海戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建方法

劉麗明,黃文亮,孫璐璐

(解放軍91336部隊(duì),秦皇島066326)

0 引 言

信息作戰(zhàn)條件下,現(xiàn)代海戰(zhàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境愈來(lái)愈復(fù)雜,作戰(zhàn)各方和自然界形成的復(fù)雜電磁環(huán)境嚴(yán)重威脅著水面艦艇武器裝備的安全和效能發(fā)揮,爭(zhēng)奪制信息權(quán)成為海上作戰(zhàn)的主要行動(dòng)。裝備雷達(dá)、聲納、通信、導(dǎo)航、光電及電子戰(zhàn)等大量電子信息武器裝備的現(xiàn)代水面艦艇,是海軍遂行多種樣式作戰(zhàn)任務(wù)、爭(zhēng)奪海戰(zhàn)場(chǎng)電磁優(yōu)勢(shì)的重要兵力。未來(lái)的海上作戰(zhàn),可能由海軍獨(dú)立遂行作戰(zhàn)任務(wù),也可能是由陸軍、海軍、空軍和其他兵種聯(lián)合遂行作戰(zhàn)任務(wù)。海軍的主戰(zhàn)場(chǎng)在廣闊的海洋之上,作戰(zhàn)平臺(tái)大都處于機(jī)動(dòng)中,要使我方的海上作戰(zhàn)信息共享,并阻止敵方獲取和利用信息,敵我雙方都要使用大量的信息系統(tǒng)和電子對(duì)抗系統(tǒng)。海上作戰(zhàn)中的一切信息保障只能依靠電磁環(huán)境來(lái)完成,這樣就造成了對(duì)無(wú)線電裝備的嚴(yán)重依賴性,導(dǎo)致海戰(zhàn)場(chǎng)電磁輻射源的數(shù)量驟增。能否在復(fù)雜的電磁環(huán)境中取得電磁頻譜的控制權(quán),是獲取戰(zhàn)爭(zhēng)勝利的關(guān)鍵因素之一。這就需要盡快建立起對(duì)海戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境的理性認(rèn)識(shí),發(fā)現(xiàn)其特征和規(guī)律,找到應(yīng)對(duì)策略,謀求戰(zhàn)場(chǎng)主動(dòng)權(quán)。

1 海戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境的構(gòu)建要點(diǎn)

從國(guó)內(nèi)外作戰(zhàn)訓(xùn)練的實(shí)踐來(lái)看,復(fù)雜電磁環(huán)境特指具有一定復(fù)雜程度的戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境。對(duì)于戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境,將其定義為:一定的戰(zhàn)場(chǎng)空間內(nèi)對(duì)作戰(zhàn)有影響的電磁活動(dòng)和現(xiàn)象的總和。而復(fù)雜電磁環(huán)境是指一定的空域、時(shí)域、頻域上,電磁信號(hào)縱橫交叉、連續(xù)交錯(cuò)、密集重疊、功率分布參差不齊,對(duì)相應(yīng)的電磁活動(dòng)產(chǎn)生重大影響的電磁環(huán)境。海戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境是在以特定海域及其周?chē)沼驗(yàn)橹饕鲬?zhàn)區(qū)域的戰(zhàn)場(chǎng)上形成的復(fù)雜電磁環(huán)境。與其他戰(zhàn)場(chǎng)的復(fù)雜電磁環(huán)境相比,海戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境具有較為典型的特征,更不確定。這為復(fù)雜電磁環(huán)境的構(gòu)建帶來(lái)了一定的難度。未來(lái)信息作戰(zhàn)什么樣,怎么打?未來(lái)海戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)如何,電磁信號(hào)環(huán)境復(fù)雜程度有多高?在戰(zhàn)爭(zhēng)進(jìn)行之前沒(méi)有固定解。而且兵無(wú)常勢(shì),水無(wú)常形,每場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)所生成的電磁環(huán)境與戰(zhàn)場(chǎng)自然環(huán)境、作戰(zhàn)平臺(tái)種類和數(shù)量、戰(zhàn)術(shù)使用及兵力組合等因素密切相關(guān)。劇情想定相當(dāng)于使用假設(shè)法解答復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建的命題,假設(shè)在某個(gè)作戰(zhàn)海域發(fā)生紅藍(lán)對(duì)抗,雙方各自出動(dòng)兵力,進(jìn)行電磁頻譜域的對(duì)抗。

劇情想定是復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建中的首要條件,主要包括以下要素:

