電子對抗裝備數字仿真驗證系統的實現

糜坤年，張 鴻

(中國船舶重工集團公司第723研究所，揚州 225001)

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電子對抗裝備數字仿真驗證系統的實現

糜坤年，張 鴻

(中國船舶重工集團公司第723研究所，揚州 225001)

隨著新形勢下軍事斗爭的發展，為了盡快實現裝備研制、驗證手段數字化，工作全要素、全流程管理數字化，需要構建電子對抗裝備數字仿真驗證系統，為電子對抗裝備的設計驗證提供技術支撐。根據裝備仿真驗證的需求，設計研制了基于高層體系結構的電子對抗裝備數字仿真驗證系統，設計滿足系統功能需求的軟硬件體系結構和技術體系結構。

電子對抗；數字仿真；高層體系結構

0 引 言

隨著新形勢下軍事斗爭的需要，電子對抗裝備已從“平臺對抗”發展到“體系對抗”階段，作戰樣式的變化對電子對抗裝備的作戰能力、協同能力均提出了新的要求。在激烈的競爭環境下，為了緊貼新形式下軍事斗爭的現實需求，緊跟現代電子對抗前沿技術，緊跟現代裝備數字化技術發展，盡快實現裝備研制、驗證手段數字化，工作全要素、全流程管理數字化，需要構建電子對抗裝備數字仿真驗證系統，該系統為電子對抗裝備的設計驗證提供技術支撐[1]。作為一個基礎性的科研條件保障建設項目，“電子對抗裝備論證及數字化仿真驗證系統”的研發與應用旨在提升電子對抗裝備全要素全流程裝備仿真驗證能力。

1 系統總體架構

本文闡述的“電子對抗裝備數字化仿真驗證系統”是基于分布式仿真技術、仿真建模技術、仿真驅動技術構建的開放性集成架構，可分為以下幾部分功能(系統)：裝備研制需求分析及技術實現對比系統；電子對抗裝備數字化樣機系統；裝備數字化仿真驗證支撐系統；電子對抗實體模型庫[2]。

基于高層體系結構(HLA)的電子對抗裝備數字仿真驗證系統按照功能組成可以分為運行控制模塊、仿真環境模塊、數據采集模塊、數據處理模塊和信息顯示模塊，如圖1所示。

圖1 電子對抗裝備數字仿真驗證系統功能結構簡圖

電子對抗裝備數字仿真驗證系統的總體結構如圖2所示，硬件系統采用以太網將多臺不同功能的計算機、服務器及模擬器構成分布式網絡系統[3]。軟件系統分為控制與管理仿真軟件系統、數據庫系統、仿真評估系統、場景顯示系統和裝備數字樣機仿真系統。

圖2 電子對抗裝備數字仿真驗證系統總體框架

管理與控制系統用于驗證需求下發、仿真試驗控制；數據處理與評估系統采集并記錄試驗仿真數據，同步進行數據分析、比對用于試驗評估；

場景顯示系統在試驗過程中以二維態勢、雷達顯示、圖表顯示和三維場景顯示等手段顯示作戰過程及效果；數據庫系統用于存儲和管理電子對抗裝備數字仿真驗證系統所需各種數據；雷達仿真系統模擬仿真雷達工作過程；偵察仿真系統模擬仿真電子偵察工作過程；干擾系統模擬仿真各類電子干擾手段；目標與環境仿真系統模擬仿真貼近實戰的戰場復雜電磁環境和目標雷達截面(RCS)等電磁特性；平臺仿真系統模擬仿真電子對抗裝備實裝平臺的相關特性和工作過程。

根據電子對抗仿真驗證試驗的需要，系統中可以接入實體裝備系統，進行真實電子作戰下數學仿真與評估，能夠對數字仿真進行實體修正，不斷地完善電子對抗裝備數字仿真驗證系統。

