綜合模擬訓練系統(tǒng)的構建方法研究——復雜電磁環(huán)境下航空自衛(wèi)電子對抗

范賢德，姚嘉陵

(空軍軍訓器材研究所，北京 100195)

0 引 言

復雜電磁環(huán)境，是指在一定的空域、時域、頻域上，電磁信號數量繁多、樣式復雜、密集重疊、功率分布不均、沖突激烈、動態(tài)交迭，妨礙信息系統(tǒng)和電子設備正常工作，對武器裝備運用和作戰(zhàn)行動產生顯著影響的戰(zhàn)場電磁環(huán)境［1，2］。

復雜電磁環(huán)境條件下空戰(zhàn)，由于敵我雙方在相對有限的戰(zhàn)場區(qū)域內廣泛使用各種電子信息武器裝備和電子干擾裝備，加上該地區(qū)已有的大量電磁輻射源，必然形成信號特性繁雜、信號密度極大的電磁環(huán)境。因此，復雜的電磁環(huán)境將對我航空兵在作戰(zhàn)中的效能發(fā)揮帶來直接的和多方面的影響，我航空兵在整體作戰(zhàn)能力的發(fā)揮面臨著嚴峻挑戰(zhàn)［2～4］。開展自衛(wèi)電子對抗模擬訓練方法研究，使飛行員熟練掌握自衛(wèi)電子對抗裝備使用能力，研究復雜電磁環(huán)境下自衛(wèi)電子對抗系統(tǒng)的戰(zhàn)術運用能力，是目前飛行訓練亟待解決的問題。必須站在打贏信息化戰(zhàn)爭的高度，本著仗怎么打，就如何構建復雜電磁環(huán)境下航空自衛(wèi)電子對抗綜合模擬訓練系統(tǒng)的要求，為推動航空兵部隊作戰(zhàn)訓練的信息化轉型提供現實而有力的支撐。

1 航空自衛(wèi)電子對抗系統(tǒng)使用環(huán)境

未來信息化條件下我軍的基本作戰(zhàn)形式是一體化聯合作戰(zhàn)，參戰(zhàn)軍兵種多，武器裝備信息化程度高，戰(zhàn)場電磁環(huán)境將異常復雜，電磁領域的斗爭將異常激烈，自衛(wèi)電子對抗系統(tǒng)將呈現出以下特點。

1.1 輻射信號高度的密集性

在特定地域、特定時間內，大量電子設備的同時或集中使用，會出現電磁波十分密集、工作頻率非常集中，加上作戰(zhàn)地區(qū)內大氣、水文、地礦等自然地理環(huán)境的影響，必將造成己方電磁信號失管、失控和相互擁擠、相互干擾的局面，使得自衛(wèi)電子對抗系統(tǒng)的探測、傳輸、處理能力大幅度下降的可能性日益加大。

1.2 作戰(zhàn)使用超強的對抗性

在對抗激烈的電磁環(huán)境中實施作戰(zhàn)，將是航空兵作戰(zhàn)的重要特征。未來信息化戰(zhàn)爭中，強敵將憑借信息優(yōu)勢，通過各種手段對我實施全方位、高覆蓋的電子偵察和高強度的電子進攻作戰(zhàn)。針對敵可能采取的各種信息作戰(zhàn)行動，我方將在干擾與反干擾、壓制與反壓制、摧毀與反摧毀等領域，與敵展開激烈的較量，我方各種電子信息系統(tǒng)將工作在激烈對抗的電磁環(huán)境中。

1.3 戰(zhàn)時使用全程的動態(tài)性

未來信息化戰(zhàn)爭中，戰(zhàn)場電磁頻譜環(huán)境將隨著敵我雙方在電磁頻譜領域斗爭態(tài)勢的不斷變化而變化。由于戰(zhàn)場態(tài)勢發(fā)展很難準確預測，敵我雙方電子信息系統(tǒng)也會隨著戰(zhàn)局的發(fā)展而出現較大的變化，從而加劇電磁環(huán)境的復雜程度。此外，作戰(zhàn)地區(qū)復雜的地形，頻繁的天候變化，對作戰(zhàn)地區(qū)局部電磁環(huán)境也會產生動態(tài)的影響。以上因素決定了自衛(wèi)電子對抗的動態(tài)性特征。