(1)作戰(zhàn)區(qū)域:海戰(zhàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境取決于海戰(zhàn)場(chǎng)及其周邊能影響到該區(qū)域的電磁輻射源和海戰(zhàn)場(chǎng)的電磁傳播條件。美國(guó)海軍水面作戰(zhàn)中心電子戰(zhàn)分部的一份技術(shù)報(bào)告稱:在近海環(huán)境下,收到的大多數(shù)脈沖都是來(lái)自友方、中立方或者準(zhǔn)中立方的信號(hào)。信號(hào)包括民用信號(hào)和軍用信號(hào),既可能來(lái)自陸地,也可能來(lái)自海洋和天空。信號(hào)環(huán)境主要由己方艦船及其附近的輻射源以及陸地和海上平臺(tái)對(duì)這些輻射源的反射信號(hào)組成。在遠(yuǎn)洋環(huán)境下,背景信號(hào)相對(duì)簡(jiǎn)單一些,絕大多數(shù)將是敵我雙方信號(hào)。

(2)作戰(zhàn)對(duì)象:包括紅、藍(lán)雙方的國(guó)別、主要作戰(zhàn)平臺(tái)、電磁輻射源型號(hào)和數(shù)量。

(3)背景對(duì)象:中立方或者準(zhǔn)中立方的國(guó)別、可能在作戰(zhàn)區(qū)域出現(xiàn)的作戰(zhàn)平臺(tái)、電磁輻射源型號(hào)和數(shù)量,以及自然環(huán)境產(chǎn)生的電磁環(huán)境背景。

(4)作戰(zhàn)過(guò)程:紅、藍(lán)方在信息作戰(zhàn)條件下,何時(shí)使用何種作戰(zhàn)平臺(tái)中的何種電子戰(zhàn)武器,使用何種戰(zhàn)術(shù)進(jìn)行電磁頻譜爭(zhēng)奪,以及電子戰(zhàn)或硬武器殺傷造成的作戰(zhàn)能力損毀等過(guò)程。作戰(zhàn)過(guò)程設(shè)計(jì)必須注意要有很強(qiáng)的戰(zhàn)術(shù)性和激烈的對(duì)抗態(tài)勢(shì)。由于信息戰(zhàn)的作戰(zhàn)性質(zhì),其作戰(zhàn)過(guò)程與以火力打擊為主的作戰(zhàn)進(jìn)程不是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,在構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境時(shí),可選擇信息作戰(zhàn)全過(guò)程中的一個(gè)作戰(zhàn)區(qū)間,如單艦反導(dǎo)。

(5)復(fù)雜度等級(jí):即電磁環(huán)境的整體復(fù)雜程度,在應(yīng)用中,與作戰(zhàn)對(duì)象、背景對(duì)象、紅方裝備適應(yīng)電磁環(huán)境的能力等進(jìn)行綜合考慮。復(fù)雜度等級(jí)可由確定,Fo為頻譜占用度,To為時(shí)間占有度,So為空間覆蓋率,計(jì)算方法如下:

式中:U為單位躍階函數(shù);S(r,t,f)為功率譜密度;r為空間位置坐標(biāo);VΩ為作戰(zhàn)空間體積;S0為電磁環(huán)境門(mén)限;t為作戰(zhàn)時(shí)間。

(6)情報(bào)信息:是復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建的重要條件,情報(bào)信息準(zhǔn)不準(zhǔn)直接關(guān)系到電磁環(huán)境真不真的問(wèn)題,尤其是藍(lán)方、中立方等的情報(bào)資料(包括作戰(zhàn)平臺(tái)的工作參數(shù)、平臺(tái)上搭載輻射源的工作參數(shù)、工作屬性、戰(zhàn)術(shù)使用原則、使用時(shí)機(jī)等)。根據(jù)劇情想定有重點(diǎn)地收集情報(bào)資料。

2 構(gòu)建方法和平臺(tái)的確定

復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建可采用的方法有外場(chǎng)實(shí)兵模擬、半實(shí)物仿真模擬和數(shù)字仿真模擬。各種方法都有其不同的用途和優(yōu)缺點(diǎn),如表1所示。

3 復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建舉例

外場(chǎng)實(shí)兵模擬一般包括方案設(shè)計(jì)、組織指揮、兵力調(diào)配、組織實(shí)施和后勤保障等相關(guān)工作。半實(shí)物仿真一般包括方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)構(gòu)建、態(tài)勢(shì)設(shè)計(jì)、組織實(shí)施、環(huán)境監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)處理及分析等相關(guān)工作。不同的仿真方法所涉及的環(huán)境構(gòu)建要素不同,隨著對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境認(rèn)識(shí)的不斷深入,以及海軍部隊(duì)大量技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的武器裝備的列裝,給部隊(duì)的訓(xùn)練帶來(lái)了新的難題。復(fù)雜電磁環(huán)境組織難、構(gòu)建難、保密難和消耗大等特點(diǎn),限制了部隊(duì)熟練掌握武器系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境下的工作機(jī)理、操作使用技巧,以及各種技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)協(xié)同訓(xùn)練的需求,因此,必須采用仿真的方法構(gòu)建海戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境,并注意體現(xiàn)復(fù)雜電磁環(huán)境的復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性、戰(zhàn)術(shù)性特征和海軍作戰(zhàn)的特點(diǎn)。

