艦載雷達仿真試驗用態勢與環境建模實施方法

吳競超,王玲玲,袁 越

(中國船舶集團有限公司第八研究院,南京 211153)

0 引 言

在信息化作戰過程中,雷達系統一般都是在復雜的電磁干擾環境下完成各種作戰任務[1]。海上電子干擾環境、新型目標特性的日趨復雜,以及海上多重多變的自然電磁環境對艦載雷達探測性能的影響,都對艦載雷達設計研制提出了更高的要求。現代仿真技術提出用仿真方法確定實際系統的模型[2],如何構建更為客觀高效的艦載雷達探測的態勢環境仿真模型成為領域內技術研究熱點。

艦載雷達態勢環境建模是構建艦載雷達數字仿真試驗平臺的重要組成和實現艦載雷達數字仿真試驗的必備條件。針對艦載雷達仿真設計和研制對探測態勢環境仿真模型的能力需求,本文提出一種艦載雷達態勢環境仿真模型設計方法,可支撐艦載雷達技術性能、戰術功能和使用性能設計及研制優化。

1 仿真模型系統原理架構

艦載雷達態勢環境仿真模型系統是目標態勢和電磁環境(含人為電子干擾環境和自然電子干擾環境)等態勢環境的系統仿真建模,通過對雷達系統仿真設計和所需態勢環境模型功能系統的抽象化數字描述,并轉換為能在計算機上運行的等價系統模型及數據,實現對艦載雷達態勢環境的系統仿真。

艦載雷達態勢環境仿真模型系統功能架構如圖1所示,主要包括系統應用層、功能層、性能層及業務工具層、數據支撐層等,其中應用層用于支撐雷達仿真系統模型的試驗、驗證與評估、優化。

圖1 艦載雷達態勢環境仿真模型系統體系原理架構

系統可以采用態勢環境實時仿真數據、加載態勢環境仿真數據庫數據和實裝實際試驗采集的態勢環境數據,按艦載雷達系統仿真模型試驗驗證的仿真環境布站要求,通過時空統一接口協議,構建和生成所需的空中目標、海面目標(含低空小目標)、岸基目標和人為有源/無源干擾環境、自然電磁環境等艦載雷達態勢環境主要性能模型,并以此形成集目標、人為干擾、自然電磁環境等為一體的態勢環境,經多維綜合,實現艦載雷達系統仿真模型試驗驗證所需的艦載雷達態勢環境仿真系統模型。

為確保可以客觀地支撐艦載雷達系統仿真模型的試驗驗證,根據系統需仿真試驗驗證的有源/無源干擾樣式和等級,以及海上自然電磁環境等級(如不同海域、海況、風速、地物背景等),開展艦載雷達態勢環境仿真模型態勢評估,以針對性地滿足仿真模型對不同態勢環境下的試驗驗證需求。

2 仿真系統模型及其功能

艦載雷達態勢環境仿真用模型組成和功能如圖2所示,包括:

圖2 艦載雷達態勢環境仿真模型典型組成圖

(1)自然電磁環境模型。包括對海雜波、氣象、電磁傳播等環境的仿真實現能力;

(2)目標模型。包括對空中、低空/超低空、海面等雷達主動探測目標和目標平臺雷達輻射源信號等雷達被動探測目標的仿真實現能力;

(3)電子干擾模型。包括對自衛式壓制和欺騙干擾、支援式壓制和欺騙干擾、多模組合干擾等人為有源干擾,以及假目標干擾、箔條干擾等人為無源干擾的仿真實現能力;

(4)態勢環境驅動模型。包括對面向雷達的需求轉換、雷達作戰環境、目標戰術分布、綜合數據生成,及其與統一態勢坐標轉化等有關的仿真實現能力;

(5)態勢環境控制與生成模型。包括對態勢環境預案生成及其環境模型、目標模型、態勢驅動模型的模式、方式等的編輯、處理、記錄和運行管理等控制的仿真實現能力;

(6)態勢環境評估模型。包括對態勢環境與實際應用需求的符合性評估、態勢環境性能評估、功能評估以及使用效能評估等的仿真實現能力。

3 基本設計方法

3.1 基本要求

(1)需求分析與態勢想定

需求分析與態勢想定是艦載雷達態勢環境仿真模型構架的重要前提和基礎,針對艦載雷達系統仿真模型的體制、功能和技術參數,確立態勢環境仿真模型的目標與要求;重點分析仿真建模對象的構成、邊界和環境,形成建模的前提約束和假設條件;明確建模的層次、粒態勢環境仿真參數的精度和使用范圍,形成態勢環境建模仿真條件和可接受準則。

