通信對抗中的協(xié)同攻擊仿真技術研究

劉丙濤，王莉珍，張萬玉

(1.中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081；2.陸軍裝備部裝備項目管理中心，北京 100071)

0 引言

目前，電子對抗已經(jīng)從單一設備間的對抗發(fā)展成系統(tǒng)級別乃至體系級別間的對抗[1-2]。而體系級別的對抗問題是典型的復雜系統(tǒng)問題，其復雜性體現(xiàn)在：涉及的作戰(zhàn)實體種類、數(shù)量眾多；各作戰(zhàn)實體分別可執(zhí)行多種多樣的戰(zhàn)術動作；作戰(zhàn)實體間存在復雜的相互作用關系；各作戰(zhàn)實體均具有一定智能性，其行為模式不能準確預測[3]。目前對于對敵聯(lián)合作戰(zhàn)環(huán)境下的通信對抗協(xié)同攻擊技術的研究，尚存在協(xié)同手段缺乏、實時目標任務規(guī)劃能力不足以及缺乏在線效果評估手段等問題，難以適應聯(lián)合作戰(zhàn)需求[4]。

為了解決此類問題，首先通過整個復雜環(huán)境和動態(tài)通信、干擾方案的設計，構建出協(xié)同攻擊仿真實驗框架，其次對不同數(shù)據(jù)鏈類型和不同協(xié)同攻擊方案進行動態(tài)仿真實驗，利用實時的實驗結果對攻擊效果進行在線評估和調(diào)整。對這些實驗數(shù)據(jù)進行梳理和對比，對通信對抗協(xié)同攻擊策略的制定和選擇做出了展望性研究。

1 仿真系統(tǒng)設計

1.1 面向威脅的協(xié)同探測感知技術

準確實時的態(tài)勢感知能力是聯(lián)合作戰(zhàn)的制勝關鍵。聯(lián)合作戰(zhàn)戰(zhàn)場上目標通信系統(tǒng)是戰(zhàn)場電磁態(tài)勢的重要組成部分，對目標通信系統(tǒng)進行分析是戰(zhàn)場電磁態(tài)勢分析評估的重要內(nèi)容，戰(zhàn)場態(tài)勢分析的準確程度，會直接影響作戰(zhàn)任務規(guī)劃和作戰(zhàn)效果[5]。

多平臺聯(lián)合探測感知技術通過多平臺聯(lián)合偵察、對多平臺數(shù)據(jù)進行綜合處理來提高對戰(zhàn)場態(tài)勢感知的完整準確度，通過對戰(zhàn)場目標信號的感知，獲取重點目標，為制定干擾方案提供支撐數(shù)據(jù)。多平臺聯(lián)合探測感知技術主要包括聯(lián)合偵察方案設計和聯(lián)合偵察數(shù)據(jù)綜合分析。其中聯(lián)合偵察數(shù)據(jù)綜合分析包括通信目標分析、通信網(wǎng)絡分析、目標平臺分析及重點目標分析等關鍵技術[6]。

1.2 分布式協(xié)同電子攻擊技術

現(xiàn)代聯(lián)合作戰(zhàn)戰(zhàn)場上，信號種類多、頻帶寬且范圍廣，傳統(tǒng)各平臺獨立為戰(zhàn)的攻擊方式難以對一體化綜合防空系統(tǒng)取得良好效果。因此，針對聯(lián)合作戰(zhàn)戰(zhàn)場需要研究體系作戰(zhàn)、多平臺多系統(tǒng)多手段的聯(lián)合協(xié)同攻擊方法，通過合理的任務規(guī)劃，合理利用多套通信對抗系統(tǒng)協(xié)同對目標進行偵察、攻擊，從而提高作戰(zhàn)效能。

根據(jù)作戰(zhàn)對象通信信號的分布區(qū)域、工作頻段及信號類型等條件的不同，通信對抗系統(tǒng)可以采取的協(xié)同方式有頻域協(xié)同和空域協(xié)同等方法[7-9]。

聯(lián)合作戰(zhàn)通信對抗協(xié)同攻擊仿真系統(tǒng)主要組成如圖1所示。

圖1 電子對抗協(xié)同攻擊仿真系統(tǒng)

