、仿真想定編輯模塊、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真模塊、導(dǎo)航對(duì)抗信號(hào)／功能級(jí)仿真模塊、導(dǎo)航對(duì)抗評(píng)估模塊。該設(shè)計(jì)思想使模塊耦合度低，便于后期在仿真測(cè)試中對(duì)于出現(xiàn)問題模塊的判斷和修正。

圖1 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)Fig.1 System function module design

仿真控制管理模塊用于對(duì)仿真進(jìn)程進(jìn)行調(diào)度管理和隨時(shí)干預(yù)，能夠?qū)崿F(xiàn)仿真的初始化、開始、暫停、結(jié)束、回放等控制功能；能夠?qū)ο到y(tǒng)仿真時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)快進(jìn)等功能，保證仿真系統(tǒng)時(shí)間的一致性。

仿真想定編輯模塊用于以可視化的形式制定作戰(zhàn)想定，包括紅藍(lán)雙方的任務(wù)規(guī)劃、作戰(zhàn)過程等，編輯兵力實(shí)體模型的運(yùn)動(dòng)軌跡，支持如直線、圓形、8字形、跑道形等典型軌跡和用戶自定義或?qū)胲壽E，存儲(chǔ)在想定文件中。

戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真模塊用于以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式對(duì)導(dǎo)航對(duì)抗仿真過程中的所有要素進(jìn)行3D呈現(xiàn)，包括戰(zhàn)場(chǎng)地理環(huán)境、固定或機(jī)動(dòng)式地面干擾源、空中干擾源、武器平臺(tái)（如巡航導(dǎo)彈、無人偵察機(jī)）、武器平臺(tái)的飛行軌跡、干擾源波束、特征信息、場(chǎng)景切換等功能。

導(dǎo)航對(duì)抗信號(hào)／功能級(jí)仿真模塊用于利用第三方提供的導(dǎo)航響應(yīng)模型（DLL庫(kù)），構(gòu)建衛(wèi)星導(dǎo)航接收裝備的數(shù)字化模型，并進(jìn)行信號(hào)級(jí)及功能級(jí)仿真。根據(jù)目標(biāo)兵力平臺(tái)位置，獲取當(dāng)前衛(wèi)星星座信息，計(jì)算導(dǎo)航信號(hào)功率，并根據(jù)干擾信號(hào)功率計(jì)算干信比，輸出兵力位置信息、定位信息、干信比等相關(guān)信息，用于定位誤差信息計(jì)算。

導(dǎo)航對(duì)抗評(píng)估模塊用于對(duì)仿真數(shù)據(jù)和導(dǎo)航響應(yīng)模型的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行定位誤差評(píng)估，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航對(duì)抗任務(wù)場(chǎng)景下裝備導(dǎo)航性能及干擾作戰(zhàn)效能評(píng)估。

1.3 系統(tǒng)工作流程

根據(jù)對(duì)研究功能的刻畫和描述，結(jié)合不同作戰(zhàn)樣式創(chuàng)建導(dǎo)航對(duì)抗任務(wù)想定，通過載荷添加、兵力增加、兵力屬性、任務(wù)規(guī)劃的給定，完成干擾裝備和導(dǎo)航裝備的屬性、狀態(tài)、任務(wù)、軌跡編輯。

