訓練電磁環境距離壓縮構設相關問題研究＊

李文鵬 馮 濤 蔡 嘯

（中國洛陽電子裝備試驗中心 洛陽 471003)

1 引言

訓練電磁環境是對戰場電磁環境的模擬，構設與未來實戰完全一致的復雜電磁環境既不切實際，也無法操作［1］。當前，任務籌劃中，基于“戰場移位、等效縮比”思想所確定的配訓裝備配置位置是一個固定的點位置，而實際構設時，受訓練場區大小、位置、地形條件以及基地現有裝備條件、保障條件等因素客觀限制，滿足通視等基本要求的配訓裝備實際部署位置可能需要在所確定的點位置周圍一定區域范圍內選擇，從而導致實際構設的訓練電磁環境對戰場電磁環境的理論逼真度是一個未知量，且常因實際配置距離偏近或偏遠而降低了訓練電磁環境對戰場電磁環境的實際逼真度。

針對此問題，本文從相似系統角度，基于相似理論基本原理和相似度計算基本方法，結合距離壓縮構設思想，考慮在“場區受限、功率有限”背景下的基地訓練電磁環境構設基本步驟，重點分析滿足一定逼真度的配訓裝備配置位置區間確定方法，以期能方便配訓裝備配置位置的靈活選取，提高訓練電磁環境對戰場電磁環境的實際逼真度。

2 相似系統基本理論及相似度計算公式分析

相似性科學是研究系統間相似程度及其應用的新興學科，在工程科學、仿真科學等諸多領域有著廣泛應用［2］。從仿真建模角度看，若視戰場電磁環境為原型系統，訓練電磁環境為仿真系統，則構設訓練電磁環境等同于構設以戰場電磁環境為原型系統的仿真系統，評估訓練電磁環境的逼真度等同于評估仿真系統對原型系統的置信度［3］。因此，參考仿真建模基本經驗，筆者認為：為提高訓練電磁環境構設效率和逼真度，可首先選取戰場電磁環境若干關鍵特征作為模擬的重點，然后以選定的關鍵特征作為相似要素評估訓練電磁環境的逼真度。因此，相似系統基本原理及其應用的相關文獻對本文研究有著直接指導意義。

2.1 相似理論基本原理及應用

相似系統基本原理包括序結構原理、信息原理、同源性原理和共適性原理等，這些原理反映了相似系統的形成和演變規律。

其中，序結構原理認為任何系統都有一定的序結構，系統的特性取決于系統的時間序、空間序、功能序和結構序，當兩個系統存在相似性時，系統間的相似程度大小取決于各種序結構的共同性程度；信息原理認為系統序結構的形成和演化與系統中的信息作用有關，由要素構成的系統在信息作用下，各要素間相互聯系、相互配合，最終使系統內各要素相互協調、富有規律性。

因此，作為戰場電磁環境的仿真系統（或相似替代系統)，要想提高訓練電磁環境對戰場電磁環境的相似程度，在訓練電磁環境構設之初，就應考慮如何以某種形式、最大程度地反映戰場電磁環境的序結構，并努力使所構設的訓練電磁環境與戰場電磁環境在信息作用內容、作用形式、信息場強度及其分布規律等方面盡可能接近。為此，筆者認為，訓練電磁環境構設要努力實現以下幾個方面相似：

1)裝備相似：配訓裝備輻射信號的類型、波段、體制、樣式等特性要與模擬的敵方裝備相似。

2)信號及其能量相似：參訓裝備位置處的電磁信號環境、特別是各信號的能量等，要與戰場上我方裝備位置處的電磁信號環境相似、信號能量相似。

3)戰術相似：參訓裝備和配訓裝備要模擬實戰部署，訓練電磁環境態勢要反映戰場戰術變化。

4)時間相似：帶有演習背景的訓練各階段時間安排和結點轉化要與真實的作戰過程具有可比性。

2.2 相似度計算基本公式分析

假定系統A和B 之間共有n（n≤min（k，l))個相似元，若用qn表示要素數量對系統相似度的影響（要素相似度)，qu表示全部相似元對系統相似度的影響（系統相似度)，q表示系統的整體相似度，則［4～7］：

其中，q（ui)為第i個相似元的相似度，βi為基于相似元對系統相似度影響大小不同而取的權重系數。由式（1)～式（3)可見，系統A和B 的相似度大小取決于系統組成要素的數量、相似元的相似度和各相似元的權重系數。

系統組成要素數量和各相似元權重系數取值與評價目的和評價實施者有關，具有一定主觀性，不同評價目的和評價實施者得出的結果數值差別可能較大。因此，從切實提高系統整體相似度角度看，提高系統A對B的整體相似度關鍵在于提高每一個具體相似元的相似度q（ui)，對應于訓練電磁環境構設，即應努力從戰場電磁環境的每一個關鍵特征上去逼真模擬。

