預警機雷達電子對抗系統作戰效能仿真分析

王國勝，戚宗鋒，徐享忠

(1．裝甲兵工程學院控制工程系，北京100072;2．電子信息系統復雜電磁環境效應國家重點實驗室，河南洛陽471003;3．裝甲兵工程學院裝備指揮與管理系，北京100072)

裝有載機與監視雷達、數據處理、數據顯示與控制、敵我識別、通信、導航、無源探測等電子設備，并集預警、指揮、控制、通信、數據處理等諸多功能于一體的預警機，是現代和未來高技術戰爭中極為重要的武器裝備，主要用于搜索、監視以及跟蹤空中和海上目標并指揮、引導己方飛機完成作戰任務，因此被稱為活動的空中指揮所，從而也成為電子對抗的重要作戰對象［6］。郭輝等［7］建立了預警機作戰效能評估指標體系，提出了采用區間數形式的加權和與加權積關系進行指標聚合的評估方法;魯瑞達等［8］運用ADC效能模型，通過對空空模式下的效能指標進行分析，建立了預警機預警作戰效能模型。

計算機仿真技術集可控性、可重復性、無破壞性、安全性、經濟性等眾多優勢于一體，對預警機雷達電子對抗系統作戰效能進行仿真分析成為當前以及未來信息化戰爭中電子對抗系統研究領域的熱點之一。為此，本文搭建了預警機雷達電子對抗系統仿真分析的分層技術框架，構建了預警機雷達電子對抗仿真聯邦，提出了預警機雷達電子對抗系統作戰效能仿真分析方法，并通過2型4個雷達干擾站對預警機雷達電子對抗過程進行了仿真，驗證了該方法的有效性。

1 電子對抗系統作戰效能仿真分析的技術框架

根據體系對抗效能仿真系統的需求，本文提出電子對抗系統作戰效能仿真分析的分層技術框架，如圖1所示，主要由電磁環境仿真層、電磁效應分析層以及電子對抗系統效能評估層等構成，底層由電磁信號綜合數據庫提供支撐。其中:電磁環境仿真層著重關注電磁輻射源行為，通過雙方電子對抗行動和電子對抗措施的仿真，構建戰場電磁環境，以服務的形式為用頻設備提供戰場電磁信息查詢;電磁效應分析層對用頻設備在戰場電磁環境下的效應進行分析，為電子對抗系統作戰效能評估層提供基礎數據;電子對抗系統作戰效能評估層依據評估指標體系，以電子對抗仿真過程數據為基礎，評估預期電子對抗系統作戰效能，為電子對抗指控系統提供支持;電磁信號綜合數據庫主要管理輻射源的基本戰技性能參數、電磁兼容性數據、自然傳播環境數據、預設背景電磁環境參數以及輻射源的行動方案等戰場電磁環境仿真的基礎數據。

圖1 電子對抗系統作戰效能仿真分析的技術框架

該技術框架體現了“面向服務”和“分而治之”的思想，即以服務的形式提供整個戰場電磁環境信息的查詢;電磁效應分析與戰場電磁環境構建分離，由相關武器平臺上的用頻設備根據戰場電磁環境自行評估電磁效應。其優點是:1)有利于保證戰場電磁環境的一致性;2)可充分發揮用頻設備用戶的專業特長，專注于電磁效應分析，降低了問題的復雜性。

2 預警機雷達電子對抗仿真聯邦

由于預警機對抗系統成員和預警機成員通常很少單獨運行，預警機雷達電子對抗仿真系統在能單獨運行的同時，要能很方便地與其他軍兵種的仿真系統集成與互操作，組裝成為更大規模的聯邦;因此，系統構建采用了具備足夠靈活性的高層體系結構(High Level Architecture，HLA)的架構。

基于圖1，本文采用HLA技術構建了預警機雷達電子對抗仿真聯邦，包括紅方的信息作戰指揮所成員、預警機雷達對抗成員以及飛機成員，藍方的預警機成員，白方的仿真運行控制成員、仿真態勢顯示成員以及仿真結果記錄成員，如圖2所示。為清晰起見，圖中省略了紅方、藍方與白方成員之間的聯系。

2．1 概念模型

2．1．1 預警機雷達對抗系統

飯后，楊曉梅扶著老太太回臥室休息。高河表示要幫忙收拾餐桌，楊年豐搖了搖頭，說：“我看你沒精打采，是不是火車上的疲勞還沒有舒緩過來？你回房休息吧，稍后我去找你，晚上我們大伙一起去江邊玩。”

圖2 預警機雷達電子對抗仿真聯邦

當預警機雷達開機且進入預警機雷達對抗系統偵察范圍時，雷達對抗偵察設備能發現預警機，并對預警機雷達實施噪聲壓制式干擾(不考慮欺騙式干擾)。圖3、4分別為預警機雷達對抗系統的雷達對抗偵察設備活動和雷達干擾設備活動的概念模型。

圖3 雷達對抗偵察設備活動的概念模型

圖4 雷達干擾設備活動的概念模型

2．1．2 預警機

預警機飛行狀態包括起飛、巡航、返航3個階段。預警機進入巡航區域后，以巡航速度飛行，直到預定結束時間。雷達探測設備搭載在預警機上，首先開機進行探測，若探測目標的實際距離小于預警機雷達的探測距離，則該目標被發現，然后把探測結果上報給指揮所。預警機飛行活動、探測活動的概念模型分別如圖5、6所示。

圖5 預警機飛行活動的概念模型

圖6 預警機探測活動的概念模型

2．2 數學模型

本文涉及的電子對抗過程可分為雷達空間探測和雷達干擾，其中:雷達空間探測又可分為單部雷達的空間探測和雷達網系統的探測［9］;雷達干擾為遠距離支援式有源壓制性干擾［10］。