2 軟件體系結構

根據不同的用途和目的，電子對抗裝備數字仿真驗證系統的軟件體系結構如圖3所示，軟件分為系統、支撐、支持和應用軟件。

電子對抗裝備數字仿真驗證系統建模與仿真標準采用高層體系結構(HLA)，運行支撐環境(RTI)采用實現1.3NG標準的RTI。采用HLA便于系統的擴充、模型的重用以及仿真應用之間的互操作，因此雷達對抗數學仿真系統采用了以HLA為基礎的分布式體系結構[4]。

(1) 系統軟件

系統軟件通過Windows NT操作系統、數據庫管理系統、網絡管理系統和HLA運行支撐系統RTI來管理并運行計算機系統資源。

(2) 支撐軟件

支撐軟件的作用是幫助和支持仿真試驗，包括Visual C++、界面開發工具VAPS、HLA開發支撐軟件simBuilder、地理信息系統工具軟件、三維建模軟件Creator、數據庫開發工具Power Builder和Power Designer等等。

數據庫服務器采用Oracle 9i，運行在專門的數據庫服務器上；數據庫前端管理與維護軟件采用Power Builder8開發，它與Oracle之間使用Power Builder專用接口；仿真軟件、數據錄取和評估軟件與Oracle之間使用OCI接口和SQL語句，它們所需的參數從數據庫中檢索，相關的內容或結果保存在數據庫中。

圖3 電子對抗裝備數字仿真驗證系統軟件體系結構

數據錄取訂購所有公布的屬性，在仿真過程中記錄這些數據并保存入庫；在仿真試驗后進行結果評估時，要能夠以圖表和曲線的方式顯示，并自動生成評估結果報告文檔。

(3) 支持軟件

支持軟件是由用戶進行開發或二次開發，用于支持仿真試驗，包括仿真模型庫、算法庫、數字實裝庫、目標庫、地理信息庫等。模型庫包括電子對抗裝備數字模型庫、載體平臺模型庫、電磁環境模型庫等等；算法庫包括隨機數產生器、積分、排序等常用的算法；決策庫是電子對抗雙方對抗配置和策略；數字化實裝庫包括數字化雷達模型、數字化電子偵察模型、數字化電子干擾模型、裝備平臺庫、試驗結果數據庫；目標庫有目標參數數據庫；地理信息庫涵蓋各種圖層信息的電子地圖庫。

裝備模型以動態連接庫的形式存儲在模型庫中，其中還包含每個模型的算法說明、格式化輸入/輸出參數說明，該動態連接庫在仿真軟件中動態調用。

(4) 應用軟件

應用軟件基于建模與仿真標準用于實現電子對抗裝備數字仿真驗證各項功能，包括雷達仿真軟件、電子偵察仿真軟件、電子干擾仿真軟件、目標仿真軟件、載體平臺仿真軟件、對抗場景構建軟件、電磁環境仿真軟件、數據處理與評估軟件、雷達顯示軟件、電抗效果顯示軟件、圖表顯示軟件、管理與控制軟件和數據庫管理與應用軟件。

雷達模擬軟件是數字仿真雷達能夠模擬艦載、機載、車載等平臺上的雷達信號級工作過程以及組網雷達的技術工作過程。

電子偵察仿真軟件是數字仿真電子偵察樣機，根據用戶應用需求進行參數設置來仿真電子偵察設備的工作過程。

電子干擾仿真軟件是基于數字樣機電子干擾仿真軟件，仿真艦載、機載、誘餌彈等電子干擾系統，能夠進行信號級的仿真支援、自衛干擾等戰術應用過程。

目標仿真軟件用于模擬對抗目標電磁特性，包括目標瞬時雷達截面(RCS)、傳輸特性；電磁環境仿真軟件能夠逼真模擬對抗場景下的電磁特性，包括大氣傳輸、海雜波、地雜波、地面反射以及多路徑效應等。