屬性編輯與狀態(tài)編輯中，分別對(duì)導(dǎo)航裝備參數(shù)（實(shí)體類型、位置、速度、作戰(zhàn)半徑、攻擊范圍等）、干擾裝備參數(shù)（頻率范圍、視場(chǎng)范圍、干擾類型、發(fā)射功率等）進(jìn)行設(shè)置，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)情報(bào)參數(shù)對(duì)發(fā)射、接收天線性能參數(shù)（中心頻率、脈沖周期、帶寬、平均功率、饋線損耗、采樣率等）進(jìn)行配置。任務(wù)編輯中，通過對(duì)裝備開關(guān)機(jī)時(shí)間，干擾源的地理坐標(biāo)信息（經(jīng)緯高）、姿態(tài)信息（俯仰、方位、橫滾）、導(dǎo)航鏈路配置（選星能力）、干擾鏈路配置（掃描方式、方向圖調(diào)整、極化方式等）進(jìn)行部署。軌跡編輯中，通過設(shè)計(jì)GNSS制導(dǎo)武器平臺(tái)的起終點(diǎn)等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)地理坐標(biāo)信息、運(yùn)動(dòng)軌跡類型（直線型、圓型、8字型、跑道型等）等實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)巡航軌跡的刻畫。

對(duì)不同作戰(zhàn)想定進(jìn)行導(dǎo)航對(duì)抗任務(wù)仿真，根據(jù)欺騙干擾、壓制干擾的不同樣式輸出相應(yīng)干擾結(jié)果并進(jìn)行評(píng)估。深度結(jié)合系統(tǒng)工程和軟件工程方法，形成仿真評(píng)估系統(tǒng)工作流程，如圖2所示。

圖2 仿真評(píng)估系統(tǒng)工作流程Fig.2 Workflow of simulation evaluation system

2 衛(wèi)星導(dǎo)航對(duì)抗模型及算法

現(xiàn)代GNSS普遍采用的是無源、三球交會(huì)定位原理。在實(shí)際測(cè)距過程中，由于鐘差的存在，導(dǎo)致測(cè)量值與真值存在誤差［13-18］。當(dāng)兩鐘間存在鐘差Δt時(shí)，這樣測(cè)得的距離并不是用戶和衛(wèi)星間的真實(shí)距離r，而是一個(gè)帶有誤差距離的偽距r*，這就需要測(cè)量用戶終端接收機(jī)到4顆衛(wèi)星的偽距，建立4個(gè)方程式解出用戶位置坐標(biāo)。之后，GNSS用戶終端接收機(jī)的處理器進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，經(jīng)過通道的信號(hào)截獲、信號(hào)跟蹤、數(shù)據(jù)收集，形成位置、速度、時(shí)間（position，velo-city，time，PVT）解，進(jìn)而指導(dǎo)武器平臺(tái)的行動(dòng)軌跡［19］。

而導(dǎo)航對(duì)抗作戰(zhàn)行動(dòng)，是交戰(zhàn)雙方在導(dǎo)航信息領(lǐng)域進(jìn)行進(jìn)攻與防御行動(dòng)。導(dǎo)航對(duì)抗進(jìn)攻行動(dòng)是以各種平臺(tái)干擾裝備和手段對(duì)敵方實(shí)施軟殺傷，通過欺騙、限制對(duì)方導(dǎo)航信息的保障作用，達(dá)到降低對(duì)手武器平臺(tái)作戰(zhàn)效能發(fā)揮水平的目的。包括欺騙式干擾和壓制式干擾兩大類，前者是利用虛假的GNSS信號(hào)來干擾、欺騙對(duì)方GNSS接收機(jī)對(duì)GNSS信號(hào)的正常接收，使其無法分辨接收到的信號(hào)正確與否，利用其中錯(cuò)誤的GNSS參數(shù)進(jìn)行定位解算，導(dǎo)致無法正確定位導(dǎo)航。后者是通過發(fā)射一定帶寬、頻率和功率的干擾信號(hào)，造成GNSS接收機(jī)的相關(guān)接收通道不能正常接收GNSS衛(wèi)星信號(hào)，使其無法正常導(dǎo)航定位。

