海戰場復雜電磁環境構建方法

劉麗明,黃文亮,孫璐璐

(解放軍91336部隊,秦皇島066326)

0 引 言

信息作戰條件下,現代海戰場的電磁環境愈來愈復雜,作戰各方和自然界形成的復雜電磁環境嚴重威脅著水面艦艇武器裝備的安全和效能發揮,爭奪制信息權成為海上作戰的主要行動。裝備雷達、聲納、通信、導航、光電及電子戰等大量電子信息武器裝備的現代水面艦艇,是海軍遂行多種樣式作戰任務、爭奪海戰場電磁優勢的重要兵力。未來的海上作戰,可能由海軍獨立遂行作戰任務,也可能是由陸軍、海軍、空軍和其他兵種聯合遂行作戰任務。海軍的主戰場在廣闊的海洋之上,作戰平臺大都處于機動中,要使我方的海上作戰信息共享,并阻止敵方獲取和利用信息,敵我雙方都要使用大量的信息系統和電子對抗系統。海上作戰中的一切信息保障只能依靠電磁環境來完成,這樣就造成了對無線電裝備的嚴重依賴性,導致海戰場電磁輻射源的數量驟增。能否在復雜的電磁環境中取得電磁頻譜的控制權,是獲取戰爭勝利的關鍵因素之一。這就需要盡快建立起對海戰場復雜電磁環境的理性認識,發現其特征和規律,找到應對策略,謀求戰場主動權。

1 海戰場復雜電磁環境的構建要點

從國內外作戰訓練的實踐來看,復雜電磁環境特指具有一定復雜程度的戰場電磁環境。對于戰場電磁環境,將其定義為:一定的戰場空間內對作戰有影響的電磁活動和現象的總和。而復雜電磁環境是指一定的空域、時域、頻域上,電磁信號縱橫交叉、連續交錯、密集重疊、功率分布參差不齊,對相應的電磁活動產生重大影響的電磁環境。海戰場復雜電磁環境是在以特定海域及其周圍空域為主要作戰區域的戰場上形成的復雜電磁環境。與其他戰場的復雜電磁環境相比,海戰場復雜電磁環境具有較為典型的特征,更不確定。這為復雜電磁環境的構建帶來了一定的難度。未來信息作戰什么樣,怎么打?未來海戰場態勢如何,電磁信號環境復雜程度有多高?在戰爭進行之前沒有固定解。而且兵無常勢,水無常形,每場戰爭所生成的電磁環境與戰場自然環境、作戰平臺種類和數量、戰術使用及兵力組合等因素密切相關。劇情想定相當于使用假設法解答復雜電磁環境構建的命題,假設在某個作戰海域發生紅藍對抗,雙方各自出動兵力,進行電磁頻譜域的對抗。

劇情想定是復雜電磁環境構建中的首要條件,主要包括以下要素:

(1)作戰區域:海戰場的電磁環境取決于海戰場及其周邊能影響到該區域的電磁輻射源和海戰場的電磁傳播條件。美國海軍水面作戰中心電子戰分部的一份技術報告稱:在近海環境下,收到的大多數脈沖都是來自友方、中立方或者準中立方的信號。信號包括民用信號和軍用信號,既可能來自陸地,也可能來自海洋和天空。信號環境主要由己方艦船及其附近的輻射源以及陸地和海上平臺對這些輻射源的反射信號組成。在遠洋環境下,背景信號相對簡單一些,絕大多數將是敵我雙方信號。

(2)作戰對象:包括紅、藍雙方的國別、主要作戰平臺、電磁輻射源型號和數量。

(3)背景對象:中立方或者準中立方的國別、可能在作戰區域出現的作戰平臺、電磁輻射源型號和數量,以及自然環境產生的電磁環境背景。

(4)作戰過程:紅、藍方在信息作戰條件下,何時使用何種作戰平臺中的何種電子戰武器,使用何種戰術進行電磁頻譜爭奪,以及電子戰或硬武器殺傷造成的作戰能力損毀等過程。作戰過程設計必須注意要有很強的戰術性和激烈的對抗態勢。由于信息戰的作戰性質,其作戰過程與以火力打擊為主的作戰進程不是一一對應關系,在構建復雜電磁環境時,可選擇信息作戰全過程中的一個作戰區間,如單艦反導。

(5)復雜度等級:即電磁環境的整體復雜程度,在應用中,與作戰對象、背景對象、紅方裝備適應電磁環境的能力等進行綜合考慮。復雜度等級可由確定,Fo為頻譜占用度,To為時間占有度,So為空間覆蓋率,計算方法如下:

