预警机雷达电子对抗系统作战效能仿真分析

王国胜，戚宗锋，徐享忠

(1．装甲兵工程学院控制工程系，北京100072;2．电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室，河南洛阳471003;3．装甲兵工程学院装备指挥与管理系，北京100072)

装有载机与监视雷达、数据处理、数据显示与控制、敌我识别、通信、导航、无源探测等电子设备，并集预警、指挥、控制、通信、数据处理等诸多功能于一体的预警机，是现代和未来高技术战争中极为重要的武器装备，主要用于搜索、监视以及跟踪空中和海上目标并指挥、引导己方飞机完成作战任务，因此被称为活动的空中指挥所，从而也成为电子对抗的重要作战对象［6］。郭辉等［7］建立了预警机作战效能评估指标体系，提出了采用区间数形式的加权和与加权积关系进行指标聚合的评估方法;鲁瑞达等［8］运用ADC效能模型，通过对空空模式下的效能指标进行分析，建立了预警机预警作战效能模型。

计算机仿真技术集可控性、可重复性、无破坏性、安全性、经济性等众多优势于一体，对预警机雷达电子对抗系统作战效能进行仿真分析成为当前以及未来信息化战争中电子对抗系统研究领域的热点之一。为此，本文搭建了预警机雷达电子对抗系统仿真分析的分层技术框架，构建了预警机雷达电子对抗仿真联邦，提出了预警机雷达电子对抗系统作战效能仿真分析方法，并通过2型4个雷达干扰站对预警机雷达电子对抗过程进行了仿真，验证了该方法的有效性。

1 电子对抗系统作战效能仿真分析的技术框架

根据体系对抗效能仿真系统的需求，本文提出电子对抗系统作战效能仿真分析的分层技术框架，如图1所示，主要由电磁环境仿真层、电磁效应分析层以及电子对抗系统效能评估层等构成，底层由电磁信号综合数据库提供支撑。其中:电磁环境仿真层着重关注电磁辐射源行为，通过双方电子对抗行动和电子对抗措施的仿真，构建战场电磁环境，以服务的形式为用频设备提供战场电磁信息查询;电磁效应分析层对用频设备在战场电磁环境下的效应进行分析，为电子对抗系统作战效能评估层提供基础数据;电子对抗系统作战效能评估层依据评估指标体系，以电子对抗仿真过程数据为基础，评估预期电子对抗系统作战效能，为电子对抗指控系统提供支持;电磁信号综合数据库主要管理辐射源的基本战技性能参数、电磁兼容性数据、自然传播环境数据、预设背景电磁环境参数以及辐射源的行动方案等战场电磁环境仿真的基础数据。

图1 电子对抗系统作战效能仿真分析的技术框架

该技术框架体现了“面向服务”和“分而治之”的思想，即以服务的形式提供整个战场电磁环境信息的查询;电磁效应分析与战场电磁环境构建分离，由相关武器平台上的用频设备根据战场电磁环境自行评估电磁效应。其优点是:1)有利于保证战场电磁环境的一致性;2)可充分发挥用频设备用户的专业特长，专注于电磁效应分析，降低了问题的复杂性。

2 预警机雷达电子对抗仿真联邦

由于预警机对抗系统成员和预警机成员通常很少单独运行，预警机雷达电子对抗仿真系统在能单独运行的同时，要能很方便地与其他军兵种的仿真系统集成与互操作，组装成为更大规模的联邦;因此，系统构建采用了具备足够灵活性的高层体系结构(High Level Architecture，HLA)的架构。

基于图1，本文采用HLA技术构建了预警机雷达电子对抗仿真联邦，包括红方的信息作战指挥所成员、预警机雷达对抗成员以及飞机成员，蓝方的预警机成员，白方的仿真运行控制成员、仿真态势显示成员以及仿真结果记录成员，如图2所示。为清晰起见，图中省略了红方、蓝方与白方成员之间的联系。

2．1 概念模型

2．1．1 预警机雷达对抗系统

饭后，杨晓梅扶着老太太回卧室休息。高河表示要帮忙收拾餐桌，杨年丰摇了摇头，说：“我看你没精打采，是不是火车上的疲劳还没有舒缓过来？你回房休息吧，稍后我去找你，晚上我们大伙一起去江边玩。”

图2 预警机雷达电子对抗仿真联邦

当预警机雷达开机且进入预警机雷达对抗系统侦察范围时，雷达对抗侦察设备能发现预警机，并对预警机雷达实施噪声压制式干扰(不考虑欺骗式干扰)。图3、4分别为预警机雷达对抗系统的雷达对抗侦察设备活动和雷达干扰设备活动的概念模型。

图3 雷达对抗侦察设备活动的概念模型

图4 雷达干扰设备活动的概念模型

2．1．2 预警机

预警机飞行状态包括起飞、巡航、返航3个阶段。预警机进入巡航区域后，以巡航速度飞行，直到预定结束时间。雷达探测设备搭载在预警机上，首先开机进行探测，若探测目标的实际距离小于预警机雷达的探测距离，则该目标被发现，然后把探测结果上报给指挥所。预警机飞行活动、探测活动的概念模型分别如图5、6所示。

图5 预警机飞行活动的概念模型

图6 预警机探测活动的概念模型

2．2 数学模型

本文涉及的电子对抗过程可分为雷达空间探测和雷达干扰，其中:雷达空间探测又可分为单部雷达的空间探测和雷达网系统的探测［9］;雷达干扰为远距离支援式有源压制性干扰［10］。

