复杂电磁环境对现代作战体系对抗能力影响的数值仿真分析*

罗小明，闵华侨

（装备指挥技术学院，北京 101416）

现代作战体系是一个集军人战斗能力、装备毁伤能力、决策指挥能力、支援保障能力、作战力量编组间协调控制能力于一体的复杂系统。它将主战装备/平台系统、综合电子信息系统、综合保障系统和军事人员系统，按照集成化的体制编制构成一个整体，实现侦察、打击、支援等各个功能的综合集成。

体系对抗是现代作战的基本方式之一。复杂电磁环境下作战是信息化战争区别于机械化战争的显著特征。争夺制电磁权，赢得电磁优势将贯穿战争的全过程[1]。如何定量分析复杂电磁环境对现代作战体系对抗能力的影响，是当前作战实验与模拟训练工作中必须解决的一项重要的理论课题。

1 复杂电磁环境下作战体系对抗的简化过程

图1是简化的复杂电磁环境下作战体系对抗过程[2-3]。作战体系中的预警探测系统、情报侦察系统获取情报信息后，通过通信系统传输到作战指挥控制中心，情报信息经过作战指挥控制中心处理后衍生出一系列作战决策信息，如火力打击命令、兵力突击命令、电子压制命令等；这些命令传到聚合兵力，由聚合兵力所采取的作战行动直接作用于目标实体，由目标实体显示达成的作战效果。

图1 简化的作战体系对抗过程示意图

2 战场电磁环境复杂性等级的设定及模糊隶属函数

战场复杂电磁环境[4]，是指信息化战场上，在交战各方激烈对抗条件下所产生的多类型、全频谱、高密度的电磁辐射信号，以及由使用电磁波的雷达、通信、导航制导设备、敌我识别设备、引信制导设备、电子干扰设备等电子设备引起的相互影响和干扰，从而造成在空域上电磁场分布纵横交错，时域上电磁信号突发多变，频域上电磁频谱密集重叠，能量域上功率分布参差不齐，严重影响武器装备使用、作战指挥和部队作战行动的战场环境条件。

复杂电磁环境主要影响和作用于使用电磁波的雷达、通信、导航制导设备、敌我识别设备、引信制导设备、电子干扰设备等电子设备。将复杂电磁环境对信息系统作战效能的影响分为“可忽略”、“轻度”、“中度”、“重度”等四个等级[4-5]，即由于复杂电磁环境的影响致使信息系统的作战效能下降，四个等级的下降范围分别设为[0，10%]、（10%，40%]、（40%，80%]、（80%，100%]。（注：本文所指的信息系统，是指由雷达、通信、导航制导、敌我识别、引信制导、供电、电子干扰、计算机、网络等设备组成的预警探测系统、情报侦察系统、通信系统、指挥控制系统、信息对抗系统。）

信息系统作战效能由于受到战场电磁环境的影响而下降，依据作战效能下降的程度，反过来可得到它所面临的战场电磁环境复杂性等级的评估结论。设战场电磁环境复杂性等级“可忽略”、“轻度”、“中度”、“重度”对应的模糊隶属函数分别为 μ1(I )、μ2( I )、μ3( I)、，则[4-5]

式中，I为信息系统的作战效能。

3 反映复杂电磁环境影响的兰彻斯特方程模型

现代作战体系的运行依赖于是高效有序的信息系统和精确的火力打击系统。信息化战争条件下，火力打击系统在信息系统的有效支援下，对敌方作战体系实施精确有效地实体打击。信息系统既为火力打击系统作战效能的发挥提供重要保障，又担负着对敌方信息系统的软杀伤作用。

目前，国内外应用于作战效能评估的方法主要有：专家研讨法、试验统计法、模拟仿真法和数学解析法。面向联合作战模拟的作战效能评估可采用指数—兰彻斯特方程法[6]。本文通过建立兰彻斯特方程模型，从整体和趋向上对复杂电磁环境对现代作战体系对抗能力的影响进行数值仿真分析。

