电子对抗组网仿真技术研究

谢 军

(中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄050081)

0 引言

电子对抗组网作战分析仿真系统是对在实际或假想的环境下,按照所设计的规则和过程行动2支或多支部队进行对抗的仿真系统。组网仿真即运用仿真分析的方法,模拟综合运用各种电子对抗装备,与相关部队密切配合,将具有不同特点、性能和工作频段的信息对抗装备组织起来,形成全时空、全频域的各种平台互相补充、各种干扰相互联系且相互支援的有机整体,评价这个整体的综合作战能力,研究武装力量的需求和组织结构,为作战指挥提供辅助决策。

1 仿真体系结构

电子对抗组网仿真技术的研究可从以下几个层次上进行:

①构建较为完善的各电子对抗设备模型,能体现设备的主要性能;

②构建完善的地理环境电磁环境的模型,能适应多边的电磁环境和典型地形环境的变化需要;

③对敌通信系统建模,能仿真敌通信设备和系统的主要性能和工作过程;

④构建完善对抗系统模型,能体现系统的主要性能和通信对抗作战能力;

⑤建立系统模型的性能评价标准。

为了适应组网工作环境,实现各种电子侦察、测向和干扰站型组网协调工作,建立组网仿真控制的体系结构如图1所示。

图1 组网仿真体系结构

2 仿真系统建模方法

模型生成是指在系统内形成一组能反映实体运动形态的模型。模型生成过程具有如下特点:

①模型在系统内的主要存储方式是非程序式的。基于数据的模型表示和基于知识的模型表示都可以作为模型的基本形态;

②在生成模型的过程中,采用定量建模和推理分析相结合的技术。定量建模用于确定模型的数学形态和有关的参数。推理分析在建模前、建模中和建模后都起作用;

③模型生成在人机交互中完成。在传统的建模过程中,人的作用和机器的作用二者的分界线十分明显,而在模型生成技术中这种分界线是模糊的。

模型生成应该是一个动态的过程。特别是在实体所处的环境变化时,模型的生成环境也应该随之变化,即使按同一工作步骤,所生成的模型也不会完全相同。

3 仿真设计

3.1 仿真建模方法

组网仿真系统首先建立电子对抗各设备完善的性能描述,在此基础上建立各设备的仿真模型,其次建立电子对抗系统及战场电子对抗组网的一整套系统描述和性能评价标准,并建立系统仿真模型。通过仿真试验,验证系统模型描述和系统性能评价标准的正确性。

在组网仿真系统中,干扰站仿真布署主要涉及到的关键环节有:建立干扰站及干扰目标的模型,要求准确、完整,能体现设备的主要性能和主要技术指标;建立战场电磁环境和地形环境模型,要求模型建立准确、完整,能够适应多变的电磁环境和典型的地形环境的变化需要;从技术角度建立战场中电子侦察对抗装备的统配原则,为战术使用提供必要的准则,以实现对战场上所有电子对抗装备的最佳利用。组网仿真系统组成如图2所示。图中各部分组成说明如下:

①情报资料库:记录战场侦察分析得到的情报信息;

②装备资料库:记录本方当前战场配属的装备资料信息;

③目标模型:根据情报信息抽象,产生敌方目标模型;

④电子战装备模型:根据本方装备资料信息抽象,产生装备资料信息模型;

⑤战场电磁态势模拟仿真:根据战场地形地貌的地理特征,提取战场电磁环境特征,根据电磁环境特征确定模糊推理输入量;

⑥模糊评判规则库:根据在不同地理环境下累积的经验建立的一套评判准则;

⑦统配规则库:根据在不同地理环境下累积的经验建立的一套装备配属准则;

⑧模糊推理决策:给出了模糊逻辑和近似推理的方法;

⑨仿真结果报告:根据仿真推理结果,显示和在地图上标绘仿真结果信息。

图2 组网仿真系统组成

3.2 地理信息建模

电磁环境仿真的工作过程主要分为场景产生和场景处理2步。在场景产生期间,首先由用户输入或外部数据库产生地图绘制文件;然后,用户可以在系统仿真平台上根据特定的试验要求确定辐射源参数和辐射源工作方式。建立战场地理环境模型,首先必须能够精确分析和测量战场地理环境,对地理信息进行有效处理。

3.3 电磁环境建模

根据仿真模型做粗略计算和根据抽样结果进行回归分析,首先要解决下述模型建模环节。

3.3.1 围绕地球表面的绕射损耗数学模型

围绕地球表面的绕射基本衰减计算公式为:

式中,G(x0)=0.0575x0-10lgx0;函数F(x1)、F(x2)和C1(k,b0)可以通过样本做曲线拟和取得;G(x0)、F(x1)和F(x2)所用到的函数参数如下:其中 ,dlt为发射端离其视线点的距离;dlr为接收端离其视线点的距离;d为发射端和接收端之间的直线距离;a为等效地球半径。

