糜坤年，張 鴻

(中國船舶重工集團(tuán)公司第723研究所，揚(yáng)州 225001)

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電子對(duì)抗裝備數(shù)字仿真驗(yàn)證系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

糜坤年，張 鴻

(中國船舶重工集團(tuán)公司第723研究所，揚(yáng)州 225001)

隨著新形勢(shì)下軍事斗爭的發(fā)展，為了盡快實(shí)現(xiàn)裝備研制、驗(yàn)證手段數(shù)字化，工作全要素、全流程管理數(shù)字化，需要構(gòu)建電子對(duì)抗裝備數(shù)字仿真驗(yàn)證系統(tǒng)，為電子對(duì)抗裝備的設(shè)計(jì)驗(yàn)證提供技術(shù)支撐。根據(jù)裝備仿真驗(yàn)證的需求，設(shè)計(jì)研制了基于高層體系結(jié)構(gòu)的電子對(duì)抗裝備數(shù)字仿真驗(yàn)證系統(tǒng)，設(shè)計(jì)滿足系統(tǒng)功能需求的軟硬件體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)體系結(jié)構(gòu)。

電子對(duì)抗；數(shù)字仿真；高層體系結(jié)構(gòu)

0 引 言

隨著新形勢(shì)下軍事斗爭的需要，電子對(duì)抗裝備已從“平臺(tái)對(duì)抗”發(fā)展到“體系對(duì)抗”階段，作戰(zhàn)樣式的變化對(duì)電子對(duì)抗裝備的作戰(zhàn)能力、協(xié)同能力均提出了新的要求。在激烈的競爭環(huán)境下，為了緊貼新形式下軍事斗爭的現(xiàn)實(shí)需求，緊跟現(xiàn)代電子對(duì)抗前沿技術(shù)，緊跟現(xiàn)代裝備數(shù)字化技術(shù)發(fā)展，盡快實(shí)現(xiàn)裝備研制、驗(yàn)證手段數(shù)字化，工作全要素、全流程管理數(shù)字化，需要構(gòu)建電子對(duì)抗裝備數(shù)字仿真驗(yàn)證系統(tǒng)，該系統(tǒng)為電子對(duì)抗裝備的設(shè)計(jì)驗(yàn)證提供技術(shù)支撐[1]。作為一個(gè)基礎(chǔ)性的科研條件保障建設(shè)項(xiàng)目，“電子對(duì)抗裝備論證及數(shù)字化仿真驗(yàn)證系統(tǒng)”的研發(fā)與應(yīng)用旨在提升電子對(duì)抗裝備全要素全流程裝備仿真驗(yàn)證能力。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本文闡述的“電子對(duì)抗裝備數(shù)字化仿真驗(yàn)證系統(tǒng)”是基于分布式仿真技術(shù)、仿真建模技術(shù)、仿真驅(qū)動(dòng)技術(shù)構(gòu)建的開放性集成架構(gòu)，可分為以下幾部分功能(系統(tǒng))：裝備研制需求分析及技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)比系統(tǒng)；電子對(duì)抗裝備數(shù)字化樣機(jī)系統(tǒng)；裝備數(shù)字化仿真驗(yàn)證支撐系統(tǒng)；電子對(duì)抗實(shí)體模型庫[2]。

基于高層體系結(jié)構(gòu)(HLA)的電子對(duì)抗裝備數(shù)字仿真驗(yàn)證系統(tǒng)按照功能組成可以分為運(yùn)行控制模塊、仿真環(huán)境模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和信息顯示模塊，如圖1所示。

圖1 電子對(duì)抗裝備數(shù)字仿真驗(yàn)證系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)簡圖

電子對(duì)抗裝備數(shù)字仿真驗(yàn)證系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示，硬件系統(tǒng)采用以太網(wǎng)將多臺(tái)不同功能的計(jì)算機(jī)、服務(wù)器及模擬器構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[3]。軟件系統(tǒng)分為控制與管理仿真軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、仿真評(píng)估系統(tǒng)、場景顯示系統(tǒng)和裝備數(shù)字樣機(jī)仿真系統(tǒng)。

圖2 電子對(duì)抗裝備數(shù)字仿真驗(yàn)證系統(tǒng)總體框架

管理與控制系統(tǒng)用于驗(yàn)證需求下發(fā)、仿真試驗(yàn)控制；數(shù)據(jù)處理與評(píng)估系統(tǒng)采集并記錄試驗(yàn)仿真數(shù)據(jù)，同步進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、比對(duì)用于試驗(yàn)評(píng)估；

