復雜電磁環境逼真構建的評價指標

戎建剛，王　鑫，陳　飛，查麗萍(中國航天科工集團8511研究所，江蘇南京210007)

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復雜電磁環境逼真構建的評價指標

戎建剛，王鑫，陳飛，查麗萍
(中國航天科工集團8511研究所，江蘇南京210007)

摘要:以武器裝備感受的復雜電磁環境為關注點，以等效構建復雜電磁環境的“干擾場景、干擾技術、干擾戰術、干擾強度”四個構成要素為基礎，提出了干擾場景符合性、干擾技術逼真度、干擾戰術逼真度和干擾強度逼真度的評價指標及其計算方法，為評估復雜電磁環境構建的逼真性提供了量化指標。

關鍵詞:復雜電磁環境;等效模擬;逼真構建;逼真度

0　引言

由于電子對抗的加入，戰場電磁環境變得愈加復雜，一般稱之為復雜電磁環境。對于依靠射頻信息完成作戰任務的高技術武器裝備，復雜電磁環境已成為影響其作戰效能的主要因素。如何構建與實際戰場逼近的復雜電磁環境，成為當前科研試驗和作戰訓練的緊迫問題。文獻［1］提出了基于信號特征的復雜電磁環境構建逼真度評估和基于影響效果的電磁環境構建逼真度評估兩種模型，文獻［2］研究了雷達對抗裝備試驗電磁環境構建的要素，主要包括雷達信號密度、電磁信號的強度/樣式/分布特性。由于電子對抗是引起電磁環境復雜化的根本原因，僅僅從信號層面分析研究復雜電磁環境難以覆蓋電子對抗的主要影響因素。因此，文獻［3～4］從電子對抗的角度研究威脅電磁環境典型化問題，提出了“典型干擾場景、典型干擾戰術、典型干擾技術、典型干擾強度”的概念，文獻［5］初步探討了復雜電磁環境等效構建要素及逼真構建方法。本文以武器裝備感受的復雜電磁環境為關注點，在文獻［3～5］的研究成果基礎上，對相關概念和方法進一步完善和補充，并深入開展復雜電磁環境構建逼真度評價指標的量化計算方法研究。

1　復雜電磁環境構建要素分析

孫子兵法曰“兵無常法，水無常形”，復雜電磁環境逼真構建無固定參照對象，或者說無明確的參考標準，研究逼真構建問題似乎無從下手。眾所周知，世界上存在各種各樣的物體，為了描述每種物體的立體幾何形狀，只需要建立空間三維坐標系。同理，如果我們從復雜多樣的戰場電磁環境中找出共性的東西，并進一步提煉出構成要素，等同于建立了構建復雜電磁環境的坐標系，再用構成要素去重構需要的復雜電磁環境。

如何提煉出這些構建要素?可以采用類比的研究方法。由于大多數體育競技比賽項目是從人類歷史上各種戰爭演變而來，在研究方法上可以相互借鑒。比如，軍事作戰不是個人的單打獨斗，雙方都有一群人參與，與足球、籃球等團體性對抗賽可以類比，一次干擾作戰好比是一場足球比賽，表1列出了干擾作戰與足球比賽的類比關系。為了建立一個與實際比賽非常接近的訓練環境，我們觀察足球比賽環境:首先看到的是比賽場景，包括場地的大小、雙方球員在場上相互動態關系，教練員、觀眾、天氣、草坪等背景情況;其次是雙方球員的技術水平，包括年齡、身體素質、個人技能等;第三是球場上雙方采用的比賽戰術，包括雙方球隊的攻防策略、各球員在球場奔跑完成防守、反擊、助攻等;第四是比賽強度，每一位球員遇到對方拼搶的激烈程度。在干擾作戰中，以防空導彈攻擊飛機為例，把戰場比作球場，把戰場中進攻方導彈、防御方飛機目標及其各種自衛干擾裝備比作雙方球員，作戰背景(敵友雙方非參戰裝備、民用通信設備、地理環境等)相當于球場背景情況，把干擾戰術比作比賽戰術，把被試裝備感受的干擾強度比作球員遇到的拼搶強度，二者之間的關系可以一一對應。這樣，我們就把戰場復雜電磁環境與一個足球比賽環境在研究方法上建立了聯系，由此可以得出干擾場景、干擾技術、干擾戰術、干擾強度四個構建要素。

