电子对抗装备数字仿真验证系统的实现

糜坤年，张 鸿

(中国船舶重工集团公司第723研究所，扬州 225001)



电子对抗装备数字仿真验证系统的实现

糜坤年，张 鸿

(中国船舶重工集团公司第723研究所，扬州 225001)

随着新形势下军事斗争的发展，为了尽快实现装备研制、验证手段数字化，工作全要素、全流程管理数字化，需要构建电子对抗装备数字仿真验证系统，为电子对抗装备的设计验证提供技术支撑。根据装备仿真验证的需求，设计研制了基于高层体系结构的电子对抗装备数字仿真验证系统，设计满足系统功能需求的软硬件体系结构和技术体系结构。

电子对抗；数字仿真；高层体系结构

0 引 言

随着新形势下军事斗争的需要，电子对抗装备已从“平台对抗”发展到“体系对抗”阶段，作战样式的变化对电子对抗装备的作战能力、协同能力均提出了新的要求。在激烈的竞争环境下，为了紧贴新形式下军事斗争的现实需求，紧跟现代电子对抗前沿技术，紧跟现代装备数字化技术发展，尽快实现装备研制、验证手段数字化，工作全要素、全流程管理数字化，需要构建电子对抗装备数字仿真验证系统，该系统为电子对抗装备的设计验证提供技术支撑[1]。作为一个基础性的科研条件保障建设项目，“电子对抗装备论证及数字化仿真验证系统”的研发与应用旨在提升电子对抗装备全要素全流程装备仿真验证能力。

1 系统总体架构

本文阐述的“电子对抗装备数字化仿真验证系统”是基于分布式仿真技术、仿真建模技术、仿真驱动技术构建的开放性集成架构，可分为以下几部分功能(系统)：装备研制需求分析及技术实现对比系统；电子对抗装备数字化样机系统；装备数字化仿真验证支撑系统；电子对抗实体模型库[2]。

基于高层体系结构(HLA)的电子对抗装备数字仿真验证系统按照功能组成可以分为运行控制模块、仿真环境模块、数据采集模块、数据处理模块和信息显示模块，如图1所示。

图1 电子对抗装备数字仿真验证系统功能结构简图

电子对抗装备数字仿真验证系统的总体结构如图2所示，硬件系统采用以太网将多台不同功能的计算机、服务器及模拟器构成分布式网络系统[3]。软件系统分为控制与管理仿真软件系统、数据库系统、仿真评估系统、场景显示系统和装备数字样机仿真系统。

图2 电子对抗装备数字仿真验证系统总体框架

管理与控制系统用于验证需求下发、仿真试验控制；数据处理与评估系统采集并记录试验仿真数据，同步进行数据分析、比对用于试验评估；

场景显示系统在试验过程中以二维态势、雷达显示、图表显示和三维场景显示等手段显示作战过程及效果；数据库系统用于存储和管理电子对抗装备数字仿真验证系统所需各种数据；雷达仿真系统模拟仿真雷达工作过程；侦察仿真系统模拟仿真电子侦察工作过程；干扰系统模拟仿真各类电子干扰手段；目标与环境仿真系统模拟仿真贴近实战的战场复杂电磁环境和目标雷达截面(RCS)等电磁特性；平台仿真系统模拟仿真电子对抗装备实装平台的相关特性和工作过程。

根据电子对抗仿真验证试验的需要，系统中可以接入实体装备系统，进行真实电子作战下数学仿真与评估，能够对数字仿真进行实体修正，不断地完善电子对抗装备数字仿真验证系统。

2 软件体系结构

根据不同的用途和目的，电子对抗装备数字仿真验证系统的软件体系结构如图3所示，软件分为系统、支撑、支持和应用软件。

电子对抗装备数字仿真验证系统建模与仿真标准采用高层体系结构(HLA)，运行支撑环境(RTI)采用实现1.3NG标准的RTI。采用HLA便于系统的扩充、模型的重用以及仿真应用之间的互操作，因此雷达对抗数学仿真系统采用了以HLA为基础的分布式体系结构[4]。

(1) 系统软件

系统软件通过Windows NT操作系统、数据库管理系统、网络管理系统和HLA运行支撑系统RTI来管理并运行计算机系统资源。

(2) 支撑软件

支撑软件的作用是帮助和支持仿真试验，包括Visual C++、界面开发工具VAPS、HLA开发支撑软件simBuilder、地理信息系统工具软件、三维建模软件Creator、数据库开发工具Power Builder和Power Designer等等。

数据库服务器采用Oracle 9i，运行在专门的数据库服务器上；数据库前端管理与维护软件采用Power Builder8开发，它与Oracle之间使用Power Builder专用接口；仿真软件、数据录取和评估软件与Oracle之间使用OCI接口和SQL语句，它们所需的参数从数据库中检索，相关的内容或结果保存在数据库中。

