基于表征面的动态试验电磁环境等效构建方法

张江南，陈 飞，戎建刚，王 鑫，王 超，李岩松，张 进

（中国航天科工集团8511研究所，江苏南京 210007）

0 引言

在现代信息化电子战中，综合化、网络化、一体化电子信息装备的研制与应用加剧了战场电磁环境的复杂性，使之呈现出强对抗性、快速变化性、不确定性等特性，严重影响了武器装备的作战效能。为有效提高雷达制导武器装备在复杂电磁环境中的抗干扰能力，需开展复杂电磁环境适应性试验，来检验雷达制导武器装备在战场电磁环境中的适应能力。由于该类试验涉及海量抗干扰试验样本，且外场试验成本高、效费比低，因此外场试验无法满足适应性试验需求，需依靠大量的内场抗干扰试验。雷达制导武器作战场景涉及的电子对抗装备规模不断扩大，对抗技术和对抗战术的多样化应用，对内场试验电磁环境的构建提出了严峻的挑战。

住宅小区不宜一概硬化，设计尽量选用可渗透地面，给大地以透水透气的余地，不仅可以蓄积大量的雨水，缓解城市的“热岛效应”，改善环境质量，同时也可以缓解对城市下水管网和污水处理管网的压力。小区绿化和水体也要综合考虑，不是仅仅满足于政府部门要求的最低绿化率，还要对植被的性能加以了解应用，如在建筑环境中，使用体态高大的乔木遮挡冬季寒风，行植阔叶树可在夏天遮阳，大中小乔木与灌木相结合可降低噪声。这不仅可以改善小区的微气候，还可减少热岛效应，改善局部气候。

当前，雷达制导武器装备内场抗干扰试验环境构建主要面临3 个方面的难题：①作战场景构建要素繁多，如何对作战场景中构建要素进行合理选取；②攻防双方对抗策略的运用导致战场电磁环境动态变化，如何在内场等效构建动态博弈的对抗电磁环境；③如何对内场等效构建的试验电磁环境进行合理的对抗强度分析，提升内场试验结果的置信度。

博弈论作为一门具有多个决策主体的优化方法论,已在电力系统规划、电力市场、调度、控制等方面得到了大量应用[7]。在微电网多目标优化问题中的各个目标一般存在竞争关系,每个目标均企图使自身收益最大[8]。将博弈论应用于确定多目标的权重系数中,可以克服已有多目标优化加权系数法受限于决策主观性的不足,通过Nash均衡找到同时满足多个目标的最优权重系数。

本文以雷达制导武器装备抗干扰内场试验任务需求为牵引，以表征面试验电磁环境为切入点，详细剖析雷达制导武器装备面临的战场电磁环境与表征面试验电磁环境。在此基础上提出了基于表征面的动态试验电磁环境等效构建方法，该方法重点从对抗场景、对抗技术、对抗战术等3 个维度进行等效构建，利用内场半实物仿真平台分析该方法的可行性，并从对抗强度层面分析试验电磁环境的对抗强度指标。该方法可为雷达制导武器装备内场抗干扰试验电磁环境等效构建提供理论方法指导，解决抗干扰内场试验现实问题，具有一定研究意义与价值。

1 复杂电磁环境与表征面试验电磁环境

1.1 武器装备面临的战场电磁环境

海战场环境融合了海面、岛岸、天空等背景要素、舰船、飞机等目标要素、有源干扰与无源干扰等干扰要素，是最具有代表性的复杂电磁环境之一。本文以反舰雷达制导武器装备面临的复杂电磁环境为研究对象，分析复杂电磁环境等效构建方法。

欺骗干扰时，干扰模拟设备输出的欺骗干扰功率为

图1 雷达制导武器在海战场环境下面临的复杂电磁环境Fig.1 The complex electromagnetic environment faced by radar-guided weapons in the naval battlefield environment

1.2 表征面试验电磁环境

对雷达制导武器装备产生影响的电磁信号必须通过装备的接收天线进入，天线口面是目标回波信号、背景杂波信号、干扰信号等各种电磁信号进入武器装备的必经之地。在天线口面前一定距离处定义一个虚拟面，我们称此虚拟面为“表征面”。表征面上集中了进入雷达制导武器装备的全部电磁信号，这些电磁信号构成了表征面电磁环境。因此，表征面电磁环境就是雷达制导武器装备感受到的电磁环境。

我国大陆海岸线蜿蜒深远，18000公里的长度成为粤港澳大湾区得天独厚的地理优势，渤海湾、胶州湾、杭州湾、珠三角湾等湾区星落其上，也让粤港澳大湾区的发展有了重要的前期经济积淀。占据九市二区，在惠州、深圳、香港、东莞、广州、肇庆、佛山、江门、中山、珠海、澳门围绕下的粤港澳大湾区，不同区域内，不同生产要素的优势互补，可以为粤港澳大湾区乃至整个泛珠三角区域提供广阔的经济腹地，同时也将为泛珠区域合作注入新的发展动力。作为“一带一路”桥头堡，粤港澳大湾区得天独厚。

对于雷达制导武器装备而言，若将表征面电磁信号看成是从表征面辐射的各种信号，亦即将表征面信号看成一个视在的辐射源。那么，雷达制导武器装备与外部战场复杂电磁环境的联系就简化为其与表征面电磁环境的联系，将全战场空间电磁环境的内场等效构建聚焦到表征面电磁环境的等效构建。为此，将外部各种对雷达制导武器装备有影响的信号映射到表征面上，从战场复杂电磁环境到表征面电磁环境的映射关系如图2所示。

图2 复杂电磁环境到表征面电磁环境的映射关系Fig.2 Mapping relationship of complex electromagnetic environment to characterization surface electromagnetic environment

表征面电磁环境是各种外部电磁信号如目标、杂波、干扰等信号映射在表征面上的总和，用六个域的参数来描述表征面电磁环境中的每个信号，则总信号可表示为

式中：为信号时域参数；为信号频域参数；为信号空域参数；为信号能量域参数；为信号调制域参数；为信号极化域参数。

2 表征面动态试验电磁环境等效构建方法

作战对象的机动速度用来表示，单位为m/s。干扰装备空间部署关系描述集｛J，，，，，｝，其中J表示干扰装备类型及编号，表示作战对象相对于武器装备的方位角，表示作战对象相对于武器装备的俯仰角，表示作战对象相对于武器装备的斜距，为作战对象的机动方向单位矢量，为作战对象的机动速度。作战场景空间部署坐标映射关系如图6所示。

2.1 作战场景映射

作战场景构建要素主要包含被试对象、作战规模、作战对象及对抗装备等四类Ⅰ级构建要素。对作战场景等效构建要素进行分级构建要素梳理并作必要说明，作战场景分级构建要素见表1。

表1 作战场景分级构建要素Tab.1 Hierarchical constructing elements of combat scene

内外场空间等效构建分析：在同一空间大地坐标系下，利用北斗导航系统（BDS）或全球定位系统（GPS）获取武器装备、作战对象、电子对抗装备的经纬度及姿态信息，空间大地坐标系如图3所示。

对称是一种自同构，也就是一个结构与其自身在形式上完全相同。对称性是类比的基础，类比推理就是寻找对称性的过程。将具有对照结构的概念集合在概念网络中联系起来，可以形成一个对称结构。

图3 空间大地坐标系Fig.3 Space geodetic coordinate system

由空间大地坐标系获取的作战场景要素地理坐标信息见表2。作战场景要素地理坐标信息旨在获取武器装备、作战对象、电子对抗装备的经纬度、海拔信息