式中:U為單位躍階函數;S(r,t,f)為功率譜密度;r為空間位置坐標;VΩ為作戰空間體積;S0為電磁環境門限;t為作戰時間。

(6)情報信息:是復雜電磁環境構建的重要條件,情報信息準不準直接關系到電磁環境真不真的問題,尤其是藍方、中立方等的情報資料(包括作戰平臺的工作參數、平臺上搭載輻射源的工作參數、工作屬性、戰術使用原則、使用時機等)。根據劇情想定有重點地收集情報資料。

2 構建方法和平臺的確定

復雜電磁環境構建可采用的方法有外場實兵模擬、半實物仿真模擬和數字仿真模擬。各種方法都有其不同的用途和優缺點,如表1所示。

3 復雜電磁環境構建舉例

外場實兵模擬一般包括方案設計、組織指揮、兵力調配、組織實施和后勤保障等相關工作。半實物仿真一般包括方案設計、系統構建、態勢設計、組織實施、環境監測和數據處理及分析等相關工作。不同的仿真方法所涉及的環境構建要素不同,隨著對復雜電磁環境認識的不斷深入,以及海軍部隊大量技術先進、結構復雜的武器裝備的列裝,給部隊的訓練帶來了新的難題。復雜電磁環境組織難、構建難、保密難和消耗大等特點,限制了部隊熟練掌握武器系統復雜電磁環境下的工作機理、操作使用技巧,以及各種技術、戰術協同訓練的需求,因此,必須采用仿真的方法構建海戰場復雜電磁環境,并注意體現復雜電磁環境的復雜性、動態性、戰術性特征和海軍作戰的特點。

下面以復合仿真為例,簡要介紹復雜電磁環境的仿真實現。

該次復雜電磁環境仿真的方案設計為:紅方接近藍方某海域內,藍方遠程預警機發現紅方艦艇編隊后,指控中心調動遠程岸基警戒雷達進行監測,并出動艦艇編隊、飛機編隊對紅方編隊進行合圍,藍方確定紅方兵力后,電子干擾飛機掩護雙機編隊對紅方實施導彈攻擊,紅方進行反導作戰。

表1 海戰場復雜電磁環境構建方法的對比

采用圖1所示系統進行復雜雷達對抗電磁環境仿真。該系統可用于雷達對抗裝備仿真試驗、訓練及復雜電磁環境相關技術研究,能夠輸出3類復雜電磁環境數據:一是在微波暗室內形成的以射頻信號為主的復雜電磁環境;二是接收處理后形成的PDW數據;三是經過分選融合后的目標分選數據,附帶搭載平臺的航向、航速和位置信息。

圖1 基于復合仿真技術的復雜電磁環境生成系統

態勢設計主要根據方案設計的劇情、海戰場區域特征和電子戰裝備戰術使用原則,確定電磁環境的復雜度、背景信號、威脅信號、雜波和干擾信號的參數和工作時間,并選擇適當的仿真器進行仿真。利用射頻環境監測及采集設備對暗室中的電磁信號進行監測,信號數量隨時間變化曲線如圖2所示。

圖2 信號數量隨時間變化曲線

電磁信號密度隨時間變化曲線如圖3所示。t3～t4階段,電子戰干擾機的壓制干擾導致干擾信號阻塞射頻環境監測及采集設備的接收通道,使輸出的信號數量明顯減少,而電磁信號密度明顯增加。

圖3 電磁信號密度隨時間變化曲線

4 結束語

信息作戰條件下復雜電磁環境的構建,是當前的熱點問題,對于擔負海軍裝備訓練和試驗部隊來說,尤為重要。本文只是根據工作實踐經驗,對復雜電磁環境構建進行了粗淺的探討。要解決這個問題,還需要在多方面進行深入扎實的研究(如復雜電磁環境構成機理、信息作戰樣式和戰術、雜波及多路徑數學模型和模擬技術等),同時要與時俱進地緊跟信息作戰裝備的發展趨勢,隨時掌握信息作戰條件下復雜電磁環境的發展變化。

[1]王汝群.戰場電磁環境[M].北京:解放軍出版社,2006.

[2]劉麗明,劉相利,樊鴻.海戰戰場電磁環境仿真方法研究[A].中國電子學會電子對抗分會第十四屆學術會議論文集[C],2005.

[3]吳重光.仿真技術[M].北京:化學工業出版社,2000.