1.4 飛行員人為的可控性

對自衛(wèi)電子對抗系統(tǒng)的正確使用和合理控制，是研究復雜電磁環(huán)境下航空自衛(wèi)電子對抗綜合模擬訓練系統(tǒng)的基本出發(fā)點。未來信息化戰(zhàn)爭中，戰(zhàn)場電磁環(huán)境構成雖然十分復雜，但只要通過科學、規(guī)范、嚴格的管理，統(tǒng)籌好電磁頻譜的使用，就完全可以避免相互之間的自擾，達成對復雜電磁環(huán)境進行有效的控制。

2 構建原則

2.1 圍繞真實環(huán)境構建

復雜電磁環(huán)境下航空自衛(wèi)電子對抗綜合模擬訓練系統(tǒng)，是研究為適應作戰(zhàn)需要而人為構建的模擬訓練環(huán)境，必須圍繞戰(zhàn)時電磁環(huán)境進行構建。在航空兵部隊實裝訓練中，電磁輻射源數量少、密度小，破壞性對抗少，對信息化條件下作戰(zhàn)能力的檢驗性差，在干擾和反干擾方面的訓練很難開展。而戰(zhàn)時電磁環(huán)境則不同，在非常狹小的戰(zhàn)場空間部署數量巨大的電磁輻射源，其密度是平時不可能出現的。因此，構建復雜電磁環(huán)境條件下航空自衛(wèi)電子對抗綜合模擬訓練系統(tǒng)時要做到以下三點。

(1)反映戰(zhàn)時自衛(wèi)電子對抗系統(tǒng)的構成要素。自衛(wèi)電子對抗系統(tǒng)從功能上進行劃分，包括電子偵察、電子進攻和電子防御等內容。戰(zhàn)時電磁環(huán)境是空域、時域、頻域、能域各種矛盾的集中體現，只有參照戰(zhàn)時電磁環(huán)境，才能構建出逼真的自衛(wèi)電子對抗綜合模擬訓練系統(tǒng)，訓練才更具有針對性。

(2)反映戰(zhàn)時電磁環(huán)境變化。戰(zhàn)場電磁環(huán)境是隨著戰(zhàn)斗進程的發(fā)展而不斷變化的，自衛(wèi)電子對抗系統(tǒng)隨著電磁環(huán)境的變化也會出現不同現象，飛行員應當采取不同的對抗手段。只有跟蹤不同戰(zhàn)斗階段電磁環(huán)境變化特點進行針對性構建，才能夠做到客觀逼真。

(3)反映戰(zhàn)時電磁環(huán)境影響。戰(zhàn)時電子設備使用方式、方法不同，其對作戰(zhàn)的影響也不同，只有抓住戰(zhàn)時電磁環(huán)境對我自衛(wèi)電子對抗系統(tǒng)可能造成的影響進行針對性構建，才能有效提高復雜電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)能力。

2.2 貼近戰(zhàn)場客觀實際

貼近戰(zhàn)場就是以未來預想戰(zhàn)場為空間，構建敵我雙方對抗可能產生的復雜電磁環(huán)境，使自衛(wèi)電子對抗綜合模擬訓練系統(tǒng)能夠反映逼真的戰(zhàn)場環(huán)境，努力實現訓戰(zhàn)一致，謀求最佳模擬實效。貼近戰(zhàn)場實際，真實和客觀地反映戰(zhàn)場電磁環(huán)境態(tài)勢是對復雜電磁環(huán)境條件下飛行模擬訓練中自衛(wèi)電子對抗綜合模擬訓練系統(tǒng)構建的基本前提。一是要著眼于戰(zhàn)場電磁態(tài)勢構建。由于未來作戰(zhàn)對手與作戰(zhàn)地域相對明確，敵我態(tài)勢相對固定，根據電磁態(tài)勢從屬于作戰(zhàn)部署的特性，進行復雜電磁環(huán)境構建，并與未來作戰(zhàn)電磁態(tài)勢相一致。二是要著眼于戰(zhàn)場多元要素構建。未來信息化條件下的聯合作戰(zhàn)，電磁頻譜使用廣泛，戰(zhàn)場環(huán)境必將是通信、雷達、光電及自然和民用等電磁信號相互交織與作用的復雜電磁環(huán)境，將由并存的多種要素構成。因此，構建的復雜電磁環(huán)境，要素上必須完備，并與未來戰(zhàn)場電磁輻射相一致。三是要著眼于戰(zhàn)場惡意干擾構建。惡意電磁威脅是構成復雜電磁環(huán)境的重要因素，在構建復雜電磁環(huán)境時，一定要凸顯敵寬頻段、大功率、多樣式和長時間的惡意電子干擾，力爭使模擬的電磁信號與未來敵干擾信號相一致。四是要著眼于戰(zhàn)場真實對抗構建。電磁領域里的對抗行動是電磁環(huán)境惡化的核心要素，在構建復雜電磁環(huán)境時，模擬的惡意電磁干擾要具備與訓練對象抗干擾行動進行“斗智斗勇”的能力，給受訓者提供一個逼真的惡劣電磁環(huán)境，有利于提高部隊信息化條件下的對抗能力。