載體平臺仿真軟件用于仿真艦船、飛機、導彈等相關平臺的運動特性，能夠反映對抗的動態真實性。

對抗場景構建軟件完成電子對抗場景的編輯與加載、模型的加載與參數設置、仿真試驗參數設置、試驗預定航路顯示、目標軌跡顯示等，通過視景顯示、雷達顯示、圖表顯示軟件等進行作戰態勢、作戰過程顯示。

視景顯示使用Vega Prime開發具有調度管理功能的驅動軟件，三維地形模型和實體模型采用OpenFlight格式，紋理采用位圖格式(bmp)，以MapInfo的Tab格式電子地圖為背景，坐標系使用WGS-84，平臺布站與定位都基于電子地圖，表現電子對抗工作過程。

雷達顯示軟件用于模擬雷達PPI、A/R、B型顯示及雷達狀態和目標位置等信息顯示。

圖表顯示軟件用于對試驗運行中的中間結果數據(例如雷達檢測數據、目標位置信息)及事后評估數據用曲線圖、表格及表頁的形式進行分類顯示。

管理與控制軟件主要完成對抗仿真整體資源調度、場景管控、試驗初始化以及仿真試驗流程控等功能。

數據處理與評估軟件主要對仿真試驗全流程產生的各類數據進行記錄并處理分析，包括對抗雙方位置航路信息、雷達探測數據、電子偵察數據、電子干擾樣式等，通過后期對試驗數據處理比對的結果進行電子對抗效果評估。

數據庫管理與應用軟件主要負責場景庫、雷達庫、電子干擾機庫、運載平臺庫、目標平臺參數庫、地理信息庫、仿真試驗數據庫以及算法庫等的管理與維護。

3 硬件體系結構

根據電子對抗裝備數字仿真驗證系統功能需求，相應的系統硬件結構如圖4所示。根據仿真驗證的實際需求，可以進行計算機、服務器等相關硬件資源的裁剪。該硬件系統能夠進行驗證仿真運行和數據庫等資源的管理與維護，主要由目標仿真工作站、環境仿真工作站、雷達仿真工作站、電子偵察仿真工作站、電子干擾仿真工作站、載體平臺仿真工作站、數據庫服務器、圖形和圖形控制工作站(用于場景仿真)、顯示計算機(雷達顯示、圖表顯示、態勢顯示等)、仿真主控計算機、數據處理與評估計算機、交換機等組成，系統以100 Mbps與以太網連接[5]。

圖4 電子對抗裝備數字仿真驗證系統硬件體系結構

圖形工作站上運行場景仿真及顯示軟件，在電子對抗過程仿真表現時，圖形控制工作站計算并控制圖形工作站，運行Vega Prime軟件，調度地理模型與對抗雙方數字仿真模型，驅動仿真運行，構成1幅完整的對抗場景態勢圖。

4 系統運行流程

按照上述軟硬件體系結構和技術體系結構要求，設計研制了基于高層體系結構(HLA)的電子對抗裝備數字仿真驗證系統。

電子對抗裝備作戰過程邏輯關系如圖5所示。

圖5 電子對抗仿真過程邏輯關系圖

電子對抗裝備數字仿真驗證系統可為電子對抗技術、裝備的研發和驗證工作提供有力的支撐，工作流程如圖6所示。

電子對抗裝備數字仿真驗證需求經系統分析與論證，細化為電子對抗裝備的具體戰技指標。根據得到的戰技指標,基于電子對抗裝備的數字化仿真模型或樣機，從中選取裝備研制過程各階段的技術指標，進行對抗場景下的仿真驗證，將電子對抗裝備的數字化仿真模型或樣機接入到多任務多粒度的仿真支撐平臺驗證裝備的技戰指標等能否滿足作戰要求，并根據結果對電子對抗裝備的各項技術、模塊和整機的參數指標或技術體制進行修改完善,逐步迭代仿真驗證,最終滿足電子對抗裝備的研制需求，并研究該設備的戰術使用，提前形成戰斗力。

