武器裝備電磁環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)與評(píng)估技術(shù)綜述*

王鑫,張夫龍,孫希東,陳飛

(1.中國(guó)航天科工集團(tuán)公司 8511研究所,江蘇 南京 210007；2. 中國(guó)人民解放軍91404部隊(duì),河北 秦皇島 066001)

武器裝備電磁環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)與評(píng)估技術(shù)綜述*

王鑫1,張夫龍1,孫希東2,陳飛1

(1.中國(guó)航天科工集團(tuán)公司 8511研究所,江蘇 南京 210007；2. 中國(guó)人民解放軍91404部隊(duì),河北 秦皇島 066001)

針對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境下武器裝備適應(yīng)性試驗(yàn)與評(píng)估技術(shù)研究，提出了一套理論體系架構(gòu)，并對(duì)其中的4個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)論述。從而為武器裝備的指標(biāo)論證、設(shè)計(jì)攻關(guān)和試驗(yàn)鑒定提供技術(shù)內(nèi)容，用以確保和提高武器裝備的實(shí)戰(zhàn)性能。

導(dǎo)彈武器；復(fù)雜電磁環(huán)境；試驗(yàn)與評(píng)估；評(píng)估體系；試驗(yàn)鑒定；實(shí)戰(zhàn)性能

0 引言

1982年，英阿馬島戰(zhàn)爭(zhēng)和貝卡谷地之戰(zhàn)2場(chǎng)電子戰(zhàn)經(jīng)典戰(zhàn)例，掀起了國(guó)內(nèi)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)抗干擾效能評(píng)估研究的第一波熱潮！在第一波熱潮的推動(dòng)下，工業(yè)部門成立了專業(yè)的試驗(yàn)檢測(cè)中心，開展導(dǎo)彈武器抗干擾試驗(yàn)與評(píng)估技術(shù)研究。針對(duì)近年來(lái)實(shí)戰(zhàn)演練武器裝備暴露出的薄弱環(huán)節(jié)，2007年掀起了效能評(píng)估研究的第二波熱潮。在第二波熱潮的推動(dòng)下，開展了多項(xiàng)預(yù)研課題的研究工作，一些研究成果對(duì)于提高導(dǎo)彈武器抗干擾性能起到了積極的作用。

目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于復(fù)雜電磁環(huán)境下抗干擾試驗(yàn)與評(píng)估技術(shù)研究，初步形成了一套體系架構(gòu)，包括環(huán)境、指標(biāo)、試驗(yàn)和評(píng)估4個(gè)環(huán)節(jié)。其中，電磁環(huán)境是導(dǎo)彈武器抗干擾性能評(píng)估的輸入條件，抗干擾指標(biāo)是評(píng)估對(duì)象，試驗(yàn)是抗干擾指標(biāo)檢測(cè)的技術(shù)手段，評(píng)估是對(duì)導(dǎo)彈武器抗干擾性能的綜合評(píng)價(jià)。本文將圍繞這4個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)試驗(yàn)與評(píng)估理論體系進(jìn)行綜述分析。

1 復(fù)雜電磁環(huán)境

研究復(fù)雜電磁環(huán)境的構(gòu)成、本質(zhì)特性及分類方式是認(rèn)識(shí)復(fù)雜電磁環(huán)境的前提。復(fù)雜電磁環(huán)境是敵我雙方信息化裝備的密集部署和電子對(duì)抗裝備的激烈對(duì)抗形成的作戰(zhàn)環(huán)境。基于電磁環(huán)境效應(yīng)的原理，復(fù)雜電磁環(huán)境分為4類[1]，電磁噪聲環(huán)境、非對(duì)抗性電磁環(huán)境、對(duì)抗性電磁環(huán)境(干擾環(huán)境)，以及瞬態(tài)電磁危害環(huán)境，如圖1所示。

