复杂电磁环境下雷达兵仿真训练效能评估研究

张国兵

(91336部队,河北 秦皇岛 066001)

0 引 言

雷达担负着态势感知、目标认知和信息应用等多重使命,作为雷达操作使用者的雷达兵,如何使用操作以高效发挥雷达作用是确保雷达完成使命的核心能力。电磁环境和目标特性等日趋复杂,在雷达探测环境背景中,不仅电子干扰信号更为复杂,而且与不断增加的大量有源和无源环境背景杂波信号、友邻辐射信号等交织干涉;雷达探测的目标态势与特性,特别是具有高小快与低小慢等高电磁隐身、高超声速、高超低空和反辐射等目标及其集群特性的快速发展,严重限制了雷达的探测威力和生存空间,也大大推进了雷达技术的跨越和效能提升,因此对雷达的使用与操作也提出了更高的要求,即在复杂背景环境下面对复杂目标,要求雷达兵必须具备坚实的业务能力,通过态势判别和各种技战术手段高效运用,以更好地发挥雷达装备探测威力,确保其使命的完成。

雷达兵仿真训练可不动用训练双方实装,特别是可不动用具有极限能力目标的实装,通过逼真仿真方法即可实现对雷达兵的训练,且具有重复性好、成本低等优势。通过对复杂电磁环境下雷达兵仿真训练效能评估,可评估雷达兵对雷达的操作使用能力,并不断提高其操作水平,是确保雷达发挥技战性能的必需方法。开展雷达兵操作仿真训练效能的真实、客观和高效评估技术研究,对深入分析雷达兵在各种典型作战环境下的短板弱项,优化人机一体作战能力训练,提高雷达兵操作技能等具有十分重要的技术支撑和实训应用意义。

1 雷达兵技能水平的重要性分析

雷达兵的主要作用是通过操控雷达装备,从雷达回波中及时发现、识别感兴趣目标回波,并及时消除或减弱干扰信号,同时保持对重点目标的稳定跟踪,为上级指挥系统或武器系统及时提供准确的目标参数信息。

舰载雷达探测背景环境通常是相当杂乱的,尤其是战时的背景环境更加繁杂,并且部分高威胁目标回波特征与周围杂波相似度较高,甚至淹没在周围杂波或干扰信号中,这时必须依靠雷达兵从杂乱背景中及时找到敏感威胁目标,否则雷达装备自身很难完成目标的录取和稳定跟踪[1]。一名出色的雷达兵不仅能够及时从复杂的探测环境下发现、识别和稳定跟踪目标,而且还能够迅速掌握战场态势,预判将会出现威胁目标的位置与运动典型特征,提前调整雷达工作状态,将雷达装备的作战能力发挥到极致。而未经严格培训和训练的雷达兵难以精准有效操控装备,严重时会导致错情、漏情,甚至贻误时机。

影响雷达兵操作使用技能的主要因素包括:一是理论知识不够扎实,雷达兵要掌握的雷达理论知识涉及多专业技术和应用领域,短期内很难深入理解和掌握;二是实战经验少,和平时期很难掌握和积累不同类型目标以及实战环境下有意强干扰等先验知识,缺乏针对性的应对策略预案;三是实际战情掌握不够,和平时期很难掌握实战目标兵力的活动规律和具体实施战术,无法对战场态势做出准确预判。

2 仿真训练优势分析

以实战化练兵为目标,将雷达兵和装备嵌入到整个实际战场环境中,以充分锤炼发挥雷达兵在不同作战环境下的作战技能。实装训练是最为直接的训练方式,然而采用实兵装备构设整个战争环境将面临着安全、人力、物力和财力等方面的制约,很难实现短周期、多频次和可精确复现分析等的灵活组织实施。有限次数的实兵训练无法充分呈现现代战争系统的不确定性、复杂性和涌现性,短期内也很难全方位大幅提升雷达兵的业务水平。仿真训练手段和方法可以较好地弥补实兵训练的不足,具有以下优势[2-5]：

(1)较高的逼真度和实时性

仿真技术能够模拟构设逼真的战场环境和时空事件响应,缩小与实际电磁域战场的差距,使雷达兵有较强的“沉浸感和代入感”,并且重复推演使用频率高,能够充分体现复杂战争系统的不确定性、复杂性和涌现性,使雷达兵能够得到不同贴近实战环境下的训练与能力提升。

