基于离散事件驱动的电子战高层仿真技术

（1.解放军装备学院国防科技重点实验室北京101416）（2.中国洛阳电子装备试验中心洛阳471003）

基于离散事件驱动的电子战高层仿真技术

赵忠文1韩文彬2郭金良2李晓燕2

（1.解放军装备学院国防科技重点实验室北京101416）（2.中国洛阳电子装备试验中心洛阳471003）

由于高层次作战分析仿真具有仿真装备多、仿真地域宽、仿真样本大等特点，带来了仿真效率优化的需求。为了提升仿真运行效率，设计了电子战高层次仿真所需的模型结构、事件结构以及关联关系，建立了符合高层次仿真需求的电子战装备模型，既能满足高层次仿真模型的典型性需求，又能有效避免精细仿真的大计算量。

事件驱动；离散事件仿真；电子战

Class NumberTP391

1 引言

随着电子战效能日益凸显，电子战仿真作为作战分析仿真的一个子域，仿真复杂度和模型精细度需求逐渐提高，但同时又要保持超实时的仿真效率。然而，广泛的电子战仿真方法大多是针对低层次仿真需求的，其仿真架构与模型粒度并不适用于高层次的作战分析仿真。因此，需要专门研究适用于高层次分析仿真的电子战仿真技术，实现仿真精细度与仿真效率之间的平衡。

根据公开文献分析［1～6］，电子战仿真大多基于HLA技术实现，少量基于CORBA等技术实现。例如，文献［1］描述了HLA与BOM结合下的雷达对抗仿真技术；文献［2］设计了通信对抗训练仿真系统的IDL接口和基于CORBA实时事件服务的通信对抗训练仿真模型；文献［3］基于HLA思想设计了通信对抗训练仿真系统开发方法。基于HLA的电子战仿真技术，其仿真效率通常受到整个仿真架构的限制，因而并不能满足大规模作战分析仿真的超实时需求。离散事件仿真技术在电子战相关领域的应用实例［7～8］，对于本文研究具有借鉴意义。

本文基于离散事件仿真理念，对高层次作战分析仿真中的电子战仿真技术进行研究，从总体架构和模型等层面进行仿真设计，最终建立适用于基于离散事件驱动的高层次电子战仿真架构。

2 离散事件驱动仿真

该方法适用于仿真状态变化由随机的、有限的事件引起且只在离散时刻发生的系统，仿真效率远优于时间驱动方式。参照美军层次化仿真体系结构［9］，高层次的战役级和任务级仿真多采用事件驱动的技术体制。

表1 美军层次仿真体系结构

离散事件驱动仿真可以采用自顶向下的方法，首先进行模型结构、事件结构以及关联关系等总体设计，然后结合事件驱动关系设计具体计算模型。

3 电子战仿真总体技术

3.1 模型结构

根据电子战双方兵力构成，常见的仿真模型分为侦察、干扰决策、干扰、干扰对象（雷达或通信）等四类，如图1所示。在仿真系统中，还需根据雷达电子战和通信电子战等专业领域特点分别设计实现。此外，还有导弹电子战、光电电子战等其它特殊形式，不作为本文研究内容。

3.2 事件结构

事件结构用于描述仿真状态和内部交互的变化，事件触发条件反映了该事件的产生原因，事件引发行为则反映了该事件导致的结果，从而能够完整表征仿真因果关系。

从电子战规律出发，研究仿真对象行为随时间、状态、交互等条件变化的情况，进一步抽象建模，就可得到电子战仿真事件结构。本文设计了如表2所示的9项仿真事件。具体实现中，事件需要结合领域特点进一步细化，例如按照雷达电子战和通信电子战分别实现侦察、干扰决策、干扰事件，按照干扰效果不同进一步细分为压制干扰、欺骗干扰等事件。此外，体系仿真时，电子战模型还将与指挥所、武器等其它模型产生事件关联，需要从顶层进行设计。

图1 电子战仿真模型结构图

表2 电子战仿真事件结构

3.3 关联结构

图2描述了电子战仿真模型与事件之间的关联关系。由模型指向事件的箭头表示“触发”，即模型解算结果有可能触发事件；由事件指向模型的箭头表示“驱动”，即事件将驱动模型执行解算；由模型指向模型的箭头表示“影响”，即模型解算结果直接改变另一个模型的输入或状态。图中未标识触发条件的事件由时间或者指挥所、探测目标等其它模型触发。

图2 电子战仿真模型-事件关联结构图

4 电子战仿真模型技术

下文分别介绍侦察、干扰决策、干扰、干扰对象（雷达或通信）等电子战仿真模型构建技术。其中，侦察、干扰决策、干扰等模型在雷达电子战和通信电子战领域的仿真流程是类似的，但具体计算模型有所差异，限于篇幅以雷达电子战模型为例进行描述。

4.1 侦察模型

基本流程如图3所示，初始化阶段按照想定参数完成模型初始化，在侦察预计算事件驱动下解算可侦察时段，在可侦察时段内按照侦察报周期解算侦察结果并上报，在侦察结束事件驱动下终止模型解算过程。本质上，仿真空间有多部侦察设备和侦察对象，因而图3中各个模块都有多维的运行实例，并且每个事件的触发与执行都是并行而独立的。

