面向防空電子對抗裝備的試驗環(huán)境構(gòu)建方法

張勝光,周偉江

(解放軍92493部隊,遼寧 葫蘆島 125000)

0 引 言

隨著信息化裝備在防空作戰(zhàn)中的大量使用,交戰(zhàn)雙方將在電磁空間進行戰(zhàn)場上的無形較量,從而形成電磁輻射源多樣、干擾與反干擾共存的電子對抗環(huán)境。環(huán)境構(gòu)建是進行復雜電子對抗環(huán)境下武器試驗、軍事訓練及其他戰(zhàn)場電磁環(huán)境效應研究的基礎(chǔ)[1]。防空電子對抗裝備用于對敵方機載雷達實施電磁壓制,利用科學、合理的電子對抗環(huán)境構(gòu)建技術(shù)為其模擬逼真的戰(zhàn)場電磁環(huán)境,不但可以檢驗裝備對威脅環(huán)境的適應能力,同時也可以檢驗部隊在復雜電子對抗環(huán)境下的指揮控制、戰(zhàn)術(shù)機動、火力打擊、整體防護能力[2]。因此,探索不同作戰(zhàn)場景下電子對抗環(huán)境的電磁信號構(gòu)成和特點,研究試驗訓練區(qū)域?qū)弓h(huán)境構(gòu)建體系結(jié)構(gòu)和實施方案,突破電子對抗環(huán)境構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù),對于科學合理地模擬貼近實戰(zhàn)的電子對抗環(huán)境具有重要的工程實踐意義。

1 需求背景

電子對抗環(huán)境構(gòu)建技術(shù)的核心就是要力求浮現(xiàn)一個貼近實戰(zhàn)的戰(zhàn)場電磁環(huán)境,主要包括實物構(gòu)建和模擬構(gòu)建2種方法,二者也可互相結(jié)合[3]。目前針對防空電子對抗裝備的場景構(gòu)建存在一定困難,例如:對主要假想敵F-16、幻影2000等威脅對象的機載雷達信號缺乏模擬手段,對裝備的訓練效果無法進行有效評估。

因此,考慮利用無人機搭載機載任務載荷(包括雷達信號模擬器和干擾檢測設備)的方法,模擬假想敵威脅雷達信號,同時對電子對抗裝備輻射信號進行監(jiān)測,并輔以地面干擾監(jiān)測、地面綜合監(jiān)測評估等手段對被試對象的發(fā)射信號進行檢測和評估。運用電子對抗環(huán)境構(gòu)建技術(shù),解決防空電子對抗裝備試驗訓練面臨的主要問題。

下面將從外軍復雜電子對抗環(huán)境構(gòu)建方式進行牽引,總結(jié)現(xiàn)有的逼真對抗環(huán)境的復現(xiàn)手段,然后設計一個逼真的防空電子對抗試驗訓練系統(tǒng)。

2 外軍復雜環(huán)境構(gòu)建方式現(xiàn)狀

隨著新軍事變革進程的不斷加快,新的軍事思想和作戰(zhàn)概念不斷涌現(xiàn),以美軍“網(wǎng)絡中心戰(zhàn)”為代表的陸、海、空、天、電一體化聯(lián)合作戰(zhàn)概念的形成與推進,對世界軍事發(fā)展產(chǎn)生了重要影響。縱觀外軍試驗訓練電子對抗環(huán)境構(gòu)建方法,經(jīng)歷了利用真實的武器裝備配合、各類信號模擬器模擬、運用計算機模擬技術(shù)開展數(shù)字仿真的不同階段。

2.1 利用真實的電子裝備構(gòu)建對抗環(huán)境

電子信息裝備尤其是電子對抗裝備的作戰(zhàn)針對性比較具體,真實的武器始終是對抗環(huán)境構(gòu)建的首選,但獲得敵方電子裝備實體很難,通常是通過在戰(zhàn)爭中繳獲或者從第三國購買。1989年,德國統(tǒng)一使得北約波利岡電子靶場獲得了大量的蘇制SA-6、SA-8地對空導彈系統(tǒng)、ZSU-23/4四聯(lián)火炮、SPN30和SPN40地形匹配雷達干擾機等系統(tǒng),使其成為北約靶場中承擔針對蘇式防空訓練任務的重要基地和力量。在1999年參加科索沃戰(zhàn)爭前,美國、意大利和法國等國家的電子干擾飛機都進行了相應訓練,目的是提高對抗環(huán)境下的作戰(zhàn)和生存能力。

