復雜電磁環境構建及效能評估發展與構想

程 翔，王 軒

(海軍裝備部駐揚州地區軍代室，江蘇 揚州 225101)

0 引 言

以海灣戰爭為標志，大規模武裝沖突正式進入現代戰爭模式。高度信息化的武器裝備和作戰行動更加依賴于電磁信號，也不可避免地受到復雜電磁環境的影響：首先，復雜電磁環境會制約信息化武器裝備效能的發揮；其次，復雜電磁環境會影響信息化系統整體作戰的實效性；最后，復雜電磁環境會影響戰斗行動的實效性。為了使信息化武器系統和作戰行動在復雜電磁環境下充分發揮效能及戰斗實效性，需對復雜電磁環境的構建方法及該環境下武器裝備作戰效能評估進行深入研究分析，從而以針對性的設計來增強電子武器裝備的環境適應性能。本文從復雜電磁環境國內外發展現狀出發，對復雜電磁環境構建及效能評估的發展趨勢、特點進行了概述性的介紹和構想。

1 復雜電磁環境的定義

1.1 美軍定義

按照美軍定義，戰場電磁環境是軍隊、系統或者平臺在指定作戰環境中執行作戰任務時可能遇到的，在不同頻段輻射或傳導條件下的電磁發射體功率與時間分布的綜合作用結果。它是電磁干擾、電磁脈沖、電磁輻射對人員、軍械與揮發性材料危害的總和。可以看出，美軍基于電磁環境效應來看待電磁環境對武器裝備作戰能力的影響，其關注的焦點是武器裝備的作戰能力。結合美軍《裝備作戰適應性試驗與評估指南》，美軍在裝備作戰適用性試驗中考核武器裝備作戰能力受到電磁環境效應影響的程度。

根據美軍標電磁環境效應標準MIL-STD-464C《系統電磁環境效應要求》的描述，電磁環境區分不同條件、不同場合。不同條件的電磁環境組成如圖1所示。

圖1 不同條件的電磁環境

不同場合的電磁環境主要針對各種典型軍事行動，具體主要包括6類典型外部射頻電磁環境電平，如圖2所示。

圖2 不同場合的電磁環境

復雜電磁環境從特性研究、性能仿真和構建產生入手，圍繞電磁兼容設計、電磁防護設計、武器性能測試評估和戰場模擬訓練。電磁環境效應研究內容如圖3所示。

圖3 電磁環境效應研究內容

MIL-STD-464C《系統電磁環境效應要求》是美軍電磁環境方面的橫向主要標準之一，而在縱向方面，美軍的主要標準是MIL-HDBK-235C《軍事行動電磁環境剖面》。該標準共有10個分冊，是美軍國防部從不同戰斗部發布的軍事行動電磁環境手冊，這些手冊均為限制發布或機密文件[1]。

另外，美軍電磁環境效應標準體系中的主要管理指令有DoDD 5000.1(國防采辦系統)、DoDD 5000.2(國防采辦系統運行)和DoDD 3222.3(國防部電磁環境效應綱要)[2]。

1.2 我軍定義

我軍在GJB 6130-2007中給出了復雜電磁環境的定義：復雜電磁環境是指在一定的空域、時域、頻域和功率域上，多種電磁信號同時存在，對武器裝備運用和作戰行動產生一定影響的電磁環境。根據以上定義，復雜電磁環境的主要組成為交戰雙方在對抗過程中武器裝備作戰時產生的電磁信號[3]。

我軍在GJB 6520-2008中對戰場電磁環境進行了分類與分級：分別從輻射信號類型、受影響的電子信息系統類型和電磁環境信號復雜度等級三個維度進行戰場電磁環境分類；依據頻譜占用度(FO)、時間占有度(TO)和空間覆蓋率(SO)三個指標對戰場電磁環境進行分級，將戰場電磁環境復雜度分為簡單電磁環境、輕度復雜電磁環境、中度復雜電磁環境和重度復雜電磁環境四個等級[4]，如表1所示。

表1 戰場電磁環境復雜度分級標準

該標準從頻域、時域和空域三個維度對戰場電磁環境進行了量化分析，給出了戰場電磁環境分級時的計算方法。

2 國內外發展現狀

2.1 國外現狀分析

國外針對復雜電磁環境的研究較早，且十分重視面向雷達對抗戰場復雜電磁干擾的效能評估研究，針對雷達抗干擾效能評估方面提出了以功率準則、信息準則、概率準則、戰術應用準則(效率準則)等為代表的評估準則，并建立了由抗干擾改善因子、抗干擾能力度量、壓制系數、自衛距離、抗干擾品質因子等評估指標體系。

