复杂电磁环境舰艇电子对抗仿真系统研究

王红军，王龙涛，刘振兴

(海军大连舰艇学院,辽宁大连　116018)



复杂电磁环境舰艇电子对抗仿真系统研究

王红军，王龙涛，刘振兴

(海军大连舰艇学院,辽宁大连116018)

摘要:针对目前舰艇电子对抗装备作战效能分析、作战使用方法研究和训练平台实用性不强的现状,采用复杂电磁环境生成技术,运用电子对抗作战使用理论,结合系列研练电子对抗反导积累相关数据,建立电子对抗仿真模型,实现仿真系统控制、复杂电磁环境接收与生成、三维海战场环境仿真显示、多型电子对抗显控界面仿真、舰艇电子对抗作战效能评估、舰艇电子对抗仿真训练成绩评定等功能,研制贴近实际的复杂电磁环境水面舰艇电子对抗装备作战运用仿真系统,以充分发挥舰艇电子对抗装备的作战潜能。

关键词:复杂电磁环境;水面舰艇;电子对抗;仿真系统

为改善舰艇部队复杂电磁环境下电子对抗作战使用水平不高、训练方法单调和训练效果不佳的现状,提高部队官兵复杂电磁环境下电子对抗作战使用能力和电子对抗训练热情,迫切需要研制复杂电磁环境水面舰艇电子对抗装备作战运用仿真系统,以用于主战舰艇电子对抗指挥军官进行电子对抗作战使用研究,同时满足操作职手进行操作技能训练,充分发挥舰艇电子对抗装备作战潜能之目的[1-2]。

目前,相关院校及研究所先后研制了不同类型的电子对抗装备效能仿真系统和训练模拟系统,这些系统对提高舰艇电子对抗装备潜能起到一定作用,但这些系统的电子对抗作战效能评估模型通常采用理论模型来实现,限于当时对电子对抗反导作战过程和规律认识不够,这些模型不能够真实地反映实际情况,与电子对抗实兵实弹研练效果差别较大;训练系统普遍采用计算机仿真技术模拟装备操控界面,侧重于操作和指挥流程训练,使用人员不能随意改变训练进程,战场态势采用二维方式实现,直观性较差;系统电磁环境设置过于简单,不能满足分层次复杂电磁环境下电子对抗作战效能分析、使用研究和训练的需要[3-4]。

本系统采用复杂电磁环境生成技术,运用电子对抗作战使用理论,结合系列研练电子对抗反导积累的相关数据,建立电子对抗仿真模型,构建集效能分析、作战使用研究和训练三位一体的仿真系统。支持多型主战舰艇电子对抗装备的效能分析、电子对抗作战使用和训练,能较为真实地反映电子对抗作战过程和作战效能,在给出客观评价训练效果的同时,为各种作战使用方法的检验提供平台,实现电子对抗装备效能分析、作战使用方法研究和电子对抗训练的有机结合。

该系统采用基于网络数据接口自适应重构的嵌入式仿真技术,研制了可适用于不同型号实装协议的软件接口,解决了该仿真系统与不同型号实装之间无缝对接的难题,首次实现了实时数据驱动下的电子对抗实装在线训练与考评,开创了电子对抗训练新模式,提高了训练效益。系统创建了复杂电磁环境舰艇电子对抗作战效能动态评估指标体系,提高了电子对抗作战效能评估的实用性和准确性。系统通过构建电子对抗战法库、想定库和评判规则库,综合运用复杂电磁环境生成与电子对抗作战过程仿真技术,为舰艇电子对抗作战使用研究和战法检验提供了平台。

1仿真系统功能及建模研究

1.1仿真系统功能

仿真系统需要实现如下几方面功能。

1)仿真系统控制功能

根据不同的任务(效能分析、电子对抗使用研究和训练),调用不同的功能模块,完成系统的控制,并实现不同的功能。具体包括作战想定方案库的设计与生成和仿真过程控制。

2)复杂电磁环境接收与生成功能

依据不同的作战想定需求,引用复杂电磁环境构设成果。或通过建立雷达信号脉冲描述模型,生成不同复杂程度的电磁信号环境,加入复杂电磁环境数据库。

3)三维海战场环境仿真显示功能

根据作战想定,为仿真系统提供逼真的海战场三维环境,并能自动地对模拟场景进行初始化设置,按照仿真实体运动模块解算的数据,以三维的方式实时动态显示海战场概貌、电子对抗作战过程、复杂电磁环境等作战仿真要素。具体包括:视景绘制与管理功能;仿真实体物理模型构设功能;仿真实体CGF功能;三维声效功能;数据库素材资源调用和基于电子对抗的海战场仿真工程实现。