2.3 以任務需求為牽引

所謂任務需求牽引就是要以任務為引導，緊緊圍繞信息化條件下戰(zhàn)場上自衛(wèi)電子對抗設備的使用方法、使用條件及戰(zhàn)術運用構建模擬訓練系統(tǒng)。不同的作戰(zhàn)任務，源于不同的戰(zhàn)場電磁環(huán)境因素，決定了不同電子裝備及信息系統(tǒng)的編配與運用，也就決定了受到電磁威脅的種類、樣式與頻段的不同。因此，在進行自衛(wèi)電子對抗綜合模擬訓練系統(tǒng)構建時，要考慮各種可能出現的因素，針對不同的作戰(zhàn)任務，應給予區(qū)別對待。

3 構建方法

3.1 功能定位

復雜電磁環(huán)境下航空自衛(wèi)電子對抗綜合模擬訓練系統(tǒng)的構建，必須遵循戰(zhàn)斗力生成規(guī)律，注重模擬訓練與實裝訓練、駐地訓練與基地訓練、理論研究與實際演練相結合，由低到高，由分到合，逐步深化，有序展開。一是裝置使用訓練，基于裝備到部隊的飛行模擬器，主要訓練自衛(wèi)電子對抗系統(tǒng)裝備的使用，培養(yǎng)專業(yè)技能;二是戰(zhàn)術對抗訓練，基于裝備到訓練中心的飛行模擬器，主要進行一些小規(guī)模的戰(zhàn)術對抗訓練;三是任務對抗訓練，基于異地聯網的全部模擬器，結合特定任務，在一定作戰(zhàn)背景和復雜電磁環(huán)境條件下，組織大規(guī)模、多機型訓練，提高參訓人員的作戰(zhàn)指揮能力和協(xié)同作戰(zhàn)能力。模擬訓練系統(tǒng)架構層次示意圖如圖1 所示。

圖1 模擬訓練系統(tǒng)架構層次示意圖

3.1.1 裝置使用訓練

當前裝備到部隊的飛行模擬器主要側重于技術訓練，自衛(wèi)電子對抗系統(tǒng)的相關訓練難以進行，應當研究自衛(wèi)電子對抗系統(tǒng)各個部分的功能，建立仿真模型，對現有模擬器改造，增加復雜電磁環(huán)境和自衛(wèi)電子對抗仿真。針對雷達告警系統(tǒng)，主要考慮機型、工作頻段、告警空域、測角精度等因素;針對紅外告警系統(tǒng)，主要考慮飛機、導彈的紅外特性、發(fā)動機狀態(tài)等因素;針對紫外告警系統(tǒng)，主要考慮來襲導彈發(fā)動機羽煙的紫外輻射、導彈的飛行特征等因素;針對有源干擾系統(tǒng)，主要考慮機型、頻率范圍、干擾功率、干擾樣式等因素;針對無源干擾系統(tǒng)，主要考慮干擾投放器、投放方式、控制方式、裝彈量、箔條彈干擾波長、紅外彈干擾波長等因素;針對火控雷達，主要考慮工作體制、工作頻率、脈沖重復頻率、上視下視能力、天線掃描范圍、多目標跟蹤能力、目標分辨能力、抗干擾能力等因素;針對光學雷達，主要考慮目標紅外特性、自然環(huán)境等因素。使參訓者熟練掌握各種設備使用方法，具備在復雜電磁環(huán)境下正確使用自衛(wèi)電子對抗系統(tǒng)的基本素質。