下面介绍具体模型算法。

图3侦察模型计算流程图

1）雷达粗过滤模型

按照以下准则，剔除部分雷达参数。

（1）雷达运行媒介不符合侦察对象媒介；

（2）雷达工作频段不处于侦察频段内；

（3）雷达脉宽不处于可侦察脉宽范围内；

（4）雷达重频不处于可侦察重频范围内；

（5）侦察时段内未开机的雷达。

2

）可侦察时段计算模型

计算每部雷达处于可侦察距离范围内的时段。

设雷达的发射功率为Pt，天线的增益为Gt，平均副瓣电平为Ls，侦察机标称捕获距离为R0，参考辐射功率为P0。

当侦察站处于雷达扫描范围内时，对该雷达捕获距离为

当侦察站处于雷达扫描范围外时，对该雷达捕获距离为

然后，遍历雷达与侦察全航路相对距离，当侦察站处于雷达扫描范围内且两站相对距离小于Rr，或侦察站处于雷达扫描范围外且两站相对距离小于Rrs时，即为可侦察时段。

3）侦察结果解算

设每次侦察周期事件触发时，两站相对距离为Rx。

首先，采用简化插值方法计算当前捕获概率。设Prob为捕获距离标称捕获概率，而稳定捕获距离的捕获概率近似为1。若侦察站处于雷达扫描范围内，则当前捕获概率为

同样，计算侦察站处于雷达扫描范围外的捕获概率。

然后，生成0～1之间的随机数u，若u≤Px，则继续。

最后，根据标称的参数测量能力及精度，生成侦察结果。无法测量的参数赋值为0，有能力测量的参数侦察结果生成方法为：生成均值为0，标准差为s（s为标称精度）的随机数，然后在参数真值上叠加随机数，即为参数侦察结果。

4.2 干扰决策模型

基本流程如图4所示，初始化阶段按照想定参数完成模型初始化；仿真开始后，持续接收侦察报；在决策周期事件驱动下进行目标识别和态势分析，根据态势调整干扰资源配置；若干扰资源配置方案变化，则触发干扰状态变化事件。

图4 干扰决策模型计算流程图

干扰决策算法与装备战术密切相关，往往需针对装备建模。本文设计了威胁度优先与干扰最优化相结合的策略，根据侦察信息形成总体态势，将侦察结果与威胁库进行配对，优先对高威胁度威胁进行干扰，对未识别的侦察结果进行经验威胁判断（例如雷达重频、功率越高，威胁度越高等），依次安排最合适的干扰资源。

4.3 干扰模型

基本流程如图5所示，在干扰状态变化事件驱动下接收干扰参数，针对每个干扰对象（雷达或通信）对干扰机粗过滤，然后计算所有有效干扰机形成的复合干扰效果，最后将干扰效果直接发送至干扰对象模型。

图5 干扰模型计算流程图（雷达）

常见的雷达干扰样式包括噪声干扰、多假目标干扰、距离拖引、速度拖引、距离-速度联合拖引干扰、角度欺骗干扰等，干扰效果主要表现为压制、假目标、角度欺骗以及破坏跟踪等。高层次仿真中，可忽略雷达处于干扰机角度覆盖范围外的无意干扰效果。

1）干扰机粗过滤

按照以下准则，剔除部分干扰机参数：

（1）非噪声干扰但该雷达不是其干扰目标的干扰机；

（2）拖引干扰但该雷达未跟踪其平台的干扰机；

（3）该雷达运行媒介不符合其对象媒介的干扰机；（4）雷达工作频段不处于干扰频段内；（5）干扰机关机。

2）计算噪声干扰效果

噪声干扰效果体现为对雷达目标的压制，因而计算过程中需要同时考虑雷达正在探测的目标大小。

（1）计算每个时刻噪声干扰机航路点相对雷达距离RJi和方位Aji，探测目标相对雷达距离Rt和方位At。

（2）按照每个干扰机距离变化30%或者与探测目标是否处于同一个波位的状态变化点，划分出若干干扰时间段。

（3）计算每个干扰时间段中所有噪声干扰机航路点中最早时间的干扰效果。首先，提取干扰参数、探测目标参数和雷达初始化参数，设第i部干扰机等效辐射功率为PJi，探测目标的RCS大小为σt，雷达噪声干扰容限为PJ0，对应的参考干扰机距离为RJ0，参考目标距离为Rt0，参考目标RCS为σt0；然后，计算［10］干扰机的频率对准因子Dfi、方位对准因子DAi、抗副瓣干扰因子Dslci；最后，相对于该探测目标的合成噪声功率为对该目标的最大可探测距离为