關(guān)于國(guó)內(nèi)電磁環(huán)境的研究工作，20世紀(jì)90年代主要解決電磁兼容環(huán)境問(wèn)題，2000年主要解決目標(biāo)隱身環(huán)境問(wèn)題，當(dāng)前重點(diǎn)解決戰(zhàn)場(chǎng)干擾環(huán)境問(wèn)題。目前，除了干擾環(huán)境外，其他電磁環(huán)境在導(dǎo)彈武器的研制和使用中，基本上已經(jīng)形成比較成熟的理論和技術(shù)，因此，現(xiàn)階段研究的重點(diǎn)將集中在干擾環(huán)境上。關(guān)于干擾環(huán)境將主要突破其典型化、定量化、工程化方法。

1.1 干擾環(huán)境典型化

干擾環(huán)境典型化可以從宏觀和微觀2個(gè)層面、6個(gè)要素來(lái)考慮。

典型的作戰(zhàn)場(chǎng)景描述宏觀層面的戰(zhàn)場(chǎng)規(guī)模。武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)過(guò)程不是孤立的，它總是在某種干擾環(huán)境中進(jìn)行的。因此，構(gòu)成作戰(zhàn)場(chǎng)景主要包括3個(gè)要素：作戰(zhàn)的導(dǎo)彈武器，例如防空導(dǎo)彈、反艦導(dǎo)彈等；打擊的敵對(duì)目標(biāo)，例如來(lái)襲飛機(jī)、艦艇編隊(duì)等；目標(biāo)攜帶的電子對(duì)抗裝備，例如大功率干擾機(jī)、箔條投放器、拖曳式誘餌等，由這3個(gè)要素可以描述戰(zhàn)場(chǎng)的規(guī)模大小。

典型的干擾戰(zhàn)術(shù)描述微觀層面的對(duì)抗交戰(zhàn)過(guò)程。干擾戰(zhàn)術(shù)通過(guò)一個(gè)作戰(zhàn)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)，其作戰(zhàn)效果具有“針對(duì)性、時(shí)效性”，要求在不同的對(duì)抗階段施放不同的干擾樣式，而且需要隨著干擾對(duì)象的工作狀態(tài)自適應(yīng)地改變相適應(yīng)的干擾樣式。一個(gè)理想的干擾戰(zhàn)術(shù)就是要在對(duì)抗作戰(zhàn)過(guò)程的合適時(shí)間、合適地點(diǎn)，根據(jù)干擾對(duì)象的狀態(tài)選擇合適的干擾樣式，不斷施放出需要的干擾信號(hào)。基于這樣的特點(diǎn)，可以歸納出“干擾戰(zhàn)術(shù)3個(gè)要素”：時(shí)間(T)、空間(W)、干擾樣式(J)。

1.2 干擾環(huán)境定量化

干擾環(huán)境定量化有2種方法,一種是基于“環(huán)境”的定量化方法，它是把電磁環(huán)境作為一種客觀存在的物理現(xiàn)象，從整體上對(duì)其定量描述[2-3]；另一種是基于“效應(yīng)”的定量化方法，它是根據(jù)特定裝備作戰(zhàn)使用的電磁環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行電磁環(huán)境復(fù)雜度的定量描述。研究復(fù)雜電磁環(huán)境之目的并不在于把所有的電磁環(huán)境描述出來(lái)，而是要把對(duì)武器裝備有影響的電磁環(huán)境現(xiàn)象找出來(lái)。那些對(duì)受試裝備影響不大的電磁現(xiàn)象可以不加考慮?；谶@樣的考慮，重點(diǎn)關(guān)注導(dǎo)彈武器接收機(jī)天線口面這一點(diǎn)環(huán)境的量化方法，可以通過(guò)電磁環(huán)境指標(biāo){電磁功率密度譜,電磁信號(hào)密度}來(lái)描述。通過(guò)對(duì)指標(biāo)空間的普適性分析，指標(biāo)空間包含了空域、頻域、時(shí)域、能域、調(diào)制域的相關(guān)信息，并可以作為用頻裝備復(fù)雜電磁環(huán)境定量描述的方法[4-5]。

圖1 復(fù)雜電磁環(huán)境分類Fig.1 Complex electromagnetic environment classification

基于電磁環(huán)境定量化方法的基礎(chǔ)上，近期，航天系統(tǒng)的專家組織討論了復(fù)雜電磁環(huán)境的分類方法，提出了保留“工程文件集”4級(jí)典型電磁環(huán)境方法的基礎(chǔ)上,各級(jí)中再細(xì)分類型[6-7](目前先分為3類，可根據(jù)需要進(jìn)一步擴(kuò)展)。

