復(fù)雜電磁環(huán)境逼真構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)

戎建剛，王　鑫，陳　飛，查麗萍(中國(guó)航天科工集團(tuán)8511研究所，江蘇南京210007)

?

復(fù)雜電磁環(huán)境逼真構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)

戎建剛，王鑫，陳飛，查麗萍
(中國(guó)航天科工集團(tuán)8511研究所，江蘇南京210007)

摘要:以武器裝備感受的復(fù)雜電磁環(huán)境為關(guān)注點(diǎn)，以等效構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境的“干擾場(chǎng)景、干擾技術(shù)、干擾戰(zhàn)術(shù)、干擾強(qiáng)度”四個(gè)構(gòu)成要素為基礎(chǔ)，提出了干擾場(chǎng)景符合性、干擾技術(shù)逼真度、干擾戰(zhàn)術(shù)逼真度和干擾強(qiáng)度逼真度的評(píng)價(jià)指標(biāo)及其計(jì)算方法，為評(píng)估復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建的逼真性提供了量化指標(biāo)。

關(guān)鍵詞:復(fù)雜電磁環(huán)境;等效模擬;逼真構(gòu)建;逼真度

0　引言

由于電子對(duì)抗的加入，戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境變得愈加復(fù)雜，一般稱之為復(fù)雜電磁環(huán)境。對(duì)于依靠射頻信息完成作戰(zhàn)任務(wù)的高技術(shù)武器裝備，復(fù)雜電磁環(huán)境已成為影響其作戰(zhàn)效能的主要因素。如何構(gòu)建與實(shí)際戰(zhàn)場(chǎng)逼近的復(fù)雜電磁環(huán)境，成為當(dāng)前科研試驗(yàn)和作戰(zhàn)訓(xùn)練的緊迫問(wèn)題。文獻(xiàn)［1］提出了基于信號(hào)特征的復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建逼真度評(píng)估和基于影響效果的電磁環(huán)境構(gòu)建逼真度評(píng)估兩種模型，文獻(xiàn)［2］研究了雷達(dá)對(duì)抗裝備試驗(yàn)電磁環(huán)境構(gòu)建的要素，主要包括雷達(dá)信號(hào)密度、電磁信號(hào)的強(qiáng)度/樣式/分布特性。由于電子對(duì)抗是引起電磁環(huán)境復(fù)雜化的根本原因，僅僅從信號(hào)層面分析研究復(fù)雜電磁環(huán)境難以覆蓋電子對(duì)抗的主要影響因素。因此，文獻(xiàn)［3～4］從電子對(duì)抗的角度研究威脅電磁環(huán)境典型化問(wèn)題，提出了“典型干擾場(chǎng)景、典型干擾戰(zhàn)術(shù)、典型干擾技術(shù)、典型干擾強(qiáng)度”的概念，文獻(xiàn)［5］初步探討了復(fù)雜電磁環(huán)境等效構(gòu)建要素及逼真構(gòu)建方法。本文以武器裝備感受的復(fù)雜電磁環(huán)境為關(guān)注點(diǎn)，在文獻(xiàn)［3～5］的研究成果基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)概念和方法進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，并深入開(kāi)展復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建逼真度評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化計(jì)算方法研究。

1　復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建要素分析

孫子兵法曰“兵無(wú)常法，水無(wú)常形”，復(fù)雜電磁環(huán)境逼真構(gòu)建無(wú)固定參照對(duì)象，或者說(shuō)無(wú)明確的參考標(biāo)準(zhǔn)，研究逼真構(gòu)建問(wèn)題似乎無(wú)從下手。眾所周知，世界上存在各種各樣的物體，為了描述每種物體的立體幾何形狀，只需要建立空間三維坐標(biāo)系。同理，如果我們從復(fù)雜多樣的戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境中找出共性的東西，并進(jìn)一步提煉出構(gòu)成要素，等同于建立了構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境的坐標(biāo)系，再用構(gòu)成要素去重構(gòu)需要的復(fù)雜電磁環(huán)境。

