復雜電磁環境下雷達兵仿真訓練效能評估研究

張國兵

(91336部隊,河北 秦皇島 066001)

0 引 言

雷達擔負著態勢感知、目標認知和信息應用等多重使命,作為雷達操作使用者的雷達兵,如何使用操作以高效發揮雷達作用是確保雷達完成使命的核心能力。電磁環境和目標特性等日趨復雜,在雷達探測環境背景中,不僅電子干擾信號更為復雜,而且與不斷增加的大量有源和無源環境背景雜波信號、友鄰輻射信號等交織干涉;雷達探測的目標態勢與特性,特別是具有高小快與低小慢等高電磁隱身、高超聲速、高超低空和反輻射等目標及其集群特性的快速發展,嚴重限制了雷達的探測威力和生存空間,也大大推進了雷達技術的跨越和效能提升,因此對雷達的使用與操作也提出了更高的要求,即在復雜背景環境下面對復雜目標,要求雷達兵必須具備堅實的業務能力,通過態勢判別和各種技戰術手段高效運用,以更好地發揮雷達裝備探測威力,確保其使命的完成。

雷達兵仿真訓練可不動用訓練雙方實裝,特別是可不動用具有極限能力目標的實裝,通過逼真仿真方法即可實現對雷達兵的訓練,且具有重復性好、成本低等優勢。通過對復雜電磁環境下雷達兵仿真訓練效能評估,可評估雷達兵對雷達的操作使用能力,并不斷提高其操作水平,是確保雷達發揮技戰性能的必需方法。開展雷達兵操作仿真訓練效能的真實、客觀和高效評估技術研究,對深入分析雷達兵在各種典型作戰環境下的短板弱項,優化人機一體作戰能力訓練,提高雷達兵操作技能等具有十分重要的技術支撐和實訓應用意義。

1 雷達兵技能水平的重要性分析

雷達兵的主要作用是通過操控雷達裝備,從雷達回波中及時發現、識別感興趣目標回波,并及時消除或減弱干擾信號,同時保持對重點目標的穩定跟蹤,為上級指揮系統或武器系統及時提供準確的目標參數信息。

艦載雷達探測背景環境通常是相當雜亂的,尤其是戰時的背景環境更加繁雜,并且部分高威脅目標回波特征與周圍雜波相似度較高,甚至淹沒在周圍雜波或干擾信號中,這時必須依靠雷達兵從雜亂背景中及時找到敏感威脅目標,否則雷達裝備自身很難完成目標的錄取和穩定跟蹤[1]。一名出色的雷達兵不僅能夠及時從復雜的探測環境下發現、識別和穩定跟蹤目標,而且還能夠迅速掌握戰場態勢,預判將會出現威脅目標的位置與運動典型特征,提前調整雷達工作狀態,將雷達裝備的作戰能力發揮到極致。而未經嚴格培訓和訓練的雷達兵難以精準有效操控裝備,嚴重時會導致錯情、漏情,甚至貽誤時機。

影響雷達兵操作使用技能的主要因素包括:一是理論知識不夠扎實,雷達兵要掌握的雷達理論知識涉及多專業技術和應用領域,短期內很難深入理解和掌握;二是實戰經驗少,和平時期很難掌握和積累不同類型目標以及實戰環境下有意強干擾等先驗知識,缺乏針對性的應對策略預案;三是實際戰情掌握不夠,和平時期很難掌握實戰目標兵力的活動規律和具體實施戰術,無法對戰場態勢做出準確預判。

2 仿真訓練優勢分析

以實戰化練兵為目標,將雷達兵和裝備嵌入到整個實際戰場環境中,以充分錘煉發揮雷達兵在不同作戰環境下的作戰技能。實裝訓練是最為直接的訓練方式,然而采用實兵裝備構設整個戰爭環境將面臨著安全、人力、物力和財力等方面的制約,很難實現短周期、多頻次和可精確復現分析等的靈活組織實施。有限次數的實兵訓練無法充分呈現現代戰爭系統的不確定性、復雜性和涌現性,短期內也很難全方位大幅提升雷達兵的業務水平。仿真訓練手段和方法可以較好地彌補實兵訓練的不足,具有以下優勢[2-5]：

(1)較高的逼真度和實時性

仿真技術能夠模擬構設逼真的戰場環境和時空事件響應,縮小與實際電磁域戰場的差距,使雷達兵有較強的“沉浸感和代入感”,并且重復推演使用頻率高,能夠充分體現復雜戰爭系統的不確定性、復雜性和涌現性,使雷達兵能夠得到不同貼近實戰環境下的訓練與能力提升。