4)多型电子对抗显控界面仿真功能

在对实装显控界面软件进行适应性设计基础上,制定显控界面方案,确定电子对抗二维显控界面与海战场三维视景显控的结合方式,提供真实性强、便捷性强、能与电磁环境关联和匹配的电子对抗显控界面,供受训者使用。

5)舰艇电子对抗作战效能评估功能

分析归纳电子对抗研练反导作战效果数据,利用“电子对抗过程仿真与效能评估软件”和“半实物雷达对抗仿真系统”的结果数据,给出对不同雷达的电子对抗作战效能;对电子对抗作战效能评估方法进行研究,结合作战想定,形成电子对抗作战效能数据库。

6)舰艇电子对抗仿真训练成绩评定功能

依据系统对训练成绩自动评定需求,设计训练考核要点与考核流程;研究仿真训练情节、场景复杂度分级量化评定方法及训练成绩量化评定方法,为仿真系统提供训练成绩评定功能。

1.2系统建模研究

1.2.1系统组成

该系统的硬件部分仅由一台或两台笔记本电脑组成,仿真实现全部由软件及软件模块完成。软件部分由兵力及复杂电磁环境生成软件(含三维海战场环境仿真模块、外部复杂电磁环境接收模块)、装备仿真软件、电子对抗作战效能评估软件、电子对抗训练成绩评定软件、仿真系统控制软件(含数据库服务模块)及电子对抗实装驱动软件等相应软件组成[6],如图1所示,支撑舰艇电子对抗装备的作战效能分析、作战使用方法研究和舰艇部队电子对抗专业实装与模拟器训练等功能的实现。

1.2.2仿真系统控制设计

1)仿真方案生成

仿真方案生成是系统仿真的基础,可以通过构建作战想定方案数据库的方式实现。在收集各种研练数据的基础上,依据我方兵力及舰艇电子对抗装备的战技性能,敌方兵力主要电子装备的战技性能、攻击方式等信息,生成贴近实战的作战想定方案数据库,通过设定不同的参训兵力、敌反舰导弹不同的攻击方式等,供电子对抗装备效能分析和仿真训练灵活调用,支撑仿真训练系统的运行。

2)仿真过程控制

仿真过程控制主要实现仿真系统运行的控制和管理,是仿真系统的核心。通过研究各功能模块间的逻辑关系,理清电子对抗装备效能分析、电子对抗作战使用方法研究及电子对抗专业训练与训练成绩评定之间的逻辑关系,并加以控制,如图2所示。

1.2.3复杂电磁环境接收与生成

本系统可以利用数据分发软件接收仿真中心微波暗室产生的复杂电磁环境,或采用信号脉冲描述模型和数据库相结合的方法,依据系列研练具体数据,用计算机实时生成数量达120部、信号密度达200万PPS、且包含有各种体制及各型末制导雷达的复杂电磁环境。

1.2.4基于电子对抗作战的海战场环境仿真

通过现场模拟导线数据采集系统，可以采集近期输电线路覆冰数据；应用冻雨覆冰计算方法，可以计算空气中的液态水含量；根据测量及计算数据，应用灰色系统的GM(1，1)模型，预测几分钟内液态水含量的发展趋势，并根据液态水含量计算覆冰增长趋势，为输电线路在线实时融冰提供依据。

三维视景显示是增强电子对抗作战海战场环境仿真现实感的主要手段。由于海战场环境非常复杂,为了满足水面舰艇电子对抗装备作战运用仿真系统的需要,方案需要从地理环境、气候环境、表现战场特效的特殊环境等方面考虑展现海战场环境。在本仿真系统中,利用数字地球作为三维仿真基础,利用粒子系统体现战场三维特效,如箔条云、红外火炬、导弹尾迹等。

