基于表征面的動態(tài)試驗電磁環(huán)境等效構(gòu)建方法

張江南，陳 飛，戎建剛，王 鑫，王 超，李巖松，張 進

（中國航天科工集團8511研究所，江蘇南京 210007）

0 引言

在現(xiàn)代信息化電子戰(zhàn)中，綜合化、網(wǎng)絡(luò)化、一體化電子信息裝備的研制與應(yīng)用加劇了戰(zhàn)場電磁環(huán)境的復(fù)雜性，使之呈現(xiàn)出強對抗性、快速變化性、不確定性等特性，嚴重影響了武器裝備的作戰(zhàn)效能。為有效提高雷達制導(dǎo)武器裝備在復(fù)雜電磁環(huán)境中的抗干擾能力，需開展復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性試驗，來檢驗雷達制導(dǎo)武器裝備在戰(zhàn)場電磁環(huán)境中的適應(yīng)能力。由于該類試驗涉及海量抗干擾試驗樣本，且外場試驗成本高、效費比低，因此外場試驗無法滿足適應(yīng)性試驗需求，需依靠大量的內(nèi)場抗干擾試驗。雷達制導(dǎo)武器作戰(zhàn)場景涉及的電子對抗裝備規(guī)模不斷擴大，對抗技術(shù)和對抗戰(zhàn)術(shù)的多樣化應(yīng)用，對內(nèi)場試驗電磁環(huán)境的構(gòu)建提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。

住宅小區(qū)不宜一概硬化，設(shè)計盡量選用可滲透地面，給大地以透水透氣的余地，不僅可以蓄積大量的雨水，緩解城市的“熱島效應(yīng)”，改善環(huán)境質(zhì)量，同時也可以緩解對城市下水管網(wǎng)和污水處理管網(wǎng)的壓力。小區(qū)綠化和水體也要綜合考慮，不是僅僅滿足于政府部門要求的最低綠化率，還要對植被的性能加以了解應(yīng)用，如在建筑環(huán)境中，使用體態(tài)高大的喬木遮擋冬季寒風(fēng)，行植闊葉樹可在夏天遮陽，大中小喬木與灌木相結(jié)合可降低噪聲。這不僅可以改善小區(qū)的微氣候，還可減少熱島效應(yīng)，改善局部氣候。

當(dāng)前，雷達制導(dǎo)武器裝備內(nèi)場抗干擾試驗環(huán)境構(gòu)建主要面臨3 個方面的難題：①作戰(zhàn)場景構(gòu)建要素繁多，如何對作戰(zhàn)場景中構(gòu)建要素進行合理選??；②攻防雙方對抗策略的運用導(dǎo)致戰(zhàn)場電磁環(huán)境動態(tài)變化，如何在內(nèi)場等效構(gòu)建動態(tài)博弈的對抗電磁環(huán)境；③如何對內(nèi)場等效構(gòu)建的試驗電磁環(huán)境進行合理的對抗強度分析，提升內(nèi)場試驗結(jié)果的置信度。

博弈論作為一門具有多個決策主體的優(yōu)化方法論,已在電力系統(tǒng)規(guī)劃、電力市場、調(diào)度、控制等方面得到了大量應(yīng)用[7]。在微電網(wǎng)多目標(biāo)優(yōu)化問題中的各個目標(biāo)一般存在競爭關(guān)系,每個目標(biāo)均企圖使自身收益最大[8]。將博弈論應(yīng)用于確定多目標(biāo)的權(quán)重系數(shù)中,可以克服已有多目標(biāo)優(yōu)化加權(quán)系數(shù)法受限于決策主觀性的不足,通過Nash均衡找到同時滿足多個目標(biāo)的最優(yōu)權(quán)重系數(shù)。

本文以雷達制導(dǎo)武器裝備抗干擾內(nèi)場試驗任務(wù)需求為牽引，以表征面試驗電磁環(huán)境為切入點，詳細剖析雷達制導(dǎo)武器裝備面臨的戰(zhàn)場電磁環(huán)境與表征面試驗電磁環(huán)境。在此基礎(chǔ)上提出了基于表征面的動態(tài)試驗電磁環(huán)境等效構(gòu)建方法，該方法重點從對抗場景、對抗技術(shù)、對抗戰(zhàn)術(shù)等3 個維度進行等效構(gòu)建，利用內(nèi)場半實物仿真平臺分析該方法的可行性，并從對抗強度層面分析試驗電磁環(huán)境的對抗強度指標(biāo)。該方法可為雷達制導(dǎo)武器裝備內(nèi)場抗干擾試驗電磁環(huán)境等效構(gòu)建提供理論方法指導(dǎo)，解決抗干擾內(nèi)場試驗現(xiàn)實問題，具有一定研究意義與價值。

1 復(fù)雜電磁環(huán)境與表征面試驗電磁環(huán)境

1.1 武器裝備面臨的戰(zhàn)場電磁環(huán)境

海戰(zhàn)場環(huán)境融合了海面、島岸、天空等背景要素、艦船、飛機等目標(biāo)要素、有源干擾與無源干擾等干擾要素，是最具有代表性的復(fù)雜電磁環(huán)境之一。本文以反艦雷達制導(dǎo)武器裝備面臨的復(fù)雜電磁環(huán)境為研究對象，分析復(fù)雜電磁環(huán)境等效構(gòu)建方法。