導(dǎo)航對(duì)抗防御行動(dòng)主要是指GNSS抗干擾技術(shù)和干擾源探測(cè)與定位技術(shù)。當(dāng)前各國(guó)主要的抗干擾技術(shù)有頻域?yàn)V波、空域?yàn)V波、空時(shí)濾波、自適應(yīng)調(diào)零天線技術(shù)、數(shù)字多波束天線技術(shù)、空時(shí)自適應(yīng)數(shù)字濾波技術(shù)、窄帶干擾處理技術(shù)、直接P碼捕獲技術(shù)、抗多徑干擾技術(shù)、GNSS／慣導(dǎo)（inertial navigation system，INS）組合導(dǎo)航技術(shù)、從GNSS衛(wèi)星考慮的信號(hào)功率增強(qiáng)技術(shù)與專用軍碼（M碼）技術(shù)等，仿真評(píng)估系統(tǒng)中可采用設(shè)置情報(bào)參數(shù)對(duì)主要抗干擾技術(shù)進(jìn)行模擬仿真。

2.1 欺騙干擾模型及算法

欺騙干擾是根據(jù)GNSS定位原理，通過給出偽導(dǎo)航信息（偽衛(wèi)星坐標(biāo)）或增加信號(hào)傳播時(shí)延使GNSS接收機(jī)測(cè)量的偽距產(chǎn)生偏差的技術(shù)，分別對(duì)應(yīng)于產(chǎn)生式和轉(zhuǎn)發(fā)式兩種欺騙干擾體制。產(chǎn)生式欺騙干擾對(duì)P碼加密后形成的Y碼以及軍用M 碼干擾難度很大，需要突破關(guān)鍵技術(shù)獲得GNSS碼以及導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)。而轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾是將接收到的GNSS衛(wèi)星信號(hào)重新廣播出去，利用人為信號(hào)時(shí)延構(gòu)造偽GNSS衛(wèi)星信號(hào)，使用戶終端接收機(jī)定位解算出現(xiàn)偏差，相比產(chǎn)生式干擾更容易實(shí)現(xiàn)，其關(guān)鍵在于解決信號(hào)收發(fā)隔離問題，即從-20～-30 dB的信噪比中提取、放大信號(hào)，保證信號(hào)減少畸變并提高信噪比。

仿真評(píng)估系統(tǒng)主要針對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)欺騙干擾進(jìn)行研究，在戰(zhàn)區(qū)上空設(shè)置4套轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾轉(zhuǎn)發(fā)器Ji（i＝1，2，3，4），對(duì)欲干擾目標(biāo)的軌跡擬合，根據(jù)可視區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星星座空間集合分布情況，篩選出符合目標(biāo)位置點(diǎn)幾何精度因子（geometric dilution of precision，GDOP）值最優(yōu)的4顆衛(wèi)星進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)發(fā)增益，計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星信號(hào)接收功率P轉(zhuǎn)發(fā)和真實(shí)衛(wèi)星信號(hào)接收功率P真實(shí)，若兩者之比大于5 dB，認(rèn)為欲干擾目標(biāo)接收轉(zhuǎn)發(fā)欺騙信號(hào)。之后，在各路轉(zhuǎn)發(fā)器中注入獨(dú)立時(shí)延Δτi（i＝1，2，3，4）。要迫使欲干擾目標(biāo)接收機(jī)錯(cuò)誤定位于欺騙點(diǎn)D，則轉(zhuǎn)發(fā)器的位置和時(shí)延需滿足

式（2）為時(shí)延T與欲干擾目標(biāo)定位偏差ΔX的映射關(guān)系，通過計(jì)算式（2）的最小二乘解，可得

欺騙干擾模型的算法流程如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)發(fā)式欺騙干擾算法流程圖Fig.3 Flow chart of forward deception jamming algorithm

2.2 壓制干擾模型及算法

壓制干擾是通過干擾源發(fā)射干擾信號(hào)來遮蔽對(duì)方GNSS信號(hào)頻譜使其接收機(jī)降低甚至喪失正常工作能力，包括連續(xù)波干擾、多音干擾、帶限高斯噪聲干擾、相關(guān)偽碼干擾、脈沖干擾和組合干擾等干擾樣式。

