復雜電磁環(huán)境下裝備保障指揮控制建模研究

蔡紀偉，賈云獻，蔡軍鋒，吳巍屹

（1．軍械工程學院裝備指揮與管理系，河北石家莊 050003；2．軍械工程學院彈藥工程系，河北石家莊 050003）

復雜電磁環(huán)境下裝備保障指揮控制建模研究

蔡紀偉1，賈云獻1，蔡軍鋒2，吳巍屹1

（1．軍械工程學院裝備指揮與管理系，河北石家莊 050003；2．軍械工程學院彈藥工程系，河北石家莊 050003）

通過仿真的方法來研究復雜電磁環(huán)境對裝備保障指揮控制帶來的影響，就必須建立相應的指揮控制模型。在分析了復雜電磁環(huán)境對裝備保障指揮控制造成影響的基礎上，建立了面向HLA仿真的裝備保障指揮控制模型體系，并說明了其運行過程。為了滿足仿真的需要，進一步建立了電磁環(huán)境仿真模型，分析了對通信通斷的影響。最后研究了裝備保障指揮控制網絡并建立了相應的網絡拓撲結構模型，為裝備保障仿真的運行打下了基礎。

復雜電磁環(huán)境；裝備保障；指揮控制網絡

復雜電磁環(huán)境是信息化條件下影響作戰(zhàn)的重要因素。復雜電磁環(huán)境下的戰(zhàn)爭，對戰(zhàn)場制電磁權的爭奪越來越激烈，復雜電磁環(huán)境也給裝備保障帶來了極為深遠的影響，裝備指揮、物資保障、技術保障、戰(zhàn)場生存面臨巨大挑戰(zhàn)，必須切實提高復雜電磁環(huán)境下裝備保障能力，才能適應未來信息化戰(zhàn)爭要求［1］。通過仿真的方法來研究裝備保障問題已經得到軍事專家的廣泛認可，建立復雜電磁環(huán)境下的裝備保障指揮控制模型，就可以用來分析復雜電磁環(huán)境對裝備保障指揮控制的影響，從而為提高復雜電磁環(huán)境下提高裝備保障指揮效能的提供途徑，也是未來戰(zhàn)場提高裝備保障能力的重要方法。

1 復雜電磁環(huán)境對裝備保障指揮控制的影響分析

在未來信息化條件下作戰(zhàn)過程中，電磁領域的偵察、干擾與反干擾、欺騙與反欺騙、摧毀，將加劇原本已很復雜的電磁環(huán)境的嚴酷程度，嚴重影響裝備保障指揮效能的發(fā)揮［2］。復雜電磁環(huán)境對裝備保障系統(tǒng)的主要影響包括以下幾個方面。

1．1 裝備保障指揮控制系統(tǒng)面臨的威脅增大

在復雜電磁環(huán)境下，裝備指揮系統(tǒng)將會面臨著多種手段、多種方式的電磁威脅。一方面是敵方會通過雷達、紅外、電子等設備對我進行晝夜不停的偵察，我裝備指揮機構和保障分隊遭敵打擊的危險增大；另一方面是敵方利用各種電子干擾設備對我裝備指揮控制網絡進行全方位的干擾，這對我軍裝備指揮信息獲取及傳輸能力構成較大威脅。

1．2 增加了裝備保障指揮控制的難度

信息化條件的戰(zhàn)場上，裝備保障行動高度依賴于各種信息，信息的獲取與運用貫穿于裝備保障行動的始終。裝備指揮人員需要大量利用指揮控制通信網絡進行信息交互。因而敵人對我裝備保障指揮控制網絡的主動攻擊也更為猛烈，使得裝備保障信息交互容易被干擾破壞，造成保障信息不全，指揮決策難。

1．3 影響了裝備保障的效果，難以達到及時、準確

由于裝備保障分隊通信受敵干擾，預警探測設備也無法按作戰(zhàn)需求隨機開機，難以對戰(zhàn)場態(tài)勢實施連續(xù)監(jiān)控。增加被敵突擊力量襲擊的風險，迫使保障分隊增加防衛(wèi)力量，使得我方保障分隊機動轉移速度變慢。在敵方電子干擾和欺騙下，我方獲取情報信息的質量將會受到很大的影響，也造成保障分隊行動不及時，快速反應難，保障效果也就難以做到及時、準確。