表1　足球比賽與干擾作戰要素類比一覽表

2　復雜電磁環境逼真構建方法

對于構建被試武器裝備感受到的復雜電磁環境，需要考慮上述四個要素是否為構建要素的最小集。顯然，干擾場景、干擾戰術、干擾技術是表示戰場干擾作戰的三個不同方面，相互獨立，而被試武器裝備感受的干擾強度是這三個要素共同作用產生的結果。因此，前三個要素既是構建要素(組成了構建復雜電磁環境的坐標系)，也是該要素是否逼真的評價指標;第四個要素是評價要素，是對構建電磁環境是否逼真的評價指標。

就武器裝備感受到的復雜電磁環境而言，在干擾對抗作戰過程中，如果構建的復雜電磁環境和想定的電磁環境在干擾場景、干擾技術、干擾戰術等效的條件下，對被試武器裝備產生相同的干擾強度，就認為這次干擾戰術過程中構建的復雜電磁環境逼真于想定的復雜電磁環境。由于干擾強度是各種電磁信號合成的結果，并且相同的結果可以由不同的干擾分量來實現，等效構建的復雜電磁環境只是其中的一種，這就為等效構建提供了更大的靈活性。

復雜電磁環境要素重構方法如圖1所示。

圖1　復雜電磁環境要素重構方法

1)干擾場景等效構建:利用干擾場景庫或重新設計干擾場景，使構建環境中所用設備的類型、數量、布置位置等與想定作戰環境一致。

2)干擾技術等效構建:構建環境中各類模擬或實裝設備，其技術體制和技術性能，與想定作戰環境中的各類設備一致。

3)干擾戰術等效構建:利用干擾戰術庫或重新設計干擾戰術，通過控制作戰過程、選擇干擾組合、確定干擾時機，使構建環境中模擬作戰過程的關鍵點與想定作戰一致。

4)武器裝備天線口面干擾強度等效:以被試武器裝備為對象，控制構建三要素中相關參數，使其接收天線處的干擾強度與想定作戰過程一致。

3　復雜電磁環境逼真構建評價指標計算方法

3．1干擾場景符合性指標Ω

干擾場景包括作戰規模、攻擊目標、對抗裝備三個方面的內容，構建干擾場景的物理空間通常采用縮比方式實現，而其評價指標的計算可以采用列表對比的方式，如表2所示，對構建復雜電磁環境與想定環境中主要項目逐項比較，再給出是否符合的評判結論，用Ω表示。

表2　干擾場景符合性檢查一覽表

3．2干擾技術逼真度指標μ

干擾技術逼真度是指模擬設備與電子對抗裝備在干擾技術性能上的近似程度。模擬設備與電子對抗裝備“一對一”的技術逼真度計算公式如下:

式中，μi為第i個模擬設備“一對一”模擬電子對抗裝備的逼真度; Mij'為第i個電子對抗裝備的第j個技術指標值; Mij"為第i個模擬設備的第j個技術指標值，共有M個指標，wij為各指標加權值。

公式中對技術指標值產生的正負誤差做了歸一化處理。

3．3干擾戰術逼真度指標ν

圖2中把反艦導彈作戰過程細分成若干階段，包括目標監視、目標瞄準、導彈發射、導引頭捕獲目標、穩定跟蹤目標、命中目標等階段。可以把作戰過程分解為干擾技術與時間和空間的一系列組合，用干擾戰術的時間、地點、干擾強度三要素集{ t1，w1，j1}，{ t2，w2，j2}，…，{ tn，wn，jn}表示。

干擾戰術逼真度是指模擬設備與電子對抗裝備在干擾實施過程的近似程度。把導彈作戰過程分成N個階段，每個階段有K個裝備對導彈產生影響，每個裝備的某一種工作狀態，如: {待機、偵察、干擾、邊偵察邊干擾……}，用Qij表示，則第i階段戰術逼真度νi和整個作戰過程的戰術逼真度ν計算公式如下:

式中，Qij'為第i階段第j個裝備的工作狀態; Qij"為第i階段第j個模擬設備的工作狀態，當工作狀態Qij"≠Qij'時，(Qij" / Qij') = 0，否則為1。wij'和wi為加權值。

3．4干擾強度逼真度指標ρ

干擾強度逼真度是指模擬設備與電子對抗裝備在模擬作戰過程中使被試武器裝備感受干擾的近似程度。圖2中，導彈作戰的每個階段將電子對抗裝備產生的干擾強度與模擬設備產生的干擾強度進行比較，考慮各階段對整個作戰過程的影響權重wi'，以及每個階段干擾戰術的影響νi，可以得到導彈作戰過程中感受的干擾強度逼真度ρ如下:

式中，si'、mi'為第i階段裝備產生的電磁環境強度值; si"、mi"為第i階段模擬設備產生的電磁環境強度值; ki1和ki2為s和m之間的權值，必須保證二者之和為1。

在干擾場景中，針對對抗裝備提出了干擾技術逼真度和干擾戰術逼真度，對目標和背景模擬裝備，如果需要，也可以提出相關的逼真度要求。

需要說明的是，干擾強度逼真度是針對一次干擾戰術過程而言，只有所有干擾戰術過程都滿足逼真度要求，才能說構建復雜電磁環境對被試武器裝備的影響等同于戰場復雜電磁環境，或者說構建的復雜電磁

圖2　干擾作戰過程　

環境逼真于戰場復雜電磁環境。

4　結束語

復雜電磁環境的構建通常以數字仿真、半實物仿真和實裝設備及其組合的形式來實現，針對被試武器裝備感受的復雜電磁環境逼真性問題，本文提出了干擾場景符合性Ω、干擾技術逼真度μ、干擾戰術逼真度ν和干擾強度逼真度ρ指標的計算方法。根據作戰、訓練、試驗等不同用途，可以只關心其中某幾個指標的逼真性，例如，作戰和訓練更關心干擾場景和干擾戰術逼真性，而科研試驗更關心干擾技術和干擾戰術逼真性。

實際使用時，復雜電磁環境構建的逼真度往往跟付出成本代價相關聯，對逼真度的要求，主要是滿足被試對象的使用要求。一般而言，技術越先進、測量精度越高的武器裝備，對構建逼真度的要求就越高，具體多少能滿足要求，需要工程經驗的積累。

參考文獻:

［1］金朝，徐忠富，王成威，等．電磁環境模擬構建與逼真度評估［J］．電子信息對抗技術，2015，30(3) : 54－58．

［2］崔積豐，田益明，韓偉．電子裝備試驗電磁環境構建方法［J］．電子信息對抗技術，2012，27(1) : 60－64．

［3］戎建剛，王鑫，張衡，等．復雜電磁環境的指標體系［J］．航天電子對抗，2013，29(3) : 54－57．

［4］戎建剛，王鑫，魏建寧．威脅電磁環境的分級方法［J］．航天電子對抗，2013，29(6) : 33－36．

［5］戎建剛，唐莽，王鑫，等．戰場電磁環境的逼真構建方法［J］．航天電子對抗，2014，30(1) : 24－28．

Assessment index for the realistic construction of complex electromagnetic environment

Rong Jiangang，Wang Xin，Chen Fei，Zha Liping
(No．8511 Research Institute of CASIC，Nanjing 210007，Jiangsu，China)

Abstract:Focus on the complex electromagnetic environment of the weapon equipment，and base on four elements which are jamming scene，jamming technology，jamming tactic，and jamming intensity for the equivalent construction of complex electromagnetic environment，the assessment index and computational method of the jamming scene’s compliance，the jamming technology’s fidelity，the jamming tactic’s fidelity and the jamming intensity’s fidelity have been proposed，which provide the quantitative index for the fidelity evaluation of the complex electromagnetic environment construction．

Key words:complex electromagnetic environment; equivalent simulation; realistic construction; fidelity

作者簡介:戎建剛(1963－)，男，研究員，主要研究方向為導彈電子對抗技術。

收稿日期:2015－10－10; 2015－12－30修回。

中圖分類號:TN97

文獻標識碼:A