場景顯示系統(tǒng)在試驗(yàn)過程中以二維態(tài)勢(shì)、雷達(dá)顯示、圖表顯示和三維場景顯示等手段顯示作戰(zhàn)過程及效果；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用于存儲(chǔ)和管理電子對(duì)抗裝備數(shù)字仿真驗(yàn)證系統(tǒng)所需各種數(shù)據(jù)；雷達(dá)仿真系統(tǒng)模擬仿真雷達(dá)工作過程；偵察仿真系統(tǒng)模擬仿真電子偵察工作過程；干擾系統(tǒng)模擬仿真各類電子干擾手段；目標(biāo)與環(huán)境仿真系統(tǒng)模擬仿真貼近實(shí)戰(zhàn)的戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境和目標(biāo)雷達(dá)截面(RCS)等電磁特性；平臺(tái)仿真系統(tǒng)模擬仿真電子對(duì)抗裝備實(shí)裝平臺(tái)的相關(guān)特性和工作過程。

根據(jù)電子對(duì)抗仿真驗(yàn)證試驗(yàn)的需要，系統(tǒng)中可以接入實(shí)體裝備系統(tǒng)，進(jìn)行真實(shí)電子作戰(zhàn)下數(shù)學(xué)仿真與評(píng)估，能夠?qū)?shù)字仿真進(jìn)行實(shí)體修正，不斷地完善電子對(duì)抗裝備數(shù)字仿真驗(yàn)證系統(tǒng)。

2 軟件體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)不同的用途和目的，電子對(duì)抗裝備數(shù)字仿真驗(yàn)證系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)如圖3所示，軟件分為系統(tǒng)、支撐、支持和應(yīng)用軟件。

電子對(duì)抗裝備數(shù)字仿真驗(yàn)證系統(tǒng)建模與仿真標(biāo)準(zhǔn)采用高層體系結(jié)構(gòu)(HLA)，運(yùn)行支撐環(huán)境(RTI)采用實(shí)現(xiàn)1.3NG標(biāo)準(zhǔn)的RTI。采用HLA便于系統(tǒng)的擴(kuò)充、模型的重用以及仿真應(yīng)用之間的互操作，因此雷達(dá)對(duì)抗數(shù)學(xué)仿真系統(tǒng)采用了以HLA為基礎(chǔ)的分布式體系結(jié)構(gòu)[4]。

(1) 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件通過Windows NT操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和HLA運(yùn)行支撐系統(tǒng)RTI來管理并運(yùn)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源。

(2) 支撐軟件

支撐軟件的作用是幫助和支持仿真試驗(yàn)，包括Visual C++、界面開發(fā)工具VAPS、HLA開發(fā)支撐軟件simBuilder、地理信息系統(tǒng)工具軟件、三維建模軟件Creator、數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具Power Builder和Power Designer等等。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用Oracle 9i，運(yùn)行在專門的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上；數(shù)據(jù)庫前端管理與維護(hù)軟件采用Power Builder8開發(fā)，它與Oracle之間使用Power Builder專用接口；仿真軟件、數(shù)據(jù)錄取和評(píng)估軟件與Oracle之間使用OCI接口和SQL語句，它們所需的參數(shù)從數(shù)據(jù)庫中檢索，相關(guān)的內(nèi)容或結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫中。

圖3 電子對(duì)抗裝備數(shù)字仿真驗(yàn)證系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)錄取訂購所有公布的屬性，在仿真過程中記錄這些數(shù)據(jù)并保存入庫；在仿真試驗(yàn)后進(jìn)行結(jié)果評(píng)估時(shí)，要能夠以圖表和曲線的方式顯示，并自動(dòng)生成評(píng)估結(jié)果報(bào)告文檔。

(3) 支持軟件

支持軟件是由用戶進(jìn)行開發(fā)或二次開發(fā)，用于支持仿真試驗(yàn)，包括仿真模型庫、算法庫、數(shù)字實(shí)裝庫、目標(biāo)庫、地理信息庫等。模型庫包括電子對(duì)抗裝備數(shù)字模型庫、載體平臺(tái)模型庫、電磁環(huán)境模型庫等等；算法庫包括隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器、積分、排序等常用的算法；決策庫是電子對(duì)抗雙方對(duì)抗配置和策略；數(shù)字化實(shí)裝庫包括數(shù)字化雷達(dá)模型、數(shù)字化電子偵察模型、數(shù)字化電子干擾模型、裝備平臺(tái)庫、試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)庫；目標(biāo)庫有目標(biāo)參數(shù)數(shù)據(jù)庫；地理信息庫涵蓋各種圖層信息的電子地圖庫。

