面向防空电子对抗装备的试验环境构建方法

张胜光,周伟江

(解放军92493部队,辽宁 葫芦岛 125000)

0 引 言

随着信息化装备在防空作战中的大量使用,交战双方将在电磁空间进行战场上的无形较量,从而形成电磁辐射源多样、干扰与反干扰共存的电子对抗环境。环境构建是进行复杂电子对抗环境下武器试验、军事训练及其他战场电磁环境效应研究的基础[1]。防空电子对抗装备用于对敌方机载雷达实施电磁压制,利用科学、合理的电子对抗环境构建技术为其模拟逼真的战场电磁环境,不但可以检验装备对威胁环境的适应能力,同时也可以检验部队在复杂电子对抗环境下的指挥控制、战术机动、火力打击、整体防护能力[2]。因此,探索不同作战场景下电子对抗环境的电磁信号构成和特点,研究试验训练区域对抗环境构建体系结构和实施方案,突破电子对抗环境构建关键技术,对于科学合理地模拟贴近实战的电子对抗环境具有重要的工程实践意义。

1 需求背景

电子对抗环境构建技术的核心就是要力求浮现一个贴近实战的战场电磁环境,主要包括实物构建和模拟构建2种方法,二者也可互相结合[3]。目前针对防空电子对抗装备的场景构建存在一定困难,例如:对主要假想敌F-16、幻影2000等威胁对象的机载雷达信号缺乏模拟手段,对装备的训练效果无法进行有效评估。

因此,考虑利用无人机搭载机载任务载荷(包括雷达信号模拟器和干扰检测设备)的方法,模拟假想敌威胁雷达信号,同时对电子对抗装备辐射信号进行监测,并辅以地面干扰监测、地面综合监测评估等手段对被试对象的发射信号进行检测和评估。运用电子对抗环境构建技术,解决防空电子对抗装备试验训练面临的主要问题。

下面将从外军复杂电子对抗环境构建方式进行牵引,总结现有的逼真对抗环境的复现手段,然后设计一个逼真的防空电子对抗试验训练系统。

2 外军复杂环境构建方式现状

随着新军事变革进程的不断加快,新的军事思想和作战概念不断涌现,以美军“网络中心战”为代表的陆、海、空、天、电一体化联合作战概念的形成与推进,对世界军事发展产生了重要影响。纵观外军试验训练电子对抗环境构建方法,经历了利用真实的武器装备配合、各类信号模拟器模拟、运用计算机模拟技术开展数字仿真的不同阶段。

2.1 利用真实的电子装备构建对抗环境

电子信息装备尤其是电子对抗装备的作战针对性比较具体,真实的武器始终是对抗环境构建的首选,但获得敌方电子装备实体很难,通常是通过在战争中缴获或者从第三国购买。1989年,德国统一使得北约波利冈电子靶场获得了大量的苏制SA-6、SA-8地对空导弹系统、ZSU-23/4四联火炮、SPN30和SPN40地形匹配雷达干扰机等系统,使其成为北约靶场中承担针对苏式防空训练任务的重要基地和力量。在1999年参加科索沃战争前,美国、意大利和法国等国家的电子干扰飞机都进行了相应训练,目的是提高对抗环境下的作战和生存能力。

2.2 利用各类信号模拟器构建对抗环境

主要利用微波辐射源、雷达模拟器、电子干扰机或模拟导引头构建电子对抗环境,综合采用地面或者空中载体搭载的方式,模拟来袭武器典型电磁特性,达到己方武器对抗训练的目的。例如,美国中部的大西洋电子战靶场配备的威胁信号模拟器可以模拟SA-2、SA-3,SA-6、SA-8、SA-11地空导弹系统、ZSU-23/4、通信干扰机和I/J波段干扰机等信号。该靶场目前有30多个站点,每个站点都部署一到多部雷达信号模拟器,有的模拟器是机动的,可按需部署在场区的任何位置[4]。美爱德华空军基地的飞机试验中心,也是美国空军进行电子战系统研制试验的重要场所,其电磁威胁生成设备能同时产生256个雷达信号,进行的典型试验包括F-16航电系统及F-35雷达、通信/导航/识别及其他传感器飞行试验。