2．2．1 雷達空間探測

本文在計算雷達探測概率時沒有采用查表法，而是采用經驗數學模型直接計算得到，即

式中:S為單個脈沖信噪比(無干擾)或信干比(有干擾);n=frθ0．5/ω，為一次掃描中雷達脈沖積累數，其中θ0．5為雷達天線半功率波束寬度，ω為天線掃描角速度，fr為脈沖重復頻率;Φ(x)=，為標準正態分布概率分布函數。

在雷達網中，設各雷達分別以概率Pi發現目標，則對目標綜合發現概率為

2．2．2 遠距離支援式有源壓制性干擾

為便于計算，本文忽略傳播因子的影響，并假設干擾機是以主瓣對雷達進行壓制性干擾，可得受擾雷達接收機輸入端的干擾功率(Pj)in與有用信號功率(Ps)in之比K為

式中:Pj為干擾機的發射功率;Ps為計入傳輸路線損耗的受擾雷達功率;Gj為干擾機天線的最大增益;Gs為雷達天線的最大增益;Δfrec為發射信號的有效頻譜寬度;Δfj為干擾信號的有效頻譜寬度;γj為干擾機天線對受擾雷達接收機天線的極化系數;Fs(Φj，Θj)為受擾雷達天線的歸一化方向圖，其中Φj和Θj是在相應平面中相對于受擾雷達波束軸線所測定的角度;σBF為被干擾遮蔽的戰斗編隊的反射截面積;Ds為雷達與被掩護的戰斗編隊的距離;Dj為干擾機的極坐標。

當式(3)中K=Kj(Kj為遮蔽系數)時，可得受干擾后的探測距離

2．3 聯邦對象模型

2．3．1 對象類與屬性

聯邦對象模型中的對象類均由一級對象基類(BaseObject)派生而來，主要包括飛機類(Aircraft)、信息戰類(InformationWarfare)、輻射源類(Radiant-Source)、態勢對象類(SituationObj)以及控制站類(Bastion)等，其對象類層次結構如表1所示。表2、3分別為對象基類(BaseObject)、預警雷達對象類(EWARadar)的屬性(省略有關的數據結構、枚舉類型)。

表1 聯邦對象模型的對象類層次結構

表2 對象基類屬性

表3 預警雷達對象類屬性

2．3．2 交互類與參數

交互類均由一級基類(BaseInteraction)派生而來，主要包括聲明交互(AnnounceInteraction)、仿真請求(SimRequest)和仿真響應(SimResponse)，其二級基類和三級基類如表4所示。

表4 交互類層次結構

這里只給出雷達輻射源情報交互類參數，如表5所示(省略有關的數據結構、枚舉類型)。

表5 雷達輻射源情報交互類參數

3 預警機雷達電子對抗系統作戰效能仿真實例分析

低空突防是一種常見而又復雜的作戰樣式，涉及多兵種、多機種之間的密切協同。本文給出了低空突防的簡化案例，其依據主要是:一是削減規模，即紅、藍雙方分別為1個預警機對抗系統及1架預警機;二是突出重點，即關注低空突防中的預警機探測與對抗，而非要地防空中的地空與空地對抗。

3．1 仿真背景設定

紅方殲擊機編隊從4個機場起飛，以低于300 m飛行高度實施低空突防，由某型預警機雷達電子對抗系統對低空突防飛機實施掩護，以保證低空突防成功率。該預警機雷達電子對抗系統由系統指揮控制站、雷達干擾站、目標指示雷達站和對空無源探測定位設備等組成，本案例重點關注其中的2型4個雷達干擾站。這些干擾站在紅方低空突防方向成一線部署，對藍方預警機雷達進行干擾;藍方預警機按照預定航線在預定區域巡航。該預警機雷達電子對抗系統想定作戰背景如圖7所示。

圖7 預警機雷達電子對抗系統想定作戰背景

3．2 仿真執行

設置仿真初始條件后，啟動仿真。仿真交互步長為1 s(飛機、預警機內部仿真步長為50 ms)。由于實體數量較少，本仿真為超實時仿真。預警機雷達開機、進入干擾站雷達探測范圍時，干擾站實施壓制式干擾。仿真初期和后期2個時刻雷達對抗仿真態勢分別如圖8、9所示，由此可直觀看出受到干擾之后預警機雷達的探測范圍，以及預警機與低空突防飛機之間的協同態勢。

圖8 某預警機雷達電子對抗系統效能仿真初期態勢

圖9 某預警機雷達電子對抗系統效能仿真后期態勢

3．3 仿真結果分析

某預警機雷達電子對抗系統作戰效能仿真結果如表6所示，包括4部干擾站各自的型號、部署位置、干擾角度以及壓制距離。

干擾站編號干擾站型號干擾站位置干擾角度/(°)壓制距離/km 1 15 106．1 2 2 2 30 99．8 1 1 3 2 3 30 95．2 4 1 4 15 93．4

總體仿真評估結果:平均壓制距離為98．59 km，合成壓制角度為86°，干擾范圍達到藍方預警機雷達探測范圍的14．1%，將藍方預警機的預警時間縮短約2 min，從而各項指標滿足預警機雷達電子對抗系統作戰要求。

4 結論

本文著眼于系統的互操作性與組裝性要求，建立了預警機雷達電子對抗仿真聯邦，并通過低空突防實例驗證了其有效性。下一步，將在此基礎上利用半實物仿真驗證預警機雷達電子對抗仿真結果，并研究更為復雜的預警機雷達電子對抗案例，如多個預警機雷達電子對抗系統與多架預警機之間的對抗等，以改進本文研究成果的適用性。

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