基于HLA架構的雷達對抗訓練模擬系統(tǒng)設計＊

史軍軍，林 波

（中國人民解放軍69079部隊博士后科研工作站，新疆 烏魯木齊830013）

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭已發(fā)展到信息化條件下的聯(lián)合作戰(zhàn)階段，戰(zhàn)場空間擴展為“陸海空天電網(wǎng)”六維一體的信息化戰(zhàn)場，戰(zhàn)爭要素大大增加，戰(zhàn)場環(huán)境日趨復雜多元，這就給部隊的日常訓練提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。對于電子對抗部隊的訓練而言，因難以構建貼近于實戰(zhàn)的訓練環(huán)境而存在著“偵無對象、擾無目標”的問題。目前，利用實際裝備和模擬系統(tǒng)相結合，綜合應用分布式仿真技術、計算機建模技術、虛擬現(xiàn)實技術和網(wǎng)絡技術構建虛擬戰(zhàn)場環(huán)境成為了一條切實可行的選擇，這也是世界各軍事強國的普遍做法［1-6］。本文首先簡要分析了能夠滿足實戰(zhàn)化訓練需求的模擬系統(tǒng)應該具備的功能，然后從體系結構、控制軟件結構和工作流程等方面進行了詳細的分析和探討，設計出了一種新的模擬系統(tǒng)架構，為進一步研制電子對抗模擬訓練系統(tǒng)提供一個新的思路。

1 模擬系統(tǒng)的功能需求分析

訓練模擬系統(tǒng)作為一種軟硬件結合的半實物仿真系統(tǒng)，除了一般模擬系統(tǒng)應具備的交互性、可靠性、準確性、安全性外，逼真性、系統(tǒng)兼容性、可擴展性和單平臺多功能等特點，是該訓練模擬系統(tǒng)最顯著的特點所在。

從技術上講，訓練模擬系統(tǒng)應該具備各種體制雷達信號的生成功能、多部雷達交疊信號的模擬能力以及信號環(huán)境復雜度的定量評估、電磁態(tài)勢的可視化顯控和對數(shù)據(jù)庫的高效管理。另外，作為電子對抗訓練模擬系統(tǒng)，還應該具備對訓練效果的在線評估和訓練記錄的離線分析等功能。

從戰(zhàn)術需求上講，面向電子對抗部隊訓練的信號環(huán)境模擬系統(tǒng)應該具備戰(zhàn)術想定的編輯、設置和生成功能，具備管理數(shù)據(jù)生成的控制功能和特定場景方案的回放再現(xiàn)功能。合理的編輯仿真戰(zhàn)術想定，生成合適的仿真戰(zhàn)術背景對生成的電磁信號環(huán)境具有重要影響。對此應該有清晰的模型予以描述，在本系統(tǒng)中，需要重點考慮的是敵對雙方電子輻射裝備的種類和數(shù)量、敵對雙方輻射源的配置、技戰(zhàn)術性能指標、機動情況、用頻規(guī)律、工作體制和樣式、信號特征等。同時，面向部隊訓練的信號環(huán)境模擬系統(tǒng)應該具有信號環(huán)境電磁態(tài)勢的顯示功能，它可以真實反映信號環(huán)境的變化，對戰(zhàn)場指揮員直觀地把握電磁態(tài)勢、優(yōu)化裝備部署和科學決策起輔助作用［7］。

2 模擬系統(tǒng)的技術設計

2.1 系統(tǒng)體系結構設計

HLA（High Level Architecture）于1996年8月由美國國防部完成基礎定義，2000年9月正式成為IEEE標準。HLA 是一個可重用的用于建立基于分布式仿真部件的軟件架構和功能集，支持由不同仿真部件組成的復雜仿真［8-9］。HLA 體系規(guī)范由規(guī)則（Rules）、對象模板（OMT）、接口規(guī)范說明（Interface Specification）三部分組成。規(guī)則規(guī)范了聯(lián)邦成員應遵循的基本原則；對象模板提供了HLA 對象一種更標準格式，描述了聯(lián)邦成員間進行交互的共享信息和單個成員加入時對其他成員的信息需求，以及它能夠提供給其他聯(lián)邦的信息。其中，聯(lián)邦包含聯(lián)邦成員組成的一個集合、RTI以及聯(lián)邦成員和RTI的接口三部分，這三部分作為一個整體以便完成特定的目的。而聯(lián)邦成員是加入到分布式交互仿真虛擬環(huán)境中的計算機程序，可以是一臺計算機平臺的仿真器、人在回路的模擬器或觀察器和數(shù)據(jù)收集器之類的支持程序。