裝備模型以動(dòng)態(tài)連接庫的形式存儲(chǔ)在模型庫中，其中還包含每個(gè)模型的算法說明、格式化輸入/輸出參數(shù)說明，該動(dòng)態(tài)連接庫在仿真軟件中動(dòng)態(tài)調(diào)用。

(4) 應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件基于建模與仿真標(biāo)準(zhǔn)用于實(shí)現(xiàn)電子對(duì)抗裝備數(shù)字仿真驗(yàn)證各項(xiàng)功能，包括雷達(dá)仿真軟件、電子偵察仿真軟件、電子干擾仿真軟件、目標(biāo)仿真軟件、載體平臺(tái)仿真軟件、對(duì)抗場景構(gòu)建軟件、電磁環(huán)境仿真軟件、數(shù)據(jù)處理與評(píng)估軟件、雷達(dá)顯示軟件、電抗效果顯示軟件、圖表顯示軟件、管理與控制軟件和數(shù)據(jù)庫管理與應(yīng)用軟件。

雷達(dá)模擬軟件是數(shù)字仿真雷達(dá)能夠模擬艦載、機(jī)載、車載等平臺(tái)上的雷達(dá)信號(hào)級(jí)工作過程以及組網(wǎng)雷達(dá)的技術(shù)工作過程。

電子偵察仿真軟件是數(shù)字仿真電子偵察樣機(jī)，根據(jù)用戶應(yīng)用需求進(jìn)行參數(shù)設(shè)置來仿真電子偵察設(shè)備的工作過程。

電子干擾仿真軟件是基于數(shù)字樣機(jī)電子干擾仿真軟件，仿真艦載、機(jī)載、誘餌彈等電子干擾系統(tǒng)，能夠進(jìn)行信號(hào)級(jí)的仿真支援、自衛(wèi)干擾等戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用過程。

目標(biāo)仿真軟件用于模擬對(duì)抗目標(biāo)電磁特性，包括目標(biāo)瞬時(shí)雷達(dá)截面(RCS)、傳輸特性；電磁環(huán)境仿真軟件能夠逼真模擬對(duì)抗場景下的電磁特性，包括大氣傳輸、海雜波、地雜波、地面反射以及多路徑效應(yīng)等。

載體平臺(tái)仿真軟件用于仿真艦船、飛機(jī)、導(dǎo)彈等相關(guān)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)特性，能夠反映對(duì)抗的動(dòng)態(tài)真實(shí)性。

對(duì)抗場景構(gòu)建軟件完成電子對(duì)抗場景的編輯與加載、模型的加載與參數(shù)設(shè)置、仿真試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置、試驗(yàn)預(yù)定航路顯示、目標(biāo)軌跡顯示等，通過視景顯示、雷達(dá)顯示、圖表顯示軟件等進(jìn)行作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)、作戰(zhàn)過程顯示。

視景顯示使用Vega Prime開發(fā)具有調(diào)度管理功能的驅(qū)動(dòng)軟件，三維地形模型和實(shí)體模型采用OpenFlight格式，紋理采用位圖格式(bmp)，以MapInfo的Tab格式電子地圖為背景，坐標(biāo)系使用WGS-84，平臺(tái)布站與定位都基于電子地圖，表現(xiàn)電子對(duì)抗工作過程。

雷達(dá)顯示軟件用于模擬雷達(dá)PPI、A/R、B型顯示及雷達(dá)狀態(tài)和目標(biāo)位置等信息顯示。

圖表顯示軟件用于對(duì)試驗(yàn)運(yùn)行中的中間結(jié)果數(shù)據(jù)(例如雷達(dá)檢測數(shù)據(jù)、目標(biāo)位置信息)及事后評(píng)估數(shù)據(jù)用曲線圖、表格及表頁的形式進(jìn)行分類顯示。

管理與控制軟件主要完成對(duì)抗仿真整體資源調(diào)度、場景管控、試驗(yàn)初始化以及仿真試驗(yàn)流程控等功能。

數(shù)據(jù)處理與評(píng)估軟件主要對(duì)仿真試驗(yàn)全流程產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄并處理分析，包括對(duì)抗雙方位置航路信息、雷達(dá)探測數(shù)據(jù)、電子偵察數(shù)據(jù)、電子干擾樣式等，通過后期對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理比對(duì)的結(jié)果進(jìn)行電子對(duì)抗效果評(píng)估。