每級(jí)每類的干擾強(qiáng)度，以試驗(yàn)裝備接收天線口面為參考點(diǎn)，用量化的電磁環(huán)境指標(biāo)來(lái)具體描述。這種分級(jí)方法，既考慮到了干擾戰(zhàn)術(shù)與干擾技術(shù)的結(jié)合，同時(shí)也將概略性分級(jí)與細(xì)化分類以及精確量化方法相結(jié)合，滿足導(dǎo)彈武器抗干擾性能評(píng)估的需求。

1.3 干擾環(huán)境工程化

干擾環(huán)境工程化，實(shí)質(zhì)上就是利用仿真手段或者實(shí)裝設(shè)備模擬電磁干擾環(huán)境。復(fù)雜電磁干擾環(huán)境模擬可以分為3個(gè)層面：作戰(zhàn)場(chǎng)景模擬、干擾戰(zhàn)術(shù)模擬、干擾技術(shù)模擬[8]，如圖2所示。

(1) 作戰(zhàn)場(chǎng)景模擬作戰(zhàn)規(guī)模的大小和作戰(zhàn)對(duì)象的構(gòu)成要素與對(duì)抗態(tài)勢(shì)。

(2) 干擾戰(zhàn)術(shù)模擬導(dǎo)彈武器在作戰(zhàn)過(guò)程中可能遇到的典型干擾戰(zhàn)術(shù)，并完成電子對(duì)抗裝備干擾信號(hào)參數(shù)轉(zhuǎn)換到導(dǎo)彈武器接收天線口面處的電磁環(huán)境指標(biāo)參數(shù)的等效模擬。

(3) 干擾技術(shù)模擬典型電子對(duì)抗裝備與干擾效果有關(guān)的主要技術(shù)性能參數(shù)。

2 抗干擾指標(biāo)

通過(guò)對(duì)抗干擾指標(biāo)的內(nèi)涵分析[9]，得出抗干擾指標(biāo)應(yīng)該屬于武器系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)。它是在設(shè)計(jì)規(guī)定的作戰(zhàn)環(huán)境中，衡量導(dǎo)彈武器裝備抗干擾能力的范圍及大小(反映的是導(dǎo)彈武器裝備對(duì)作戰(zhàn)環(huán)境的適應(yīng)能力)。

目前，導(dǎo)彈武器系統(tǒng)已經(jīng)形成了一整套針對(duì)非電磁環(huán)境Ψ1的考核試驗(yàn)和作戰(zhàn)使用的指標(biāo)體系，若要進(jìn)一步考慮電磁環(huán)境Ψ2，尤其是干擾環(huán)境，需要對(duì)原有指標(biāo)體系做相應(yīng)的改進(jìn)：

(1) 增加定量干擾環(huán)境作為輸入條件；

(2) 根據(jù)導(dǎo)彈武器的制導(dǎo)方式補(bǔ)充抗干擾基本指標(biāo)(戰(zhàn)術(shù)指標(biāo))；

(3) 增設(shè)抗干擾專項(xiàng)指標(biāo)。

基于這樣的考慮，建立抗干擾指標(biāo)為兩類、三級(jí)基本結(jié)構(gòu)和體系[10-11]。兩類指標(biāo)是指基本指標(biāo)和專項(xiàng)指標(biāo)。其中，基本指標(biāo)是武器裝備原有的戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)項(xiàng)，其指標(biāo)限值與復(fù)雜電磁環(huán)境密切關(guān)聯(lián)；專項(xiàng)指標(biāo)是武器裝備為了適應(yīng)復(fù)雜電磁環(huán)境，針對(duì)某些抗干擾措施而專門提出的用于描述其性能的指標(biāo)項(xiàng)。三級(jí)指標(biāo)主要是針對(duì)基本指標(biāo)而言，可以從3個(gè)不同的層次進(jìn)行劃分，包括單項(xiàng)性能指標(biāo)、分系統(tǒng)性能指標(biāo)和系統(tǒng)性能指標(biāo)。專項(xiàng)指標(biāo)可以從時(shí)域、頻域、空域、能量域、調(diào)制域和極化域6個(gè)域進(jìn)行描述?？垢蓴_指標(biāo)的組成框圖如圖3所示。