如何提煉出這些構(gòu)建要素?可以采用類比的研究方法。由于大多數(shù)體育競(jìng)技比賽項(xiàng)目是從人類歷史上各種戰(zhàn)爭(zhēng)演變而來(lái)，在研究方法上可以相互借鑒。比如，軍事作戰(zhàn)不是個(gè)人的單打獨(dú)斗，雙方都有一群人參與，與足球、籃球等團(tuán)體性對(duì)抗賽可以類比，一次干擾作戰(zhàn)好比是一場(chǎng)足球比賽，表1列出了干擾作戰(zhàn)與足球比賽的類比關(guān)系。為了建立一個(gè)與實(shí)際比賽非常接近的訓(xùn)練環(huán)境，我們觀察足球比賽環(huán)境:首先看到的是比賽場(chǎng)景，包括場(chǎng)地的大小、雙方球員在場(chǎng)上相互動(dòng)態(tài)關(guān)系，教練員、觀眾、天氣、草坪等背景情況;其次是雙方球員的技術(shù)水平，包括年齡、身體素質(zhì)、個(gè)人技能等;第三是球場(chǎng)上雙方采用的比賽戰(zhàn)術(shù)，包括雙方球隊(duì)的攻防策略、各球員在球場(chǎng)奔跑完成防守、反擊、助攻等;第四是比賽強(qiáng)度，每一位球員遇到對(duì)方拼搶的激烈程度。在干擾作戰(zhàn)中，以防空導(dǎo)彈攻擊飛機(jī)為例，把戰(zhàn)場(chǎng)比作球場(chǎng)，把戰(zhàn)場(chǎng)中進(jìn)攻方導(dǎo)彈、防御方飛機(jī)目標(biāo)及其各種自衛(wèi)干擾裝備比作雙方球員，作戰(zhàn)背景(敵友雙方非參戰(zhàn)裝備、民用通信設(shè)備、地理環(huán)境等)相當(dāng)于球場(chǎng)背景情況，把干擾戰(zhàn)術(shù)比作比賽戰(zhàn)術(shù)，把被試裝備感受的干擾強(qiáng)度比作球員遇到的拼搶強(qiáng)度，二者之間的關(guān)系可以一一對(duì)應(yīng)。這樣，我們就把戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境與一個(gè)足球比賽環(huán)境在研究方法上建立了聯(lián)系，由此可以得出干擾場(chǎng)景、干擾技術(shù)、干擾戰(zhàn)術(shù)、干擾強(qiáng)度四個(gè)構(gòu)建要素。

表1　足球比賽與干擾作戰(zhàn)要素類比一覽表

2　復(fù)雜電磁環(huán)境逼真構(gòu)建方法

對(duì)于構(gòu)建被試武器裝備感受到的復(fù)雜電磁環(huán)境，需要考慮上述四個(gè)要素是否為構(gòu)建要素的最小集。顯然，干擾場(chǎng)景、干擾戰(zhàn)術(shù)、干擾技術(shù)是表示戰(zhàn)場(chǎng)干擾作戰(zhàn)的三個(gè)不同方面，相互獨(dú)立，而被試武器裝備感受的干擾強(qiáng)度是這三個(gè)要素共同作用產(chǎn)生的結(jié)果。因此，前三個(gè)要素既是構(gòu)建要素(組成了構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境的坐標(biāo)系)，也是該要素是否逼真的評(píng)價(jià)指標(biāo);第四個(gè)要素是評(píng)價(jià)要素，是對(duì)構(gòu)建電磁環(huán)境是否逼真的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

就武器裝備感受到的復(fù)雜電磁環(huán)境而言，在干擾對(duì)抗作戰(zhàn)過(guò)程中，如果構(gòu)建的復(fù)雜電磁環(huán)境和想定的電磁環(huán)境在干擾場(chǎng)景、干擾技術(shù)、干擾戰(zhàn)術(shù)等效的條件下，對(duì)被試武器裝備產(chǎn)生相同的干擾強(qiáng)度，就認(rèn)為這次干擾戰(zhàn)術(shù)過(guò)程中構(gòu)建的復(fù)雜電磁環(huán)境逼真于想定的復(fù)雜電磁環(huán)境。由于干擾強(qiáng)度是各種電磁信號(hào)合成的結(jié)果，并且相同的結(jié)果可以由不同的干擾分量來(lái)實(shí)現(xiàn)，等效構(gòu)建的復(fù)雜電磁環(huán)境只是其中的一種，這就為等效構(gòu)建提供了更大的靈活性。

復(fù)雜電磁環(huán)境要素重構(gòu)方法如圖1所示。

圖1　復(fù)雜電磁環(huán)境要素重構(gòu)方法

1)干擾場(chǎng)景等效構(gòu)建:利用干擾場(chǎng)景庫(kù)或重新設(shè)計(jì)干擾場(chǎng)景，使構(gòu)建環(huán)境中所用設(shè)備的類型、數(shù)量、布置位置等與想定作戰(zhàn)環(huán)境一致。

2)干擾技術(shù)等效構(gòu)建:構(gòu)建環(huán)境中各類模擬或?qū)嵮b設(shè)備，其技術(shù)體制和技術(shù)性能，與想定作戰(zhàn)環(huán)境中的各類設(shè)備一致。

