基于HLA架构的雷达对抗训练模拟系统设计＊

史军军，林 波

（中国人民解放军69079部队博士后科研工作站，新疆 乌鲁木齐830013）

0 引言

现代战争已发展到信息化条件下的联合作战阶段，战场空间扩展为“陆海空天电网”六维一体的信息化战场，战争要素大大增加，战场环境日趋复杂多元，这就给部队的日常训练提出了更高的要求和挑战。对于电子对抗部队的训练而言，因难以构建贴近于实战的训练环境而存在着“侦无对象、扰无目标”的问题。目前，利用实际装备和模拟系统相结合，综合应用分布式仿真技术、计算机建模技术、虚拟现实技术和网络技术构建虚拟战场环境成为了一条切实可行的选择，这也是世界各军事强国的普遍做法［1-6］。本文首先简要分析了能够满足实战化训练需求的模拟系统应该具备的功能，然后从体系结构、控制软件结构和工作流程等方面进行了详细的分析和探讨，设计出了一种新的模拟系统架构，为进一步研制电子对抗模拟训练系统提供一个新的思路。

1 模拟系统的功能需求分析

训练模拟系统作为一种软硬件结合的半实物仿真系统，除了一般模拟系统应具备的交互性、可靠性、准确性、安全性外，逼真性、系统兼容性、可扩展性和单平台多功能等特点，是该训练模拟系统最显著的特点所在。

从技术上讲，训练模拟系统应该具备各种体制雷达信号的生成功能、多部雷达交叠信号的模拟能力以及信号环境复杂度的定量评估、电磁态势的可视化显控和对数据库的高效管理。另外，作为电子对抗训练模拟系统，还应该具备对训练效果的在线评估和训练记录的离线分析等功能。

从战术需求上讲，面向电子对抗部队训练的信号环境模拟系统应该具备战术想定的编辑、设置和生成功能，具备管理数据生成的控制功能和特定场景方案的回放再现功能。合理的编辑仿真战术想定，生成合适的仿真战术背景对生成的电磁信号环境具有重要影响。对此应该有清晰的模型予以描述，在本系统中，需要重点考虑的是敌对双方电子辐射装备的种类和数量、敌对双方辐射源的配置、技战术性能指标、机动情况、用频规律、工作体制和样式、信号特征等。同时，面向部队训练的信号环境模拟系统应该具有信号环境电磁态势的显示功能，它可以真实反映信号环境的变化，对战场指挥员直观地把握电磁态势、优化装备部署和科学决策起辅助作用［7］。

2 模拟系统的技术设计

2.1 系统体系结构设计

HLA（High Level Architecture）于1996年8月由美国国防部完成基础定义，2000年9月正式成为IEEE标准。HLA 是一个可重用的用于建立基于分布式仿真部件的软件架构和功能集，支持由不同仿真部件组成的复杂仿真［8-9］。HLA 体系规范由规则（Rules）、对象模板（OMT）、接口规范说明（Interface Specification）三部分组成。规则规范了联邦成员应遵循的基本原则；对象模板提供了HLA 对象一种更标准格式，描述了联邦成员间进行交互的共享信息和单个成员加入时对其他成员的信息需求，以及它能够提供给其他联邦的信息。其中，联邦包含联邦成员组成的一个集合、RTI以及联邦成员和RTI的接口三部分，这三部分作为一个整体以便完成特定的目的。而联邦成员是加入到分布式交互仿真虚拟环境中的计算机程序，可以是一台计算机平台的仿真器、人在回路的模拟器或观察器和数据收集器之类的支持程序。

RTI是HLA 接口规范的具体实现，它是基于HLA 仿真的核心部件，是一个按照HLA 接口规范开发的软件系统，为仿真应用提供通用的、相对独立的支撑服务，其功能类似于分布式操作系统。根据系统功能的设计要求，相应的体系结构如图1所示。