上世紀七十年代起，國外研究人員通過試驗對雷達及電子戰等各型武器裝備進行仿真建模，建立了數學模型。到九十年代初，以美英為代表的北約發達國家已初步實現了對雷達/電子戰設計、干擾/抗干擾分析的計算機仿真。

目前，除了干擾/抗干擾效能評估方法，國外對復雜電磁環境領域的研究還聚焦到整個體系的對抗上。將電子武器裝備置于實際使用環境下，對電子武器裝備的復雜電磁環境適應性進行更加系統和精確的評估。美俄等軍事發達國家均已開展電子偵察-干擾-抗干擾試驗的閉環試驗系統研究。美國等少數國家已建成先進的裝備干擾/抗干擾效能評估試驗體系，有效支撐電子武器裝備的研制與作戰使用。為了完成復雜電磁環境構建，美國等發達國家也較早地開展了內場仿真試驗條件建設及大型外場試驗條件建設與改進等一系列工作，建成了由國防部主導的國家靶場和軍工巨頭使用的試驗場組成的電子戰裝備試驗體系。

根據公開報道，以北約為代表的西方軍事強國在構建復雜電磁環境方面開展的對抗試驗主要有以下幾個特點：

(1)利用真實的敵方電子裝備進行試驗。如北約波利岡電子靶場利用獲得的蘇聯地空導彈系統、雷達干擾機系統成為針對蘇式武器的重要訓練任務基地；

(2)利用大量的模擬器系統進行試驗。美國利用獲得的各種信息在大西洋電子靶場配備了大量可模擬俄制地空導彈系統、防空火炮系統、I/J波段干擾機等模擬器，可以隨時部署在廠區任何位置；

(3)利用計算機進行數字仿真模擬。美軍陸軍電子靶場有一套大型的軟件試驗平臺Starship系統，法國雷恩軍事中心有LIGASE數字模型系統，法國布魯茲軍事電子中心有VHEDAA數字模型系統。

可以看出，國外先進國家的對抗實現系統呈現出不同層次、不同類型、全面全方位覆蓋的態勢，以支持其雷達與電子對抗理論研究、實際裝備測試、戰術戰法研究、實際作戰訓練等[5]。

2.2 國內現狀分析

國內在復雜電磁環境構建及效能評估領域的研究起步較晚，但從理論體系構建以及試驗開展來看，已取得長足的進步。干擾與抗干擾指標體系建立、效能評估及試驗方法研究等近些年也一直是電子武器裝備的研究熱點，尤其在以電磁戰、信息戰、網絡中心戰為代表的新型對抗形式下，在國家和軍隊的高度重視下，已然成為國內各大科研機構、高校、裝備研制廠商的研究熱點。針對典型雷達裝備，均建立了其抗干擾指標體系，并對抗干擾效能評估開展了大量研究。

同時，在內外場試驗研究方面，以軍方及試驗基地為主導、科研院所等工業部門積極參與的試驗也在大范圍開展。通過對抗演練構建模擬仿真系統或建設試驗場開展對抗試驗，均取得了不錯的效果。這些研究有力支撐了雷達及對抗設備的研制開發、評估、鑒定、戰術研究。但是，復雜電磁環境對能量、信息效應以及技戰術的影響還需進一步深化研究[6]。

3 發展趨勢和構想

針對未來戰爭需求，關于復雜電磁環境的研究也越來越急迫，主要圍繞“如何描述對抗”、“如何定義戰場電磁環境”、“戰場電磁環境如何構建”、“電磁環境如何量化”、“考核體系如何建立”和“如何進行效能評估”等展開。

為了應對復雜電磁環境效應的影響，從干擾技術和干擾戰術兩個層面進行表征。在復雜電磁環境量化時，除了從傳統的時、空、頻、能量、調制、極化等六域對電磁環境屬性進行描述，還應重點從戰術層面研究對抗博弈。最典型的就是美空軍上校博伊德于上世紀七十年代提出的“OODA”理論，即從觀察(Observation)、瞄準(Orientation)、決策(Decision)和行動(Action)4個方面表征戰場雙方的對抗博弈過程，是交戰雙方以“環”的方式描述電子支援、電子攻擊、電子防御等多方面的一整套作戰策略，如圖4所示。