2 裝備保障指揮控制模型體系

復雜電磁環(huán)境下的裝備保障指揮控制建模要能充分模擬裝備保障系統(tǒng)中各實體的信息采集、處理、分發(fā)、交互等實際的指揮控制過程。在裝備保障仿真過程中，除了各種裝備保障業(yè)務模型，還應該包含指揮控制模型、電磁環(huán)境模型、指揮控制網絡模型和無線通信模型等。筆者構建的基于HLA（高層體系結構）的裝備保障仿真模型的體系結構如圖1所示，在RTI（仿真支撐軟件）上以指揮控制網絡為基礎運行裝備保障仿真的各種模型。

圖1 裝備保障仿真模型結構示意圖

運行過程如圖2所示，電磁環(huán)境仿真模型和指揮控制網絡模型是無線通信模型的基礎，無線通信模型的運行結果為其他裝備保障業(yè)務模型服務，最后仿真數據在效能評估系統(tǒng)中進行分析，并為裝備保障指揮控制網絡的優(yōu)化提供依據。

圖2 裝備保障仿真模型運行示意圖

3 裝備保障指揮控制中的電磁干擾模型

電磁環(huán)境仿真模型用來模擬戰(zhàn)場中復雜的電磁環(huán)境，利用該模型對通信模型產生影響，通過通信模型產生的通斷信息來模擬復雜電磁環(huán)境對裝備保障指揮控制系統(tǒng)產生的影響。筆者設計的電磁環(huán)境模型主要由3個模塊構成。電磁環(huán)境想定模塊用來輸入裝備保障仿真想定中的有關電磁環(huán)境的各種信息；自然電磁生成模塊用來模擬雷電、靜電、民用電磁輻射等電磁環(huán)境構成因素；電磁干擾生成模塊用來模擬敵我雙方為了一定的戰(zhàn)術目的所產生的電磁壓制、電磁干擾等電磁環(huán)境構成因素。

電磁環(huán)境產生模型產生的電磁干擾最后以干擾功率的形式影響信噪比，用信噪比來決定通信的通與斷。不論是數字信號還是模擬信號，干擾效果都是由接收機端的干擾信號強度決定的。敵各種干擾源干擾信號到達接收機的功率［3］為

式中：Pti為第i個干擾源的發(fā)射功率；Gti為第i個干擾源的天線增益；L干i為第i個干擾源的傳播路徑損耗；Gri為第i個干擾源方向上的接收天線增益。

接收機受到的干擾總功率為

通過計算獲得的接收功率、噪聲功率、干擾功率等參數來計算信噪比（SNR）［4］。信噪比用分貝表示為

式中：Pr為接收功率；Pb為噪聲功率；Pi為干擾功率，單位均為W。有效信噪比為

式中：GP為接收機的有效處理增益（d B）。對語音通信則采用接收機靈敏度的高低來判斷是否能正確接收，一般認為語音清晰度在70%以上可以完全接收，在30%以下不能接收，在30%～70%之間基本上還能接收。接收機靈敏度是指其能接收到的并仍能正常工作的最小信號，接收信號電平［5］為

式中：NF為系統(tǒng)噪聲系數（d B）；SNR為信噪比；k是玻爾茲曼常數，k＝1．38×10－23W／（K·Hz），T為開氏絕對溫度值，地球大氣中常假定為290 K；B是接收機有效帶寬。

式中：k TB的單位是dBM；BW是接收機的有效帶寬，單位是MHz。最后將接收信號電平S與電臺靈敏度指標S0進行比較，當S≥S0時，能接收；否則不能接收。

4 裝備保障指揮控制網絡分析與建模

信息化戰(zhàn)爭中，裝備指揮機構之間，裝備指揮機構與作戰(zhàn)指揮機構、裝備保障力量、其他保障機構之間都需要傳輸大量的情報數據、指揮控制指令、協(xié)同信息以及合成的戰(zhàn)場態(tài)勢等信息，而這些都是通過裝備保障指控網絡傳輸的［6］。因此在對裝備保障指控網絡進行仿真建模之前，應首先對裝備保障指揮的體系結構以及裝備保障指揮控制信息流進行分析，如圖3所示。

圖3 裝備保障系統(tǒng)信息交互示意圖

下面將參與裝備保障活動的實體抽象為節(jié)點并進行分類，并依靠裝備保障指控網絡通信模型對節(jié)點之間連通性的判斷結果建立起指控網絡拓撲結構模型。通過建立裝備保障指控網絡拓撲結構模型，可以直觀地發(fā)現裝備保障活動中“活動頻繁”以及容易產生信息瓶頸的節(jié)點，從而為優(yōu)化指控網絡創(chuàng)造條件。

