基于XSIM 平臺(tái)某型雷達(dá)數(shù)字模型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)?

王學(xué)良 周文強(qiáng)

（1.92941部隊(duì) 葫蘆島 125001）（2.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十四研究所 南京 210000）

1 引言

在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中，單一武器系統(tǒng)決勝作用逐漸弱化，體系對(duì)抗能力將成為制勝關(guān)鍵。從近年來(lái)各地區(qū)高技術(shù)局部戰(zhàn)爭(zhēng)情況看，體系對(duì)抗態(tài)勢(shì)呈現(xiàn)復(fù)雜化、多元化，一體化聯(lián)合作戰(zhàn)樣式更為凸顯，作為體系作戰(zhàn)不可或缺的關(guān)鍵點(diǎn)，以雷達(dá)為主體的預(yù)警探測(cè)及目標(biāo)引導(dǎo)能力至關(guān)重要［1～2］。鑒于和平環(huán)境下，體系對(duì)抗缺少有效的平臺(tái)、環(huán)境支撐，因此，一般采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)體系作戰(zhàn)條件下綜合能力仿真評(píng)估。在體系作戰(zhàn)仿真過(guò)程中，由于仿真要素多、仿真過(guò)程實(shí)時(shí)性要求高等條件限制，需要對(duì)雷達(dá)數(shù)字模型仿真粒度和復(fù)雜度進(jìn)行合理控制，以節(jié)約仿真資源。本次雷達(dá)數(shù)字模型為任務(wù)級(jí)，主要完成預(yù)警探測(cè)和目標(biāo)指引功能性仿真模擬。

2 雷達(dá)數(shù)字模型基本需求

在對(duì)美某型雷達(dá)進(jìn)行情報(bào)調(diào)研與反設(shè)計(jì)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合仿真模型應(yīng)用背景，明確雷達(dá)模型詳細(xì)功能需求，通過(guò)功能模塊拆解并分模塊建模，最終完成雷達(dá)模型的構(gòu)建［3～4］。雷達(dá)功能模擬的基本需求如下：

1）具備模擬美某型艦載雷達(dá)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)特性及工作過(guò)程功能；

2）雷達(dá)探測(cè)模型具備接收目標(biāo)實(shí)時(shí)位置及特性信息模擬雷達(dá)裝備的作戰(zhàn)過(guò)程和作戰(zhàn)性能，輸出探測(cè)結(jié)果功能；

3）具備模型工作參數(shù)設(shè)定，具備模型工作狀態(tài)、探測(cè)信息等顯示功能；

4）仿真步長(zhǎng)：TAS模式下數(shù)據(jù)率10Hz；

5）目標(biāo)類(lèi)型：氣動(dòng)類(lèi)、彈道類(lèi)等；

6）目標(biāo)數(shù)量：TAS模式30批，TWS模式500批。

3 軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

3.1 軟件組成

雷達(dá)數(shù)字模型庫(kù)包含四個(gè)文件，分別是Radar-Simulation.dll、RadarSimulation.lib、RadarSimulation.h 和雷達(dá)模型參數(shù).txt。模型庫(kù)僅與XSim Studio 平臺(tái)交互，平臺(tái)通過(guò)調(diào)用模型庫(kù)的函數(shù)來(lái)完成功能實(shí)現(xiàn)［5］，功能框圖參見(jiàn)圖1。

圖1 雷達(dá)模擬軟件的功能框圖

3.2 軟件部署

操作系統(tǒng)：Windows XP/Windows 7/Windows 8/Windows 10/Windows Server 2003/Windows Server 2008。

開(kāi)發(fā)環(huán)境：Visual Studio 2010。

模型庫(kù)不依賴(lài)任何第三方庫(kù)，在Windows平臺(tái)上，將庫(kù)文件拷入XSIM 開(kāi)發(fā)平臺(tái)中并配置好環(huán)境參數(shù)，模擬庫(kù)即可正常調(diào)用。《雷達(dá)模型參數(shù).txt》作為雷達(dá)信息的配置文件，可在文件中配置該雷達(dá)的各項(xiàng)性能參數(shù)。庫(kù)文件說(shuō)明詳見(jiàn)表1。