1.3 聯(lián)合偵察數(shù)據(jù)綜合分析處理

綜合分析處理利用輻射源信號參數(shù)數(shù)據(jù)，進行輻射源參數(shù)數(shù)據(jù)預處理和歸并等綜合處理，形成輻射源參數(shù)信息；利用輻射源參數(shù)信息進行關聯(lián)、位置獲取等處理與分析，獲取通信目標輻射源情報；利用輻射源參數(shù)信息以及通信目標輻射源情報進行關聯(lián)和拓撲結構分析等處理與分析，形成通信網(wǎng)絡情報；利用通信目標輻射源情報、雷達對抗偵察情報、海空情和資料情報信息等進行綜合關聯(lián)、印證和判別等處理與分析，形成通信目標平臺情報；利用通信目標輻射源情報、通信目標平臺情報以及通信網(wǎng)絡情報進行態(tài)勢處理并綜合顯示[10-12]。

1.4 協(xié)同電子攻擊在線評估技術

聯(lián)合攻擊效果在線評估就是要對攻擊方案進行效果預測，對聯(lián)合攻擊的實際效果進行在線的實時分析，其主要目的是根據(jù)聯(lián)合攻擊的進展情況，調(diào)整制定下一步攻擊策略，為聯(lián)合攻擊過程的順利實施提供決策支持[13]。

攻擊效果評價準則是聯(lián)合攻擊效果在線評估的基礎。在干擾評估過程中，目標網(wǎng)絡的最大資源評價、既定攻擊方案的攻擊效果預測、最終效果評價以及攻擊過程的方案決策都是建立在該準則的基礎之上[14-16]。通過對聯(lián)合攻擊目標、目的和評估策略進行深入分析，兼顧評價指標的直觀性，在線評估指標體系如圖2所示[17]。

圖2 攻擊效果評估指標

2 仿真系統(tǒng)流程設計

執(zhí)行協(xié)同攻擊任務，應設聯(lián)合指揮控制系統(tǒng)、綜合態(tài)勢分析系統(tǒng)。整個作戰(zhàn)過程可分為偵察階段和干擾階段，協(xié)同攻擊工作流程如圖3所示。

圖3 協(xié)同攻擊工作流程

在偵察階段，對于通信對抗系統(tǒng)需要確定通信方節(jié)點數(shù)量、每個節(jié)點的鏈路數(shù)量和鏈路參數(shù)(頻段和信號樣式)等，進而確定各節(jié)點價值等級和重點目標，據(jù)此可制定干擾方案[18-19]。偵察階段具體步驟如下：

① 開始執(zhí)行任務，指揮控制系統(tǒng)根據(jù)作戰(zhàn)目的、先期情報，制定作戰(zhàn)計劃。為每個子系統(tǒng)制定作戰(zhàn)任務，并將任務下發(fā)給各系統(tǒng)。

② 各系統(tǒng)按照任務規(guī)劃，運動到指定任務區(qū)域，對區(qū)域內(nèi)信號進行搜索、參數(shù)分析和測向定位。將偵察結果上報給態(tài)勢分析系統(tǒng)，態(tài)勢分析系統(tǒng)將各雷達對抗子系統(tǒng)、通信對抗子系統(tǒng)及光電對抗子系統(tǒng)等偵察數(shù)據(jù)進行融合分析，獲取初步戰(zhàn)場態(tài)勢圖，進行威脅評估、確定重點目標；上報指揮控制系統(tǒng)。

③ 指揮控制系統(tǒng)根據(jù)態(tài)勢圖及先期情報進行分析對比，判斷是否需要進行補充偵察。如果需要，則制定補充偵察任務，下發(fā)給各子系統(tǒng)；重復步驟②和步驟③。

在干擾階段，對確定的鏈路進行干擾。同時，進行協(xié)同偵察，分析干擾效果，及時調(diào)整干擾資源。干擾階段具體步驟如下：

① 指揮控制系統(tǒng)根據(jù)偵察結果進行干擾任務規(guī)劃，并下發(fā)給各子系統(tǒng)；

② 各子系統(tǒng)對指定目標進行干擾；

③ 干擾同時進行協(xié)同偵察，并將偵察結果上報態(tài)勢分析系統(tǒng)，態(tài)勢分析系統(tǒng)對干擾效果進行分析，分析結果上報指揮系統(tǒng)；