图3 电子对抗装备数字仿真验证系统软件体系结构

数据录取订购所有公布的属性，在仿真过程中记录这些数据并保存入库；在仿真试验后进行结果评估时，要能够以图表和曲线的方式显示，并自动生成评估结果报告文档。

(3) 支持软件

支持软件是由用户进行开发或二次开发，用于支持仿真试验，包括仿真模型库、算法库、数字实装库、目标库、地理信息库等。模型库包括电子对抗装备数字模型库、载体平台模型库、电磁环境模型库等等；算法库包括随机数产生器、积分、排序等常用的算法；决策库是电子对抗双方对抗配置和策略；数字化实装库包括数字化雷达模型、数字化电子侦察模型、数字化电子干扰模型、装备平台库、试验结果数据库；目标库有目标参数数据库；地理信息库涵盖各种图层信息的电子地图库。

装备模型以动态连接库的形式存储在模型库中，其中还包含每个模型的算法说明、格式化输入/输出参数说明，该动态连接库在仿真软件中动态调用。

(4) 应用软件

应用软件基于建模与仿真标准用于实现电子对抗装备数字仿真验证各项功能，包括雷达仿真软件、电子侦察仿真软件、电子干扰仿真软件、目标仿真软件、载体平台仿真软件、对抗场景构建软件、电磁环境仿真软件、数据处理与评估软件、雷达显示软件、电抗效果显示软件、图表显示软件、管理与控制软件和数据库管理与应用软件。

雷达模拟软件是数字仿真雷达能够模拟舰载、机载、车载等平台上的雷达信号级工作过程以及组网雷达的技术工作过程。

电子侦察仿真软件是数字仿真电子侦察样机，根据用户应用需求进行参数设置来仿真电子侦察设备的工作过程。

电子干扰仿真软件是基于数字样机电子干扰仿真软件，仿真舰载、机载、诱饵弹等电子干扰系统，能够进行信号级的仿真支援、自卫干扰等战术应用过程。

目标仿真软件用于模拟对抗目标电磁特性，包括目标瞬时雷达截面(RCS)、传输特性；电磁环境仿真软件能够逼真模拟对抗场景下的电磁特性，包括大气传输、海杂波、地杂波、地面反射以及多路径效应等。

载体平台仿真软件用于仿真舰船、飞机、导弹等相关平台的运动特性，能够反映对抗的动态真实性。

对抗场景构建软件完成电子对抗场景的编辑与加载、模型的加载与参数设置、仿真试验参数设置、试验预定航路显示、目标轨迹显示等，通过视景显示、雷达显示、图表显示软件等进行作战态势、作战过程显示。

视景显示使用Vega Prime开发具有调度管理功能的驱动软件，三维地形模型和实体模型采用OpenFlight格式，纹理采用位图格式(bmp)，以MapInfo的Tab格式电子地图为背景，坐标系使用WGS-84，平台布站与定位都基于电子地图，表现电子对抗工作过程。

雷达显示软件用于模拟雷达PPI、A/R、B型显示及雷达状态和目标位置等信息显示。

图表显示软件用于对试验运行中的中间结果数据(例如雷达检测数据、目标位置信息)及事后评估数据用曲线图、表格及表页的形式进行分类显示。

管理与控制软件主要完成对抗仿真整体资源调度、场景管控、试验初始化以及仿真试验流程控等功能。

数据处理与评估软件主要对仿真试验全流程产生的各类数据进行记录并处理分析，包括对抗双方位置航路信息、雷达探测数据、电子侦察数据、电子干扰样式等，通过后期对试验数据处理比对的结果进行电子对抗效果评估。

数据库管理与应用软件主要负责场景库、雷达库、电子干扰机库、运载平台库、目标平台参数库、地理信息库、仿真试验数据库以及算法库等的管理与维护。

3 硬件体系结构

根据电子对抗装备数字仿真验证系统功能需求，相应的系统硬件结构如图4所示。根据仿真验证的实际需求，可以进行计算机、服务器等相关硬件资源的裁剪。该硬件系统能够进行验证仿真运行和数据库等资源的管理与维护，主要由目标仿真工作站、环境仿真工作站、雷达仿真工作站、电子侦察仿真工作站、电子干扰仿真工作站、载体平台仿真工作站、数据库服务器、图形和图形控制工作站(用于场景仿真)、显示计算机(雷达显示、图表显示、态势显示等)、仿真主控计算机、数据处理与评估计算机、交换机等组成，系统以100 Mbps与以太网连接[5]。

图4 电子对抗装备数字仿真验证系统硬件体系结构

图形工作站上运行场景仿真及显示软件，在电子对抗过程仿真表现时，图形控制工作站计算并控制图形工作站，运行Vega Prime软件，调度地理模型与对抗双方数字仿真模型，驱动仿真运行，构成1幅完整的对抗场景态势图。