首先，建立作戰(zhàn)想定，通過武器數(shù)據(jù)庫(kù)確定藍(lán)方武器平臺(tái)類型及其組合導(dǎo)航方式（松耦合、緊耦合、深耦合）、慣導(dǎo)精度和接收機(jī)類型等參數(shù)，錄入仿真評(píng)估系統(tǒng)；根據(jù)已知情報(bào)設(shè)定對(duì)方接收機(jī)抗干擾濾波方式，來確定紅方的干擾樣式及參數(shù)，并形成壓制干擾源部署方案。其次，通過APM高級(jí)電磁傳播理論，計(jì)算在真實(shí)環(huán)境中的干擾信號(hào)到達(dá)GNSS接收機(jī)前端的功率，計(jì)算接收機(jī)前端載噪比C／N J，系統(tǒng)繪制干信比、載噪比變化曲線，以判斷抗干擾濾波方式的有效性。最后，在干擾有效的情況下，計(jì)算載波鎖相環(huán)的振蕩器顫動(dòng)σJPLL與非相干超前減滯后功率（noncoherent early minus late power，NELP）處理碼跟蹤環(huán)路產(chǎn)生的碼跟蹤誤差σJDLL，并與相應(yīng)門限值進(jìn)行比較，判斷接收機(jī)解調(diào)過程載波環(huán)或碼環(huán)是否失鎖。未失鎖時(shí)，干擾造成碼相位跟蹤誤差，從而引起偽距誤差，偽碼誤差乘以參與定位衛(wèi)星的GDOP值，被干擾目標(biāo)采用有誤差的GNSS數(shù)據(jù)定位，系統(tǒng)繪制定位誤差曲線；干擾造成碼相位跟蹤環(huán)路失鎖時(shí)，則被干擾目標(biāo)采用自身慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行定位，根據(jù)慣導(dǎo)精度逐漸產(chǎn)生偏差，系統(tǒng)計(jì)算并繪制藍(lán)方巡航導(dǎo)彈定位誤差曲線［20-23］。

壓制干擾下載波鎖相環(huán)的振蕩器顫動(dòng)σJPLL的計(jì)算公式為

其中，設(shè)定B P＝2 Hz或18 Hz（若為松、緊耦合，則接收機(jī)環(huán)路帶寬為18 Hz；若為深耦合，則接收機(jī)環(huán)路帶寬為2 Hz）；T d＝0.02 s；GNSS接收機(jī)前端接收衛(wèi)星信號(hào)載噪比，βr為接收機(jī)前端等效預(yù)相關(guān)帶寬，PJ為進(jìn)入跟蹤環(huán)路的干擾功率；GJ（f）為歸一化的干擾信號(hào)功率譜密度，取值隨著干擾樣式的變化而變化，如式（4）所示；Gs（f）為接收衛(wèi)星信號(hào)的功率譜密度，如式（5）所示。深耦合可不考慮動(dòng)態(tài)應(yīng)力誤差，當(dāng)式（3）中σJPLL＞15°時(shí)，載波相位跟蹤環(huán)路失鎖［24-26］。

式中：f J表示單頻干擾中心頻率；n表示多音干擾頻點(diǎn)數(shù)；βJ表示干擾帶寬；fde表示噪聲調(diào)頻有效調(diào)頻帶寬；f J表示噪聲調(diào)頻中心頻率；GS（f）表示相關(guān)偽碼干擾信號(hào)功率譜與相對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星信號(hào)功率譜相同；τ為脈沖寬度；T為脈沖周期；T cp表示P（Y）碼碼元寬度；T cm表示M 碼碼元寬度；f S為M碼副載頻。民用C／A碼的功率譜密度函數(shù)與P碼相似，只是碼元寬度不同。