2.2 利用各類信號模擬器構(gòu)建對抗環(huán)境

主要利用微波輻射源、雷達模擬器、電子干擾機或模擬導引頭構(gòu)建電子對抗環(huán)境,綜合采用地面或者空中載體搭載的方式,模擬來襲武器典型電磁特性,達到己方武器對抗訓練的目的。例如,美國中部的大西洋電子戰(zhàn)靶場配備的威脅信號模擬器可以模擬SA-2、SA-3,SA-6、SA-8、SA-11地空導彈系統(tǒng)、ZSU-23/4、通信干擾機和I/J波段干擾機等信號。該靶場目前有30多個站點,每個站點都部署一到多部雷達信號模擬器,有的模擬器是機動的,可按需部署在場區(qū)的任何位置[4]。美愛德華空軍基地的飛機試驗中心,也是美國空軍進行電子戰(zhàn)系統(tǒng)研制試驗的重要場所,其電磁威脅生成設備能同時產(chǎn)生256個雷達信號,進行的典型試驗包括F-16航電系統(tǒng)及F-35雷達、通信/導航/識別及其他傳感器飛行試驗。

2.3 利用計算機模擬技術(shù)創(chuàng)造逼真的對抗環(huán)境

采用虛擬靶場或沙盤推演技術(shù),可以為各種武器系統(tǒng)技術(shù)、攻擊防御手段以及體系化作戰(zhàn)策略和方案提供定量和定性的評估,實現(xiàn)武器系統(tǒng)和信息化武器裝備的技戰(zhàn)術(shù)性能測試和作戰(zhàn)效能評估。通過數(shù)據(jù)積累和計算機仿真技術(shù),可在電子對抗環(huán)境實際構(gòu)建前模擬戰(zhàn)場變化過程,或在戰(zhàn)場訓練結(jié)束后對戰(zhàn)場變化過程進行重塑和復盤。美國的試驗訓練中心配備有各種性能先進、功能齊全、系統(tǒng)配套的模擬系統(tǒng)。如美軍電子靶場為了更有效地進行C4I系統(tǒng)的試驗、鑒定和訓練,開發(fā)了一套大型軟件試驗平臺“星船系統(tǒng)”,該系統(tǒng)可用于電磁靶場或電磁靶場之外的試驗和訓練,能夠?qū)崿F(xiàn)對試驗儀器的監(jiān)視和控制。

2.4 利用分布式交互仿真技術(shù)固件聯(lián)合作戰(zhàn)條件下的對抗環(huán)境構(gòu)建

聯(lián)合作戰(zhàn)條件下,為了構(gòu)建更大規(guī)模的聯(lián)合作戰(zhàn)條件,還可以采用分布式仿真技術(shù)。美國在“千年挑戰(zhàn)2002”演習中,利用分布式仿真技術(shù)將分散在美國的26個指揮中心和訓練基地的各兵種指揮人員置于同一背景、同一戰(zhàn)場態(tài)勢、同一作戰(zhàn)想定下,成功地進行了一次實時同步的聯(lián)合作戰(zhàn)演習。美軍聯(lián)合指揮和控制作戰(zhàn)中心提出研制的聯(lián)合“四項”電子戰(zhàn)模擬系統(tǒng)是一套指揮演習工具,主要是模擬空中戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)和防空作戰(zhàn)的電磁環(huán)境。

2.5 利用模擬假想敵的部隊探索逼真戰(zhàn)法

國外電子對抗環(huán)境藍軍建設較早,先后形成了例如美國117旅、第11裝甲騎兵團、韓國影子部隊、日本離島特戰(zhàn)隊等對抗型藍軍。從發(fā)展情況來看,國外藍軍發(fā)展具有編組模式“專業(yè)化”、環(huán)境構(gòu)設“戰(zhàn)場化”和模擬訓練“實戰(zhàn)化”的特點。通常抽調(diào)專業(yè)建制部隊專門充當假想敵,配發(fā)專業(yè)藍軍對抗裝備,并使用大批戰(zhàn)場環(huán)境模擬設備構(gòu)建與實際戰(zhàn)場類似的場景,采用推演仿真的戰(zhàn)術(shù)動作貼近于實戰(zhàn)。為了更加有效地訓練電子戰(zhàn)部隊,早在1983年,北約成立了一只規(guī)模很小但卻在電子戰(zhàn)訓練方面擁有豐富經(jīng)驗的“假想敵部隊”——北約多軍種電子支援大隊[5]。和平時期,該部隊為北約的訓練和演習提供逼真的電磁威脅環(huán)境;在危機爆發(fā)時,他們負責對派往危機或沖突地區(qū)的北約部隊進行電子戰(zhàn)強化訓練。2000～2004年中,該假想敵部隊每年參加北約演習、多國邀請演習和北約國家訓練80次,極大地豐富了電子作戰(zhàn)部隊的訓練手段。