2.3 利用计算机模拟技术创造逼真的对抗环境

采用虚拟靶场或沙盘推演技术,可以为各种武器系统技术、攻击防御手段以及体系化作战策略和方案提供定量和定性的评估,实现武器系统和信息化武器装备的技战术性能测试和作战效能评估。通过数据积累和计算机仿真技术,可在电子对抗环境实际构建前模拟战场变化过程,或在战场训练结束后对战场变化过程进行重塑和复盘。美国的试验训练中心配备有各种性能先进、功能齐全、系统配套的模拟系统。如美军电子靶场为了更有效地进行C4I系统的试验、鉴定和训练,开发了一套大型软件试验平台“星船系统”,该系统可用于电磁靶场或电磁靶场之外的试验和训练,能够实现对试验仪器的监视和控制。

2.4 利用分布式交互仿真技术固件联合作战条件下的对抗环境构建

联合作战条件下,为了构建更大规模的联合作战条件,还可以采用分布式仿真技术。美国在“千年挑战2002”演习中,利用分布式仿真技术将分散在美国的26个指挥中心和训练基地的各兵种指挥人员置于同一背景、同一战场态势、同一作战想定下,成功地进行了一次实时同步的联合作战演习。美军联合指挥和控制作战中心提出研制的联合“四项”电子战模拟系统是一套指挥演习工具,主要是模拟空中战术作战和防空作战的电磁环境。

2.5 利用模拟假想敌的部队探索逼真战法

国外电子对抗环境蓝军建设较早,先后形成了例如美国117旅、第11装甲骑兵团、韩国影子部队、日本离岛特战队等对抗型蓝军。从发展情况来看,国外蓝军发展具有编组模式“专业化”、环境构设“战场化”和模拟训练“实战化”的特点。通常抽调专业建制部队专门充当假想敌,配发专业蓝军对抗装备,并使用大批战场环境模拟设备构建与实际战场类似的场景,采用推演仿真的战术动作贴近于实战。为了更加有效地训练电子战部队,早在1983年,北约成立了一只规模很小但却在电子战训练方面拥有丰富经验的“假想敌部队”——北约多军种电子支援大队[5]。和平时期,该部队为北约的训练和演习提供逼真的电磁威胁环境;在危机爆发时,他们负责对派往危机或冲突地区的北约部队进行电子战强化训练。2000～2004年中,该假想敌部队每年参加北约演习、多国邀请演习和北约国家训练80次,极大地丰富了电子作战部队的训练手段。

外军复杂电磁环境构建方法经历了从实装到半实物再到内外场虚实结合的发展过程,运用复杂电磁环境构建技术一方面能省去购置真实电子装备所需要的资金,另一方面还能逼真地还原战场环境,已经得到了广泛的应用。

3 防空作战的电子对抗环境模拟

3.1 构建内容

电子对抗环境构建技术训练支持系统设计有如下功能(以战机对岸基或舰载雷达为例):

(1) 战机战术背景模拟:通过无人机对威胁战机攻击过程中升空阶段、巡航阶段、俯冲阶段、返航阶段等战机层面飞行战术背景进行模拟,能够对威胁战机攻击过程中搜索雷达开机、跟踪雷达开机、火控雷达开机等电磁层面战术背景进行模拟。

(2) 外军典型机载雷达信号模拟:通过信号模拟器对AN/APG-66脉冲多普勒雷达、AN/APG-68脉冲多普勒雷达等典型外军雷达信号进行模拟。

(3) 干扰信号检测:检测雷达对抗装备发出的干扰信号频率、干扰信号功率等干扰参数。

(4) 战场态势显示:能够在地面综合监测系统的战场态势显示界面上显示战场上干扰站、指控站、威胁敌机等相关设备的地理位置分布、动态攻击过程、波束扫描效果等战场态势信息。

3.2 构建原则

防空电子对抗装备环境构建时进行雷达对抗训练的基本原则是:

(1) 以无人机为空中平台挂载机载任务载荷产生威胁雷达信号,解决电子防空雷达对抗装备无空中威胁辐射源问题。

(2) 被试的电子对抗装备侦察到威胁雷达信号后引导雷达干扰装备发射雷达干扰信号,由空中干扰检测系统对雷达干扰信号进行检测,通过无线电台将检测结果传送到地面综合监测评估系统进行训练和干扰效果评测,解决雷达干扰训练中无法评测的问题。