4．1 網絡節(jié)點模型

依據對裝備保障指揮控制網絡的定義，結合裝備保障指揮控制活動的運行，即裝備保障信息的產生、裝備保障的指揮以及裝備保障行動的實施過程，將參與裝備保障行動的單元進行抽象并分為3類，即裝備保障節(jié)點、指揮控制節(jié)點和作戰(zhàn)節(jié)點，并分別建立相應節(jié)點模型。

1）指揮控制節(jié)點模型＜C2＞：表示參與裝備保障指揮控制活動的單元，它能接收、處理裝備保障信息并指揮裝備保障單元，包括各級指揮所、保障群、隊等。

2）裝備保障節(jié)點模型＜Support＞：表示實施各種裝備保障行動的單元，它能接受指揮控制節(jié)點的指令對作戰(zhàn)節(jié)點實施裝備保障，主要指各種保障組。

3）作戰(zhàn)力量節(jié)點模型＜Force＞：表示裝備的使用單元，它是裝備保障需求的主要產生點，并將保障需求信息上報給對應的指揮機構，從而推動裝備保障行動的進行。

4．2 網絡邊模型

裝備保障指控網絡模型中連接不同節(jié)點的邊，不僅可以表示節(jié)點之間的信息連接，還可以表示節(jié)點之間的隸屬關系、指控關系和保障關系，邊的長短還可以表示兩節(jié)點之間的距離。它們之間的信息連接有可能因為某種情況中斷，連邊也就隨之消失。還可以設置連邊的權重，用來表示系統(tǒng)冗余、可靠性等。為了描述部隊裝備保障指控網絡的拓撲結構，模型中將這些關系都抽象為邊。筆者基于信息化條件下部隊保障系統(tǒng)建設，將部隊裝備保障指控網絡中可能存在的邊［7］進行抽象，并進行以下假設。

1）初始網絡中沒有孤立的單元，所有的單元節(jié)點都在控制之中。

2）不同的C2節(jié)點之間可以連邊，表示不同級別之間的指揮關系或者同級之間的協(xié)同。

3）不同的F節(jié)點之間可以連邊，表示信息的傳遞。

4）每個S節(jié)點只與一個C2節(jié)點連邊，表示保障信息的傳遞，并且確保了保障單元不接受不同指控單元的命令，造成沖突。

5）一個C2節(jié)點可以與若干個S節(jié)點相連，表示其可以指揮的裝備保障力量。

6）一個C2節(jié)點可以與若干個F節(jié)點相連，表示其可以指揮的作戰(zhàn)力量。

基于以上基本原則和假設，裝備保障指控網絡可以簡單抽象表示，如圖4所示。

圖4 裝備保障指控網絡抽象示意圖

5 結 語

在復雜電磁環(huán)境下提高裝備保障指揮控制能力將是信息化條件下提高裝備保障能力的必然趨勢。從滿足裝備保障仿真要求出發(fā)建立了裝備保障指控模型，為增強復雜電磁環(huán)境下裝備保障仿真的逼真性，從而提高裝備保障指揮控制能力打下了基礎。

［1］ 張 煒，梁 ?。畯碗s電磁環(huán)境下裝備保障對策研究［J］．裝備指揮技術學院學報，2008，19（4）：1－5．

［2］ 馬 巒，魯三貴．復雜電磁環(huán)境對聯(lián)合作戰(zhàn)后勤指揮的影響及對策［J］．軍事經濟學院學報，2010，17（3）：23－28．

［3］ 霍文俊，曲 毅，許家萬．地空通信系統(tǒng)的建模與仿真［J］．計算機仿真，2002，19（3）：18－20．

［4］ 陳 敏．OPNET網絡仿真［M］．北京：清華大學出版社，2004．

［5］ ZHENG Da－fang，GULER E．Coupled growing networks［J］．Advances in Complex Systems，2003，6（4）：30－34．

［6］ 龔傳信．裝備勤務指揮概論［M］．北京：解放軍出版社，2004．

［7］ 王鴻潔，郭 晶，李學軍，等．網絡化作戰(zhàn)C2系統(tǒng)建模與仿真研究［J］．系統(tǒng)仿真學報，2007，19（9）：1－4．

TP391．9

A

1008－1542（2011）12－0092－04

2011－06－20；責任編輯：張士瑩

蔡紀偉（1981－），男，河南舞陽人，博士，主要從事裝備保障仿真方面的研究。