图1 雷达对抗训练模拟系统的体系结构

该系统可以完成性能仿真和模拟训练等功能，主要由教练显控台和训练显控台两大部分组成。教练显控台由电磁态势显示工作站、数据处理与效果评估工作站、视景仿真主工作站、雷达仿真终端和战情设置终端等组成，训练显控台是本设计的重要部分，也是本系统设计的主要目的，由雷达对抗侦察终端和雷达干扰终端等设备组成，实际中可以根据需要设置若干台雷达对抗侦察和干扰终端。各主要硬件模块的功能如下：

1）视景仿真主工作站上运行的视景驱动开发软件Vega，用于大场景仿真。使用MultiGen建立飞机、导弹、雷达、侦察机、干扰机、地理环境等的三维模型，并使用Vega驱动这些模型，真实表现战场的可视化训练进程。

2）战情设置终端。以电子地图为基础进行装备配置和二维态势显示，完成战情想定的加载、模型的添加、仿真参数的设置、模拟预定航路显示、目标轨迹显示等。在本系统设计中主要有两个功能，一是在进行雷达对抗侦察训练时，设置机载雷达载体的航迹和运动状态参数以及地面雷达的部署位置；二是在进行雷达干扰训练时，设置目标（飞机、导弹等）的飞行航迹和运动参数等。

3）雷达对抗侦察仿真终端。模拟雷达对抗装备的天线扫描、参数设置、宽带信号处理模块和数据处理模块的功能，结合当前工作状态和电子战场景，生成所侦察到的威胁辐射源信息。

4）雷达干扰终端。模拟雷达干扰装备的天线扫描、干扰方式、功率管理和干扰控制指令实施压制性干扰或者欺骗性干扰。

5）雷达仿真终端。模拟加载在飞机或地面上的雷达的工作过程，为雷达对抗侦察提供机载机动雷达信号和地面固定雷达信号，另一方面也为雷达干扰提供作战对象，将干扰的效果通过图形和数字的形式在仿真终端上体现出来。

6）电磁态势显示工作站。以直观形象的方式显示电子作战效果。

7）显控台机柜。可以使用实际装备的显控台软件，对一些接口进行必要的修改。提供给操作人员与实装的装备显控台完全一致的人机交互界面。

2.2 系统软件结构设计

模拟系统的系统软件结构是一个复杂的工程，其结构由战术想定、训练模拟控制、教练控制、训练模拟控制、视景仿真、雷达对抗侦察机仿真、雷达干扰机仿真、雷达仿真、数据处理综合显控和效能评估显示等模块组成，系统开发必需的支撑软件包括Visual C＋＋、HLA 开发支撑软件SimBuilder、地理信息系统工具软件、三维建模软件MultiGen、视景驱动开发软件Vega、数据库前端开发工具PowerBuilder等。其示意图如图2所示。

图2 雷达对抗训练模拟系统软件结构

系统通过战术想定模块制作雷达对抗战术想定、作战目标、训练科目等。训练模拟控制模块为训练人员提供模拟训练的操作控制。教练控制模块作为模拟系统的总控模块，完成数据的交互、任务之间的调度和控制系统各个模块的运行。视景仿真主要通过调用特定地域的数字电子地图作为作战背景，设置不同的战场环境。雷达对抗侦察仿真是在电子对抗场景信息的驱动下，搜索目标雷达信号，提取相应的信息。雷达干扰仿真是在雷达对抗侦察信息的基础上，通过侦察信息的引导和显控台的控制产生相应的电子干扰信号，作用于目标雷达。数据处理和综合显控主要对产生的数据进行综合处理，显示当前的战场电磁态势、侦察结果和干扰效果等。

