王國勝，戚宗鋒，徐享忠

(1．裝甲兵工程學院控制工程系，北京100072;2．電子信息系統(tǒng)復雜電磁環(huán)境效應國家重點實驗室，河南洛陽471003;3．裝甲兵工程學院裝備指揮與管理系，北京100072)

裝有載機與監(jiān)視雷達、數據處理、數據顯示與控制、敵我識別、通信、導航、無源探測等電子設備，并集預警、指揮、控制、通信、數據處理等諸多功能于一體的預警機，是現代和未來高技術戰(zhàn)爭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并指揮、引導己方飛機完成作戰(zhàn)任務，因此被稱為活動的空中指揮所，從而也成為電子對抗的重要作戰(zhàn)對象［6］。郭輝等［7］建立了預警機作戰(zhàn)效能評估指標體系，提出了采用區(qū)間數形式的加權和與加權積關系進行指標聚合的評估方法;魯瑞達等［8］運用ADC效能模型，通過對空空模式下的效能指標進行分析，建立了預警機預警作戰(zhàn)效能模型。

計算機仿真技術集可控性、可重復性、無破壞性、安全性、經濟性等眾多優(yōu)勢于一體，對預警機雷達電子對抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能進行仿真分析成為當前以及未來信息化戰(zhàn)爭中電子對抗系統(tǒng)研究領域的熱點之一。為此，本文搭建了預警機雷達電子對抗系統(tǒng)仿真分析的分層技術框架，構建了預警機雷達電子對抗仿真聯(lián)邦，提出了預警機雷達電子對抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能仿真分析方法，并通過2型4個雷達干擾站對預警機雷達電子對抗過程進行了仿真，驗證了該方法的有效性。

1 電子對抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能仿真分析的技術框架

根據體系對抗效能仿真系統(tǒng)的需求，本文提出電子對抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能仿真分析的分層技術框架，如圖1所示，主要由電磁環(huán)境仿真層、電磁效應分析層以及電子對抗系統(tǒng)效能評估層等構成，底層由電磁信號綜合數據庫提供支撐。其中:電磁環(huán)境仿真層著重關注電磁輻射源行為，通過雙方電子對抗行動和電子對抗措施的仿真，構建戰(zhàn)場電磁環(huán)境，以服務的形式為用頻設備提供戰(zhàn)場電磁信息查詢;電磁效應分析層對用頻設備在戰(zhàn)場電磁環(huán)境下的效應進行分析，為電子對抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估層提供基礎數據;電子對抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估層依據評估指標體系，以電子對抗仿真過程數據為基礎，評估預期電子對抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能，為電子對抗指控系統(tǒng)提供支持;電磁信號綜合數據庫主要管理輻射源的基本戰(zhàn)技性能參數、電磁兼容性數據、自然傳播環(huán)境數據、預設背景電磁環(huán)境參數以及輻射源的行動方案等戰(zhàn)場電磁環(huán)境仿真的基礎數據。

圖1 電子對抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能仿真分析的技術框架

該技術框架體現了“面向服務”和“分而治之”的思想，即以服務的形式提供整個戰(zhàn)場電磁環(huán)境信息的查詢;電磁效應分析與戰(zhàn)場電磁環(huán)境構建分離，由相關武器平臺上的用頻設備根據戰(zhàn)場電磁環(huán)境自行評估電磁效應。其優(yōu)點是:1)有利于保證戰(zhàn)場電磁環(huán)境的一致性;2)可充分發(fā)揮用頻設備用戶的專業(yè)特長，專注于電磁效應分析，降低了問題的復雜性。

2 預警機雷達電子對抗仿真聯(lián)邦

由于預警機對抗系統(tǒng)成員和預警機成員通常很少單獨運行，預警機雷達電子對抗仿真系統(tǒng)在能單獨運行的同時，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)構建采用了具備足夠靈活性的高層體系結構(High Level Architecture，HLA)的架構。

基于圖1，本文采用HLA技術構建了預警機雷達電子對抗仿真聯(lián)邦，包括紅方的信息作戰(zhàn)指揮所成員、預警機雷達對抗成員以及飛機成員，藍方的預警機成員，白方的仿真運行控制成員、仿真態(tài)勢顯示成員以及仿真結果記錄成員，如圖2所示。為清晰起見，圖中省略了紅方、藍方與白方成員之間的聯(lián)系。

2．1 概念模型

2．1．1 預警機雷達對抗系統(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：“我看你沒精打采，是不是火車上的疲勞還沒有舒緩過來？你回房休息吧，稍后我去找你，晚上我們大伙一起去江邊玩?！?/p>

圖2 預警機雷達電子對抗仿真聯(lián)邦

當預警機雷達開機且進入預警機雷達對抗系統(tǒng)偵察范圍時，雷達對抗偵察設備能發(fā)現預警機，并對預警機雷達實施噪聲壓制式干擾(不考慮欺騙式干擾)。圖3、4分別為預警機雷達對抗系統(tǒng)的雷達對抗偵察設備活動和雷達干擾設備活動的概念模型。