(3) 利用同步授时技术设计地面分布式干扰监测系统,采集各干扰站发射雷达干扰信号的时间等信息,通过有线或无线方式传送给地面综合监测评估系统,解决干扰站对空中威胁响应速度及干扰训练评测问题。

(4) 通过地面综合监测评估系统进行整个雷达对抗训练战场态势显示,解决雷达对抗训练场景态势不直观问题。

电子对抗环境构建技术训练支持系统想定训练场景如图1所示。

图1 要地防空电子对抗想定训练场景

3.3 电子对抗环境构设方法

电子对抗环境构设要素如图2所示。

图2 电子对抗环境构设要素图

无人机平台的主要功能是根据想定场景下敌机的飞行路线等效完成轨迹模拟,同时为任务载荷提供搭载平台。

任务载荷中的雷达信号模拟器可发射与敌方机载雷达高度逼真的雷达模拟信号,利用数字信号生成技术可产生频率范围与想定对象一致、信号样式及参数与想定对象类型、波形变换规律与雷达模式匹配的辐射信号,并与无人机平台配合等效模拟敌方战斗机的行为过程,如敌方雷达开机执行目标搜索任务,截获目标后转入跟踪阶段建立目标航迹,最后转入制导模式引导武器完成火力打击。

同步授时系统的主要功能是为各系统模块提供统一的时间基准,使各系统按预设方案协同工作。

分布式干扰监测系统的主要功能是对各干扰站发射干扰信号进行监测,并通过有线或无线方式传送给地面综合监测评估系统。

地面综合监测评估系统的主要功能包括:(1)进行战场态势显示,根据指挥站参数、干扰站参数、无人机实时位置参数,进行实时参数解算,将各作战要素的地理位置信息实时显示在战场态势图上,将指控站、干扰站、威胁雷达的波束扫描效果实时显示在战场态势图上;(2)进行训练评测结果的评估和显示,根据实战化对抗训练需要,可对电子防空武器操作水平进行考核,对电子防空武器系统边界条件性能进行检测,对实际干扰效果进行评估,为电子防空武器训练大纲指标制定提供参考依据。

各要素之间的互联关系如图3所示。

图3 构建要素间的互联示意图

3.4 工作流程

电子对抗环境构建技术训练支持系统工作流程如图4所示。

地面综合监测评估系统是电子对抗环境构建技术训练支持系统运行的控制核心。通过其操作软件对无人机的飞行路线、飞行速度、飞行高度进行设置,对空中机载威胁雷达信号参数和训练模式进行设置,无人机携带载荷发射升空,由远及近模拟敌方战斗机进行攻击飞行。

在地面综合监测评估系统控制下,空中威胁雷达信号辐射源模拟设备开机发射威胁雷达信号;雷达侦察装备侦察到威胁雷达信号后引导雷达干扰装备产生雷达干扰信号;空中干扰检测设备对接收到的雷达干扰信号进行参数测量,并将测量结果通过无线数传电台发送给地面综合监测评估系统。分布式干扰监测系统接收各干扰站发出的干扰信号进行时间参数记录,并传送给地面综合监测评估系统。

地面综合监测评估系统态势显示界面根据侦察站、干扰站、无人机实时位置信息、干扰检测参数、分布式干扰监测系统传送的参数,经过实时解算处理,动态显示战斗机由远及近的攻击过程以及侦察站、干扰站和空中威胁雷达辐射源的波束扫描。训练结束后,训练评测结果显示界面显示本次训练的评测结果。

4 结束语

针对试验训练中电子对抗环境构建的不足,对电子对抗环境构建需求进行了初步分析,梳理了5种外军复杂环境构建常见方式,从主要功能、基本原则、系统组成、工作流程4个方面提出了电子对抗环境构建试验训练方法设计。随着雷达对抗技术的不断更新发展,后续要结合新形势下的武器装备试验训练需求,不断丰富、完善总体方案,通过实践来迭代完善电子对抗环境构建方案,切实达到提升装备性能评估和实战化训练水平的目的。