航空电子对抗作战推演系统研究

陈国栋,黄岩毅

(空军第一航空学院,河南信阳 464000)



电子对抗专题

航空电子对抗作战推演系统研究

陈国栋,黄岩毅

(空军第一航空学院,河南信阳 464000)

针对战场电磁环境搭建与推演的军事需求，通过规范统一的接口标准和模型体系，建立了红蓝双方参战兵力的运动、雷达、电子对抗、武器等系统的设备及行为模型，实现作战双方的自主模拟推演与效能评估。结果表明，该系统模型完整可信，具有良好的逼真性、对抗性、协同性和自主性，信息对抗可视化效果好，能够满足航空电子对抗作战推演的需求。

航空电子对抗；作战推演；作战仿真；计算机生成兵力

0 引 言

信息化战争中，制电磁权已经成为作战双方激烈争夺的“制高点”，只有充分认清作战双方的电子装备能力，合理部署己方的电子装备，构建有利于己而不利于敌的战场电磁环境，是夺取制电磁权乃至夺取战争主动权的前提和基础[1-3]。

本文针对战场电磁环境搭建与推演的军事需求，开发了航空电子对抗作战推演系统，主要研究了信息化战场上各型作战平台的航迹规划、通信、雷达、电子对抗、武器等系统的标准化建模以及信息对抗的可视化问题，实现了欠实时、实时、超实时的自动或人在环的作战方案推演，对优化战场装备兵力部署，辅助制定电子战方案和战场频谱管理计划等具有重要的意义。

1 系统体系结构

1.1 总体结构

航空电子对抗作战推演系统采用红蓝双方对抗的模式在计算机平台上实现兵力生成、作战想定、推演控制、记录回放、效能评估等功能，总体结构如图1所示。系统根据任务想定建立红蓝双方参战兵力，仿真双方的战斗机、轰炸机、预警机、干扰机、地/海面引导/警戒雷达、地/海面防空导弹等系统的工作模型。配置方式上，红蓝双边推演兵力可以根据模型仿真粒度分布在一台或多台计算机上，作战想定、推演控制、记录回放、效率评估、战场电磁环境仿真等模块运行在独立的计算机上，为保证系统的灵活性和可扩展性，各平台通过在驻留在终端的通信Agent实现数据交互。

图1 总体结构

仿真过程中，红蓝双方的战斗机平台主要仿真数据链、机载火控雷达、自卫电子对抗、机载空空导弹的火控和弹道的工作过程；轰炸机主要仿真数据链、机载火控雷达、空地导弹的火控和弹道的工作过程；预警机主要仿真机载预警相控阵雷达的探测能力和基于数据链的情报分发能力；干扰机主要仿真数据链、机载告警、随队干扰、支援干扰、无源干扰的工作过程；地(海)面引导/警戒雷达主要仿真地(海)对空雷达对空中目标的探测、跟踪及情报分发、指挥引导能力；防空导弹系统主要仿真制导雷达的目标探测、跟踪能力和地空导弹的火控、弹道计算过程。系统具有独立的碰撞检测和数据记录模块，以进行第三方的实体坠毁或摧毁判决。

其中，战场中各实体的雷达、干扰、导引头、指令制导等电子设备的发射信号通过脉冲描述字将信号波形发送至战场中所有其他实体的雷达和干扰设备的天线阵面，各实体根据自身的工作状态对接收的脉冲描述字进行接收计算和信号数据处理。为了建立更加逼真的战场环境，各实体将发射信号发送至独立的战场环境仿真模型，由战场环境仿真模型对所有环境中的电磁信号进行衰减计算、编排重组后发送给各接收实体进行接收仿真计算。

1.2 实体模型及模型体系

在以航空电子对抗作战评估为中心的推演系统中，实体模型主要包括战斗机、轰炸机、预警机、干扰机、地/海面引导/警戒雷达、地/海面防空导弹等系统的电子设备及武器模型。各实体模型应能有效反映兵力实体在作战过程中的自主行为能力，具有行为的逼真性、对抗性、协同性，能够完成对环境和指令的响应。为了保证系统的可重用性和可扩展性，需要对实体模型进行标准化、规范化建模，建立统一的接口标准和模型体系[4-8]。