反映复杂电磁环境对现代作战体系对抗能力影响的兰彻斯特方程模型[7-8]为

式中，x1，y1分别为红方和蓝方火力打击系统实力指数；x2，y2分别为红方和蓝方信息系统实力指数；Φ1，Φ2分别为红方作战单位火力分配比例；Ψ1，Ψ2分别为蓝方作战单位火力分配比例；a1，b1分别为红方和蓝方火力打击系统对对方火力打击系统硬杀伤的作战效能；a2，b2分别为红方和蓝方火力打击系统对对方信息系统硬杀伤的作战效能；η，δ分别为红方和蓝方信息系统对对方信息系统软杀伤的作战效能；β，θ分别为红方和蓝方信息系统在战场电磁环境中的作战效能；函数 f （ x2）、g （ x2）分别反映了红方和蓝方信息系统对己方火力打击系统的支援作用。

4 数值仿真分析

输入参数设置如下： x1＝y1＝ 5 0； x2＝y2＝30；Φ1＝Φ2＝0.5；Ψ1＝Ψ2＝0.5；a1＝b1＝ 0 .9； a2＝b2＝ 0 .2；f(x2)＝1-exp(-λx2)，g(y2)＝1-exp(-τy2)，λ、τ分别为红方和蓝方信息—火力影响因子（λ＞0，τ＞0），λ＝ τ ＝0.1。

令η＝0.6，δ＝0.3，即红方信息对抗系统能力要强于蓝方；红方信息系统在受到蓝方有意实施的电磁干扰时，由于其信息对抗能力较强，假定其作战效能降为 β ＝ 0.95；蓝方由于其信息对抗较弱，在红方对其实施的不同等级电磁干扰下，其信息系统作战效能θ分别降为：（0.9, 0.75, 0.4, 0.2,）四个值。由式（1）～式（4），这四个值对应的战场电磁环境模糊隶属函数值分别为：(1, 0.1054, 0, 0)、(0.1054, 1, 0,0)、(0, 0, 1,0.0183)和(0, 0, 1, 0.0183, 1)，由此可以看出，这四个值对应的战场电磁环境复杂性等级依次为：“可忽略”、“轻度”、“中度”、“重度”。

此时，兰彻斯特方程模型具体形式为

下面，利用Matlab程序，根据上式对蓝方作战体系在作战进程中受到红方有意实施的“可忽略”、“轻度”、“中度”、“重度”这四个等级的电磁干扰的影响进行数值仿真分析（仿真步长设为time = 100）。仿真分析结果如表1所列和图2、图3所示。由数值仿真结果分析可知：复杂电磁环境对现代作战体系对抗能力的影响较大。

表1 复杂电磁环境对蓝方作战体系作战进程影响兵力变化值

图2 复杂电磁环境对红、蓝双方信息系统实力指数影响数值仿真结果图

图3 复杂电磁环境对红、蓝双方火力打击系统实力指数影响数值仿真结果图

图2是复杂电磁环境对红、蓝双方信息系统实力指数影响的数值仿真结果图。在图2中，处于上半部分的四条曲线是红方信息系统实力指数的仿真曲线簇，处于下半部分的四条曲线是蓝方信息系统实力指数的仿真曲线簇。蓝方信息系统实力指数仿真曲线簇自上而下对应的是其信息系统受到“可忽略”、“轻度”、“中度”、“重度”这四个等级的战场电磁环境影响其在对抗中损耗的曲线；红方信息系统实力指数仿真曲线簇自下而上对应的是处于“可忽略”、“轻度”、“中度”、“重度”这四个战场电磁环境等级下的红方信息系统在对抗中的损耗曲线。由图2所示的数值仿真结果可以看出：红方信息系统实力指数损耗速度比蓝方的要慢，且随着战场电磁环境复杂性等级的提高，两者的信息系统实力指数在同一仿真时刻的差距会变大。就双方而言，蓝方信息系统实力指数的损耗降幅随战场电磁环境复杂性等级的提高而增大，且增幅较大，这说明战场电磁环境对蓝方信息系统影响较大；与之相反，红方在与蓝方对抗时，其信息系统实力指数的损耗降幅却随战场电磁环境复杂性等级的提高而减少，这说明红方信息系统对战场电磁环境适应能力较好，在与蓝方对抗时的战损也就相应减少。