④ 指揮系統(tǒng)根據(jù)干擾效果，及時調(diào)整干擾資源。

3 關鍵技術研究

3.1 面向威脅的協(xié)同探測感知技術

對敵通信系統(tǒng)進行分析是戰(zhàn)場電磁態(tài)勢分析評估的重要內(nèi)容，戰(zhàn)場態(tài)勢分析的準確程度，會直接影響作戰(zhàn)任務規(guī)劃，影響作戰(zhàn)效果。單平臺由于受部署區(qū)域、作用范圍和設備能力等因素的影響，獲取信息受限，難以得到準確完整的戰(zhàn)場態(tài)勢。通過將跨平臺、跨系統(tǒng)的偵察信息進行融合，獲取盡可能完整、準確的戰(zhàn)場態(tài)勢。

(1)多平臺聯(lián)合偵察

聯(lián)合作戰(zhàn)中，對戰(zhàn)場態(tài)勢的聯(lián)合偵察感知方式可以分為空域協(xié)同、頻域協(xié)同和空域頻域協(xié)同等方式。

(2)空域協(xié)同偵察

聯(lián)合作戰(zhàn)的戰(zhàn)場可能覆蓋上百km，同時受天線波束方向等因素影響，單個偵察平臺難以迅速對戰(zhàn)場上敵方通信信號進行全面?zhèn)刹?，獲取準確態(tài)勢。此時，需要發(fā)揮聯(lián)合作戰(zhàn)優(yōu)勢，合理部署分配我方偵察力量，將作戰(zhàn)區(qū)域劃分成幾個子區(qū)域，分配給各偵察系統(tǒng)，各偵察系統(tǒng)分別對各自負責的作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)的敵方信號進行搜索偵察分析，并將偵察結果上報處理中心。處理中心對各分區(qū)域的偵察結果進行綜合處理獲取較完整的戰(zhàn)場態(tài)勢。

(3)頻域協(xié)同偵察

當一個偵察系統(tǒng)的偵察工作頻段不能覆蓋作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)敵方通信信號的頻段時，需要為該區(qū)域內(nèi)分配2個或多個偵察系統(tǒng)，對作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)敵方通信信號進行聯(lián)合偵察。每個偵察系統(tǒng)負責對分配給自己工作頻段內(nèi)的信號進行搜索檢測分析，并將偵察結果上報給處理中心，處理中心對各分系統(tǒng)的偵察結果進行綜合處理獲取較完整的戰(zhàn)場態(tài)勢。

(4)多平臺聯(lián)合對輻射源定位

利用多架飛機對目標進行定位，提高偵察速度和精度。相關研究表明，相較于傳統(tǒng)的單平臺輻射源定位方法，采用多節(jié)點組網(wǎng)協(xié)同的時差和頻差等輻射源定位方法，其定位收斂時間將大大縮短、定位精度達到0.5%量級或更高，綜合定位效能大大提高。

3.2 聯(lián)合偵察數(shù)據(jù)重點目標分析處理

首先對多個偵察平臺獲取的通信輻射源偵察數(shù)據(jù)進行去重復處理、一致性檢驗處理；形成統(tǒng)一表征格式的通信輻射源活動信息；融合到已知通信目標或建立新的通信目標。其次對多個偵察平臺獲取的通信輻射源偵察數(shù)據(jù)等活動情況進行通聯(lián)關系分析，獲得通信網(wǎng)絡中通信輻射源之間的通聯(lián)關系；獲得通信網(wǎng)絡節(jié)點屬性和網(wǎng)絡拓撲結構等活動信息，形成統(tǒng)一表征格式的通信網(wǎng)絡活動信息；利用通信網(wǎng)絡活動信息進行通信網(wǎng)絡識別處理，融合到已知通信網(wǎng)絡或建立新的通信網(wǎng)絡。最終為最大化作戰(zhàn)效能，對戰(zhàn)場目標態(tài)勢進行分析，分析目標的重要等級，并據(jù)此合理分配作戰(zhàn)資源。具體關系如圖4所示。

圖4 聯(lián)合偵察數(shù)據(jù)重點目標分析處理示意

3.2.1 通信目標平臺分析

首先對多個偵察平臺獲取的通信輻射源偵察數(shù)據(jù)進行去重復處理、一致性檢驗處理；形成統(tǒng)一表征格式的通信輻射源活動信息；然后利用通信輻射源活動信息進行通信目標識別處理，融合到已知通信目標或建立新的通信目標。

3.2.2 通信網(wǎng)絡分析

對多個偵察平臺獲取的通信輻射源偵察數(shù)據(jù)等活動情況進行通聯(lián)關系分析，獲得通信網(wǎng)絡中通信輻射源之間的通聯(lián)關系；獲得通信網(wǎng)絡節(jié)點屬性、網(wǎng)絡拓撲結構等活動信息，形成統(tǒng)一表征格式的通信網(wǎng)絡活動信息；利用通信網(wǎng)絡活動信息進行通信網(wǎng)絡識別處理，融合到已知通信網(wǎng)絡或建立新的通信網(wǎng)絡。