2．2．1 雷达空间探测

本文在计算雷达探测概率时没有采用查表法，而是采用经验数学模型直接计算得到，即

式中:S为单个脉冲信噪比(无干扰)或信干比(有干扰);n=frθ0．5/ω，为一次扫描中雷达脉冲积累数，其中θ0．5为雷达天线半功率波束宽度，ω为天线扫描角速度，fr为脉冲重复频率;Φ(x)=，为标准正态分布概率分布函数。

在雷达网中，设各雷达分别以概率Pi发现目标，则对目标综合发现概率为

2．2．2 远距离支援式有源压制性干扰

为便于计算，本文忽略传播因子的影响，并假设干扰机是以主瓣对雷达进行压制性干扰，可得受扰雷达接收机输入端的干扰功率(Pj)in与有用信号功率(Ps)in之比K为

式中:Pj为干扰机的发射功率;Ps为计入传输路线损耗的受扰雷达功率;Gj为干扰机天线的最大增益;Gs为雷达天线的最大增益;Δfrec为发射信号的有效频谱宽度;Δfj为干扰信号的有效频谱宽度;γj为干扰机天线对受扰雷达接收机天线的极化系数;Fs(Φj，Θj)为受扰雷达天线的归一化方向图，其中Φj和Θj是在相应平面中相对于受扰雷达波束轴线所测定的角度;σBF为被干扰遮蔽的战斗编队的反射截面积;Ds为雷达与被掩护的战斗编队的距离;Dj为干扰机的极坐标。

当式(3)中K=Kj(Kj为遮蔽系数)时，可得受干扰后的探测距离

2．3 联邦对象模型

2．3．1 对象类与属性

联邦对象模型中的对象类均由一级对象基类(BaseObject)派生而来，主要包括飞机类(Aircraft)、信息战类(InformationWarfare)、辐射源类(Radiant-Source)、态势对象类(SituationObj)以及控制站类(Bastion)等，其对象类层次结构如表1所示。表2、3分别为对象基类(BaseObject)、预警雷达对象类(EWARadar)的属性(省略有关的数据结构、枚举类型)。

表1 联邦对象模型的对象类层次结构

表2 对象基类属性

表3 预警雷达对象类属性

2．3．2 交互类与参数

交互类均由一级基类(BaseInteraction)派生而来，主要包括声明交互(AnnounceInteraction)、仿真请求(SimRequest)和仿真响应(SimResponse)，其二级基类和三级基类如表4所示。

表4 交互类层次结构

这里只给出雷达辐射源情报交互类参数，如表5所示(省略有关的数据结构、枚举类型)。

表5 雷达辐射源情报交互类参数

3 预警机雷达电子对抗系统作战效能仿真实例分析

低空突防是一种常见而又复杂的作战样式，涉及多兵种、多机种之间的密切协同。本文给出了低空突防的简化案例，其依据主要是:一是削减规模，即红、蓝双方分别为1个预警机对抗系统及1架预警机;二是突出重点，即关注低空突防中的预警机探测与对抗，而非要地防空中的地空与空地对抗。

3．1 仿真背景设定

红方歼击机编队从4个机场起飞，以低于300 m飞行高度实施低空突防，由某型预警机雷达电子对抗系统对低空突防飞机实施掩护，以保证低空突防成功率。该预警机雷达电子对抗系统由系统指挥控制站、雷达干扰站、目标指示雷达站和对空无源探测定位设备等组成，本案例重点关注其中的2型4个雷达干扰站。这些干扰站在红方低空突防方向成一线部署，对蓝方预警机雷达进行干扰;蓝方预警机按照预定航线在预定区域巡航。该预警机雷达电子对抗系统想定作战背景如图7所示。

图7 预警机雷达电子对抗系统想定作战背景

3．2 仿真执行

设置仿真初始条件后，启动仿真。仿真交互步长为1 s(飞机、预警机内部仿真步长为50 ms)。由于实体数量较少，本仿真为超实时仿真。预警机雷达开机、进入干扰站雷达探测范围时，干扰站实施压制式干扰。仿真初期和后期2个时刻雷达对抗仿真态势分别如图8、9所示，由此可直观看出受到干扰之后预警机雷达的探测范围，以及预警机与低空突防飞机之间的协同态势。

图8 某预警机雷达电子对抗系统效能仿真初期态势

图9 某预警机雷达电子对抗系统效能仿真后期态势

3．3 仿真结果分析

某预警机雷达电子对抗系统作战效能仿真结果如表6所示，包括4部干扰站各自的型号、部署位置、干扰角度以及压制距离。

干扰站编号干扰站型号干扰站位置干扰角度/(°)压制距离/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

总体仿真评估结果:平均压制距离为98．59 km，合成压制角度为86°，干扰范围达到蓝方预警机雷达探测范围的14．1%，将蓝方预警机的预警时间缩短约2 min，从而各项指标满足预警机雷达电子对抗系统作战要求。

4 结论

本文着眼于系统的互操作性与组装性要求，建立了预警机雷达电子对抗仿真联邦，并通过低空突防实例验证了其有效性。下一步，将在此基础上利用半实物仿真验证预警机雷达电子对抗仿真结果，并研究更为复杂的预警机雷达电子对抗案例，如多个预警机雷达电子对抗系统与多架预警机之间的对抗等，以改进本文研究成果的适用性。

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