圖3 雷達對抗偵察設備活動的概念模型

圖4 雷達干擾設備活動的概念模型

2．1．2 預警機

預警機飛行狀態(tài)包括起飛、巡航、返航3個階段。預警機進入巡航區(qū)域后，以巡航速度飛行，直到預定結束時間。雷達探測設備搭載在預警機上，首先開機進行探測，若探測目標的實際距離小于預警機雷達的探測距離，則該目標被發(fā)現，然后把探測結果上報給指揮所。預警機飛行活動、探測活動的概念模型分別如圖5、6所示。

圖5 預警機飛行活動的概念模型

圖6 預警機探測活動的概念模型

2．2 數學模型

本文涉及的電子對抗過程可分為雷達空間探測和雷達干擾，其中:雷達空間探測又可分為單部雷達的空間探測和雷達網系統(tǒng)的探測［9］;雷達干擾為遠距離支援式有源壓制性干擾［10］。

2．2．1 雷達空間探測

本文在計算雷達探測概率時沒有采用查表法，而是采用經驗數學模型直接計算得到，即

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

在雷達網中，設各雷達分別以概率Pi發(fā)現目標，則對目標綜合發(fā)現概率為

2．2．2 遠距離支援式有源壓制性干擾

為便于計算，本文忽略傳播因子的影響，并假設干擾機是以主瓣對雷達進行壓制性干擾，可得受擾雷達接收機輸入端的干擾功率(Pj)in與有用信號功率(Ps)in之比K為

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

當式(3)中K=Kj(Kj為遮蔽系數)時，可得受干擾后的探測距離

2．3 聯(lián)邦對象模型

2．3．1 對象類與屬性

聯(lián)邦對象模型中的對象類均由一級對象基類(BaseObject)派生而來，主要包括飛機類(Aircraft)、信息戰(zhàn)類(InformationWarfare)、輻射源類(Radiant-Source)、態(tài)勢對象類(SituationObj)以及控制站類(Bastion)等，其對象類層次結構如表1所示。表2、3分別為對象基類(BaseObject)、預警雷達對象類(EWARadar)的屬性(省略有關的數據結構、枚舉類型)。

表1 聯(lián)邦對象模型的對象類層次結構

表2 對象基類屬性

表3 預警雷達對象類屬性

2．3．2 交互類與參數

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

表4 交互類層次結構

這里只給出雷達輻射源情報交互類參數，如表5所示(省略有關的數據結構、枚舉類型)。

表5 雷達輻射源情報交互類參數

3 預警機雷達電子對抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能仿真實例分析

低空突防是一種常見而又復雜的作戰(zhàn)樣式，涉及多兵種、多機種之間的密切協(xié)同。本文給出了低空突防的簡化案例，其依據主要是:一是削減規(guī)模，即紅、藍雙方分別為1個預警機對抗系統(tǒng)及1架預警機;二是突出重點，即關注低空突防中的預警機探測與對抗，而非要地防空中的地空與空地對抗。

3．1 仿真背景設定

紅方殲擊機編隊從4個機場起飛，以低于300 m飛行高度實施低空突防，由某型預警機雷達電子對抗系統(tǒng)對低空突防飛機實施掩護，以保證低空突防成功率。該預警機雷達電子對抗系統(tǒng)由系統(tǒng)指揮控制站、雷達干擾站、目標指示雷達站和對空無源探測定位設備等組成，本案例重點關注其中的2型4個雷達干擾站。這些干擾站在紅方低空突防方向成一線部署，對藍方預警機雷達進行干擾;藍方預警機按照預定航線在預定區(qū)域巡航。該預警機雷達電子對抗系統(tǒng)想定作戰(zhàn)背景如圖7所示。

圖7 預警機雷達電子對抗系統(tǒng)想定作戰(zhàn)背景

3．2 仿真執(zhí)行

設置仿真初始條件后，啟動仿真。仿真交互步長為1 s(飛機、預警機內部仿真步長為50 ms)。由于實體數量較少，本仿真為超實時仿真。預警機雷達開機、進入干擾站雷達探測范圍時，干擾站實施壓制式干擾。仿真初期和后期2個時刻雷達對抗仿真態(tài)勢分別如圖8、9所示，由此可直觀看出受到干擾之后預警機雷達的探測范圍，以及預警機與低空突防飛機之間的協(xié)同態(tài)勢。

圖8 某預警機雷達電子對抗系統(tǒng)效能仿真初期態(tài)勢

圖9 某預警機雷達電子對抗系統(tǒng)效能仿真后期態(tài)勢

3．3 仿真結果分析

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

干擾站編號干擾站型號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

總體仿真評估結果:平均壓制距離為98．59 km，合成壓制角度為86°，干擾范圍達到藍方預警機雷達探測范圍的14．1%，將藍方預警機的預警時間縮短約2 min，從而各項指標滿足預警機雷達電子對抗系統(tǒng)作戰(zhàn)要求。

4 結論

本文著眼于系統(tǒng)的互操作性與組裝性要求，建立了預警機雷達電子對抗仿真聯(lián)邦，并通過低空突防實例驗證了其有效性。下一步，將在此基礎上利用半實物仿真驗證預警機雷達電子對抗仿真結果，并研究更為復雜的預警機雷達電子對抗案例，如多個預警機雷達電子對抗系統(tǒng)與多架預警機之間的對抗等，以改進本文研究成果的適用性。

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