以水平极化方式为例,参数k,b可以表示为:

式中,x=1.8×104σ/f;参数ε、σ为介电常数和电导率。

3.3.2 山峰绕射损耗

对于电磁波单波绕射其数学模型表示如下:

山峰绕射损耗计算公式为:

此外还有树林绕射损耗、4个基本无线电气候区传播方式、气体吸收所引起的具体衰减、波导模式衰减、对流层散射模式衰减、自由空间传播损耗和等效各向同性辐射功率等等,限于篇幅不再介绍。

4 仿真实例分析

4.1 在数字地图上布置干扰台站实例

在确定干扰站布设截面以后,需要根据敌台方位选择布设合适的干扰台站。在这里可按照如下方法布设:

①分别在对方电台布设位置,向干扰站截面所在直线做投影,与干扰站布设截面所在直线交于一点;

②将这些点按纬度高低进行排序;

③根据模糊计算得出的对方电台的重要等级程度对投影点进行排序,依次将重要等级高的投影点进行冒泡排序;

④计算干扰站布设点与目标之间是否存在遮挡。如果存在遮挡,以布设点为圆心,r为半径,背离目标方向做半圆,在圆弧上选择点,计算与目标是否存在遮挡,如果不存在遮挡,则将干扰站步设点选择在这里,否则继续扩大半径r,寻找新的布设点;

⑤根据第1个干扰目标的信号特征,选择相适合的干扰站,将干扰站布设到目标对应的投影点,并对该目标做已分配标记;

⑥以干扰站布设点为中心,根据干扰站波束宽度从高纬度向低纬度按一定步进进行扫描,计算是否有新的电台位置出现在扫描线上方;

⑦如果有新的电台位置出现在扫描线上方,判断电台信号特征是否能够被当前干扰站干扰;

⑧如果信号特征能够被当前干扰站干扰,根据目标距离和目标信号强弱,计算干扰所需压制功率,如果干扰战能够满足功率要求,将该目标打上分配干扰标记;

⑨将已经分配干扰的对方电台移出目标集,重复⑥～⑧,直到目标库中绝大多数电台都分配干扰站对其进行干扰。

4.2 计算干扰范围

在选定干扰站和确定干扰站位置以后,从干扰站位置向这个干扰站对付的第1个目标引一条射线,以干扰站位置为中心,从这条射线位置开始,向低纬度方向扫描天线波束宽度角度,记录下所有能够干扰的目标。从这些目标中,选择所需的最大的干扰功率,根据最大干扰功率,计算最大干扰距离。以干扰站为中心,最大干扰距离为半径,从射线位置向低纬度方向做扇形,扇形夹角为天线波束宽角度。这个扇形区域就是分布的干扰站的干扰范围。

4.3 电磁环境模型仿真

在实际电磁环境中,产生电磁波传播衰减的因素很多,每种因素对电磁波能量损耗的作用大小是不一样的。在这里将仿真模型的计算局限在传播方式为传播方式一即晴空的传播方式。在这种传播方式里,对流层散射L1、波导传播L2、层反射/折射L3、气体吸收L4和场地屏蔽L5构成主要传播损耗。

记损耗向量为:L=(L1,L2,L3,L4,L5,ε),损耗系数为

总的传播损耗为:

式中,ε为其他因素构成的损耗,这里根据经验值给出。

①2点通视计算。在地图上的任意2点,根据地形地貌,计算2点之间是否存在遮挡。其中Ⓗ表示2点的位置,实线表示从第1点到第2点之间无遮挡距离,虚线表示遮挡部分;

②2点剖面计算。由于地表的崎岖不平,在地图上的任意2点之间其地面存在高低起伏,为直观描述地表起伏,仿真中可以计算2点的剖面。例如计算2点之间的剖面,其坐标分别为:(109.997 97,34.558 4)和(110.171 3,34.339 3),其剖面如图3所示。

图3中横坐标表示2点的水平距离,纵坐标表示高度,曲线表示2点间的剖面。在这里曲线采用直线插值逼近。

图3 2点剖面计算

5 结束语

针对电子对抗组网仿真的具体特性,对构建仿真系统的关键技术和环节进行了分析,设计了应用于通信对抗系统中组网仿真各个体的数学模型,给出了实际算法。该方法对电子对抗组网仿真性能研究和作战效能评估提供了一条较好的解决途径。

[1]李曙东.制模与仿真理论[M].北京:国防工业出版社,2005.

[2]杨瑞平.系统仿真与建模[M].北京:国防工业出版社,2005.

[3]郭齐胜.分布交互仿真及其军事应用[M].北京:国防工业出版社,1999.