圖2 復(fù)雜電磁環(huán)境模擬Fig.2 Complex electromagnetic environment simulation

3 試驗(yàn)

抗干擾試驗(yàn)是抗干擾指標(biāo)檢測(cè)的手段，它應(yīng)該是能定量測(cè)量和分析的試驗(yàn)，其試驗(yàn)條件和試驗(yàn)結(jié)果均可以復(fù)現(xiàn)?？梢栽谀K、分系統(tǒng)、系統(tǒng)以及整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境等不同層次、不同級(jí)別上進(jìn)行?？垢蓴_試驗(yàn)通常分為5類[12-13]：

(1) 數(shù)字仿真試驗(yàn)；

(2) 半實(shí)物仿真試驗(yàn)；

(3) 地面靜態(tài)試驗(yàn)；

(4) 導(dǎo)彈掛飛試驗(yàn)；

(5) 導(dǎo)彈飛行試驗(yàn)。

考慮到抗干擾試驗(yàn)的可信度、經(jīng)濟(jì)性和保密性等多方面的因素，工業(yè)部門開展抗干擾試驗(yàn)方法研究，主要采取半實(shí)物仿真試驗(yàn)。其中包括2個(gè)層面的內(nèi)容：一是構(gòu)建抗干擾試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)，主要包括電磁環(huán)境模擬系統(tǒng)，信號(hào)監(jiān)測(cè)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集、計(jì)算機(jī)控制設(shè)備、視景仿真設(shè)備，如圖4所示；二是在平臺(tái)上開展抗干擾試驗(yàn)驗(yàn)證方法研究。以反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭為例，其抗干擾試驗(yàn)驗(yàn)證流程如圖5所示。

圖3 抗干擾指標(biāo)的組成Fig.3 Antijamming index composition

圖4 導(dǎo)彈武器內(nèi)場(chǎng)半實(shí)物仿真試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)Fig.4 Hardware in-loop test and evaluation platform of missile weapon

圖5 導(dǎo)引頭抗干擾試驗(yàn)驗(yàn)證流程Fig.5 Antijamming test and evaluation process of missile weapon seeker

第1步：確定導(dǎo)引頭抗干擾試驗(yàn)測(cè)試指標(biāo)項(xiàng)；

第2步：根據(jù)確定的若干種作戰(zhàn)場(chǎng)景和干擾戰(zhàn)術(shù)，動(dòng)態(tài)的模擬導(dǎo)彈飛行過(guò)程中面臨的電磁干擾環(huán)境，測(cè)試和錄取導(dǎo)引頭接收天線口面處的電磁環(huán)境指標(biāo)參數(shù){信號(hào)功率密度譜和電磁信號(hào)密度}；

第3步：編制導(dǎo)引頭抗干擾性能檢測(cè)規(guī)程，明確檢測(cè)方法和試驗(yàn)步驟；

第4步：提取各個(gè)作戰(zhàn)階段中電磁環(huán)境的邊界值，將其作為試驗(yàn)用例，靜態(tài)測(cè)試導(dǎo)引頭抗干擾指標(biāo)的變化量值；將實(shí)時(shí)測(cè)試和錄取的電磁環(huán)境指標(biāo)參數(shù)作為輸入條件，動(dòng)態(tài)測(cè)試導(dǎo)引頭抗干擾指標(biāo)的變化量值；

第5步：采集并錄取導(dǎo)引頭試驗(yàn)數(shù)據(jù)和干擾環(huán)境數(shù)據(jù)，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法得出試驗(yàn)規(guī)程中的各項(xiàng)試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得出導(dǎo)引頭捕捉性能和跟蹤性能評(píng)價(jià)結(jié)果；