表1 庫(kù)文件說(shuō)明

3.3 軟件流程

雷達(dá)數(shù)字模型主要實(shí)現(xiàn)探測(cè)、引導(dǎo)及目指保障功能。模型提供雷達(dá)在威力范圍內(nèi)的探測(cè)跟蹤功能，對(duì)多方向、多角度、多類(lèi)型的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定跟蹤，并對(duì)不同需求的跟蹤目標(biāo)進(jìn)行多種數(shù)據(jù)率、多種精度的仿真，數(shù)據(jù)率及精度指標(biāo)與裝備雷達(dá)相近［6～8］。模型提供指揮控制系統(tǒng)下發(fā)的引導(dǎo)指令進(jìn)行處理，將引導(dǎo)跟蹤的目標(biāo)位置輸入到雷達(dá)威力計(jì)算方程中，得出雷達(dá)能否對(duì)該批目標(biāo)實(shí)現(xiàn)截獲跟蹤的結(jié)論，并向指揮控制系統(tǒng)反饋是否能穩(wěn)定跟蹤，在收到引導(dǎo)命令且能夠進(jìn)行引導(dǎo)跟蹤的情況下，模型則會(huì)對(duì)引導(dǎo)目標(biāo)截獲建航之后進(jìn)行穩(wěn)定跟蹤［3，9～10］。模型為武器控制系統(tǒng)提供最多30 批的目標(biāo)指示功能，對(duì)于存在超過(guò)30 批目標(biāo)的飽和攻擊態(tài)勢(shì)，模型可以根據(jù)目標(biāo)威脅度排序來(lái)優(yōu)先保障威脅等級(jí)較高的目標(biāo)，同時(shí)可以兼顧中遠(yuǎn)程探測(cè)及低空警戒。雷達(dá)數(shù)字模型軟件流程如圖2所示。

圖2 雷達(dá)數(shù)字模型軟件流程

3.4 接口報(bào)文

模型庫(kù)給平臺(tái)提供了8 個(gè)接口報(bào)文，平臺(tái)通過(guò)調(diào)用此類(lèi)接口函數(shù)可以完成雷達(dá)仿真功能，主要包括雷達(dá)初始化函數(shù)、設(shè)置雷達(dá)參數(shù)、設(shè)置雷達(dá)站址、設(shè)置雷達(dá)探測(cè)距離、獲取雷達(dá)信息、獲取雷達(dá)探測(cè)信息、設(shè)置雷達(dá)引導(dǎo)參數(shù)、獲取雷達(dá)引導(dǎo)信息等。詳見(jiàn)表2。

表2 接口函數(shù)說(shuō)明

4 動(dòng)態(tài)驗(yàn)證

采用動(dòng)態(tài)模型驗(yàn)證方法對(duì)雷達(dá)數(shù)字模型進(jìn)行驗(yàn)證。將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（或情報(bào)數(shù)據(jù)）的初始條件作為仿真試驗(yàn)的初始條件，將仿真程序計(jì)算的實(shí)體軌跡、飛行速度和姿態(tài)角等與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（或情報(bào)數(shù)據(jù)）對(duì)比，通過(guò)計(jì)算動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的TIC 不等式系數(shù)、相關(guān)系數(shù)給出仿真模型的驗(yàn)證結(jié)論。

4.1 驗(yàn)證方法

4.1.1 TIC不等式系數(shù)

設(shè){xn} 和{yn} 分別為飛行試驗(yàn)和仿真試驗(yàn)的觀測(cè)序列，n=1,2,…,N。定義這兩序列的Theil不等式系數(shù)（TIC）：

該系數(shù)的取值從0 到1，0 表示兩序列完全相同。TIC 不等式系數(shù)指標(biāo)計(jì)算方便，不涉及時(shí)序的分布特性［11］。

4.1.2 相關(guān)系數(shù)法

相關(guān)系數(shù)法同TIC 不等式系數(shù)法一樣比較直觀，也可作為一種粗略的定量分析手段［11］。設(shè)兩個(gè)序列{xn} 和{yn} 分別是飛行試驗(yàn)記錄樣本與仿真模型輸出序列樣本，N為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。定義平均歐氏距離系數(shù)：

相關(guān)系數(shù)：

角余弦系數(shù)：

平均歐氏距離是對(duì)兩序列之間絕對(duì)誤差的一種描述，相關(guān)系數(shù)和角余弦系數(shù)的取值范圍為0～1，越接近1表明兩序列的相關(guān)性越大。

4.2 驗(yàn)證結(jié)果

通過(guò)動(dòng)態(tài)參數(shù)模型驗(yàn)證方法［12］，將雷達(dá)的仿真數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)代入計(jì)算模型，分別得出比對(duì)結(jié)果。詳見(jiàn)表3。

表3 動(dòng)態(tài)驗(yàn)證結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)美某型艦載雷達(dá)使命任務(wù)和基本性能，提出了一種基于XSIM 平臺(tái)某型艦載雷達(dá)數(shù)字模型設(shè)計(jì)方法和技術(shù)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)動(dòng)態(tài)模型驗(yàn)證方法對(duì)數(shù)字模型驗(yàn)證的結(jié)果表明數(shù)字模型滿(mǎn)足仿真要求。該模型可有效支撐任務(wù)級(jí)或交戰(zhàn)級(jí)數(shù)字仿真，可通過(guò)函數(shù)調(diào)用方式完成任務(wù)中雷達(dá)功能仿真模擬實(shí)現(xiàn)。