3)干擾戰(zhàn)術(shù)等效構(gòu)建:利用干擾戰(zhàn)術(shù)庫(kù)或重新設(shè)計(jì)干擾戰(zhàn)術(shù)，通過(guò)控制作戰(zhàn)過(guò)程、選擇干擾組合、確定干擾時(shí)機(jī)，使構(gòu)建環(huán)境中模擬作戰(zhàn)過(guò)程的關(guān)鍵點(diǎn)與想定作戰(zhàn)一致。

4)武器裝備天線口面干擾強(qiáng)度等效:以被試武器裝備為對(duì)象，控制構(gòu)建三要素中相關(guān)參數(shù)，使其接收天線處的干擾強(qiáng)度與想定作戰(zhàn)過(guò)程一致。

3　復(fù)雜電磁環(huán)境逼真構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算方法

3．1干擾場(chǎng)景符合性指標(biāo)Ω

干擾場(chǎng)景包括作戰(zhàn)規(guī)模、攻擊目標(biāo)、對(duì)抗裝備三個(gè)方面的內(nèi)容，構(gòu)建干擾場(chǎng)景的物理空間通常采用縮比方式實(shí)現(xiàn)，而其評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算可以采用列表對(duì)比的方式，如表2所示，對(duì)構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境與想定環(huán)境中主要項(xiàng)目逐項(xiàng)比較，再給出是否符合的評(píng)判結(jié)論，用Ω表示。

表2　干擾場(chǎng)景符合性檢查一覽表

3．2干擾技術(shù)逼真度指標(biāo)μ

干擾技術(shù)逼真度是指模擬設(shè)備與電子對(duì)抗裝備在干擾技術(shù)性能上的近似程度。模擬設(shè)備與電子對(duì)抗裝備“一對(duì)一”的技術(shù)逼真度計(jì)算公式如下:

式中，μi為第i個(gè)模擬設(shè)備“一對(duì)一”模擬電子對(duì)抗裝備的逼真度; Mij'為第i個(gè)電子對(duì)抗裝備的第j個(gè)技術(shù)指標(biāo)值; Mij"為第i個(gè)模擬設(shè)備的第j個(gè)技術(shù)指標(biāo)值，共有M個(gè)指標(biāo)，wij為各指標(biāo)加權(quán)值。

公式中對(duì)技術(shù)指標(biāo)值產(chǎn)生的正負(fù)誤差做了歸一化處理。

3．3干擾戰(zhàn)術(shù)逼真度指標(biāo)ν

圖2中把反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)過(guò)程細(xì)分成若干階段，包括目標(biāo)監(jiān)視、目標(biāo)瞄準(zhǔn)、導(dǎo)彈發(fā)射、導(dǎo)引頭捕獲目標(biāo)、穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)、命中目標(biāo)等階段。可以把作戰(zhàn)過(guò)程分解為干擾技術(shù)與時(shí)間和空間的一系列組合，用干擾戰(zhàn)術(shù)的時(shí)間、地點(diǎn)、干擾強(qiáng)度三要素集{ t1，w1，j1}，{ t2，w2，j2}，…，{ tn，wn，jn}表示。

干擾戰(zhàn)術(shù)逼真度是指模擬設(shè)備與電子對(duì)抗裝備在干擾實(shí)施過(guò)程的近似程度。把導(dǎo)彈作戰(zhàn)過(guò)程分成N個(gè)階段，每個(gè)階段有K個(gè)裝備對(duì)導(dǎo)彈產(chǎn)生影響，每個(gè)裝備的某一種工作狀態(tài)，如: {待機(jī)、偵察、干擾、邊偵察邊干擾……}，用Qij表示，則第i階段戰(zhàn)術(shù)逼真度νi和整個(gè)作戰(zhàn)過(guò)程的戰(zhàn)術(shù)逼真度ν計(jì)算公式如下:

式中，Qij'為第i階段第j個(gè)裝備的工作狀態(tài); Qij"為第i階段第j個(gè)模擬設(shè)備的工作狀態(tài)，當(dāng)工作狀態(tài)Qij"≠Q(mào)ij'時(shí)，(Qij" / Qij') = 0，否則為1。wij'和wi為加權(quán)值。

3．4干擾強(qiáng)度逼真度指標(biāo)ρ

干擾強(qiáng)度逼真度是指模擬設(shè)備與電子對(duì)抗裝備在模擬作戰(zhàn)過(guò)程中使被試武器裝備感受干擾的近似程度。圖2中，導(dǎo)彈作戰(zhàn)的每個(gè)階段將電子對(duì)抗裝備產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度與模擬設(shè)備產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度進(jìn)行比較，考慮各階段對(duì)整個(gè)作戰(zhàn)過(guò)程的影響權(quán)重wi'，以及每個(gè)階段干擾戰(zhàn)術(shù)的影響νi，可以得到導(dǎo)彈作戰(zhàn)過(guò)程中感受的干擾強(qiáng)度逼真度ρ如下:

式中，si'、mi'為第i階段裝備產(chǎn)生的電磁環(huán)境強(qiáng)度值; si"、mi"為第i階段模擬設(shè)備產(chǎn)生的電磁環(huán)境強(qiáng)度值; ki1和ki2為s和m之間的權(quán)值，必須保證二者之和為1。

在干擾場(chǎng)景中，針對(duì)對(duì)抗裝備提出了干擾技術(shù)逼真度和干擾戰(zhàn)術(shù)逼真度，對(duì)目標(biāo)和背景模擬裝備，如果需要，也可以提出相關(guān)的逼真度要求。

需要說(shuō)明的是，干擾強(qiáng)度逼真度是針對(duì)一次干擾戰(zhàn)術(shù)過(guò)程而言，只有所有干擾戰(zhàn)術(shù)過(guò)程都滿足逼真度要求，才能說(shuō)構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)被試武器裝備的影響等同于戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境，或者說(shuō)構(gòu)建的復(fù)雜電磁

圖2　干擾作戰(zhàn)過(guò)程　

環(huán)境逼真于戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境。

4　結(jié)束語(yǔ)

復(fù)雜電磁環(huán)境的構(gòu)建通常以數(shù)字仿真、半實(shí)物仿真和實(shí)裝設(shè)備及其組合的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，針對(duì)被試武器裝備感受的復(fù)雜電磁環(huán)境逼真性問(wèn)題，本文提出了干擾場(chǎng)景符合性Ω、干擾技術(shù)逼真度μ、干擾戰(zhàn)術(shù)逼真度ν和干擾強(qiáng)度逼真度ρ指標(biāo)的計(jì)算方法。根據(jù)作戰(zhàn)、訓(xùn)練、試驗(yàn)等不同用途，可以只關(guān)心其中某幾個(gè)指標(biāo)的逼真性，例如，作戰(zhàn)和訓(xùn)練更關(guān)心干擾場(chǎng)景和干擾戰(zhàn)術(shù)逼真性，而科研試驗(yàn)更關(guān)心干擾技術(shù)和干擾戰(zhàn)術(shù)逼真性。

實(shí)際使用時(shí)，復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建的逼真度往往跟付出成本代價(jià)相關(guān)聯(lián)，對(duì)逼真度的要求，主要是滿足被試對(duì)象的使用要求。一般而言，技術(shù)越先進(jìn)、測(cè)量精度越高的武器裝備，對(duì)構(gòu)建逼真度的要求就越高，具體多少能滿足要求，需要工程經(jīng)驗(yàn)的積累。

參考文獻(xiàn):

［1］金朝，徐忠富，王成威，等．電磁環(huán)境模擬構(gòu)建與逼真度評(píng)估［J］．電子信息對(duì)抗技術(shù)，2015，30(3) : 54－58．

［2］崔積豐，田益明，韓偉．電子裝備試驗(yàn)電磁環(huán)境構(gòu)建方法［J］．電子信息對(duì)抗技術(shù)，2012，27(1) : 60－64．

［3］戎建剛，王鑫，張衡，等．復(fù)雜電磁環(huán)境的指標(biāo)體系［J］．航天電子對(duì)抗，2013，29(3) : 54－57．

［4］戎建剛，王鑫，魏建寧．威脅電磁環(huán)境的分級(jí)方法［J］．航天電子對(duì)抗，2013，29(6) : 33－36．

［5］戎建剛，唐莽，王鑫，等．戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的逼真構(gòu)建方法［J］．航天電子對(duì)抗，2014，30(1) : 24－28．

Assessment index for the realistic construction of complex electromagnetic environment

Rong Jiangang，Wang Xin，Chen Fei，Zha Liping
(No．8511 Research Institute of CASIC，Nanjing 210007，Jiangsu，China)

Abstract:Focus on the complex electromagnetic environment of the weapon equipment，and base on four elements which are jamming scene，jamming technology，jamming tactic，and jamming intensity for the equivalent construction of complex electromagnetic environment，the assessment index and computational method of the jamming scene’s compliance，the jamming technology’s fidelity，the jamming tactic’s fidelity and the jamming intensity’s fidelity have been proposed，which provide the quantitative index for the fidelity evaluation of the complex electromagnetic environment construction．

Key words:complex electromagnetic environment; equivalent simulation; realistic construction; fidelity

作者簡(jiǎn)介:戎建剛(1963－)，男，研究員，主要研究方向?yàn)閷?dǎo)彈電子對(duì)抗技術(shù)。

收稿日期:2015－10－10; 2015－12－30修回。

中圖分類號(hào):TN97

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A