外軍復雜電磁環(huán)境構(gòu)建方法經(jīng)歷了從實裝到半實物再到內(nèi)外場虛實結(jié)合的發(fā)展過程,運用復雜電磁環(huán)境構(gòu)建技術(shù)一方面能省去購置真實電子裝備所需要的資金,另一方面還能逼真地還原戰(zhàn)場環(huán)境,已經(jīng)得到了廣泛的應用。

3 防空作戰(zhàn)的電子對抗環(huán)境模擬

3.1 構(gòu)建內(nèi)容

電子對抗環(huán)境構(gòu)建技術(shù)訓練支持系統(tǒng)設計有如下功能(以戰(zhàn)機對岸基或艦載雷達為例):

(1) 戰(zhàn)機戰(zhàn)術(shù)背景模擬:通過無人機對威脅戰(zhàn)機攻擊過程中升空階段、巡航階段、俯沖階段、返航階段等戰(zhàn)機層面飛行戰(zhàn)術(shù)背景進行模擬,能夠?qū)ν{戰(zhàn)機攻擊過程中搜索雷達開機、跟蹤雷達開機、火控雷達開機等電磁層面戰(zhàn)術(shù)背景進行模擬。

(2) 外軍典型機載雷達信號模擬:通過信號模擬器對AN/APG-66脈沖多普勒雷達、AN/APG-68脈沖多普勒雷達等典型外軍雷達信號進行模擬。

(3) 干擾信號檢測:檢測雷達對抗裝備發(fā)出的干擾信號頻率、干擾信號功率等干擾參數(shù)。

(4) 戰(zhàn)場態(tài)勢顯示:能夠在地面綜合監(jiān)測系統(tǒng)的戰(zhàn)場態(tài)勢顯示界面上顯示戰(zhàn)場上干擾站、指控站、威脅敵機等相關(guān)設備的地理位置分布、動態(tài)攻擊過程、波束掃描效果等戰(zhàn)場態(tài)勢信息。

3.2 構(gòu)建原則

防空電子對抗裝備環(huán)境構(gòu)建時進行雷達對抗訓練的基本原則是:

(1) 以無人機為空中平臺掛載機載任務載荷產(chǎn)生威脅雷達信號,解決電子防空雷達對抗裝備無空中威脅輻射源問題。

(2) 被試的電子對抗裝備偵察到威脅雷達信號后引導雷達干擾裝備發(fā)射雷達干擾信號,由空中干擾檢測系統(tǒng)對雷達干擾信號進行檢測,通過無線電臺將檢測結(jié)果傳送到地面綜合監(jiān)測評估系統(tǒng)進行訓練和干擾效果評測,解決雷達干擾訓練中無法評測的問題。

(3) 利用同步授時技術(shù)設計地面分布式干擾監(jiān)測系統(tǒng),采集各干擾站發(fā)射雷達干擾信號的時間等信息,通過有線或無線方式傳送給地面綜合監(jiān)測評估系統(tǒng),解決干擾站對空中威脅響應速度及干擾訓練評測問題。

(4) 通過地面綜合監(jiān)測評估系統(tǒng)進行整個雷達對抗訓練戰(zhàn)場態(tài)勢顯示,解決雷達對抗訓練場景態(tài)勢不直觀問題。

電子對抗環(huán)境構(gòu)建技術(shù)訓練支持系統(tǒng)想定訓練場景如圖1所示。

圖1 要地防空電子對抗想定訓練場景

3.3 電子對抗環(huán)境構(gòu)設方法

電子對抗環(huán)境構(gòu)設要素如圖2所示。

圖2 電子對抗環(huán)境構(gòu)設要素圖

無人機平臺的主要功能是根據(jù)想定場景下敵機的飛行路線等效完成軌跡模擬,同時為任務載荷提供搭載平臺。

任務載荷中的雷達信號模擬器可發(fā)射與敵方機載雷達高度逼真的雷達模擬信號,利用數(shù)字信號生成技術(shù)可產(chǎn)生頻率范圍與想定對象一致、信號樣式及參數(shù)與想定對象類型、波形變換規(guī)律與雷達模式匹配的輻射信號,并與無人機平臺配合等效模擬敵方戰(zhàn)斗機的行為過程,如敵方雷達開機執(zhí)行目標搜索任務,截獲目標后轉(zhuǎn)入跟蹤階段建立目標航跡,最后轉(zhuǎn)入制導模式引導武器完成火力打擊。