2.3 系统的工作流程

模拟系统启动以后，编辑（调用）相应的战术想定和训练科目，同时因为本系统主要用于模拟雷达对抗训练，所以主要提供了雷达对抗侦察和雷达干扰的模拟训练过程。电子战训练人员在战术背景和训练科目的指令下，通过显控台操作虚拟装备，完成训练科目设定的作战任务，在线分析作战人员的装备操作记录和战情处理结果数据，评估训练成绩。同时，这些记录也可以进行离线分析，以便完善训练训练想定。具体流程如图3所示。

在特定想定的驱动下，进行雷达对抗侦察任务的训练，需要加载战场背景数字地图和模拟战场自然环境，同时还需要设置相应的雷达对抗战情，一方面是地面固定雷达的设置，包括部署位置、技战术参数、天线扫描特性等；另一方面是机载雷达的设置，主要包括机动轨迹、运动参数、机载设备的技战术参数等。在此基础上，通过雷达对抗侦察显控模块的运行，训练人员进行侦察装备的模拟操作和战情的处理，获得操作事件记录和目标参数信息记录，并进行侦察结果的在线评估，如果达到训练要求就退出系统，否则返回重新运行。如果要进行雷达干扰的训练，则在加载数字地图、战场环境的基础上，还需要设置相应的雷达，通过干扰目标的选择、干扰方式和参数的设置，可以在雷达终端体现干扰的效果，其余部分与侦察训练相同。

图3 雷达对抗训练模拟系统的工作流程

需要说明的是，在雷达对抗侦察训练和雷达干扰训练中，雷达对抗战情设置所完成的功能是不一样的。在雷达对抗侦察训练中，战情设置模块需要在特定地域电子地图上设置地面雷达位置、技战术参数和天线的扫描类型以及机载雷达的航迹和相关参数。而在雷达干扰训练中，除了设置地面雷达及机载雷达的位置和技战术参数以外，还需要为其设置目标。本系统设计中，地面固定雷达的目标是飞机或者导弹，就需要设置目标的航迹和运动参数，而机载雷达的目标可以设置为地面固定目标。这样，通过干扰能量作用于雷达终端，造成雷达检测目标概率和跟踪目标精度的降低，从而定量评估干扰的有效性。

3 结束语

电子对抗战术训练涉及到多种实体装备、多个部门、多个兵种，实施起来费时又费力。目前，各相关单位研制了不少相应的模拟设备，但是普遍存在着缺乏相应的接口、系统兼容性差、升级更新困难等问题，无法和一体化作战平台做到互联互通互操作。本文从顶层设计的角度，基于HLA 模型架构，综合应用系统仿真技术、计算机网络技术、可视化建模技术、自动控制技术和数字显控技术等知识，对模拟系统的体系结构、系统软件结构和工作流程提出了一种设计思路，可以为电子对抗模拟训练系统的研制提供参考。■

［1］丁竑，李峰.外军如何构建复杂电磁环境［N］.解放军报，2007-04-12.

［2］丹麦空军接收高密度信号仿真系统［J］.国际电子战，2005（11）.

［3］白义臣.复杂雷达信号的产生［D］.西安：西安电子科技大学硕士学位论文，2004.

［4］孙实泽，杜春鹏.多体制雷达视频模拟器设计与实现［J］.现代电子技术，2008（7）：41-46.

［5］潘洁，王月忠.基于VC＋＋的空间电磁环境仿真软件设计［J］.微计算机信息，2005，21（8-3）：112-113.

［6］邬诚，周贵良，郭波，等.基于DSP 和FPGA 的多雷达脉冲信号 模 拟 器 设 计［J］.信 息 化 研 究，2012，36（2）：12-15.

［7］赵晶，刘义，来庆福，等.基于脉冲流描述的战场电磁环境态势显示方法［J］.微波学报，2010，26（5）：1-6.

［8］庞国峰.虚拟战场理论研究与工程实践［M］.北京：电子工业出版社，2010.

［9］刘永红，薛青，张伟，等.基于HLA／RTI的雷达侦察仿真平台的研究与实现［J］.系统仿真学报，2006，18（增刊1）：219-225.