干擾下的NELP 處理碼跟蹤環(huán)路產(chǎn)生的碼跟蹤誤差為

式中：B D設(shè)置同B P；T c為偽碼碼元寬度；T d為相關(guān)積分時(shí)間；d為1或1／8。由碼跟蹤誤差可以得到偽距測(cè)量誤差，乘以GDOP可得定位誤差。深耦合可不考慮動(dòng)態(tài)應(yīng)力誤差，σJDLL＞d／6時(shí)，碼跟蹤環(huán)路失鎖［27-28］。

壓制性干擾模型的算法流程如圖4所示。

圖4 壓制干擾算法流程圖Fig.4 Flow chart of suppression jamming algorithm

2.3 APM

仿真評(píng)估系統(tǒng)考慮戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境真實(shí)性，增加復(fù)雜環(huán)境下電磁傳播路徑損耗算法，采用APM 理論［29-30］。該理論最早是來自于Hitney提出的混合模型，后來由美國(guó)海軍將其發(fā)展為高級(jí)傳播模型。APM 是射線光學(xué)和拋物方程理論的混合模型，克服了拋物方程模型計(jì)算量大的缺點(diǎn)，將傳輸區(qū)域分為4個(gè)部分：平面地球（flat earth，F(xiàn)E）模型、射線光學(xué)（ray optics，RO）模型、混合光學(xué)（parabolic equation，PE）模型和拋物線方程（extended optics，XO）模型，如圖5所示。

圖5 APM算法計(jì)算區(qū)域劃分Fig.5 Calculation area division of APM algorithm

其中，在天線仰角大于5°或距離小于5 km的情況下使用FE模型，計(jì)算中忽略了折射和地球曲率的影響；當(dāng)距離大于FE區(qū)的最大距離時(shí)，使用RO模型，計(jì)算時(shí)考慮了折射率和地球曲率的影響；PE模型應(yīng)用于距離超出RO區(qū)，但高度小于PE解法要求的最大高度，這一最大高度取決于快速傅里葉變換（fast Fourier transform，F(xiàn)FT）的點(diǎn)數(shù)；高度超過PE區(qū)的范圍時(shí)應(yīng)用XO模型。

3 仿真評(píng)估實(shí)例

根據(jù)仿真評(píng)估系統(tǒng)總體方案和導(dǎo)航對(duì)抗原理，進(jìn)行導(dǎo)航對(duì)抗作戰(zhàn)想定的仿真評(píng)估推演測(cè)試。創(chuàng)建作戰(zhàn)想定，依據(jù)雙方的兵力情報(bào)參數(shù)進(jìn)行屬性編輯和鏈路配置，進(jìn)行仿真計(jì)算，對(duì)推演過程進(jìn)行3D與2D拓展圖場(chǎng)景展示，如圖6和圖7所示。

圖6 仿真評(píng)估系統(tǒng)啟動(dòng)界面Fig.6 Start interface of simulation evaluation system

圖7 仿真評(píng)估系統(tǒng)任務(wù)編輯對(duì)話框Fig.7 Task editing dialog box of simulation evaluation system

下面以多站轉(zhuǎn)發(fā)欺騙式干擾和組合壓制式干擾為例，進(jìn)行干擾任務(wù)仿真，驗(yàn)證系統(tǒng)仿真評(píng)估結(jié)果是否可用、有效。

（1）以多站轉(zhuǎn)發(fā)欺騙式干擾為例進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，假定藍(lán)方巡航導(dǎo)彈以均勻直線運(yùn)動(dòng)攻擊目標(biāo)，紅方部署多干擾源對(duì)藍(lán)方巡航導(dǎo)彈進(jìn)行持續(xù)性欺騙式干擾，以黃線代表巡航導(dǎo)彈預(yù)定軌跡，藍(lán)線代表受干擾后軌跡，綠線為巡航導(dǎo)彈所接收的衛(wèi)星星座信號(hào)，計(jì)算導(dǎo)彈受干擾后的位置偏差。兵力部署情況如圖8所示。干擾任務(wù)場(chǎng)景如圖9所示，干擾結(jié)果如圖10所示。