1.2.5舰艇电子对抗显控界面仿真

舰艇电子对抗显控界面仿真是进行电子对抗作战使用方法研究及电子对抗专业训练的核心模块,是对舰艇电子对抗装备进行仿真的关键,因为电子对抗的作战使用及训练主要是在显控界面部分完成的[7]。电子对抗显控界面的实现主要通过进行舰艇电子对抗显控界面仿真适应性设计,制定电子对抗模拟训练系统显控台显示和操控方案,完成电子对抗系统显控界面操控方式及相关仿真模型的改进。在保持和实装相同的电子对抗作战指挥流程基础上,对显控界面的统一性、易操性、趣味性进行改进和完善,对触摸屏、表页和操控面板的操控方式进行分解,把以往的主副显、触摸屏、表页显示器的显示页面,以及操控面板、小键盘、轨迹球等硬件模块的显示和操控功能在同一个显示页面中实现。界面选择提供当前电子对抗模拟训练系统可供选择的显控台,以及某一显控台中可供选择的显控界面(主显、副显、触摸屏等),相关整体机柜显示和控制面板显示也随界面选择的不同而不同。

方案以电子对抗战法和作战使用为依托,以实现电子对抗系统显控界面统一、完整、准确显示为目标,对相关仿真模型展开深入研究,模型与方法要符合真实性、直观性和易操性要求,满足电子对抗装备作战效能分析、作战使用方法研究和舰艇部队电子对抗专业训练的需要。

1.2.6舰艇电子对抗作战效能评估

通过搜集研练中的防空反导电子对抗作战效能数据,整理、分析利用电子对抗效能检验装备验证的结果,提炼出适合本系统的有用结论。利用“电子对抗过程仿真与效能评估软件”及“半实物雷达对抗仿真系统”,结合作战想定,研究反映真实作战过程的电子对抗作战效能。应用电子对抗作战理论、多目标决策理论及效能评估理论与方法,采用理论建模方式,建立舰艇电子对抗装备反导效能评估模型,形成“水面舰艇电子对抗作战效能评估”数据库,对仿真过程进行接近客观实际的作战效果评判,使仿真过程接近真实的防空反导过程,为电子对抗作战使用研究和训练提供支撑。流程控制见图3所示。

支撑电子对抗作战效能评估的模型主要包括:电子侦察效能评估模型、有源压制性干扰效能评估模型、有源欺骗性干扰效能评估模型、迷惑干扰效能评估模型、冲淡干扰效能评估模型、质心干扰效能评估模型及烟幕干扰效能评估模型。每个模型都采用相应的评估理论进行构建,并作为一个独立单元,供评估需求进行调用。

1.2.7舰艇电子对抗仿真训练成绩评定

舰艇电子对抗仿真训练成绩评定主要用于对训练过程及训练效果进行客观公正的评判。通过分析系统总体训练流程设计,选择仿真训练过程中的自动考核关键节点,以此为基础设计自动化考核工作流程、建立相应考核评定指标体系,采用软件工程方法对评定方法进行工程化,实现训练成绩的自动考评。仿真训练成绩评定软件方案构成如图4所示。

图4　仿真训练成绩评定软件组成框图

训练场景复杂度分级评定、训练成绩考核评定采用层次分析法(AHP法)为总体量化技术方法;其理论方法主要包括评估指标体系构建、指标权重确定、评估指标聚合、评估指标归一化处理等;构建了评估理论体系后,采用软件方法,通过网络报文传输、数据库读取等方法获取计算依据,自动计算并给出训练成绩评定量化结论及图表。

2仿真系统指标及研制结论

2.1仿真系统指标

•可以参训8型主战舰艇电子对抗系统;

•受训人员数据库容量500名;

•战术想定难易分为三级;

•每一级战术想定数目为10个;

•仿真系统可以集中运行(单机运行),也可以分布运行(多机运行);

•训练考评规则可在线人工设置和编辑;

•训练结果可以自动评判,也可人工评判;