下面以復(fù)合仿真為例,簡(jiǎn)要介紹復(fù)雜電磁環(huán)境的仿真實(shí)現(xiàn)。

該次復(fù)雜電磁環(huán)境仿真的方案設(shè)計(jì)為:紅方接近藍(lán)方某海域內(nèi),藍(lán)方遠(yuǎn)程預(yù)警機(jī)發(fā)現(xiàn)紅方艦艇編隊(duì)后,指控中心調(diào)動(dòng)遠(yuǎn)程岸基警戒雷達(dá)進(jìn)行監(jiān)測(cè),并出動(dòng)艦艇編隊(duì)、飛機(jī)編隊(duì)對(duì)紅方編隊(duì)進(jìn)行合圍,藍(lán)方確定紅方兵力后,電子干擾飛機(jī)掩護(hù)雙機(jī)編隊(duì)對(duì)紅方實(shí)施導(dǎo)彈攻擊,紅方進(jìn)行反導(dǎo)作戰(zhàn)。

表1 海戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建方法的對(duì)比

采用圖1所示系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜雷達(dá)對(duì)抗電磁環(huán)境仿真。該系統(tǒng)可用于雷達(dá)對(duì)抗裝備仿真試驗(yàn)、訓(xùn)練及復(fù)雜電磁環(huán)境相關(guān)技術(shù)研究,能夠輸出3類復(fù)雜電磁環(huán)境數(shù)據(jù):一是在微波暗室內(nèi)形成的以射頻信號(hào)為主的復(fù)雜電磁環(huán)境;二是接收處理后形成的PDW數(shù)據(jù);三是經(jīng)過(guò)分選融合后的目標(biāo)分選數(shù)據(jù),附帶搭載平臺(tái)的航向、航速和位置信息。

圖1 基于復(fù)合仿真技術(shù)的復(fù)雜電磁環(huán)境生成系統(tǒng)

態(tài)勢(shì)設(shè)計(jì)主要根據(jù)方案設(shè)計(jì)的劇情、海戰(zhàn)場(chǎng)區(qū)域特征和電子戰(zhàn)裝備戰(zhàn)術(shù)使用原則,確定電磁環(huán)境的復(fù)雜度、背景信號(hào)、威脅信號(hào)、雜波和干擾信號(hào)的參數(shù)和工作時(shí)間,并選擇適當(dāng)?shù)姆抡嫫鬟M(jìn)行仿真。利用射頻環(huán)境監(jiān)測(cè)及采集設(shè)備對(duì)暗室中的電磁信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè),信號(hào)數(shù)量隨時(shí)間變化曲線如圖2所示。

圖2 信號(hào)數(shù)量隨時(shí)間變化曲線

電磁信號(hào)密度隨時(shí)間變化曲線如圖3所示。t3～t4階段,電子戰(zhàn)干擾機(jī)的壓制干擾導(dǎo)致干擾信號(hào)阻塞射頻環(huán)境監(jiān)測(cè)及采集設(shè)備的接收通道,使輸出的信號(hào)數(shù)量明顯減少,而電磁信號(hào)密度明顯增加。

圖3 電磁信號(hào)密度隨時(shí)間變化曲線

4 結(jié)束語(yǔ)

信息作戰(zhàn)條件下復(fù)雜電磁環(huán)境的構(gòu)建,是當(dāng)前的熱點(diǎn)問(wèn)題,對(duì)于擔(dān)負(fù)海軍裝備訓(xùn)練和試驗(yàn)部隊(duì)來(lái)說(shuō),尤為重要。本文只是根據(jù)工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建進(jìn)行了粗淺的探討。要解決這個(gè)問(wèn)題,還需要在多方面進(jìn)行深入扎實(shí)的研究(如復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)成機(jī)理、信息作戰(zhàn)樣式和戰(zhàn)術(shù)、雜波及多路徑數(shù)學(xué)模型和模擬技術(shù)等),同時(shí)要與時(shí)俱進(jìn)地緊跟信息作戰(zhàn)裝備的發(fā)展趨勢(shì),隨時(shí)掌握信息作戰(zhàn)條件下復(fù)雜電磁環(huán)境的發(fā)展變化。

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