圖8 雙方兵力部署Fig.8 Deployment of forces for both sides

圖9 多站轉(zhuǎn)發(fā)欺騙式干擾對(duì)抗任務(wù)場(chǎng)景Fig.9 Multi-station forward deceptive jamming countermeasure task scenario

圖10 多站轉(zhuǎn)發(fā)欺騙式干擾結(jié)果Fig.10 Results of multi-station forward for deceptive jamming

從圖10多站轉(zhuǎn)發(fā)欺騙干擾結(jié)果中，可以看到藍(lán)方巡航導(dǎo)彈的實(shí)時(shí)屬性與時(shí)空信息變化情況，顯示施加干擾后偏離預(yù)定軌跡，紅方的重要目標(biāo)可得到保護(hù)。

（2）以組合壓制干擾為例進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，假定藍(lán)方巡航導(dǎo)彈以勻速直線運(yùn)動(dòng)，紅方在戰(zhàn)區(qū)范圍內(nèi)部署多個(gè)固定基站壓制干擾源，采用多種干擾樣式對(duì)來襲目標(biāo)進(jìn)行干擾，系統(tǒng)后臺(tái)采集巡航導(dǎo)彈的導(dǎo)航信息進(jìn)行干信比、定位誤差等數(shù)據(jù)采集分析，判斷干擾結(jié)果。干擾場(chǎng)景如圖11所示，藍(lán)方巡航導(dǎo)彈的時(shí)空信息實(shí)時(shí)顯示。

圖11 組合壓制干擾場(chǎng)景展示Fig.11 Combined suppression jamming scene display

圖12為藍(lán)方巡航導(dǎo)彈在任務(wù)過程中受到干擾后的干信比變化曲線，圖13為藍(lán)方巡航導(dǎo)彈定位誤差變化曲線，從兩條曲線的變化情況中可以看到，巡航導(dǎo)彈在飛行穿越預(yù)設(shè)干擾源的航線過程中，巡航導(dǎo)彈受干擾后的干信比與“導(dǎo)彈-干擾源”間距離成反比，定位誤差急劇增大。在越過干擾源后，隨著巡航導(dǎo)彈背離干擾源部署區(qū)，巡航導(dǎo)彈經(jīng)過GNSS信息源的鏈路重構(gòu)，定位誤差回到正常水平，重回預(yù)定航跡。

圖12 藍(lán)方巡航導(dǎo)彈干信比變化曲線Fig.12 Change curve of interference to signal ratio of blue side cruise missile

圖13 藍(lán)方巡航導(dǎo)彈定位誤差變化曲線Fig.13 Change curve of positioning error of blue side cruise missile

4 結(jié) 論

聯(lián)合戰(zhàn)場(chǎng)導(dǎo)航對(duì)抗仿真評(píng)估系統(tǒng)用于建立導(dǎo)航系統(tǒng)和干擾仿真環(huán)境，深入分析導(dǎo)航對(duì)抗作戰(zhàn)原理，融合電波傳播模型和用戶終端導(dǎo)航響應(yīng)模型，可以仿真不同干擾部署環(huán)境對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的影響，為導(dǎo)航系統(tǒng)的干擾仿真評(píng)估提供參考依據(jù)。仿真推演者可充分運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)、概率論、博弈論等科學(xué)方法，對(duì)導(dǎo)航對(duì)抗任務(wù)全過程進(jìn)行仿真、模擬與推演，專業(yè)技術(shù)人員可以通過對(duì)信噪比曲線、定位誤差曲線以及距離曲線進(jìn)行干擾效果評(píng)估，并為指揮管理人員提供干擾任務(wù)輔助決策參考，制定導(dǎo)航對(duì)抗任務(wù)策略，以加強(qiáng)聯(lián)合戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境建設(shè)，按照軍事規(guī)則研究和塑造戰(zhàn)場(chǎng)局勢(shì)。