•训练结束后1s内,能够以图、表等形式自动给出操作职手和军官的训练成绩;

•背景辐射信号最高可达150部;

•支撑多型舰艇电子对抗装备效能分析;

•用二维和三维的方式显示海战场环境、态势、兵力行动、反导过程;

•用二维方式显示电子对抗显控界面、操作按键等。

2.2研制结论

1)该仿真系统支持多型主战舰艇电子对抗装备的效能分析、电子对抗作战使用和训练,能较为真实地反映电子对抗作战过程和作战效能,通过该仿真系统训练可提升舰艇电子对抗部队的训练水平和电子对抗作战使用水平。

2)该仿真系统逼真度高。通过建立客观反映舰艇电子对抗反导效果评估模型和训练成绩评定模型,对舰艇电子对抗实装显控软件进行适应性改造,在保持与现有实装显控界面一致的同时,可较逼真地反映电子对抗装备作战效能和真实再现电子对抗装备反导过程,保证仿真系统的训练效果。

3)该仿真系统以实际研练数据为基础,把研练中的反导实际效果和电子对抗作战效能评估模型相结合,用于仿真系统的电子对抗反导效果评判;把研练中的反导训练成绩评定结果和电子对抗训练成绩评定模型相结合,用于仿真系统的电子对抗训练成绩评定,得出的结论更加科学、合理。

该系统已在电子对抗装备教学及海军电子对抗专业比武中得到应用。通过训练,指挥员和操作职手对信号人工识别正确率从52%提高到87%,对抗反应时间从7.4s缩减到3.3s。

图5　职手训练统计趋势图

参考文献:

[1]邵国培,刘雅奇,何俊. 战场电磁环境的定量描述、模拟构建与复杂性评估[J]. 电子战, 2010(1): 1-4.

[2]杨娜,袁舒,侯磊,张永秀. 陆军电子对抗仿真系统设计与实现[J]. 系统仿真学报,2013, 25(1):187-190.

[3]贺彬, 韩英永，等. 雷达对抗电磁环境建模与模拟软件设计[J]. 河北科技大学学报,2011(32): 38-41.

[4]李华,曾艳丽.电子对抗系统效能仿真环境研究[J]. 系统仿真学报,2007, 19(9):1954-1958.

[5]李云刚, 张国柱, 吴京,等. 电子干扰信号环境数字仿真建模与实现[J]. 航天电子战, 2003(1): 28-31.

[6]王泽众,刘峰,钟兆根,等.一种新的机载电子对抗作战效能评估模型[J]. 系统仿真学报,2009,21(20): 6360-6363.

[7]谢东来,孙洪星,张万泽,等.兵力生成仿真系统中的电磁环境仿真[J]. 系统仿真学报,2013, 25(1):178-181.

Research on EW Simulation System for Complex Electromagnetic Environment

WANG Hong-jun， WANG Long-tao， LIU Zhen-xing

(Dalian Naval Academy， Dalian 116018, China)

Abstract:For the current lack of practical shipboard electronic warfare equipment Operational Effectiveness Analysis, Operational use of Method and Training Platform. The use of complex electromagnetic environment generation technology, electronic warfare operational use application theory, combined with the series data Accumulated in the Exercise, Establishing electronic warfare simulation model, To realize the simulation system control, Receive and generate complex electromagnetic environment, The simulation shows that 3D naval battle field environment, more electronic countermeasures simulation display control, Ships electronic countermeasure combat effectiveness evaluation, Ships electronic countermeasures simulation training performance evaluation, etc. developing Electronic warfare Equipment use Simulation System in Complex Electromagnetic Environment, give full play to Combat Potency of shipboard electronic warfare equipment.

Key words:complex electromagnetic environment; surface ship; electronic warfare; simulation system

中图分类号:TN97；TP391.9

文献标志码:A

DOI:10.3969/j.issn.1673-3819.2016.02.017

作者简介：王红军(1962-)，男，陕西西安人，教授，研究方向信息作战仿真。王龙涛(1986-)，男，讲师。刘振兴(1980-)，男，讲师。

收稿日期：2015-11-17

文章编号：1673-3819(2016)02-0080-04

修回日期： 2016-01-16