3.1.2 戰(zhàn)術對抗模擬訓練

按照先分后合的原則，在裝置訓練基礎上開展戰(zhàn)術對抗訓練，這需要構建復雜電磁環(huán)境下航空自衛(wèi)電子對抗綜合模擬訓練系統(tǒng)模擬對抗平臺。模擬對抗平臺由于科技含量比較高、規(guī)模較大，一般設在模擬訓練中心。電子對抗系統(tǒng)各個部分是相互聯系的，不僅各個部分的功能之間相互有數據交聯，而且飛行員可根據不同的態(tài)勢進行人為地調整。戰(zhàn)術對抗模擬訓練需要借助分布式交互式仿真技術手段來實現，把裝備在模擬訓練中心的飛行模擬器進行聯網，使訓練環(huán)境更逼近于實裝訓練，在人工合成的多武器平臺的“電子環(huán)境”中，形成一個在時間和空間上相互耦合的，同時共享一個綜合虛擬作戰(zhàn)環(huán)境而進行對抗的仿真作戰(zhàn)平臺。

3.1.3 任務對抗模擬訓練

在戰(zhàn)術對抗訓練平臺的基礎上，為進一步強化訓練效果，提高實際作戰(zhàn)能力以及檢驗對抗模擬訓練的效果，要進行任務對抗模擬訓練。所謂任務對抗模擬訓練，就是以異地聯網為技術基礎，依托專門的訓練機構和現代化大型訓練場所，以提高航空兵部隊整體作戰(zhàn)能力為目的所進行的一種仿真條件下的高層次訓練。此種訓練模擬較大地理空間范圍，設置特定的作戰(zhàn)任務，滿足較大規(guī)模作戰(zhàn)行動的訓練需要。

另外，任務對抗模擬訓練還可采取模塊化、小型化、單元化的方式，研制專門的簡易任務訓練模擬器。在裝置使用訓練和戰(zhàn)術對抗訓練階段，以航空自衛(wèi)電子對抗訓練為主，采取巡回使用的方式，模擬復雜戰(zhàn)場電磁環(huán)境，增加參訓飛機數量，使裝置使用訓練和戰(zhàn)術對抗訓練在電磁干擾條件下進行對抗。在任務對抗訓練階段，這些簡易任務訓練模擬器也可以加入訓練網絡，既增大了訓練規(guī)模，又提高了電磁環(huán)境的復雜性。

3.2 構建內容

復雜電磁環(huán)境下航空自衛(wèi)電子對抗綜合模擬訓練系統(tǒng)的構建內容主要包括電磁環(huán)境模擬系統(tǒng)、告警(雷達、紫外、紅外)系統(tǒng)、干擾(有源、無源)系統(tǒng)和訓練效果評估系統(tǒng)。主要功能包括以下九點。

(1)模擬產生地面、機載預警雷達、機載火控雷達、目標指示和制導雷達輻射和干擾信號，逼真地模擬現代戰(zhàn)場復雜密集的各種雷達信號環(huán)境和雷達干擾信號環(huán)境，為我航空兵部隊自衛(wèi)電子對抗系統(tǒng)進行適應性訓練和抗干擾訓練提供條件;

(2)模擬敵方多種來襲導彈的光電輻射信號，構建敵方來襲光電威脅信號環(huán)境，為我方光電對抗偵察/告警裝備的訓練提供條件;

(3)模擬民用電磁輻射源及設施在工作時產生的電磁環(huán)境，為我航空兵部隊的各種訓練提供貼近戰(zhàn)區(qū)的背景信號環(huán)境;

(4)模擬火控雷達工作，為我航空兵部隊飛行員提供火控雷達使用相關訓練;

(5)模擬光學雷達工作，為我航空兵部隊飛行員提供光學雷達使用相關訓練;

(6)模擬告警(雷達、紫外、紅外)器工作，為我航空兵部隊飛行員提供電子偵察、目標控測相關訓練;

