复杂电磁环境构建及效能评估发展与构想

程 翔，王 轩

(海军装备部驻扬州地区军代室，江苏 扬州 225101)

0 引 言

以海湾战争为标志，大规模武装冲突正式进入现代战争模式。高度信息化的武器装备和作战行动更加依赖于电磁信号，也不可避免地受到复杂电磁环境的影响：首先，复杂电磁环境会制约信息化武器装备效能的发挥；其次，复杂电磁环境会影响信息化系统整体作战的实效性；最后，复杂电磁环境会影响战斗行动的实效性。为了使信息化武器系统和作战行动在复杂电磁环境下充分发挥效能及战斗实效性，需对复杂电磁环境的构建方法及该环境下武器装备作战效能评估进行深入研究分析，从而以针对性的设计来增强电子武器装备的环境适应性能。本文从复杂电磁环境国内外发展现状出发，对复杂电磁环境构建及效能评估的发展趋势、特点进行了概述性的介绍和构想。

1 复杂电磁环境的定义

1.1 美军定义

按照美军定义，战场电磁环境是军队、系统或者平台在指定作战环境中执行作战任务时可能遇到的，在不同频段辐射或传导条件下的电磁发射体功率与时间分布的综合作用结果。它是电磁干扰、电磁脉冲、电磁辐射对人员、军械与挥发性材料危害的总和。可以看出，美军基于电磁环境效应来看待电磁环境对武器装备作战能力的影响，其关注的焦点是武器装备的作战能力。结合美军《装备作战适应性试验与评估指南》，美军在装备作战适用性试验中考核武器装备作战能力受到电磁环境效应影响的程度。

根据美军标电磁环境效应标准MIL-STD-464C《系统电磁环境效应要求》的描述，电磁环境区分不同条件、不同场合。不同条件的电磁环境组成如图1所示。

图1 不同条件的电磁环境

不同场合的电磁环境主要针对各种典型军事行动，具体主要包括6类典型外部射频电磁环境电平，如图2所示。

图2 不同场合的电磁环境

复杂电磁环境从特性研究、性能仿真和构建产生入手，围绕电磁兼容设计、电磁防护设计、武器性能测试评估和战场模拟训练。电磁环境效应研究内容如图3所示。

图3 电磁环境效应研究内容

MIL-STD-464C《系统电磁环境效应要求》是美军电磁环境方面的横向主要标准之一，而在纵向方面，美军的主要标准是MIL-HDBK-235C《军事行动电磁环境剖面》。该标准共有10个分册，是美军国防部从不同战斗部发布的军事行动电磁环境手册，这些手册均为限制发布或机密文件[1]。

另外，美军电磁环境效应标准体系中的主要管理指令有DoDD 5000.1(国防采办系统)、DoDD 5000.2(国防采办系统运行)和DoDD 3222.3(国防部电磁环境效应纲要)[2]。

1.2 我军定义

我军在GJB 6130-2007中给出了复杂电磁环境的定义：复杂电磁环境是指在一定的空域、时域、频域和功率域上，多种电磁信号同时存在，对武器装备运用和作战行动产生一定影响的电磁环境。根据以上定义，复杂电磁环境的主要组成为交战双方在对抗过程中武器装备作战时产生的电磁信号[3]。

我军在GJB 6520-2008中对战场电磁环境进行了分类与分级：分别从辐射信号类型、受影响的电子信息系统类型和电磁环境信号复杂度等级三个维度进行战场电磁环境分类；依据频谱占用度(FO)、时间占有度(TO)和空间覆盖率(SO)三个指标对战场电磁环境进行分级，将战场电磁环境复杂度分为简单电磁环境、轻度复杂电磁环境、中度复杂电磁环境和重度复杂电磁环境四个等级[4]，如表1所示。

表1 战场电磁环境复杂度分级标准

该标准从频域、时域和空域三个维度对战场电磁环境进行了量化分析，给出了战场电磁环境分级时的计算方法。

2 国内外发展现状

2.1 国外现状分析

国外针对复杂电磁环境的研究较早，且十分重视面向雷达对抗战场复杂电磁干扰的效能评估研究，针对雷达抗干扰效能评估方面提出了以功率准则、信息准则、概率准则、战术应用准则(效率准则)等为代表的评估准则，并建立了由抗干扰改善因子、抗干扰能力度量、压制系数、自卫距离、抗干扰品质因子等评估指标体系。