4 系统运行流程

按照上述软硬件体系结构和技术体系结构要求，设计研制了基于高层体系结构(HLA)的电子对抗装备数字仿真验证系统。

电子对抗装备作战过程逻辑关系如图5所示。

图5 电子对抗仿真过程逻辑关系图

电子对抗装备数字仿真验证系统可为电子对抗技术、装备的研发和验证工作提供有力的支撑，工作流程如图6所示。

电子对抗装备数字仿真验证需求经系统分析与论证，细化为电子对抗装备的具体战技指标。根据得到的战技指标,基于电子对抗装备的数字化仿真模型或样机，从中选取装备研制过程各阶段的技术指标，进行对抗场景下的仿真验证，将电子对抗装备的数字化仿真模型或样机接入到多任务多粒度的仿真支撑平台验证装备的技战指标等能否满足作战要求，并根据结果对电子对抗装备的各项技术、模块和整机的参数指标或技术体制进行修改完善,逐步迭代仿真验证,最终满足电子对抗装备的研制需求，并研究该设备的战术使用，提前形成战斗力。

图6 系统工作流程图

5 数字仿真验证系统验证方法举例

下面以机载干扰吊舱对抗车载雷达干扰为例，给出电子对抗装备数字仿真验证系统验证方法及可行性,对抗配置及态势如图7所示。

图7 对抗配置及态势示意图

(1) 车载雷达模拟器配置参数

雷达天线高度h；峰值功率15 kW；脉冲压缩改善因子18 dB；脉冲积累数目24个；损耗10.6 dB(馈线损耗+双程波束损耗+恒虚警率(CFAR)损耗+匹配滤波损耗)；噪声系数4.3 dB。

(2) 机载干扰机配置参数

飞行高度H；宽带噪声干扰机干扰功率56 W；干扰带宽800 MHz；最大天线增益5 dB；系统损耗6 dB。

按照对抗配置及态势示意图的多次试验得到的压制距离为8 km。

应用电子对抗装备数字仿真验证系统，在试验配置、态势及环境等与实装试验完全相同情况下进行仿真，得到压制距离与雷达发现概率曲线如图8所示，飞机按Swerling起伏。

从图8可得出雷达模拟器对飞机的发现概率在0.2～0.8之间时，目标探测距离为为6.6～7.7 km。

在上述试验战情下，实装试验得到的压制距离为8 km，数学仿真得到的压制距离为6.6～7.7 km，可见电子对抗装备数字仿真验证系统得到的结果是可信的。

图8 干扰情况下雷达模拟器探测距离与发现概率曲线

6 结束语

本文为了有效支撑电子对抗装备研制及技战术

性能指标的验证，提出基于HLA的电子对抗装备数字仿真验证系统，并根据系统建模与仿真标准设计了满足系统功能需求的软硬件体系结构和技术体系结构。

为了准确、全面地评估被试系统与其真实作战对象的对抗效果，在目前条件下比较可行的方法就是适当选取真实作战对象的仿真系统以进行对抗试验，从而解决试验中没有真实作战对象的难题。

但是，计算机数字仿真使用的模型缺乏逼真有效的验证与确认。为了解决上述问题，需要进一步研究仿真与实装对抗试验数据相结合，通过真实数据迭代修正仿真验证系统，真正达到“除了战争，其余的都是仿真”的要求。

[1] 蔡志宽,张洪斌,唐德金.电子对抗仿真及其模型的检验[J].航天对抗技术,2000(2):30-33.

[2] 刘永红.电子侦察设备作战效能数学模型[J].电子科技大学学报,1995,24(3):304-307.

[3] 李玉旗，马俊超.电子对抗仿真系统建模及其作战效能评估方法[J].舰船电子对抗,2008，31(1):61-66.

[4] 赵海峰.基于HLA的雷达电子战与火力对抗仿真[D].成都:电子科技大学，2009.

[5] 黄胜鲁.电子战仿真综合效能评估系统的设计与实现[D].北京:北京邮电大学，2007．

Realization of Digital Simulation Validation System of Electronic Countermeasure Equipments

MI Kun-nian，ZHANG Hong

(The 723 Institute of CSIC,Yangzhou 225001,China)

Along with the development of military struggle under new status,for realizing the digitalization of equipment development and validation means,job factors and whole flow management,digital simulation validation system of electronic countermeasure equipment is established to provide technical support for the design validation of electronic countermeasure equipment.According to the requirement of equipment simulation validation,a digital simulation and validation system of electronic countermeasure equipments based on high level architecture (HLA) is designed and developed,and software & hardware system structures and technic system structure are designed,which meet the demand of system function.

electronic countermeasure；digital simulation；high level architecture

2016-06-23

TN97

A

CN32-1413(2016)04-0001-06

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.04.001