(2)建模設計

艦載雷達態勢環境仿真建模是實現態勢環境及其各模塊仿真的關鍵。仿真建模軟件應符合軟件工程化要求,應能有效反映多需功能的特性和規律,滿足所需各類態勢仿真、評估等的可信度和精度,并具有模型校驗、驗證和確認的接口等。模型數據應滿足精度要求,且完備、準確,模型數據分類、數據內容描述和數據元單位符號、數據類型、長度、取值范圍、標示符等應規范。

3.2 基本流程

艦載雷達態勢環境仿真建模基本流程如圖3所示。由態勢驅動模型基于需求生成所需的態勢環境類別及其各種態勢與環境的布站模式,由態勢環境控制與生成模型建立態勢環境動態生成預案;根據態勢環境動態生成預案,調用和對自然電磁環境、目標環境、干擾環境的工作模式配置和參數設置;經時空統一后,進行自然電磁環境、目標環境、干擾環境等模型工作模式與參數的相互關聯和綜合,形成綜合態勢環境;再由態勢環境驅動模型根據艦載雷達系統仿真模型試驗,對各種目標、干擾等的實時位置機動、工作模式和工作參數變化等要求,進行綜合態勢的實時更新,更新后的綜合環境態勢須進行針對態勢環境與要求的功能、性能和應用效能等仿真結果及其置信度評估,當評估結果不滿足使用要求時,應調整原動態仿真預案,并以此重新建立所需的艦載雷達態勢環境。

圖3 艦載雷達態勢環境仿真建模基本流程圖

4 典型艦載雷達態勢環境仿真

針對艦載雷達不同性能仿真試驗對不同態勢環境的需求,應按需配置相應的目標態勢、人為干擾環境和自然電磁環境等模型。例如開展雷達對空探測精度試驗(含對空精度標校試驗)時,典型目標態勢須分別配置2個空中目標(1大、1小)和2個低空目標(1個低小慢、1個低小快),以滿足艦載雷達對不同空中典型目標的探測精度仿真要求,或對海分別配置作接近和遠離(含距離、方位)機動的大、中、小各2個海面目標。當開展艦載雷達抗復雜有源/無源干擾性能試驗時,應按需配置目標態勢、干擾環境和自然電磁環境等可等效實際使用的態勢與環境仿真模型,并分別經態勢環境驅動模型、態勢環境控制與生成模型形成各類仿真試驗所需的仿真態勢環境,由態勢環境評估模型評估所構建的仿真態勢環境與仿真試驗所需的態勢環境的一致性。

根據上述建模實施要求,針對艦載三坐標雷達仿真基本模型,開展對空動態誤差精度(標校)試驗用態勢環境的基本建模和應用,按需分別配置一級海況下的目標仿真基本模型和目標態勢特性,如表1所示。

表1 試驗用目標模型及目標態勢特性配置表

軟件環境的配置操作系統為Microsoft Windows,編程環境為Microsoft Visual、Matlab。態勢環境、目標環境、目標機動和干擾設置界面分別如圖4～7所示。

圖4 態勢環境設置界面

圖5 目標部署設置

圖6 目標機動設置

圖7 干擾設置界面

根據艦載雷達仿真參數及其模型試驗需求,由態勢環境驅動模型形成實時更新的連續試驗態勢環境參數,評估仿真結果及其置信度,結果表明:模擬的目標運動范圍大于被試雷達仿真模型對不同目標的最大作用距離的20%;空中目標運動高度5檔可調;低空目標運動高度3檔可調;目標距離位置、角度位置、速度精度均優于被試雷達仿真模型最小可檢測單元的1/3。在對導彈等目標機動速度仿真中模擬了1～6 Ma等多種速度,可支撐艦載雷達實裝試驗中難以實裝配置形成的超高聲速目標態勢。仿真實現的態勢環境參數滿足試驗需求。

5 結束語

針對艦載雷達仿真設計和研制對探測態勢環境仿真模型的能力需求及仿真模型技術發展趨勢,本文提出了一種艦載雷達態勢環境仿真模型設計方法。通過分析仿真模型的體系架構、模型要求和態勢環境仿真生成方法等,探討了艦載雷達態勢環境仿真模型與被試雷達數字仿真模型解耦、模型與參數解耦的可行性。按照本文方法設計的仿真系統能夠實現各種極限探測態勢條件下的技術性能、戰術功能和使用效能等試驗與參數測試,以及檢驗結果評估等功能,可支撐艦載雷達技術性能、戰術功能和使用性能設計及研制優化,為艦載雷達態勢環境建模實施方法提供技術參考。