上世纪七十年代起，国外研究人员通过试验对雷达及电子战等各型武器装备进行仿真建模，建立了数学模型。到九十年代初，以美英为代表的北约发达国家已初步实现了对雷达/电子战设计、干扰/抗干扰分析的计算机仿真。

目前，除了干扰/抗干扰效能评估方法，国外对复杂电磁环境领域的研究还聚焦到整个体系的对抗上。将电子武器装备置于实际使用环境下，对电子武器装备的复杂电磁环境适应性进行更加系统和精确的评估。美俄等军事发达国家均已开展电子侦察-干扰-抗干扰试验的闭环试验系统研究。美国等少数国家已建成先进的装备干扰/抗干扰效能评估试验体系，有效支撑电子武器装备的研制与作战使用。为了完成复杂电磁环境构建，美国等发达国家也较早地开展了内场仿真试验条件建设及大型外场试验条件建设与改进等一系列工作，建成了由国防部主导的国家靶场和军工巨头使用的试验场组成的电子战装备试验体系。

根据公开报道，以北约为代表的西方军事强国在构建复杂电磁环境方面开展的对抗试验主要有以下几个特点：

(1)利用真实的敌方电子装备进行试验。如北约波利冈电子靶场利用获得的苏联地空导弹系统、雷达干扰机系统成为针对苏式武器的重要训练任务基地；

(2)利用大量的模拟器系统进行试验。美国利用获得的各种信息在大西洋电子靶场配备了大量可模拟俄制地空导弹系统、防空火炮系统、I/J波段干扰机等模拟器，可以随时部署在厂区任何位置；

(3)利用计算机进行数字仿真模拟。美军陆军电子靶场有一套大型的软件试验平台Starship系统，法国雷恩军事中心有LIGASE数字模型系统，法国布鲁兹军事电子中心有VHEDAA数字模型系统。

可以看出，国外先进国家的对抗实现系统呈现出不同层次、不同类型、全面全方位覆盖的态势，以支持其雷达与电子对抗理论研究、实际装备测试、战术战法研究、实际作战训练等[5]。

2.2 国内现状分析

国内在复杂电磁环境构建及效能评估领域的研究起步较晚，但从理论体系构建以及试验开展来看，已取得长足的进步。干扰与抗干扰指标体系建立、效能评估及试验方法研究等近些年也一直是电子武器装备的研究热点，尤其在以电磁战、信息战、网络中心战为代表的新型对抗形式下，在国家和军队的高度重视下，已然成为国内各大科研机构、高校、装备研制厂商的研究热点。针对典型雷达装备，均建立了其抗干扰指标体系，并对抗干扰效能评估开展了大量研究。

同时，在内外场试验研究方面，以军方及试验基地为主导、科研院所等工业部门积极参与的试验也在大范围开展。通过对抗演练构建模拟仿真系统或建设试验场开展对抗试验，均取得了不错的效果。这些研究有力支撑了雷达及对抗设备的研制开发、评估、鉴定、战术研究。但是，复杂电磁环境对能量、信息效应以及技战术的影响还需进一步深化研究[6]。

3 发展趋势和构想

针对未来战争需求，关于复杂电磁环境的研究也越来越急迫，主要围绕“如何描述对抗”、“如何定义战场电磁环境”、“战场电磁环境如何构建”、“电磁环境如何量化”、“考核体系如何建立”和“如何进行效能评估”等展开。

为了应对复杂电磁环境效应的影响，从干扰技术和干扰战术两个层面进行表征。在复杂电磁环境量化时，除了从传统的时、空、频、能量、调制、极化等六域对电磁环境属性进行描述，还应重点从战术层面研究对抗博弈。最典型的就是美空军上校博伊德于上世纪七十年代提出的“OODA”理论，即从观察(Observation)、瞄准(Orientation)、决策(Decision)和行动(Action)4个方面表征战场双方的对抗博弈过程，是交战双方以“环”的方式描述电子支援、电子攻击、电子防御等多方面的一整套作战策略，如图4所示。