欺騙干擾時，干擾模擬設(shè)備輸出的欺騙干擾功率為

圖1 雷達制導(dǎo)武器在海戰(zhàn)場環(huán)境下面臨的復(fù)雜電磁環(huán)境Fig.1 The complex electromagnetic environment faced by radar-guided weapons in the naval battlefield environment

1.2 表征面試驗電磁環(huán)境

對雷達制導(dǎo)武器裝備產(chǎn)生影響的電磁信號必須通過裝備的接收天線進入，天線口面是目標(biāo)回波信號、背景雜波信號、干擾信號等各種電磁信號進入武器裝備的必經(jīng)之地。在天線口面前一定距離處定義一個虛擬面，我們稱此虛擬面為“表征面”。表征面上集中了進入雷達制導(dǎo)武器裝備的全部電磁信號，這些電磁信號構(gòu)成了表征面電磁環(huán)境。因此，表征面電磁環(huán)境就是雷達制導(dǎo)武器裝備感受到的電磁環(huán)境。

我國大陸海岸線蜿蜒深遠，18000公里的長度成為粵港澳大灣區(qū)得天獨厚的地理優(yōu)勢，渤海灣、膠州灣、杭州灣、珠三角灣等灣區(qū)星落其上，也讓粵港澳大灣區(qū)的發(fā)展有了重要的前期經(jīng)濟積淀。占據(jù)九市二區(qū)，在惠州、深圳、香港、東莞、廣州、肇慶、佛山、江門、中山、珠海、澳門圍繞下的粵港澳大灣區(qū)，不同區(qū)域內(nèi)，不同生產(chǎn)要素的優(yōu)勢互補，可以為粵港澳大灣區(qū)乃至整個泛珠三角區(qū)域提供廣闊的經(jīng)濟腹地，同時也將為泛珠區(qū)域合作注入新的發(fā)展動力。作為“一帶一路”橋頭堡，粵港澳大灣區(qū)得天獨厚。

對于雷達制導(dǎo)武器裝備而言，若將表征面電磁信號看成是從表征面輻射的各種信號，亦即將表征面信號看成一個視在的輻射源。那么，雷達制導(dǎo)武器裝備與外部戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境的聯(lián)系就簡化為其與表征面電磁環(huán)境的聯(lián)系，將全戰(zhàn)場空間電磁環(huán)境的內(nèi)場等效構(gòu)建聚焦到表征面電磁環(huán)境的等效構(gòu)建。為此，將外部各種對雷達制導(dǎo)武器裝備有影響的信號映射到表征面上，從戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境到表征面電磁環(huán)境的映射關(guān)系如圖2所示。

圖2 復(fù)雜電磁環(huán)境到表征面電磁環(huán)境的映射關(guān)系Fig.2 Mapping relationship of complex electromagnetic environment to characterization surface electromagnetic environment

表征面電磁環(huán)境是各種外部電磁信號如目標(biāo)、雜波、干擾等信號映射在表征面上的總和，用六個域的參數(shù)來描述表征面電磁環(huán)境中的每個信號，則總信號可表示為

式中：為信號時域參數(shù)；為信號頻域參數(shù)；為信號空域參數(shù)；為信號能量域參數(shù)；為信號調(diào)制域參數(shù)；為信號極化域參數(shù)。

2 表征面動態(tài)試驗電磁環(huán)境等效構(gòu)建方法

作戰(zhàn)對象的機動速度用來表示，單位為m/s。干擾裝備空間部署關(guān)系描述集｛J，，，，，｝，其中J表示干擾裝備類型及編號，表示作戰(zhàn)對象相對于武器裝備的方位角，表示作戰(zhàn)對象相對于武器裝備的俯仰角，表示作戰(zhàn)對象相對于武器裝備的斜距，為作戰(zhàn)對象的機動方向單位矢量，為作戰(zhàn)對象的機動速度。作戰(zhàn)場景空間部署坐標(biāo)映射關(guān)系如圖6所示。

2.1 作戰(zhàn)場景映射

作戰(zhàn)場景構(gòu)建要素主要包含被試對象、作戰(zhàn)規(guī)模、作戰(zhàn)對象及對抗裝備等四類Ⅰ級構(gòu)建要素。對作戰(zhàn)場景等效構(gòu)建要素進行分級構(gòu)建要素梳理并作必要說明，作戰(zhàn)場景分級構(gòu)建要素見表1。

表1 作戰(zhàn)場景分級構(gòu)建要素Tab.1 Hierarchical constructing elements of combat scene

內(nèi)外場空間等效構(gòu)建分析：在同一空間大地坐標(biāo)系下，利用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）或全球定位系統(tǒng)（GPS）獲取武器裝備、作戰(zhàn)對象、電子對抗裝備的經(jīng)緯度及姿態(tài)信息，空間大地坐標(biāo)系如圖3所示。

對稱是一種自同構(gòu)，也就是一個結(jié)構(gòu)與其自身在形式上完全相同。對稱性是類比的基礎(chǔ)，類比推理就是尋找對稱性的過程。將具有對照結(jié)構(gòu)的概念集合在概念網(wǎng)絡(luò)中聯(lián)系起來，可以形成一個對稱結(jié)構(gòu)。

圖3 空間大地坐標(biāo)系Fig.3 Space geodetic coordinate system

由空間大地坐標(biāo)系獲取的作戰(zhàn)場景要素地理坐標(biāo)信息見表2。作戰(zhàn)場景要素地理坐標(biāo)信息旨在獲取武器裝備、作戰(zhàn)對象、電子對抗裝備的經(jīng)緯度、海拔信息