圖6 系統工作流程圖

5 數字仿真驗證系統驗證方法舉例

下面以機載干擾吊艙對抗車載雷達干擾為例，給出電子對抗裝備數字仿真驗證系統驗證方法及可行性,對抗配置及態勢如圖7所示。

圖7 對抗配置及態勢示意圖

(1) 車載雷達模擬器配置參數

雷達天線高度h；峰值功率15 kW；脈沖壓縮改善因子18 dB；脈沖積累數目24個；損耗10.6 dB(饋線損耗+雙程波束損耗+恒虛警率(CFAR)損耗+匹配濾波損耗)；噪聲系數4.3 dB。

(2) 機載干擾機配置參數

飛行高度H；寬帶噪聲干擾機干擾功率56 W；干擾帶寬800 MHz；最大天線增益5 dB；系統損耗6 dB。

按照對抗配置及態勢示意圖的多次試驗得到的壓制距離為8 km。

應用電子對抗裝備數字仿真驗證系統，在試驗配置、態勢及環境等與實裝試驗完全相同情況下進行仿真，得到壓制距離與雷達發現概率曲線如圖8所示，飛機按Swerling起伏。

從圖8可得出雷達模擬器對飛機的發現概率在0.2～0.8之間時，目標探測距離為為6.6～7.7 km。

在上述試驗戰情下，實裝試驗得到的壓制距離為8 km，數學仿真得到的壓制距離為6.6～7.7 km，可見電子對抗裝備數字仿真驗證系統得到的結果是可信的。

圖8 干擾情況下雷達模擬器探測距離與發現概率曲線

6 結束語

本文為了有效支撐電子對抗裝備研制及技戰術

性能指標的驗證，提出基于HLA的電子對抗裝備數字仿真驗證系統，并根據系統建模與仿真標準設計了滿足系統功能需求的軟硬件體系結構和技術體系結構。

為了準確、全面地評估被試系統與其真實作戰對象的對抗效果，在目前條件下比較可行的方法就是適當選取真實作戰對象的仿真系統以進行對抗試驗，從而解決試驗中沒有真實作戰對象的難題。

但是，計算機數字仿真使用的模型缺乏逼真有效的驗證與確認。為了解決上述問題，需要進一步研究仿真與實裝對抗試驗數據相結合，通過真實數據迭代修正仿真驗證系統，真正達到“除了戰爭，其余的都是仿真”的要求。

[1] 蔡志寬,張洪斌,唐德金.電子對抗仿真及其模型的檢驗[J].航天對抗技術,2000(2):30-33.

[2] 劉永紅.電子偵察設備作戰效能數學模型[J].電子科技大學學報,1995,24(3):304-307.

[3] 李玉旗，馬俊超.電子對抗仿真系統建模及其作戰效能評估方法[J].艦船電子對抗,2008，31(1):61-66.

[4] 趙海峰.基于HLA的雷達電子戰與火力對抗仿真[D].成都:電子科技大學，2009.

[5] 黃勝魯.電子戰仿真綜合效能評估系統的設計與實現[D].北京:北京郵電大學，2007．

Realization of Digital Simulation Validation System of Electronic Countermeasure Equipments

MI Kun-nian，ZHANG Hong

(The 723 Institute of CSIC,Yangzhou 225001,China)

Along with the development of military struggle under new status,for realizing the digitalization of equipment development and validation means,job factors and whole flow management,digital simulation validation system of electronic countermeasure equipment is established to provide technical support for the design validation of electronic countermeasure equipment.According to the requirement of equipment simulation validation,a digital simulation and validation system of electronic countermeasure equipments based on high level architecture (HLA) is designed and developed,and software & hardware system structures and technic system structure are designed,which meet the demand of system function.

electronic countermeasure；digital simulation；high level architecture

2016-06-23

TN97

A

CN32-1413(2016)04-0001-06

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.04.001