RTI是HLA 接口規(guī)范的具體實現(xiàn)，它是基于HLA 仿真的核心部件，是一個按照HLA 接口規(guī)范開發(fā)的軟件系統(tǒng)，為仿真應用提供通用的、相對獨立的支撐服務，其功能類似于分布式操作系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)功能的設計要求，相應的體系結構如圖1所示。

圖1 雷達對抗訓練模擬系統(tǒng)的體系結構

該系統(tǒng)可以完成性能仿真和模擬訓練等功能，主要由教練顯控臺和訓練顯控臺兩大部分組成。教練顯控臺由電磁態(tài)勢顯示工作站、數(shù)據(jù)處理與效果評估工作站、視景仿真主工作站、雷達仿真終端和戰(zhàn)情設置終端等組成，訓練顯控臺是本設計的重要部分，也是本系統(tǒng)設計的主要目的，由雷達對抗偵察終端和雷達干擾終端等設備組成，實際中可以根據(jù)需要設置若干臺雷達對抗偵察和干擾終端。各主要硬件模塊的功能如下：

1）視景仿真主工作站上運行的視景驅動開發(fā)軟件Vega，用于大場景仿真。使用MultiGen建立飛機、導彈、雷達、偵察機、干擾機、地理環(huán)境等的三維模型，并使用Vega驅動這些模型，真實表現(xiàn)戰(zhàn)場的可視化訓練進程。

2）戰(zhàn)情設置終端。以電子地圖為基礎進行裝備配置和二維態(tài)勢顯示，完成戰(zhàn)情想定的加載、模型的添加、仿真參數(shù)的設置、模擬預定航路顯示、目標軌跡顯示等。在本系統(tǒng)設計中主要有兩個功能，一是在進行雷達對抗偵察訓練時，設置機載雷達載體的航跡和運動狀態(tài)參數(shù)以及地面雷達的部署位置；二是在進行雷達干擾訓練時，設置目標（飛機、導彈等）的飛行航跡和運動參數(shù)等。

3）雷達對抗偵察仿真終端。模擬雷達對抗裝備的天線掃描、參數(shù)設置、寬帶信號處理模塊和數(shù)據(jù)處理模塊的功能，結合當前工作狀態(tài)和電子戰(zhàn)場景，生成所偵察到的威脅輻射源信息。

4）雷達干擾終端。模擬雷達干擾裝備的天線掃描、干擾方式、功率管理和干擾控制指令實施壓制性干擾或者欺騙性干擾。

5）雷達仿真終端。模擬加載在飛機或地面上的雷達的工作過程，為雷達對抗偵察提供機載機動雷達信號和地面固定雷達信號，另一方面也為雷達干擾提供作戰(zhàn)對象，將干擾的效果通過圖形和數(shù)字的形式在仿真終端上體現(xiàn)出來。

6）電磁態(tài)勢顯示工作站。以直觀形象的方式顯示電子作戰(zhàn)效果。

7）顯控臺機柜?？梢允褂脤嶋H裝備的顯控臺軟件，對一些接口進行必要的修改。提供給操作人員與實裝的裝備顯控臺完全一致的人機交互界面。

2.2 系統(tǒng)軟件結構設計

模擬系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件結構是一個復雜的工程，其結構由戰(zhàn)術想定、訓練模擬控制、教練控制、訓練模擬控制、視景仿真、雷達對抗偵察機仿真、雷達干擾機仿真、雷達仿真、數(shù)據(jù)處理綜合顯控和效能評估顯示等模塊組成，系統(tǒng)開發(fā)必需的支撐軟件包括Visual C＋＋、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MultiGen、視景驅動開發(fā)軟件Vega、數(shù)據(jù)庫前端開發(fā)工具PowerBuilder等。其示意圖如圖2所示。