作战平台的标准化建模仿真流程如图2所示。由于不同作战平台在不同的状态下，其模型数量和运算量是不同的，为了保证作战推演速度和统一时间基准，各模型根据当前推演时间动态计算自身仿真步长。对雷达设备模型，为了模拟雷达操作手或飞行员操纵雷达天线扫描的行为，系统需要在推演初始或在推演过程中由指挥参谋人员指定雷达拟跟踪的目标，此时，战场环境仿真模型将发送雷达的方位、俯仰扫描中心，以保证雷达天线主瓣照射目标，进而及时有效地自动截获、跟踪指定的目标。此外，对雷达探测到的目标，雷达将根据工作模式和多目标跟踪结果自动删除丢失的目标，告警目标也将根据记忆时间自动删除消失的威胁目标。

图2 作战平台建模仿真流程

系统支持作战平台的自动闭环推演计算，也支持人在环路的作战平台控制(如飞行模型器等)，对前一种情况，系统根据独立的碰撞检测结果确定自身状态，对后一种情况，系统仅获取作战平台仿真计算结果而不进行模型解算。当平台处于自动驾驶且未坠毁或未被摧毁时，平台将根据生成的航路点和自身姿态、速度等信息自动进行航迹解算，并输出新的运动状态，进而实现从直角坐标到平面坐标的解算。

在标准化、模块化建模框架下，各作战平台根据自身类型确定模型加载数量、种类和装备参数，从而执行各自的模型解算过程。考虑到平台和模型的从属关系，当进行机载空空/空地导弹或地/舰空导弹仿真时，如果导弹进行末制导状态，则在完成弹目碰撞检测后再进行坠毁或被摧毁判决。

2 作战推演分析

航空电子对抗作战推演环境的构建涉及到空中、地面、海面的各种作战平台，为此，系统建立了基于数字地图的计算机兵力生成系统，依据建立的通信、数据链、雷达、电子对抗、飞行和武器等数据库，可以动态生成战场想定，并在指挥控制模块的运行控制下执行作战推演。系统在累计步数23341帧，仿真时间至5:00 min，当前步长为10 ms时的典型画面如图3所示。

2.1 作战想定

图3所示的战场对抗态势初始参数如表2所示。其中，红方14号战斗机在红方11、12、13号电子战飞机的远距支援干扰下对蓝方20号地面防空系统进行突防打击。图3中显示了各飞机的飞行航线，飞机将沿着规划航线和初始速度自动飞行。图3上方演示了红方15、16号战斗机在17号电子战飞机的随队支援干扰下对蓝方18、19号飞机进行攻击的初始对抗态势。

其中，红方11、12、13号电子战飞机的告警及干扰典型参数如表2所示，蓝方20号地面防空雷达系统的典型参数表3所示。

2.2 对抗结果

仿真时，雷达根据指定的扫描图形和速度进行周期性扫描，通过不断接收战场环境仿真模型发送的目标回波、干扰、噪声脉冲描述字，进行探测能力判决，并输出在当前环境下对典型目标的探测距离，仿真结果如图3所示。

对蓝方20号地面防空雷达系统，未受到干扰时，对典型目标最大探测距离Rtmax=120 km，受到干扰后，在13号电子战飞机的干扰方向上最大探测距离Rjmax=20 km，干扰扇角θjmax=6°，对目标搜索距离降低系数为βEW=6。

图3 航空电子对抗作战推演分析示例

表2 电子对抗典型仿真参数

表3 雷达典型仿真参数

对蓝方18号飞机，未受到干扰时，对红方15号目标的信噪比(S/N)to=28.6，受到干扰后，信干比(S/N)jo=0.0045，在红方15号飞机的攻击过程中，蓝方18号飞机始终未能有效截获红方15号飞机。