(2)可视化和可复现性

可视化是指利用仿真技术将电磁域无形的战场从视觉角度呈现出来,加深其感性认知,加速雷达兵理解和掌握;可复现是指可以灵活控制复杂的战场,可以任意重复复现整个战场态势或某个关键环节,供雷达兵反复训练与推敲分析,提升雷达兵的作战技能。

(3)安全性和保密性

安全性是指仿真战场上的任何战损都是虚拟的、模拟的、无害的,人员和武器装备可以灵活发挥;保密性是指仿真训练在室内开展,不用担心信息装备参数泄露,可以放开使用。安全性和保密性使仿真训练完全放开,充分发挥受训人员的作战思维和作战行为。

(4)灵活便捷的采集渠道

数据采集渠道灵活、便捷和评估手段完备,主要是指以评估雷达兵为核心,可以打通实现设备内部任何关键环节的数据获取,全训练过程采集所需的要素数据,建立比较完备的评估手段和方法,可以完全分清人和设备的评估界限,科学、客观、合理地评价雷达兵的训练质效。

3 仿真训练环境构建与科目设置

3.1 仿真训练环境构建

以信息对抗为核心,以作战问题为导向,构建全要素、全流程、全过程和全人员的平台级仿真训练系统。系统主要由仿真训练导调控制分系统、雷达装备仿真训练终端分系统、仿真训练评估分系统和数据库4部分组成,如图1所示。

图1 系统组成示意图

(1)仿真训练导调控制分系统[6]

该分系统主要包括总导演台、红方导调控制台和蓝方导调控制台3部分。总导演台主要功能有导调控制、训练态势生成、兵力部署、兵力行为模拟、交战过程模拟、战场态势监控、训练裁决和情报信息服务等,主要完成战情想定与编辑,并根据态势进程对红方导调控制台和蓝方导调控制台进行导调控制、情报信息推送服务和裁决,使双方完成兵力部署、预警探测、指挥决策、电磁防御、火力打击等作战行为和过程,并反馈作战结果。

红方导调控制台主要功能有对己方兵力进行部署、航路规划、预警探测、指挥决策、火力打击、综合态势显示,虚拟平台与训练装备绑定,与训练装备进行信息交互,指挥控制系统模拟等,与蓝方导调控制台实时作业于同一战情想定态势下,并根据想定战场态势的不确定性和未知性实时推进,完成红方兵力部署、装备运用、信息获取与对抗、信息传输与共享、火力防御与打击、与训练终端信息交互等作战活动,全要素、全流程和全过程模拟双方交战过程。

蓝方导调控制台主要功能与红方大致相同,只是不与训练终端绑定,完全是虚拟兵力,只负责蓝方兵力作战模拟运用,配合红方导调控制台在同一战情想定态势下,完成双方整个交战过程,包括人工操控和无人智能操控两种模式,具有较强的数字蓝军模拟能力。

(2)雷达装备仿真训练终端分系统

该分系统主要模拟雷达装备,对对应实装进行机理仿真,模拟装备的整个系统和战场复杂电磁环境,以及与指控系统或武备系统的交互信息,并构建与实装完全一致的终端显控台,提供与实装功能性能完全一致的训练设备,给雷达兵营造逼真的战场环境和氛围。在训练过程中,与红方导调控制台虚拟兵力进行绑定,参与到兵力交战过程中,雷达兵通过操控训练终端为兵力行动提供信息探测、电磁攻防和武器引导攻击等任务,支援其他兵力完成作战行为或战术目的,并实时采集相应的训练过程数据和反馈结果数据,用于评估雷达兵在战斗过程中的作战能力水平和作战贡献度。

(3)仿真训练评估分系统

主要功能有训练数据解析、训练考核、训练效果综合分析等。数据解析主要完成对训练过程中产生的训练数据进行采集、接收和处理、格式转换、存储和显示等;训练考核主要完成在线评定雷达兵的训练技能水平和训练成绩;训练效果综合分析主要完成个人单次或多次的训练技能水平的评估分析,以及多人单技能/综合作战能力水平的评估分析,并给出科学合理的训练方法和作战能力水平鉴定。

(4)数据库[7]

数据库主要功能是对训练态势文件、兵力模型、装备模型、参数数据、训练过程数据和考评结果数据等进行存储、读取、查询、修改和删除管理[1]。

3.2 科目设置

复杂电磁环境下雷达兵训练主要设置基础训练科目和专项训练科目两大部分,训练和考核雷达兵在系统作战平台中与其他系统的协调与反应能力,为上级提供快速准确的目标环境和干扰情况,提供抗干扰建议,迅速完成上级下达各项命令。基础训练科目以单装备对抗训练为主,包括目标发现识别以及录取跟踪、干扰样式判别、抗干扰措施运用等单项技能;专项训练科目主要将人机嵌入到整个作战系统中,在不同作战任务环境下开展综合业务能力训练。

