靶场虚实合成多目标作战试验环境构建方法

曲宏宇， 冯 楠， 许文腾

（92941部队）

随着我军武器装备向信息化、智能化和通用化方向发展，海军新型战术导弹结构越来越复杂、性能指标越来越丰富、系统间耦合度越来越高，对靶场试验鉴定与评估能力提出了更高要求［1］。为对导弹武器系统的战技性能和作战使用性能进行充分地考核和评定，确定武器装备是否有效、可用，在接近实战化条件下开展导弹武器系统的试验鉴定与评估非常必要。通过综合集成各类异构试验资源构建接近实战条件的、可测、可控、经济安全的试验环境，可以开展内外场相结合、实战对抗与虚拟仿真相结合的虚实合成多目标作战试验，作为导弹武器系统作战试验鉴定外场飞行试验的重要补充，弥补单独依靠外场飞行试验无法进行大量、重复试验的不足。

1 虚实合成多目标作战试验的概念

虚实合成多目标作战试验是指武器装备系统及设备的任何项目（或关键部件）在贴近实战的、真实目标和虚拟目标共存的环境下开展的试验，目的是确保武器装备系统及设备能够满足作战使用需求，同时对其性能进行分析和评估［2－3］。靶标作为战术导弹武器系统试验鉴定中的“蓝军武器”，用于模拟来袭的威胁目标，是靶场作战试验环境构设的重要组成部分。然而，由于目前真实靶标造价昂贵，且不能重复使用，导致多目标试验成本难以控制。在试验安全性方面，受试验航区限制，无法为导弹武器系统提供多方位、多批次目标，且靶标的飞行时序也很难实现精准控制。综合考虑试验保障条件和安全性因素，导致无法在靶场通过大量的实弹打靶对导弹武器系统抗饱和攻击能力、多目标拦截能力、武器系统反应时间、多源目标指示信息融合能力、超视距攻击能力等作战性能指标进行充分考核，为导弹武器系统的实际作战使用埋下了隐患。虚实合成多目标作战试验利用虚实合成多目标构建技术，可以构建逼真、可重复使用的试验环境，大大降低了试验成本［4］。此外，该项技术在作战试验中的运用，能够大幅度降低试验风险，提高对试验安全的控制能力。

2 虚实合成多目标构建技术

虚实合成多目标构建技术主要是利用计算机仿真技术，结合导弹武器系统所打击目标的特性，构建贴近真实作战使用条件下的虚拟电子靶标，并将电子靶标和真实靶标同时作用于舰载雷达，形成目标指示信息。导弹武器系统融合各类目标指示信息后，在虚实合成作战试验环境下完成导弹武器系统作战试验流程。试验中，目标指示信息可由本舰舰载雷达产生，也可用计算机生成兵力技术模拟产生，并通过数据链的方式传送。

2.1 电子靶标构建

电子靶标是根据威胁目标的运动特性、散射特性，利用计算机建模与仿真技术构建的贴近目标真实状态的一类虚拟靶标。在虚实合成的作战试验环境中，电子靶标作为重要的“蓝军武器”，可采用数学仿真的方法构建，也可采用硬件在回路仿真的方法构建。2种方法构建的电子靶标，与导弹武器系统探测段进行信息交互的方式不同。

1）数学仿真构建的电子靶标。具体工作原理为：仿真计算机根据目标运动数学模型模拟其六自由度的运动行为，通过网络将仿真产生的目标信息输入到舰面雷达目标模拟器设备中，激励雷达目标模拟器生成目标信号（中频），并注入本舰雷达接收系统中，形成虚拟的目标态势。