(2)可視化和可復現性

可視化是指利用仿真技術將電磁域無形的戰場從視覺角度呈現出來,加深其感性認知,加速雷達兵理解和掌握;可復現是指可以靈活控制復雜的戰場,可以任意重復復現整個戰場態勢或某個關鍵環節,供雷達兵反復訓練與推敲分析,提升雷達兵的作戰技能。

(3)安全性和保密性

安全性是指仿真戰場上的任何戰損都是虛擬的、模擬的、無害的,人員和武器裝備可以靈活發揮;保密性是指仿真訓練在室內開展,不用擔心信息裝備參數泄露,可以放開使用。安全性和保密性使仿真訓練完全放開,充分發揮受訓人員的作戰思維和作戰行為。

(4)靈活便捷的采集渠道

數據采集渠道靈活、便捷和評估手段完備,主要是指以評估雷達兵為核心,可以打通實現設備內部任何關鍵環節的數據獲取,全訓練過程采集所需的要素數據,建立比較完備的評估手段和方法,可以完全分清人和設備的評估界限,科學、客觀、合理地評價雷達兵的訓練質效。

3 仿真訓練環境構建與科目設置

3.1 仿真訓練環境構建

以信息對抗為核心,以作戰問題為導向,構建全要素、全流程、全過程和全人員的平臺級仿真訓練系統。系統主要由仿真訓練導調控制分系統、雷達裝備仿真訓練終端分系統、仿真訓練評估分系統和數據庫4部分組成,如圖1所示。

圖1 系統組成示意圖

(1)仿真訓練導調控制分系統[6]

該分系統主要包括總導演臺、紅方導調控制臺和藍方導調控制臺3部分。總導演臺主要功能有導調控制、訓練態勢生成、兵力部署、兵力行為模擬、交戰過程模擬、戰場態勢監控、訓練裁決和情報信息服務等,主要完成戰情想定與編輯,并根據態勢進程對紅方導調控制臺和藍方導調控制臺進行導調控制、情報信息推送服務和裁決,使雙方完成兵力部署、預警探測、指揮決策、電磁防御、火力打擊等作戰行為和過程,并反饋作戰結果。

紅方導調控制臺主要功能有對己方兵力進行部署、航路規劃、預警探測、指揮決策、火力打擊、綜合態勢顯示,虛擬平臺與訓練裝備綁定,與訓練裝備進行信息交互,指揮控制系統模擬等,與藍方導調控制臺實時作業于同一戰情想定態勢下,并根據想定戰場態勢的不確定性和未知性實時推進,完成紅方兵力部署、裝備運用、信息獲取與對抗、信息傳輸與共享、火力防御與打擊、與訓練終端信息交互等作戰活動,全要素、全流程和全過程模擬雙方交戰過程。

藍方導調控制臺主要功能與紅方大致相同,只是不與訓練終端綁定,完全是虛擬兵力,只負責藍方兵力作戰模擬運用,配合紅方導調控制臺在同一戰情想定態勢下,完成雙方整個交戰過程,包括人工操控和無人智能操控兩種模式,具有較強的數字藍軍模擬能力。

(2)雷達裝備仿真訓練終端分系統

該分系統主要模擬雷達裝備,對對應實裝進行機理仿真,模擬裝備的整個系統和戰場復雜電磁環境,以及與指控系統或武備系統的交互信息,并構建與實裝完全一致的終端顯控臺,提供與實裝功能性能完全一致的訓練設備,給雷達兵營造逼真的戰場環境和氛圍。在訓練過程中,與紅方導調控制臺虛擬兵力進行綁定,參與到兵力交戰過程中,雷達兵通過操控訓練終端為兵力行動提供信息探測、電磁攻防和武器引導攻擊等任務,支援其他兵力完成作戰行為或戰術目的,并實時采集相應的訓練過程數據和反饋結果數據,用于評估雷達兵在戰斗過程中的作戰能力水平和作戰貢獻度。

(3)仿真訓練評估分系統

主要功能有訓練數據解析、訓練考核、訓練效果綜合分析等。數據解析主要完成對訓練過程中產生的訓練數據進行采集、接收和處理、格式轉換、存儲和顯示等;訓練考核主要完成在線評定雷達兵的訓練技能水平和訓練成績;訓練效果綜合分析主要完成個人單次或多次的訓練技能水平的評估分析,以及多人單技能/綜合作戰能力水平的評估分析,并給出科學合理的訓練方法和作戰能力水平鑒定。

(4)數據庫[7]

數據庫主要功能是對訓練態勢文件、兵力模型、裝備模型、參數數據、訓練過程數據和考評結果數據等進行存儲、讀取、查詢、修改和刪除管理[1]。

3.2 科目設置

復雜電磁環境下雷達兵訓練主要設置基礎訓練科目和專項訓練科目兩大部分,訓練和考核雷達兵在系統作戰平臺中與其他系統的協調與反應能力,為上級提供快速準確的目標環境和干擾情況,提供抗干擾建議,迅速完成上級下達各項命令。基礎訓練科目以單裝備對抗訓練為主,包括目標發現識別以及錄取跟蹤、干擾樣式判別、抗干擾措施運用等單項技能;專項訓練科目主要將人機嵌入到整個作戰系統中,在不同作戰任務環境下開展綜合業務能力訓練。