數(shù)據(jù)庫管理與應(yīng)用軟件主要負(fù)責(zé)場景庫、雷達(dá)庫、電子干擾機(jī)庫、運(yùn)載平臺(tái)庫、目標(biāo)平臺(tái)參數(shù)庫、地理信息庫、仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫以及算法庫等的管理與維護(hù)。

3 硬件體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)電子對(duì)抗裝備數(shù)字仿真驗(yàn)證系統(tǒng)功能需求，相應(yīng)的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。根據(jù)仿真驗(yàn)證的實(shí)際需求，可以進(jìn)行計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等相關(guān)硬件資源的裁剪。該硬件系統(tǒng)能夠進(jìn)行驗(yàn)證仿真運(yùn)行和數(shù)據(jù)庫等資源的管理與維護(hù)，主要由目標(biāo)仿真工作站、環(huán)境仿真工作站、雷達(dá)仿真工作站、電子偵察仿真工作站、電子干擾仿真工作站、載體平臺(tái)仿真工作站、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、圖形和圖形控制工作站(用于場景仿真)、顯示計(jì)算機(jī)(雷達(dá)顯示、圖表顯示、態(tài)勢(shì)顯示等)、仿真主控計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)處理與評(píng)估計(jì)算機(jī)、交換機(jī)等組成，系統(tǒng)以100 Mbps與以太網(wǎng)連接[5]。

圖4 電子對(duì)抗裝備數(shù)字仿真驗(yàn)證系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)

圖形工作站上運(yùn)行場景仿真及顯示軟件，在電子對(duì)抗過程仿真表現(xiàn)時(shí)，圖形控制工作站計(jì)算并控制圖形工作站，運(yùn)行Vega Prime軟件，調(diào)度地理模型與對(duì)抗雙方數(shù)字仿真模型，驅(qū)動(dòng)仿真運(yùn)行，構(gòu)成1幅完整的對(duì)抗場景態(tài)勢(shì)圖。

4 系統(tǒng)運(yùn)行流程

按照上述軟硬件體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)體系結(jié)構(gòu)要求，設(shè)計(jì)研制了基于高層體系結(jié)構(gòu)(HLA)的電子對(duì)抗裝備數(shù)字仿真驗(yàn)證系統(tǒng)。

電子對(duì)抗裝備作戰(zhàn)過程邏輯關(guān)系如圖5所示。

圖5 電子對(duì)抗仿真過程邏輯關(guān)系圖

電子對(duì)抗裝備數(shù)字仿真驗(yàn)證系統(tǒng)可為電子對(duì)抗技術(shù)、裝備的研發(fā)和驗(yàn)證工作提供有力的支撐，工作流程如圖6所示。

電子對(duì)抗裝備數(shù)字仿真驗(yàn)證需求經(jīng)系統(tǒng)分析與論證，細(xì)化為電子對(duì)抗裝備的具體戰(zhàn)技指標(biāo)。根據(jù)得到的戰(zhàn)技指標(biāo),基于電子對(duì)抗裝備的數(shù)字化仿真模型或樣機(jī)，從中選取裝備研制過程各階段的技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)行對(duì)抗場景下的仿真驗(yàn)證，將電子對(duì)抗裝備的數(shù)字化仿真模型或樣機(jī)接入到多任務(wù)多粒度的仿真支撐平臺(tái)驗(yàn)證裝備的技戰(zhàn)指標(biāo)等能否滿足作戰(zhàn)要求，并根據(jù)結(jié)果對(duì)電子對(duì)抗裝備的各項(xiàng)技術(shù)、模塊和整機(jī)的參數(shù)指標(biāo)或技術(shù)體制進(jìn)行修改完善,逐步迭代仿真驗(yàn)證,最終滿足電子對(duì)抗裝備的研制需求，并研究該設(shè)備的戰(zhàn)術(shù)使用，提前形成戰(zhàn)斗力。

圖6 系統(tǒng)工作流程圖

5 數(shù)字仿真驗(yàn)證系統(tǒng)驗(yàn)證方法舉例

下面以機(jī)載干擾吊艙對(duì)抗車載雷達(dá)干擾為例，給出電子對(duì)抗裝備數(shù)字仿真驗(yàn)證系統(tǒng)驗(yàn)證方法及可行性,對(duì)抗配置及態(tài)勢(shì)如圖7所示。

圖7 對(duì)抗配置及態(tài)勢(shì)示意圖

(1) 車載雷達(dá)模擬器配置參數(shù)

雷達(dá)天線高度h；峰值功率15 kW；脈沖壓縮改善因子18 dB；脈沖積累數(shù)目24個(gè)；損耗10.6 dB(饋線損耗+雙程波束損耗+恒虛警率(CFAR)損耗+匹配濾波損耗)；噪聲系數(shù)4.3 dB。