同步授時系統(tǒng)的主要功能是為各系統(tǒng)模塊提供統(tǒng)一的時間基準,使各系統(tǒng)按預設方案協(xié)同工作。

分布式干擾監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能是對各干擾站發(fā)射干擾信號進行監(jiān)測,并通過有線或無線方式傳送給地面綜合監(jiān)測評估系統(tǒng)。

地面綜合監(jiān)測評估系統(tǒng)的主要功能包括:(1)進行戰(zhàn)場態(tài)勢顯示,根據(jù)指揮站參數(shù)、干擾站參數(shù)、無人機實時位置參數(shù),進行實時參數(shù)解算,將各作戰(zhàn)要素的地理位置信息實時顯示在戰(zhàn)場態(tài)勢圖上,將指控站、干擾站、威脅雷達的波束掃描效果實時顯示在戰(zhàn)場態(tài)勢圖上;(2)進行訓練評測結(jié)果的評估和顯示,根據(jù)實戰(zhàn)化對抗訓練需要,可對電子防空武器操作水平進行考核,對電子防空武器系統(tǒng)邊界條件性能進行檢測,對實際干擾效果進行評估,為電子防空武器訓練大綱指標制定提供參考依據(jù)。

各要素之間的互聯(lián)關(guān)系如圖3所示。

圖3 構(gòu)建要素間的互聯(lián)示意圖

3.4 工作流程

電子對抗環(huán)境構(gòu)建技術(shù)訓練支持系統(tǒng)工作流程如圖4所示。

地面綜合監(jiān)測評估系統(tǒng)是電子對抗環(huán)境構(gòu)建技術(shù)訓練支持系統(tǒng)運行的控制核心。通過其操作軟件對無人機的飛行路線、飛行速度、飛行高度進行設置,對空中機載威脅雷達信號參數(shù)和訓練模式進行設置,無人機攜帶載荷發(fā)射升空,由遠及近模擬敵方戰(zhàn)斗機進行攻擊飛行。

在地面綜合監(jiān)測評估系統(tǒng)控制下,空中威脅雷達信號輻射源模擬設備開機發(fā)射威脅雷達信號;雷達偵察裝備偵察到威脅雷達信號后引導雷達干擾裝備產(chǎn)生雷達干擾信號;空中干擾檢測設備對接收到的雷達干擾信號進行參數(shù)測量,并將測量結(jié)果通過無線數(shù)傳電臺發(fā)送給地面綜合監(jiān)測評估系統(tǒng)。分布式干擾監(jiān)測系統(tǒng)接收各干擾站發(fā)出的干擾信號進行時間參數(shù)記錄,并傳送給地面綜合監(jiān)測評估系統(tǒng)。

地面綜合監(jiān)測評估系統(tǒng)態(tài)勢顯示界面根據(jù)偵察站、干擾站、無人機實時位置信息、干擾檢測參數(shù)、分布式干擾監(jiān)測系統(tǒng)傳送的參數(shù),經(jīng)過實時解算處理,動態(tài)顯示戰(zhàn)斗機由遠及近的攻擊過程以及偵察站、干擾站和空中威脅雷達輻射源的波束掃描。訓練結(jié)束后,訓練評測結(jié)果顯示界面顯示本次訓練的評測結(jié)果。

4 結(jié)束語

針對試驗訓練中電子對抗環(huán)境構(gòu)建的不足,對電子對抗環(huán)境構(gòu)建需求進行了初步分析,梳理了5種外軍復雜環(huán)境構(gòu)建常見方式,從主要功能、基本原則、系統(tǒng)組成、工作流程4個方面提出了電子對抗環(huán)境構(gòu)建試驗訓練方法設計。隨著雷達對抗技術(shù)的不斷更新發(fā)展,后續(xù)要結(jié)合新形勢下的武器裝備試驗訓練需求,不斷豐富、完善總體方案,通過實踐來迭代完善電子對抗環(huán)境構(gòu)建方案,切實達到提升裝備性能評估和實戰(zhàn)化訓練水平的目的。