圖2 雷達對抗訓練模擬系統(tǒng)軟件結構

系統(tǒng)通過戰(zhàn)術想定模塊制作雷達對抗戰(zhàn)術想定、作戰(zhàn)目標、訓練科目等。訓練模擬控制模塊為訓練人員提供模擬訓練的操作控制。教練控制模塊作為模擬系統(tǒng)的總控模塊，完成數(shù)據(jù)的交互、任務之間的調度和控制系統(tǒng)各個模塊的運行。視景仿真主要通過調用特定地域的數(shù)字電子地圖作為作戰(zhàn)背景，設置不同的戰(zhàn)場環(huán)境。雷達對抗偵察仿真是在電子對抗場景信息的驅動下，搜索目標雷達信號，提取相應的信息。雷達干擾仿真是在雷達對抗偵察信息的基礎上，通過偵察信息的引導和顯控臺的控制產(chǎn)生相應的電子干擾信號，作用于目標雷達。數(shù)據(jù)處理和綜合顯控主要對產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行綜合處理，顯示當前的戰(zhàn)場電磁態(tài)勢、偵察結果和干擾效果等。

2.3 系統(tǒng)的工作流程

模擬系統(tǒng)啟動以后，編輯（調用）相應的戰(zhàn)術想定和訓練科目，同時因為本系統(tǒng)主要用于模擬雷達對抗訓練，所以主要提供了雷達對抗偵察和雷達干擾的模擬訓練過程。電子戰(zhàn)訓練人員在戰(zhàn)術背景和訓練科目的指令下，通過顯控臺操作虛擬裝備，完成訓練科目設定的作戰(zhàn)任務，在線分析作戰(zhàn)人員的裝備操作記錄和戰(zhàn)情處理結果數(shù)據(jù)，評估訓練成績。同時，這些記錄也可以進行離線分析，以便完善訓練訓練想定。具體流程如圖3所示。

在特定想定的驅動下，進行雷達對抗偵察任務的訓練，需要加載戰(zhàn)場背景數(shù)字地圖和模擬戰(zhàn)場自然環(huán)境，同時還需要設置相應的雷達對抗戰(zhàn)情，一方面是地面固定雷達的設置，包括部署位置、技戰(zhàn)術參數(shù)、天線掃描特性等；另一方面是機載雷達的設置，主要包括機動軌跡、運動參數(shù)、機載設備的技戰(zhàn)術參數(shù)等。在此基礎上，通過雷達對抗偵察顯控模塊的運行，訓練人員進行偵察裝備的模擬操作和戰(zhàn)情的處理，獲得操作事件記錄和目標參數(shù)信息記錄，并進行偵察結果的在線評估，如果達到訓練要求就退出系統(tǒng)，否則返回重新運行。如果要進行雷達干擾的訓練，則在加載數(shù)字地圖、戰(zhàn)場環(huán)境的基礎上，還需要設置相應的雷達，通過干擾目標的選擇、干擾方式和參數(shù)的設置，可以在雷達終端體現(xiàn)干擾的效果，其余部分與偵察訓練相同。

圖3 雷達對抗訓練模擬系統(tǒng)的工作流程

需要說明的是，在雷達對抗偵察訓練和雷達干擾訓練中，雷達對抗戰(zhàn)情設置所完成的功能是不一樣的。在雷達對抗偵察訓練中，戰(zhàn)情設置模塊需要在特定地域電子地圖上設置地面雷達位置、技戰(zhàn)術參數(shù)和天線的掃描類型以及機載雷達的航跡和相關參數(shù)。而在雷達干擾訓練中，除了設置地面雷達及機載雷達的位置和技戰(zhàn)術參數(shù)以外，還需要為其設置目標。本系統(tǒng)設計中，地面固定雷達的目標是飛機或者導彈，就需要設置目標的航跡和運動參數(shù)，而機載雷達的目標可以設置為地面固定目標。這樣，通過干擾能量作用于雷達終端，造成雷達檢測目標概率和跟蹤目標精度的降低，從而定量評估干擾的有效性。

3 結束語

電子對抗戰(zhàn)術訓練涉及到多種實體裝備、多個部門、多個兵種，實施起來費時又費力。目前，各相關單位研制了不少相應的模擬設備，但是普遍存在著缺乏相應的接口、系統(tǒng)兼容性差、升級更新困難等問題，無法和一體化作戰(zhàn)平臺做到互聯(lián)互通互操作。本文從頂層設計的角度，基于HLA 模型架構，綜合應用系統(tǒng)仿真技術、計算機網(wǎng)絡技術、可視化建模技術、自動控制技術和數(shù)字顯控技術等知識，對模擬系統(tǒng)的體系結構、系統(tǒng)軟件結構和工作流程提出了一種設計思路，可以為電子對抗模擬訓練系統(tǒng)的研制提供參考?！?/p>

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