(2) 機(jī)載干擾機(jī)配置參數(shù)

飛行高度H；寬帶噪聲干擾機(jī)干擾功率56 W；干擾帶寬800 MHz；最大天線增益5 dB；系統(tǒng)損耗6 dB。

按照對(duì)抗配置及態(tài)勢(shì)示意圖的多次試驗(yàn)得到的壓制距離為8 km。

應(yīng)用電子對(duì)抗裝備數(shù)字仿真驗(yàn)證系統(tǒng)，在試驗(yàn)配置、態(tài)勢(shì)及環(huán)境等與實(shí)裝試驗(yàn)完全相同情況下進(jìn)行仿真，得到壓制距離與雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率曲線如圖8所示，飛機(jī)按Swerling起伏。

從圖8可得出雷達(dá)模擬器對(duì)飛機(jī)的發(fā)現(xiàn)概率在0.2～0.8之間時(shí)，目標(biāo)探測距離為為6.6～7.7 km。

在上述試驗(yàn)戰(zhàn)情下，實(shí)裝試驗(yàn)得到的壓制距離為8 km，數(shù)學(xué)仿真得到的壓制距離為6.6～7.7 km，可見電子對(duì)抗裝備數(shù)字仿真驗(yàn)證系統(tǒng)得到的結(jié)果是可信的。

圖8 干擾情況下雷達(dá)模擬器探測距離與發(fā)現(xiàn)概率曲線

6 結(jié)束語

本文為了有效支撐電子對(duì)抗裝備研制及技戰(zhàn)術(shù)

性能指標(biāo)的驗(yàn)證，提出基于HLA的電子對(duì)抗裝備數(shù)字仿真驗(yàn)證系統(tǒng)，并根據(jù)系統(tǒng)建模與仿真標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)了滿足系統(tǒng)功能需求的軟硬件體系結(jié)構(gòu)和技術(shù)體系結(jié)構(gòu)。

為了準(zhǔn)確、全面地評(píng)估被試系統(tǒng)與其真實(shí)作戰(zhàn)對(duì)象的對(duì)抗效果，在目前條件下比較可行的方法就是適當(dāng)選取真實(shí)作戰(zhàn)對(duì)象的仿真系統(tǒng)以進(jìn)行對(duì)抗試驗(yàn)，從而解決試驗(yàn)中沒有真實(shí)作戰(zhàn)對(duì)象的難題。

但是，計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真使用的模型缺乏逼真有效的驗(yàn)證與確認(rèn)。為了解決上述問題，需要進(jìn)一步研究仿真與實(shí)裝對(duì)抗試驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合，通過真實(shí)數(shù)據(jù)迭代修正仿真驗(yàn)證系統(tǒng)，真正達(dá)到“除了戰(zhàn)爭，其余的都是仿真”的要求。

[1] 蔡志寬,張洪斌,唐德金.電子對(duì)抗仿真及其模型的檢驗(yàn)[J].航天對(duì)抗技術(shù),2000(2):30-33.

[2] 劉永紅.電子偵察設(shè)備作戰(zhàn)效能數(shù)學(xué)模型[J].電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),1995,24(3):304-307.

[3] 李玉旗，馬俊超.電子對(duì)抗仿真系統(tǒng)建模及其作戰(zhàn)效能評(píng)估方法[J].艦船電子對(duì)抗,2008，31(1):61-66.

[4] 趙海峰.基于HLA的雷達(dá)電子戰(zhàn)與火力對(duì)抗仿真[D].成都:電子科技大學(xué)，2009.

[5] 黃勝魯.電子戰(zhàn)仿真綜合效能評(píng)估系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京:北京郵電大學(xué)，2007．

Realization of Digital Simulation Validation System of Electronic Countermeasure Equipments

MI Kun-nian，ZHANG Hong

(The 723 Institute of CSIC,Yangzhou 225001,China)

Along with the development of military struggle under new status,for realizing the digitalization of equipment development and validation means,job factors and whole flow management,digital simulation validation system of electronic countermeasure equipment is established to provide technical support for the design validation of electronic countermeasure equipment.According to the requirement of equipment simulation validation,a digital simulation and validation system of electronic countermeasure equipments based on high level architecture (HLA) is designed and developed,and software & hardware system structures and technic system structure are designed,which meet the demand of system function.

electronic countermeasure；digital simulation；high level architecture

2016-06-23

TN97

A

CN32-1413(2016)04-0001-06

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.04.001