2.3 推演分析

在图3所示的作战想定态势下，各探测曲线含义如下：1号曲线表示蓝方20号地面防空雷达系统在内部噪声和红方11、12、13号电子战飞机的远距支援干扰下，雷达指向红方14号飞机的情况下，其天线扫描一周，雷达在各个方向上的典型探测距离值。由于采用了极低副瓣天线，雷达在主瓣偏离电子战飞机压制干扰的角度，其探测距离基本保持不变；在方位284°附近，雷达主瓣对准干扰机方向，受到强烈的压制干扰，最大探测距离压缩为20.097 km，红方14号突防飞机处于电子战飞机的有效支援干扰压制区域内。然而，随着红蓝对抗平台的运动变化，压制区也随之移动，当红方11号电子战飞机进入飞行转弯区域时，由于飞机姿态调整、航向改变导致支援干扰失效。此外，从图中可以看出，红方12、13号电子战飞机由于协同不利，导致对蓝方20号地面雷达的压制凹口不连续，没能起到协同干扰的效果，也无法保证稳定的干扰压制区域。

对蓝方18、19号飞机而言，其受到红方17号飞机强烈的随队支援干扰。其中，7号蓝色曲线表示18号飞机雷达对典型目标的探测距离变化情况，在航向268°方向，其探测距离被压缩至10.254 km，红方15号飞机处于有效的掩护区域内，红方16号飞机处于掩护区域之外。

图中5号红色曲线表示红方16号飞机雷达接收到的目标回波功率分布情况，6号曲线指示的绿色内环表示雷达的检测门限，绿色外环与内环的差值表示雷达接收机的动态范围，3号曲线表示16号飞机雷达接收到的干扰信号功率分布情况。经分析，红方16号飞机雷达和15号飞机雷达的工作频点相同，在没有采取抗干扰措施的情况下，红方16号飞机雷达受到严重的同频干扰，协同失败，并被蓝方18号飞机击落。

3 结 语

航空电子对抗作战推演系统通过建立红蓝双方参战兵力的运动、电子、武器系统的设备及行为模型，实现作战双方的自主模拟推演与效能评估。本文通过建立统一的接口标准和模型体系，实现了对各作战平台的标准化、规范化建模，推演结果表明各作战平台具有良好的逼真性、对抗性、协同性和自主性特点。该系统已成功应用于多型作战研究与训练系统并取得良好的训练效果。

[1] 王雪松.现代雷达电子战系统建模与仿真[M]. 北京：电子工业出版社,2010.

[2] 王国玉,汪连栋,王国良等. 雷达电子战系统数学仿真与评估[M]. 北京:国防工业出版社.2004.

[3] 游敬云，赖兰剑. 电子战复杂电磁环境模拟技术.中国电子科学研究院学报,2014,5(9):517-520.

[4] 王磊. 雷达系统标准化建模与仿真关键技术研究[D]. 陕西：西安电子科技大学,2012.

[5] 柳玉,文家焱,陈建华. 计算机兵棋系统发展及应用研究[J]. 兵工自动化,2015,24(8):20-26.

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[7] 吉玉洁,张高峰,吴亮. 应用于仿真训练的模块化雷达建模与实现[J]. 系统仿真学报,2014,2(26):242-247.

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Research on the Aero-Electronic Countermeasure War-Gaming System

CHEN Guo-dong, HUANG Yan-yi

(The First Aeronautic Institute of the Air Force, Xinyang Henan 464000, China)

To satisfy the demand of building battlefield electromagnetic environment and military deduction, the equipment models and behavior models including the movement, radar, electronic countermeasures and missile of both confrontation sides are built which using the unified standard interface and model systems. The system achieved autonomous deduction and effectiveness evaluation. Practical results show that the system are complete and credible, have the characteristic of good fidelity, opposability, collaboration and autonomy, have good visual effects of information confrontation and can meet the needs of aero-electronic countermeasure war-gaming.

Aero-electronic Countermeasure; War-gaming; Warfare Simulation; CGF

2016-06-01

2016-09-05

10.3969/j.issn.1673-5692. 2016.06.001

：A

1673-5692(2016)06-569-05

陈国栋(1977—)，男，河南人，副教授，主要研究方向为雷达电子战仿真、空战建模及仿真等;

E-mail：xychengd@163.com

黄岩毅(1976—)，女，河南人，讲师，主要研究方向为导航制导与控制、空战建模及仿真等。