图3是复杂电磁环境对红、蓝双方火力打击系统实力指数影响的数值仿真结果图。在图3中，处于上半部分的四条曲线是红方火力打击系统实力指数的仿真曲线簇，处于下半部分的四条曲线是蓝方火力打击系统实力指数的仿真曲线簇。蓝方火力打击系统实力指数仿真曲线簇自上而下对应的是其信息系统受到“可忽略”、“轻度”、“中度”、“重度”这四个等级的战场电磁环境影响其在对抗中损耗的曲线；红方火力打击系统实力指数仿真曲线簇自下而上对应的是处于“可忽略”、“轻度”、“中度”、“重度”这四个战场电磁环境等级下的红方火力打击系统在对抗中的损耗曲线。由图3所示的数值仿真结果可以看出：红方火力打击系统实力指数损耗速度比蓝方的要慢，且随着战场电磁环境复杂性等级的提高，两者的火力打击系统实力指数在同一仿真时刻的差距会变大。就双方而言，蓝方火力打击系统实力指数的损耗降幅随战场电磁环境复杂性等级的提高而增加，但是增加的幅度很小，这是由于红方信息系统对其火力打击系统的支撑能力受到战场电磁环境的影响较小，因此，红方火力打击系统在对蓝方火力打击系统进行打击时的效果也变化较小；与之相反，红方火力打击系统实力指数的损耗降幅随战场电磁环境复杂性等级的提高而减少，且减小的幅度较大，这是由于蓝方信息系统对其火力打击系统的支撑能力受到战场电磁环境的影响而有较大减弱，蓝方火力打击系统对红方火力打击系统的打击效能也有一定的下降，因此，就出现了红方火力打击系统与蓝方对抗的损耗降幅随战场电磁环境复杂性等级的提高而减少的现象。

5 结束语

战场电磁环境是一个复杂系统，它具有动态性、对抗性、不确定性、敏感性等复杂系统所具有的特征。因此，定量描述人为电磁辐射、自然电磁辐射或辐射传播因素对交战双方作战体系对抗能力的复杂性影响，应采用复杂系统建模与仿真的理论方法[9]进行，这是定量解决复杂电磁环境下部队作战与训练问题的主要技术途径。本文所提出的研究思路和建立的数学模型，对从整体和趋向上定量研究复杂电磁环境对现代作战体系对抗能力的影响具有重要的参考作用。

[1]罗小明. 复杂电磁环境下装备保障指挥效能评估指标体系及方法研究[J].装备指挥技术学院学报,2008,19(3):1-5.

[2]王汝群,等. 战场电磁环境[M].北京:解放军出社,2006.

[3]高辅刚,赵晔,胡晓峰,等. 复杂电磁环境下作战仿真系统指挥控制体系建模[J].火力与指挥控制,2008,33(7):112-116.

[4]罗小明,闵华侨,杨迪. 战场复杂电磁环境对导弹作战体系作战能力影响研究[J].装备指挥技术学院学报,2008,19(6):6-10.

[5]邵国培,刘雅奇.何俊,等. 战场电磁环境的定量描述与模拟构建及复杂性评价[J].军事运筹与系统工程,2007,21(4):17-20.

[6]王凯,孙万国. 武器装备军事需求论证[M].北京:国防工业出版社,2008:198-199.

[7]凌云翔,马满红,袁卫卫,等. 作战模型与模拟[M].长沙:国防科技大学出版社,2006:122-185.

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