圖4 對抗博弈的OODA環

在構建復雜電磁環境的未來發展趨勢上，圍繞數字仿真、內場測試和外場試驗驗證展開。在利用計算機進行數字模擬仿真方面，在現有參數的基礎上建立交戰雙方的武器裝備模型，以模型驅動交戰雙方進行可視化虛擬對抗，典型代表是美國的Starship系統和法國的LIGASE/VHEDAA系統。在內場測試方面，利用大量模擬器或半實物/實物模塊等裝置，通過縮比等效等方式在微波暗室開展試驗來驗證電子裝備的單項性能，典型代表是洛·馬公司為F-22戰斗機設計開發的先進動態射頻仿真系統(ADRS)，已于2000年前后投入使用。

逼真戰場電磁環境的構建離不開外場驗證試驗。通過組織協調作戰兵力(部分可用模擬器替代)，同時利用背景環境(如海雜波等)，各型裝備進行動態實裝對抗，使對抗博弈不斷趨近實戰化。未來在構建復雜電磁環境時，數字仿真、內場測試和外場試驗驗證將緊密結合。在實驗室進行數字仿真設計，初步獲取戰場電磁對抗態勢；結合內場測試進行關鍵技術驗證；最后通過外場驗證試驗完成戰場電磁環境搭建。反過來可利用內外場試驗數據對數字仿真中搭建的模型進行不斷修正完善迭代，開展后續戰場電磁環境構建。

在完成復雜電磁環境構建后，需評估交戰雙方電子裝備的作戰效能。依據電子裝備作戰使用和技戰術指標，結合試驗數據，采用合適的效能評估方法對電子裝備的作戰效能進行評價。目前常見的效能評估方法包括層次分析法、灰色評估法、ADC法、因子分析法、主成分分析法和TOPSIS法等。根據評估指標的不同選取合適的評估方法。而且，因各種評估方法的側重點不同，可根據需要組合運用多種評估方法，以獲得最優效能評估結果。

依照構建指標體系-創建評估方案-執行評估任務-獲取評估結果的工作流程開展評估[7-8]，如圖5所示。

圖5 效能評估工作流程

在技術高速發展和競爭日益激烈的環境下，為了保持高新技術武器裝備的研制能力，確保武器裝備性能處于世界領先水平，保持在軍事上的優勢地位，以美國為主的國外面向雷達、電子戰的復雜電磁環境構建和干擾/抗干擾效能評估技術呈現以下發展趨勢：

(1)構建可重構的雷達、電子對抗干擾/抗干擾效能評估試驗條件；

(2)構建基于“怎么打，怎么驗”的雷達、電子對抗裝備干擾/抗干擾效能評估、考核體系。

構想未來復雜電磁環境構建及效能評估應該有以下特點：

(1)實戰化

深入研究復雜電磁環境是為了打贏未來戰爭，構建的復雜電磁環境若能貼近實戰，能夠逼真復現敵我交戰雙方的對抗博弈過程，則能更好地檢驗電子武器裝備作戰時的復雜電磁環境適應性，提高其戰時效能。所以，為了構建的復雜電磁環境更加貼近實戰，交戰的紅藍雙方兵力部署需趨近于戰時組織結構，攻防戰術及對抗措施與實際相仿。以海戰場作戰想定為例，其紅藍雙方的組織結構如圖6、圖7所示。武器裝備試驗與作戰部隊訓練走向融合，開展一體化聯合試驗訓練，“像作戰那樣進行試驗”。

圖6 藍軍部隊組織結構示意圖

圖7 紅軍部隊組織結構示意圖

(2)數字化

為了提高構建復雜電磁環境及效能評估的效率，節省資源，“將外場試驗搬進實驗室”，采用計算機數字仿真等技術完成作戰預演和態勢顯示，利用模型驅動紅藍雙方開展對抗博弈。例如面向雷達與電子戰對抗，可建立不斷修正完善的典型作戰對象的目標模型和目標RCS特性數據以及干擾和雜波模型，在各型模擬器上開展對抗。

(3)體系化

未來戰爭必將是陸?？仗斓捏w系化作戰。圍繞戰時電磁環境構建，不能單一考慮單平臺、單編隊開展，需打造多兵種協同聯合作戰模式，在更貼近未來戰場復雜電磁環境的條件下檢驗武器裝備。

4 結束語

本文從復雜電磁環境的概念出發，分別描述了美軍和我軍對復雜電磁環境的定義；圍繞復雜電磁環境構建及效能評估，分析了國內外發展現狀；最后以發展現狀為基礎，對復雜電磁環境構建及效能評估的未來發展趨勢和未來發展特點進行了展望。隨著對復雜電磁環境研究的不斷深入，復雜電磁環境的構建及效能評估必將更加科學與完善。