(7)模擬干擾吊艙工作，為我航空兵部隊飛行員提供電子干擾使用相關訓練;

(8)模擬無源干擾彈(箔條、紅外干擾彈)工作，為我航空兵部隊飛行員提供近戰(zhàn)電子對抗相關訓練;

(9)模擬通信干擾，為我航空兵部隊飛行員和指揮員提供抗通信干擾相關訓練。

3.3 參考模型

復雜電磁環(huán)境下航空自衛(wèi)電子對抗綜合模擬訓練系統(tǒng)參考模型由仿真支撐層、功能模擬層、訓練應用層三層組成，如圖2 所示。

圖2 復雜電磁環(huán)境下航空自衛(wèi)電子對抗綜合模擬訓練系統(tǒng)參考模型示意圖

3.3.1 仿真支撐層

仿真支撐層主要包括飛行模擬器實體、飛機CGF、地防CGF、地圖數據庫、數據接口協(xié)議、仿真模型庫和計算機硬件/系統(tǒng)軟件/網絡/數據庫管理系統(tǒng)等，為系統(tǒng)的開發(fā)、運行與應用提供完備的底層數據支持。

3.3.2 功能模擬層

功能模擬層主要包括電子對抗偵察、電子進攻、電子防御三大部分，實現告警、探測、有源(無源)干擾、反干擾等功能，為典型應用的配置、運行、效能分析等提供支撐。

3.3.3 應用方向層

應用方向層主要是系統(tǒng)的訓練模式:電磁環(huán)境感受訓練、電子對抗條件下的戰(zhàn)術技術訓練與多機協(xié)同訓練。

4 典型應用實例

以上述參考模型為基礎，建立了自衛(wèi)電子對抗仿真系統(tǒng)，實現框圖如圖3 所示。系統(tǒng)主要由時間同步機、雷達服務器，告警器服務器、干擾機服務器、各型飛機火控雷達模型、警戒雷達模型、地防制導雷達模型、紅藍軍雷達(紫外)告警器模型、有(無)源干擾模型、通信干擾模型等組成。時間同步機產生10 毫秒的定時，向服務器計算機發(fā)送同步信息，服務器的功能主要是將各功能模型解算的數據發(fā)送到對應的模擬器，雷達、告警、干擾模型按照設備的工作性能建立，能夠反映設備的各種工作狀態(tài)。該系統(tǒng)具備以下典型功能。

(1)模擬地面防空武器系統(tǒng)告警體驗訓練，使飛行員體驗不同類別地空導彈攔截系統(tǒng)對飛機的告警，正確識別各種地空導彈的威脅信號;

(2)模擬有源干擾條件下的空戰(zhàn)訓練，使飛行員熟悉機載干擾吊艙的性能和使用特點，掌握電子干擾條件下的空戰(zhàn)技能;

(3)模擬多機協(xié)同攻擊訓練科目訓練，在有電子支援的條件下，使飛行員掌握協(xié)同進攻戰(zhàn)術技能。

圖3 復雜電磁環(huán)境下航空自衛(wèi)電子對抗綜合模擬訓練系統(tǒng)框圖

5 結 語

開展復雜電磁環(huán)境下的航空兵自衛(wèi)電子對抗模擬訓練是提高航空兵部隊戰(zhàn)斗力的一個有效途徑。本文通過分析航空自衛(wèi)電子對抗裝置運行環(huán)境和實戰(zhàn)環(huán)境，提出了以訓練任務需求為牽引、以實戰(zhàn)電磁環(huán)境為背景、以電子對抗模型為支撐的航空自衛(wèi)電子對抗綜合模擬訓練系統(tǒng)的架構方法;同時，結合航空自衛(wèi)電子對抗綜合模擬訓練系統(tǒng)的架構方法，分析描述了自衛(wèi)電子對抗系統(tǒng)模擬訓練實例的總體框架和典型功能?？蔀樯钊腴_展復雜電磁環(huán)境下航空自衛(wèi)電子對抗模擬訓練系統(tǒng)的設計、開發(fā)和應用等方面的研究提供一定的技術和理論指導，也可為提高信息化作戰(zhàn)條件下航空兵部隊的實戰(zhàn)能力提供一定的訓練支撐和保障。

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