2）硬件在回路仿真构建的电子靶标。该类靶标主要用于模拟产生接近真实状态下的导弹型和飞机型目标的雷达反射回波，舰载雷达系统通过接收该模拟系统转发生成的雷达反射回波信号，对目标形成稳定跟踪，为舰载导弹武器系统提供目标指示信息。根据不同任务需求，该系统可以依托试验环境灵活布置，如图1所示。该类电子靶标硬件主要由天线系统、接收系统、数字射频存储设备、发射系统、信号测量与同步系统、综合控制系统、频综、系统控制计算机、信息监测与分析系统及电源等组成。电子靶标生成设备通过天线接收舰载雷达发射信号，经混频、检波后分离，提取出雷达信号特征和同步信号等信息，在同步信号的控制下与目标生成模块产生的相参的导弹型和飞机型典型目标的反射回波相调制，由天线发射给舰载雷达，舰载雷达稳定跟踪该信号后为舰载导弹武器系统提供目标指示信息［5－6］。该设备为通用设备，针对不同频段和功率的雷达使用时，只需对设备中相应模块参数进行更改。

图1 电子靶标生成设备组成结构示意图

2.2 传感器信息感知系统构建

由于本舰雷达视距有限，对于视距外的目标，导弹武器系统不能在第一时间对其进行有效打击，这给本舰带来了很大的风险。同时，当本舰雷达受到敌方干扰无法正常工作时，如何能够继续使用本舰的武器对目标实施有效打击，也是需要解决的问题。为解决上述问题，在实际作战过程中，导弹武器系统能够通过数据链接收由其他舰艇、预警机提供的目标指示信息，并具备对信息进行融合处理的能力。由于靶场可用的试验资源不包括其他舰艇、预警机提供的目标指示信息，因此可使用计算机生成兵力技术模拟实现上述作战过程。

计算机生成兵力（Computer Generated Forces，CGF）是指仿真战场环境中由计算机生成和控制的仿真实体，通过对人类作战行为的充分建模，这些实体能不需要人的交互而自动地对仿真战场环境中的事件和状态做出反应，实现其在战斗中的角色和职能［7］。利用CGF技术建立传感器信息感知系统，用于模拟其他舰艇、预警机提供目标指示信息的行为，其组成结构如图2所示。

图2 传感器信息感知系统组成结构图

传感器信息感知系统是用来描述传感器系统模型及其行为方式的一类系统，它对目标的感知能力取决于传感器的性能参数、行为方式、目标的有效反射面积和电子干扰方式［8］。传感器的性能参数、行为方式是传感器自身的能力，目标的有效反射面积和电子干扰方式是外界对它的刺激。传感器信息感知系统能够使用目标生成模块提供的虚拟目标，也可使用其他目标源提供的目标信息。通过将目标信息进行融合，周期性地执行对目标的探测、定位、跟踪、识别等操作，最后将形成的目标感知信息通过数据链模拟器传送至导弹武器控制系统，为其提供连续不断的目标指示信息［9］。在传感器感知目标的过程中，采用不同的操作（行为）方式，对传感器获取感知信息影响很大。例如针对不同目标采用不同的跟踪滤波方式，针对不同的电子干扰形式采用不同的抗干扰措施，针对不同的目标采用不同的识别方式等等。传感器信息感知系统的学习模块用于训练目标识别的神经网络，组合库与识别模块配合完成对目标的识别；模型库用于存放和管理执行探测、融合、抗干扰、定位、跟踪、识别操作（行为）的模型；数据库用于存放和管理执行探测、融合、抗干扰、定位、跟踪、识别操作（行为）过程的数据。

3 靶场虚实合成多目标的作战试验环境构建方法应用

为考核某型导弹武器系统抗饱和攻击能力、多目标拦截能力、武器系统反应时间、多源目标指示信息融合能力、超视距攻击能力等作战性能指标，设计试验场景为：我舰同时受到敌方8批目标的打击，目标方位各不相同，其中2批为超视距虚拟目标，2批为数字电子靶标，2批为硬件在回路的电子靶标，2批为真实靶标，我舰某型导弹武器系统负责对敌方的8批目标实施拦截。参试装备中，本舰雷达、武器控制系统、信息融合设备、真实靶标等以实装形式参与，其他系统（或设备）以模拟器、数字仿真系统或硬件在回路系统的形式参与。构建的虚实合成多目标作战试验平台组成结构如图3所示。