4 訓練效能評估

4.1 建立評估指標體系

雷達兵作戰能力評估指標體系主要以人機一體在未來戰場上應具備的作戰能力為核心,以人為主體,并考慮各種影響因素,對核心能力進行遞層分解直到適當層級,形成雷達兵的考評指標體系如圖2所示,主要包括目標發現能力、目標識別能力、目標跟蹤能力、目標引導能力、抗干擾能力以及態勢掌握與輔助決策能力6部分。

圖2 雷達兵作戰能力評估體系

目標發現能力主要指對目標的發現及時性、虛警率和漏警率;目標識別能力指對目標的識別及時性、正確率和未知;目標跟蹤能力主要指目標的跟蹤起始點、丟失次數和丟失至復跟時長;目標引導能力指目標引導質量;抗干擾能力主要指干擾樣式判別、干擾強度等級判別、抗干擾措施運用以及相應的時刻,自助抗干擾措施以目標受影響時刻為計時點,聽令采取抗干擾措施以上級下達指令時刻為計時點;態勢掌握與輔助決策是訓后評估項,主要指雷達兵在具體任務中為上級輔助決策的次數/正確性,以及前幾項表現結果和此次任務的貢獻度。

4.2 考評模型與量化準則

在考核評估指標體系確定以后,結合層次分析法,應用兩級模糊綜合評價方法建立考核評估數學模型的步驟:一是確定評估體系中各評估指標間的重要程度權重;二是確定各評估指標的評語集;三是建立模糊關系矩陣;四是合成模糊綜合評價結果向量。具體實施方法見文獻[8]。量化準則以作戰問題導向為核心,以裝備探測真值和滿足作戰要求為基準,采用定性與定量、主觀與客觀的方法進行指標量化[9],如表1所示。

表1 雷達兵作戰能力指標體系量化準則

4.3 考評要素采集

考評要素采集主要依據考評指標體系確定的具體指標項采集相關要素數據,包括雷達兵與指揮員的音視頻信息、雷達兵的操作指令信息、目標發現識別與跟蹤信息、干擾判別與抗干擾信息、裝備探測目標或受干擾的真值信息等,所有信息數據經過設備采集后匯聚到仿真訓練評估分系統進行存儲和管理,以及實現在線評估和訓后綜合評估。

4.4 效果評判

訓練評判結果是對雷達兵訓練成效的衡量結論,為了保證評判結果的真實性、合理性、有效性和強信服力,必須用客觀事實數據“說話”:一是標定的雷達訓練裝備在某一具體作戰想定下的最大發揮作戰能力邊界數據作為真值;二是雷達兵運用雷達訓練裝備在同一具體作戰想定下的裝備自身實際發揮作戰能力數據作為裝備實測數據;三是雷達兵運用裝備在該具體作戰想定下的實際操作數據,通過比對分析3層數據評價訓練成效。

著重考核裝備實測數據與真值數據,比對評價雷達兵在該具體作戰想定下裝備作戰運用能力。某雷達兵在某次訓練中的考評分析結果如圖3、圖4所示。將3層數據統一歸一化后進行比對,可以直觀看出在該具體作戰環境下雷達兵發揮訓練裝備效能的程度以及人員作戰能力發揮的程度,從而獲知仿真訓練的質效,避免了人裝責任界定不明確問題,更加有利于提升雷達兵裝備運用作戰的能力。其中,態勢掌握能力綜合性強,尤其是輔助決策項提升空間很大,體現了對戰場的整體動態把握、敵情深化與外延預判、應急處置等方面,很大程度超出了雷達裝備固有的功能性能,是基于裝備的拓展能力。

圖3 裝備功能性能發揮程度

圖4 雷達兵作戰能力發揮程度

5 結束語

雷達兵仿真訓練系統可以營造貼近實戰的各種戰場環境,能夠在短期內積累大量的訓練樣本,有效促進雷達兵作戰能力水平的提升,使其能夠快速勝任本職崗位,有能力應對未來可能面臨的各種作戰場景,實現與作戰需求快速接軌。另外,通過分析和挖掘雷達兵大量訓練樣本,可以獲知每位雷達兵在各種典型作戰環境下的優缺點,例如擅長在復雜背景下發現導彈類小目標、低慢小目標或者目標綜合識別等,以及難以突破或避免的弱項、短板,為進一步優化人裝一體作戰能力提供有效技術支撐。