3.2.3 重點目標(威脅)分析

為最大化作戰(zhàn)效能，首先需要對戰(zhàn)場目標態(tài)勢進行分析，分析目標的重要等級，并據(jù)此合理分配作戰(zhàn)資源。評估目標的重要等級首先需要根據(jù)作戰(zhàn)任務，制定相應的重要等級規(guī)則。作戰(zhàn)時根據(jù)偵察得到的目標態(tài)勢，依據(jù)威脅分級規(guī)則，利用威脅算法，對目標威脅等級進行分析[20]。

4 仿真分析

4.1 協(xié)同作戰(zhàn)仿真方案設計

根據(jù)通信目標分布、對抗裝備部署情況的不同，需要進行聯(lián)合干擾的情況有以下幾種：

(1)由于飛機運動路線的限制，一個干擾系統(tǒng)不能全時段壓制敵方通信。

飛行路線規(guī)劃如圖5所示，規(guī)劃2個飛機的飛行方案，使得1號飛機在位置1、2號飛機在位置2時，由1號飛機發(fā)射干擾信號；當1號飛機飛到位置2即飛機拐彎時，2號飛機的機身朝向目標區(qū)域，控制2號飛機發(fā)射干擾信號，從而實現(xiàn)了對目標區(qū)域的全時段覆蓋干擾。

圖5 飛行路線規(guī)劃

(2)一個干擾系統(tǒng)的干擾功率不足以壓制敵方通信。

此時需要一個或多個系統(tǒng)同時進行干擾。協(xié)同方式有頻域協(xié)同和功率協(xié)同2種。

① 頻域協(xié)同方式：每個干擾系統(tǒng)負責一部分頻點。

② 功率協(xié)同方式：每個干擾系統(tǒng)都對全部頻點進行干擾。需要協(xié)同干擾的干擾機同時向目標發(fā)射干擾信號，不做其他約束。

通過上述分析可以看出，頻域協(xié)同方式干擾功率沒有損失，因此該種方式較優(yōu)。

(3)一個干擾系統(tǒng)的干擾波束不能覆蓋作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)需要壓制的目標。

當一個干擾系統(tǒng)的干擾波束不能覆蓋作戰(zhàn)區(qū)域的目標時，需要2個或若干個干擾系統(tǒng)，分部負責對一部分區(qū)域內(nèi)的目標進行干擾，多系統(tǒng)聯(lián)合達到作戰(zhàn)目標。

4.2 驗證結果

通信場景設置為：通信方飛機速度700 km/h，跑道為長100 km、寬3 km的長方形，通信天線為全向天線，通信發(fā)射功率200 W；干擾方1#機，2#機：速度300 km/h，跑道為長50 km、寬2 km的長方形，干擾方在機身兩側(cè)分別有一副天線，瞬時波束寬度為15°，波束可掃描覆蓋范圍±45°，干擾功率1.2 MW。

從圖6～圖8可以看出，隨著干擾機與被干擾設備的運動，其干信比發(fā)生變化，誤碼率、丟幀率也隨之相應變化。根據(jù)圖8丟幀率仿真結果可知，當干信比大于-1 dB時，丟幀率大于5%，認為此時鏈路斷。從圖6的整個仿真時段干信比結果可以看出，大約有20%的時間干信比小于-1 dB，且最低的干信比為-2.2 dB。因此要保證100%的壓制效果，需要增加干擾機功率或個數(shù)，或者使干擾飛機靠近被干擾目標。

圖6 通信方1#機、通信方1#艦干信比曲線

圖7 通信方1#機、通信方1#艦誤碼率曲線

圖8 通信方1#機、通信方1#艦丟幀率曲線

5 結束語

在通信干擾背景下，信號環(huán)境復雜，難以進行信號參數(shù)的精確分析，尤其是在考慮工程實際實現(xiàn)時存在難度，分析結果可能得不到可信/理想的評估結果。同時，配合進行偵察干擾效果的設備，其部署位置會直接影響分析結果。通過仿真實驗，對不同通信對抗場景下的不同通信鏈路的協(xié)同攻擊效果進行在線評估，可以構建策略數(shù)據(jù)庫，為緊急情況下的快速決策提供有力依據(jù)。