图3 虚实合成多目标作战试验平台组成结构图

参加试验的各类靶场试验资源采用发布／订购的机制，通过仿真代理设备接入虚实合成多目标作战试验平台，以实现资源间的互联、互通、互操作。试验过程受试验管理与控制系统统一调度、监控和管理；数据链模拟器用于模拟数据链传输的行为，将其他信息源模拟产生的目标指示信息传送至导弹武器控制系统；靶场测控系统负责实时采集真实靶标和本舰的时间－空间－位置信息，以及武器控制系统的控制指令、状态信息，并通过仿真代理设备发布到虚实合成多目标作战试验平台；仿真代理设备负责对实时发布／订购的试验数据进行DR（Dead－Reckon）推算、坐标转换和时间同步处理，以实现外场实装与内场仿真系统时间和空间理解的一致［10］；试验态势显示系统能够通过虚实合成多目标作战试验平台订购所有参试实体的属性和状态信息，并以可视化的形式体现。试验前，为对目标的到达时间进行有效控制，需要对试验方案进行仿真推演。推演过程中，所有参试设备和系统均使用数学仿真的方式模拟。试验中，根据仿真推演结果对各类电子靶标、真实靶标、虚拟超视距靶标的发射时序进行控制，通过开展虚实合成多目标内外场联合试验，完成对目标的拦截。

试验具体步骤如下：

1）本舰驶入试验航路，并实时发布本舰的时间－空间－位置信息，供内场各系统使用；

2）传感器信息感知系统模拟产生2批超视距目标指示信息，经由数据链模拟器送至本舰导弹武器控制系统信息融合设备，并通过仿真代理设备实时发布超视距目标的时间－空间－位置信息，供内场各系统使用；

3）其他6批目标通过本舰雷达形成目标指示后，将目标的时间－空间－位置信息发送至本舰导弹武器控制系统信息融合设备，其中2批数字电子靶标的时间－空间－位置信息通过仿真代理设备直接发布到虚实合成多目标作战试验平台上，2批硬件在回路的电子靶标和2批真实靶标的时间－空间－位置信息经由靶场测控系统采集后，通过仿真代理设备实时发布到平台上；

4）舰面信息融合设备负责对多源目标指示信息进行融合，并将融合后的信息送至本舰导弹武器控制系统，对于导弹武器控制系统来讲，舰面信息融合设备提供的所有目标都被视为真实目标；

5）本舰导弹武器控制系统根据目标对本舰的威胁程度进行火力分配和发射参数解算，自动发出发射指令，并向虚实合成多目标作战试验平台实时发布发射指令、导弹的初始发射参数和发射架状态信息；

6）内场导弹数字仿真系统通过仿真代理设备实时订购到外场实装的发射指令和目标信息后，通过目标信息中目标的ID号对目标进行识别、匹配和虚拟拦截；

7）试验态势显示系统通过仿真代理设备实时订购所有参试实体发布的属性和状态信息，并以可视化的形式体现，试验整体态势如图4所示。

试验结果表明，本舰舰载雷达能够探测、捕获和稳定跟踪虚拟电子靶标和真实电子靶标，信息融合设备能够融合本舰雷达目标指示信息和通过数据链送至本舰的虚拟超视距目标指示信息，导弹武器控制系统能够根据目标的威胁程度进行火力分配和发射参数解算，发出发射指令，对目标实施模拟拦截。

图4 虚实合成多目标内外场联合试验态势图

4 结束语

通过构建虚实合成多目标作战试验环境，解决了无法对导弹武器系统部分作战使用性能指标进行充分考核的难题，为在靶场开展贴近实战的作战试验提供了手段和途径。该方法还可推广应用于多平台导弹武器系统的攻防对抗、编队协同防空等作战试验项目中，为在靶场开展平台级作战试验提供技术支撑。

（References）

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