（4）根据每个干扰时间段中Rt＜Rtx的时间段即为干扰条件下的目标可探测时段，替代雷达原可探测时段。

3）计算欺骗干扰效果

（1）计算欺骗有效时段

设第i部欺骗干扰机等效辐射功率为PJi，与雷达相对距离为RJi；雷达欺骗干扰容限为PJ0，对应的参考干扰机距离为RJ0。

如果没有噪声干扰，则欺骗有效距离为

如果存在噪声干扰，合成噪声功率计算方法与2）类似，则欺骗有效距离的近似表达式为

（2）求出所有RJi＜RJx的时段，即为欺骗功率有效时段。

（3）在欺骗功率有效时段内，按照雷达探测周期计算欺骗干扰效果。如果有对应的抗干扰手段，首先判断抗干扰概率是否满足，若满足则不产生干扰效果。针对假目标干扰，按照假目标参数生成假目标点迹；针对角度欺骗干扰，按照概率产生欺骗目标点，替代被保护目标的探测点迹；针对拖引干扰，判断是否满足拖引成功概率，若满足则雷达对于干扰机平台的探测点迹丢失。

4.4 雷达模型

与侦察模型类似，雷达模型基本流程包括目标粗过滤、可探测时段解算、探测等模型。以下重点介绍探测模型，包括探测管理模型、搜索模型、失跟模型。

1）探测管理模型

探测航迹状态分为起始、搜索、跟踪和失跟，按照概率方式建模。当探测周期事件到来时，按照下列步骤进行解算。

（1）判断每个目标是否处于可探测时段。如果目标当前处于不可探测时段，若已建立航迹则删除该航迹，处理结束；否则，继续。

（2）根据航迹状态调用不同的处理模型。若处于搜索状态，则调用搜索模型；若处于跟踪状态，则调用失跟模型。

（3）根据搜索模型和失跟模型，修改航迹跟踪状态。

2）雷达搜索模型

设Pdi为当前探测周期内的单次探测概率，Ti为探测事件周期，Tg为雷达搜索回照间隔，tstart为当前探测周期起始时刻，Pdc为当前时刻的累积搜索概率。

当前探测周期内，可搜索到目标的概率为CPdi=1-(1-Pdi)TiTg。

当前探测周期的累积可搜索到目标的概率为CPd=1-(1-Pdc)(1-CPdi)。

若产生随机数u，若u＜CPd，则目标搜索成功，计算跟踪起始时间为ttrack。

否则，保持搜索状态，且Pdc=CPd。

3）雷达失跟模型

对于正在跟踪的目标，计算失跟时间。

Ploss为标称失跟概率，Ttrack为跟踪回照周期，ttrack为跟踪起始时刻，tloss为失跟时刻，u为随机数。4.5通信模型

通信模型解算由消息发送事件触发。当有消息要发送时，通信模型进行传输效果解算，如果能够传输至接收方，则调用接收方的消息接收函数，完成消息传递。

根据仿真粒度不同，通信模型可实现为简单模型或复杂模型两类。简单模型利用通信链路表设置通信设备之间的收发关系，每条链路通过传输时延、传输概率表征其链路特性。复杂模型则按照网络仿真思路，由通信节点、通信设备、通信网络等子模型组成。

1）简单通信模型

当消息发送事件到达时，从通信链路表查找发送方与消息目的地之间是否具有链路，若具有链路且未被干扰则进一步计算传输概率是否满足，若满足传输概率则认为通信成功，接收方收到消息的时延为链路设置的传输时延。

2）复杂通信模型

该模型需要初始设置通信网络参数，主要包括网络静态结构、路由表、通信终端延时、通信带宽、背景流量、误码率等。当消息发送事件到达时，首先根据路由表设置的路由约束进行路由选择；若路由选择成功，则进行消息打包，在路由节点之间依次传输；对于每条通信链路，根据终端参数和消息参数计算传输时延、误码率等，最终获取整个路由的传输时延与误码率；根据误码率及可理解阈值判断消息能否正确到达接收方。

5 结语

针对高层次作战分析仿真的电子战仿真需求，全面研究了电子战仿真总体架构与模型设计方法，设计了清晰可用的事件结构及模型-事件关联关系，描述了关键模型的计算流程与算法，能够有效指导电子战高层次仿真软件的开发实现。

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Technology of High Level EW Simulation in Discrete Event-driven Method

ZHAO Zhongwen1HAN Wenbin2GUO Jinliang2LI Xiaoyan2
（1.Key Laboratory，Academy of Equipment，Beijing101416）（2.Luoyang Electronic Equipment Test Center of China，Luoyang471003）

Due to the features of massive equipments，expansive field and abundant samples in high-level simulation for battle analysis，the efficiency of simulation needed to be improved.Thus，the model architecture and event-driven architecture of high-level EW simulation were brought out as well as the relationship between the two architectures，the equipment models were also established for high-level simulation，which would be valid in high-level simulation and avoid the massive calculation with high precision.

event-driven，discrete event simulation，electronic warfare（EW）

TP391

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.06.013

2016年12月5日，

2017年1月17日

重点实验室基金（编号：140C92003）资助。

赵忠文，男，硕士，副研究员，研究方向：复杂电子系统仿真。韩文彬，男，硕士，助理研究员，研究方向：电子战仿真试验与评估。郭金良，男，硕士，助理研究员，研究方向：雷达电子战构件化仿真规范与软件技术等。李晓燕，女，硕士，研究方向：雷达电子战视景仿真。