關于相似元相似度q（ui)的確定方法有多種，針對可以定量表示的組成要素所對應的相似元，目前較常見的計算方法如下［4～7］：

在仿真系統置信度評估中，yr為原型系統的實際數值，ys為仿真系統的仿真數值，對應于訓練電磁環境構設，yr可認為是對戰場電磁環境中第i個關鍵特征的估計值，ys是所生成的訓練電磁環境在第i個關鍵特征上對戰場電磁環境的模擬值。

3 基于相似系統理論的訓練電磁環境距離壓縮構設基本步驟

當前，圍繞訓練電磁環境構設，相關學者紛紛開展了卓有成效的研究。例如：文獻［8］將訓練電磁環境構設方法分為外場全實物、外場半實物、信號注入式和全數字計算機仿真模擬等四種；文獻［9］將訓練電磁環境構設方法分為區域以小帶大、背景等效模擬、頻率限制使用、輻射加大強度、干擾抵近配置等五種。綜合上述研究成果可見，訓練電磁環境構設通常綜合運用實裝構設、器材模擬、信號注入等手段和全面構設法、重點構設法、距離壓縮構設法、復合替代構設法、定點構設法、伴隨構設法等方法進行，其中，距離壓縮構設法是在演習區域受限或者裝備器材的性能達不到模擬目標的功率性能時，適當靠近被干擾對象布設裝備器材的方法。

實際上，“演習區域受限、裝備器材性能達不到”是訓練基地開展實戰化基地訓練時普遍面臨的客觀基礎，近年來多數訓練基地在承擔大型訓練演練任務時，基于自身場區條件和裝備基礎，采用“戰場移位、等效縮比”等手段所構設的訓練電磁環境，一定意義上即是對“距離壓縮構設法”的自覺運用。因此，在前文分析基礎上，本節探討基于相似系統理論的訓練電磁環境距離壓縮構設基本步驟。

受領任務后，在基本情況分析（包括參訓部隊基本情況、作戰對手基本情況、參訓部隊訓練需求、基地現有訓練條件和能力)基礎上，筆者認為，基于相似系統理論的訓練電磁環境距離壓縮構設可參照以下步驟進行：

1)確定想定戰場及其序結構和信息作用，依據作戰進程劃分作戰階段，選擇典型作戰階段所對應的典型電磁環境作為訓練中著力構建的重點，詳細內容包括：

· 確定戰略戰役背景、雙方力量編成、基本對抗態勢和作戰行動構想等；

· 確定戰場敵我用頻裝備的種類、數量、組網方式，各裝備的戰技指標、工作體制、信號特征及相互間的信息作用等；

· 根據作戰行動構想劃分作戰階段，分析各階段特點及敵我用頻裝備運用規律，包括分布規律、機動規律、用時規律、用頻規律及相互間信息作用規律等；

· 依據各階段電磁環境特點分析，選定有代表性、可擴展的典型作戰階段所對應的電磁環境作為訓練中著力構設的重點；

· 瞄準典型階段對應的典型電磁環境，確定典型電磁環境中戰場總體電磁態勢隨時間的變化規律，以及各具體輻射源的分布及其輻射活動隨時間的變化；

2)基于相似理論基本原理，以裝備相似為基礎，以信號相似為目的，選定與敵方裝備類型、工作波段、工作體制、信號樣式以及電磁輻射特性等基本相同的基地裝備（或協調裝備)作為配訓裝備，綜合采用復合替代等方法模擬敵方裝備；

3)采用距離壓縮構設，以實現信號能量相似為目的，基于敵方裝備和配訓裝備的發射脈沖功率和天線增益，考慮傳輸損耗等因素，確定配訓裝備距參訓裝備的配置距離，根據模擬需求和戰場戰術要求，確定配訓裝備的配置數量及其配置間隔；

4)根據場區地形條件，在滿足通視等基本要求的區域，按所確定的距離和間隔部署參訓裝備和配訓裝備；

5)基于相似系統基本理論，以戰術相似為目的，以時間相似為依據，按作戰進程，依次選取各典型作戰階段所對應的典型戰場電磁環境的關鍵特征作為模擬重點并盡力逼真模擬之，依次生成反映作戰進程的典型訓練電磁環境；

6)在電磁環境監測的基礎上，評估所生成的各階段典型電磁環境對戰場電磁環境的逼真度，若逼真度滿足要求則完成構設，若否，則需調整裝備的部署位置或輻射方向，直至生成滿足逼真度要求的訓練電磁環境為止。