图4 对抗博弈的OODA环

在构建复杂电磁环境的未来发展趋势上，围绕数字仿真、内场测试和外场试验验证展开。在利用计算机进行数字模拟仿真方面，在现有参数的基础上建立交战双方的武器装备模型，以模型驱动交战双方进行可视化虚拟对抗，典型代表是美国的Starship系统和法国的LIGASE/VHEDAA系统。在内场测试方面，利用大量模拟器或半实物/实物模块等装置，通过缩比等效等方式在微波暗室开展试验来验证电子装备的单项性能，典型代表是洛·马公司为F-22战斗机设计开发的先进动态射频仿真系统(ADRS)，已于2000年前后投入使用。

逼真战场电磁环境的构建离不开外场验证试验。通过组织协调作战兵力(部分可用模拟器替代)，同时利用背景环境(如海杂波等)，各型装备进行动态实装对抗，使对抗博弈不断趋近实战化。未来在构建复杂电磁环境时，数字仿真、内场测试和外场试验验证将紧密结合。在实验室进行数字仿真设计，初步获取战场电磁对抗态势；结合内场测试进行关键技术验证；最后通过外场验证试验完成战场电磁环境搭建。反过来可利用内外场试验数据对数字仿真中搭建的模型进行不断修正完善迭代，开展后续战场电磁环境构建。

在完成复杂电磁环境构建后，需评估交战双方电子装备的作战效能。依据电子装备作战使用和技战术指标，结合试验数据，采用合适的效能评估方法对电子装备的作战效能进行评价。目前常见的效能评估方法包括层次分析法、灰色评估法、ADC法、因子分析法、主成分分析法和TOPSIS法等。根据评估指标的不同选取合适的评估方法。而且，因各种评估方法的侧重点不同，可根据需要组合运用多种评估方法，以获得最优效能评估结果。

依照构建指标体系-创建评估方案-执行评估任务-获取评估结果的工作流程开展评估[7-8]，如图5所示。

图5 效能评估工作流程

在技术高速发展和竞争日益激烈的环境下，为了保持高新技术武器装备的研制能力，确保武器装备性能处于世界领先水平，保持在军事上的优势地位，以美国为主的国外面向雷达、电子战的复杂电磁环境构建和干扰/抗干扰效能评估技术呈现以下发展趋势：

(1)构建可重构的雷达、电子对抗干扰/抗干扰效能评估试验条件；

(2)构建基于“怎么打，怎么验”的雷达、电子对抗装备干扰/抗干扰效能评估、考核体系。

构想未来复杂电磁环境构建及效能评估应该有以下特点：

(1)实战化

深入研究复杂电磁环境是为了打赢未来战争，构建的复杂电磁环境若能贴近实战，能够逼真复现敌我交战双方的对抗博弈过程，则能更好地检验电子武器装备作战时的复杂电磁环境适应性，提高其战时效能。所以，为了构建的复杂电磁环境更加贴近实战，交战的红蓝双方兵力部署需趋近于战时组织结构，攻防战术及对抗措施与实际相仿。以海战场作战想定为例，其红蓝双方的组织结构如图6、图7所示。武器装备试验与作战部队训练走向融合，开展一体化联合试验训练，“像作战那样进行试验”。

图6 蓝军部队组织结构示意图

图7 红军部队组织结构示意图

(2)数字化

为了提高构建复杂电磁环境及效能评估的效率，节省资源，“将外场试验搬进实验室”，采用计算机数字仿真等技术完成作战预演和态势显示，利用模型驱动红蓝双方开展对抗博弈。例如面向雷达与电子战对抗，可建立不断修正完善的典型作战对象的目标模型和目标RCS特性数据以及干扰和杂波模型，在各型模拟器上开展对抗。

(3)体系化

未来战争必将是陆海空天的体系化作战。围绕战时电磁环境构建，不能单一考虑单平台、单编队开展，需打造多兵种协同联合作战模式，在更贴近未来战场复杂电磁环境的条件下检验武器装备。

4 结束语

本文从复杂电磁环境的概念出发，分别描述了美军和我军对复杂电磁环境的定义；围绕复杂电磁环境构建及效能评估，分析了国内外发展现状；最后以发展现状为基础，对复杂电磁环境构建及效能评估的未来发展趋势和未来发展特点进行了展望。随着对复杂电磁环境研究的不断深入，复杂电磁环境的构建及效能评估必将更加科学与完善。