第6步：對(duì)導(dǎo)引頭進(jìn)行制導(dǎo)命中估計(jì)，通過(guò)視景仿真軟件模擬導(dǎo)彈飛行過(guò)程，并顯示導(dǎo)彈和目標(biāo)等特征參數(shù)、處理結(jié)果、試驗(yàn)態(tài)勢(shì)，分析導(dǎo)引頭抗干擾性能。

4 評(píng)估

分析導(dǎo)彈武器抗干擾性能的途徑，要把電子對(duì)抗同武器系統(tǒng)的命中概率掛起鉤來(lái)，中間要經(jīng)歷2個(gè)環(huán)節(jié)：第1，定量分析采取某一干擾措施后，武器系統(tǒng)中各信息鏈路環(huán)節(jié)的抗干擾指標(biāo)項(xiàng)被削弱、受破壞的程度；第2，定量分析各信息鏈路環(huán)節(jié)抗干擾指標(biāo)被削弱、受破壞的程度對(duì)整個(gè)武器系統(tǒng)命中概率的影響[14-15]。基于這樣的考慮，抗干擾評(píng)估方法分為單項(xiàng)指標(biāo)的考核和系統(tǒng)、分系統(tǒng)抗干擾性能的評(píng)估兩個(gè)層面?？垢蓴_指標(biāo)考核是指在規(guī)定的某個(gè)典型電磁干擾環(huán)境中考核武器裝備各項(xiàng)抗干擾指標(biāo)是否滿足要求，或者考核在這種環(huán)境指標(biāo)容許的下降量，考核的對(duì)象是單項(xiàng)性能指標(biāo)?？垢蓴_性能評(píng)估是在特定條件(電磁干擾環(huán)境的條件)下，系統(tǒng)或分系統(tǒng)被用來(lái)執(zhí)行規(guī)定任務(wù)所能達(dá)到預(yù)期可能目標(biāo)的程度，評(píng)估的對(duì)象是導(dǎo)彈武器系統(tǒng)或分系統(tǒng)抗干擾指標(biāo)。

目前，關(guān)于考核與評(píng)估有2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：

(1) 在研制要求規(guī)定的典型干擾環(huán)境中進(jìn)行考核，單項(xiàng)性能指標(biāo)表中各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到要求時(shí)，可認(rèn)為合格。

(2) 各抗干擾指標(biāo)的變化對(duì)武器系統(tǒng)最終命中概率的關(guān)聯(lián)影響可定量計(jì)算得到，通過(guò)計(jì)算或試驗(yàn)獲得武器系統(tǒng)的命中概率滿足研制要求，可認(rèn)為合格。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境下的武器裝備適應(yīng)性試驗(yàn)與評(píng)估技術(shù)研究，提出了基本的指導(dǎo)方法，對(duì)于促進(jìn)武器裝備電子對(duì)抗性能的提高具有一定指導(dǎo)意義。

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Review on Complex Electromagnetic Environmental Effects Adaptability Test and Evaluation Technology of Missile Weapon

WANG Xin1, ZHANG Fu-long1，SUN Xi-dong2, CHEN Fei1

(1. The 8511th Research Institute of CASIC,Jiangsu Nanjing 210007, China;2. PLA,No.91404 Troop, Hebei Qinhuangdao 066001, China)

In order to test the adaptability of missile weapons in complex electromagnetic environment and evaluate related technology, a theoretical system is put forward and its four links is analyzed in detail, including electromagnetic environmental, antijamming index, testing and evaluation. Thus, the basic technology support for index determination, system design and test identification of missile weapons are put forward to ensure and improve missile weapon’s actual combat performance.

missile weapon; complex electromagnetic environment; test and evaluation; evaluation system; test identification; actual combat performance

2014-10-10；

2014-12-10

王鑫(1979-)，男，黑龍江哈爾濱人。高工，博士，主要研究方向?yàn)殡娮訉?duì)抗。

通信地址：210007 南京市后標(biāo)營(yíng)35號(hào)航天科工集團(tuán)8511研究所 E-mail：fifawx@126.com

10.3969/j.issn.1009-086x.2015.04.002

TN97；TN911

A

1009-086X(2015)-04-0007-06