補充說明的是：筆者認為，戰場電磁環境關鍵特征可區分專業（雷達、通信、光電等)，區分科目（電子干擾、偵察探測、指揮控制、導航定位、制導火控、敵我識別等)，從信號層的相關指標中進行提取，如信號的頻率范圍、輻射功率、信號帶寬、調制樣式、信號類型等。

4 基于相似度計算的配訓裝備配置位置區間確定方法

以雷達裝備為例，在使用距離壓縮構設法確定配訓裝備距參訓裝備的配置距離時，基于相似系統理論、滿足一定逼真度的配訓裝備配置位置區間可采用如下方法確定：

由相似元相似度計算式（4)可知，要使訓練中到達參訓裝備位置處的信號輻射功率（實際輻射功率)S2與想定戰場環境中參訓裝備處的信號輻射功率（預期輻射功率)S1具有90%以上的相似度，則S1和S2應滿足式（5)：

假定，敵方威脅裝備距我作戰裝備的空間距離為R1公里，威脅裝備的脈沖發射功率Pt1，天線增益為Gt1，模擬威脅裝備的配訓裝備的脈沖發射功率為Pt2，天線增益為Gt2，則由距輻射源R公里處的雷達發射信號功率密度計算式（7)可知：

采用距離壓縮法構設訓練電磁環境時，要使訓練電磁環境與戰場電磁環境在組成要素“輻射功率”上具有90%以上相似度，配訓裝備距參訓裝備的實際配置位置R2可由式（8)確定：

亦即：滿足與戰場電磁環境在關鍵特征“輻射功率”上具有90%以上理論相似度的配訓裝備配置位間、在各限制因素的制約下選擇；當實際配置位置在區域選擇時，預期輻射功率與實際輻射功率滿足S1≥S2；當 實際配置位置在距參訓裝備輻射功率與實際輻射功率間滿足S1＜S2。

式（8)中A為損耗因子，表征因大氣對電磁波的吸收和散射、電磁波繞過地球表面或障礙物的繞射等因素所造成的傳輸損耗。實地構設中，考慮到訓練氣象、地形條件與戰場氣象、地形條件可能存在的差異，反映電磁波傳輸損耗的損耗因子A1和A2可依據相關經驗取值，取值范圍可參考文獻［10］。

基于上述方式確定配訓裝備的配置位置區間并實地完成訓練部署后，即可轉入前文所述訓練電磁環境構設的第（5)～（6)步：基于相似系統基本理論，依次選取典型戰場電磁環境的若干關鍵特征作為模擬的重點，并盡力逼真模擬之；然后再在逼真度評估的基礎上，調整裝備部署位置或輻射方向，逐步提高各訓練電磁環境的實際逼真度。

需要說明的是，依托實體裝備或模擬器材構設的訓練電磁環境與真實戰場電磁環境一樣，具有熱效應、強電場效應、電磁干擾效應和磁效應［1］。應考慮參訓兵力對訓練電磁環境的響應，設計合理的電磁應力，防止因信號過載、場強過強對參訓人員和裝備造成損傷［1］。因此，使用距離壓縮構設法構設訓練電磁環境時，不能無限制的壓縮裝備之間的配置距離，反而應當設定必要的安全距離或限制裝備的峰值功率。即：在參訓裝備和人員可承受的電磁應力范圍內，確定各裝備之間的配置位置和配置間距。當因訓練地域受限，裝備之間的配置距離較近時，應限制各裝備的電磁輻射功率，以防止復雜電磁環境效應對參訓裝備或人員的損害。

5 結語

距離壓縮構設法是基地訓練電磁環境構設中的常用方法，提高訓練電磁環境的逼真度是開展實戰化基地訓練必須解決的重要問題。本文基于相似系統基本理論，結合基地訓練電磁環境構設實踐，分析了訓練電磁環境構設應努力實現的幾個相似原則，提出了基于相似系統理論的訓練電磁環境距離壓縮構設基本步驟，給出了基于相似度計算、滿足一定逼真度要求的參訓裝備配置區間確定方法，可為降低訓練電磁環境構設的盲目性，提高訓練電磁環境對戰場電磁環境的逼真度提供參考和借鑒。

訓練電磁環境構設是一個復雜的系統工程，實際構設中要考慮方方面面的因素，本文基于相似系統理論，給出的訓練電磁環境距離壓縮構設基本步驟和滿足一定逼真度要求的配訓裝備配置位置區間確定方法是粗淺和帶有嘗試性的，后續還要在相似系統理論指導下，深入研究戰場電磁環境的描述方法、訓練電磁環境的構設方法和訓練電磁環境的逼真度評估方法，以完善訓練電磁環境構設全過程研究，提高所構設的訓練電磁環境的逼真度。

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