4 训练效能评估

4.1 建立评估指标体系

雷达兵作战能力评估指标体系主要以人机一体在未来战场上应具备的作战能力为核心,以人为主体,并考虑各种影响因素,对核心能力进行递层分解直到适当层级,形成雷达兵的考评指标体系如图2所示,主要包括目标发现能力、目标识别能力、目标跟踪能力、目标引导能力、抗干扰能力以及态势掌握与辅助决策能力6部分。

图2 雷达兵作战能力评估体系

目标发现能力主要指对目标的发现及时性、虚警率和漏警率;目标识别能力指对目标的识别及时性、正确率和未知;目标跟踪能力主要指目标的跟踪起始点、丢失次数和丢失至复跟时长;目标引导能力指目标引导质量;抗干扰能力主要指干扰样式判别、干扰强度等级判别、抗干扰措施运用以及相应的时刻,自助抗干扰措施以目标受影响时刻为计时点,听令采取抗干扰措施以上级下达指令时刻为计时点;态势掌握与辅助决策是训后评估项,主要指雷达兵在具体任务中为上级辅助决策的次数/正确性,以及前几项表现结果和此次任务的贡献度。

4.2 考评模型与量化准则

在考核评估指标体系确定以后,结合层次分析法,应用两级模糊综合评价方法建立考核评估数学模型的步骤:一是确定评估体系中各评估指标间的重要程度权重;二是确定各评估指标的评语集;三是建立模糊关系矩阵;四是合成模糊综合评价结果向量。具体实施方法见文献[8]。量化准则以作战问题导向为核心,以装备探测真值和满足作战要求为基准,采用定性与定量、主观与客观的方法进行指标量化[9],如表1所示。

表1 雷达兵作战能力指标体系量化准则

4.3 考评要素采集

考评要素采集主要依据考评指标体系确定的具体指标项采集相关要素数据,包括雷达兵与指挥员的音视频信息、雷达兵的操作指令信息、目标发现识别与跟踪信息、干扰判别与抗干扰信息、装备探测目标或受干扰的真值信息等,所有信息数据经过设备采集后汇聚到仿真训练评估分系统进行存储和管理,以及实现在线评估和训后综合评估。

4.4 效果评判

训练评判结果是对雷达兵训练成效的衡量结论,为了保证评判结果的真实性、合理性、有效性和强信服力,必须用客观事实数据“说话”:一是标定的雷达训练装备在某一具体作战想定下的最大发挥作战能力边界数据作为真值;二是雷达兵运用雷达训练装备在同一具体作战想定下的装备自身实际发挥作战能力数据作为装备实测数据;三是雷达兵运用装备在该具体作战想定下的实际操作数据,通过比对分析3层数据评价训练成效。

着重考核装备实测数据与真值数据,比对评价雷达兵在该具体作战想定下装备作战运用能力。某雷达兵在某次训练中的考评分析结果如图3、图4所示。将3层数据统一归一化后进行比对,可以直观看出在该具体作战环境下雷达兵发挥训练装备效能的程度以及人员作战能力发挥的程度,从而获知仿真训练的质效,避免了人装责任界定不明确问题,更加有利于提升雷达兵装备运用作战的能力。其中,态势掌握能力综合性强,尤其是辅助决策项提升空间很大,体现了对战场的整体动态把握、敌情深化与外延预判、应急处置等方面,很大程度超出了雷达装备固有的功能性能,是基于装备的拓展能力。

图3 装备功能性能发挥程度

图4 雷达兵作战能力发挥程度

5 结束语

雷达兵仿真训练系统可以营造贴近实战的各种战场环境,能够在短期内积累大量的训练样本,有效促进雷达兵作战能力水平的提升,使其能够快速胜任本职岗位,有能力应对未来可能面临的各种作战场景,实现与作战需求快速接轨。另外,通过分析和挖掘雷达兵大量训练样本,可以获知每位雷达兵在各种典型作战环境下的优缺点,例如擅长在复杂背景下发现导弹类小目标、低慢小目标或者目标综合识别等,以及难以突破或避免的弱项、短板,为进一步优化人装一体作战能力提供有效技术支撑。