復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)體系研究*

汪連棟，董俊，曾勇虎，許雄

(電子信息系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)國家重點實驗室，河南 洛陽 471003)

復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)體系研究*

汪連棟，董俊，曾勇虎，許雄

(電子信息系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)國家重點實驗室，河南 洛陽 471003)

針對目前國內(nèi)復(fù)雜電磁環(huán)境模擬缺乏統(tǒng)一規(guī)范和標準的問題，開展復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)的頂層設(shè)計研究。首先，簡要綜述國內(nèi)外電磁環(huán)境模擬技術(shù)研究現(xiàn)狀，重點分析了復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)在頂層設(shè)計、理論方法、技術(shù)途徑和基本規(guī)范等方面存在的問題。然后，從電磁環(huán)境預(yù)測、生成、集成與控制、監(jiān)測以及評價五大環(huán)節(jié)闡述復(fù)雜電磁環(huán)境模擬過程中各環(huán)節(jié)的基本功能、技術(shù)組成和相互關(guān)系，分析梳理其中涉及的關(guān)鍵技術(shù)。最后，在此基礎(chǔ)上形成較完善的復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)體系。為解決電磁環(huán)境模擬的一體化和標準化問題奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

復(fù)雜電磁環(huán)境；模擬技術(shù)；體系研究

0 引言

復(fù)雜電磁環(huán)境模擬在電子信息系統(tǒng)試驗鑒定、軍事訓(xùn)練演練等應(yīng)用中有著巨大的需求，它不但能為電子信息系統(tǒng)的研發(fā)和測試提供一個與實際應(yīng)用環(huán)境相似的工作場景，用以評估系統(tǒng)性能和技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)指標，也可為軍事訓(xùn)練和演練提供逼真的戰(zhàn)場電磁環(huán)境，為提高部隊在復(fù)雜電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)能力奠定基礎(chǔ)。因此，研究復(fù)雜電磁環(huán)境模擬，綜合運用各種理論方法、技術(shù)手段模擬生成所需的逼真的復(fù)雜電磁環(huán)境，已成為電子信息系統(tǒng)論證研制、試驗鑒定、軍事訓(xùn)練中需要解決的關(guān)鍵基礎(chǔ)問題[1-3]。

隨著復(fù)雜電磁環(huán)境模擬的規(guī)模及難度不斷增加，對現(xiàn)有復(fù)雜電磁環(huán)境模擬的理論和技術(shù)均提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。從“替代等效推論”、“無邊界靶場”到“平行試驗”、“平行靶場”等新興理論的指導(dǎo)下[4-6]，復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)正朝綜合化和一體化的方向發(fā)展，因而迫切需要開展模擬技術(shù)體系研究，以促進復(fù)雜電磁環(huán)境模擬的一體化和標準化。

1 復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，從模擬實現(xiàn)形式、方式上說，主要分為2個場景、3種手段，即室內(nèi)模擬和室外模擬2個場景，全數(shù)字仿真、半實物仿真、實裝模擬3種手段。

其中，室內(nèi)模擬主要運用全數(shù)字仿真和半實物仿真兩種手段，構(gòu)建了大場景的全數(shù)字仿真系統(tǒng)，以及各種注入式和輻射式的半實物仿真系統(tǒng)。室外模擬則主要利用各類模擬器和實體裝備構(gòu)建的依托真實地理環(huán)境工作的典型場景。從技術(shù)層面說，3種手段主要涉及各種先進的建模與仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、信號生成技術(shù)、系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)等。

目前，在綜合運用相應(yīng)技術(shù)方法的基礎(chǔ)上，國內(nèi)外已經(jīng)建成了若干不同類型、不同用途的電磁環(huán)境模擬系統(tǒng)。如基于高層體系結(jié)構(gòu)、聯(lián)合建模與仿真系統(tǒng)框架等仿真技術(shù)的大型對抗試驗數(shù)字仿真系統(tǒng)； 基于信道模擬的注入式對抗試驗半實物仿真系統(tǒng)和基于大型微波暗室的輻射式對抗試驗半實物仿真系統(tǒng)；基于各類信號模擬器和型號實體武器裝備的靶場試驗訓(xùn)練模擬系統(tǒng)；以及包括能夠模擬核電磁脈沖和超寬帶電磁脈沖的各種雷電與核電磁脈沖綜合模擬系統(tǒng)。尤其是在大型電磁環(huán)境模擬系統(tǒng)建設(shè)方面，北約的波利岡靶場、美國的大西洋電子靶場等均具備了模擬較為逼真戰(zhàn)場電磁環(huán)境的能力。中國洛陽電子裝備試驗中心經(jīng)過數(shù)年的建設(shè)，也初步具有了模擬多波段、多類型、多樣式電磁信號環(huán)境的能力。

然而，為開展信息化條件下的體系對抗研究，進行武器裝備的復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性試驗，評估部隊在復(fù)雜電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)能力，上述現(xiàn)有的復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)已不能完全滿足應(yīng)用的迫切需求。

2 復(fù)雜電磁環(huán)境模擬存在的問題

針對應(yīng)用需求的發(fā)展變化，目前國內(nèi)在復(fù)雜電磁環(huán)境模擬研究方面還存在著諸多問題，從理論方法、技術(shù)手段，到標準規(guī)范都不成熟。由于電磁環(huán)境模擬是個系統(tǒng)工程問題，因而還需要從頂層設(shè)計入手，建立合理的研究體系，才能進一步指導(dǎo)后續(xù)的規(guī)范化發(fā)展?？偟膩碚f，當(dāng)前復(fù)雜電磁環(huán)境模擬主要存在以下4個方面的問題，包括：

(1) 頂層設(shè)計不全面

從宏觀層面上說，目前許多模擬追求完整的體現(xiàn)環(huán)境的方方面面，也致使模擬規(guī)模較大且存在資源浪費的現(xiàn)象；從微觀層面上說，由于所需復(fù)雜電磁環(huán)境模擬的對象各異，應(yīng)用中主要針對具體對象進行分析，使得技術(shù)應(yīng)用不統(tǒng)一、欠規(guī)范，致使相關(guān)的電磁環(huán)境模擬系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜而又不能滿足實際需求，且還無法被靈活調(diào)整應(yīng)用。這些都是對復(fù)雜電磁環(huán)境模擬缺乏頂層設(shè)計的表現(xiàn)。

(2) 理論研究待完善

雖然目前已經(jīng)建立了“替代等效推論”、“無邊界靶場”等理論方法，但對復(fù)雜電磁環(huán)境的本質(zhì)特性仍存在認知不深，動態(tài)規(guī)律把握不準等基礎(chǔ)問題，尤其是對電子信息系統(tǒng)與各個環(huán)境要素之間的相關(guān)性特性分析不清，致使復(fù)雜電磁環(huán)境模擬的針對性不強。因而還需要進一步創(chuàng)新發(fā)展現(xiàn)有的理論方法，以指導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用。

(3) 技術(shù)運用欠靈活

從對復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)現(xiàn)狀的分析看，現(xiàn)有的模擬技術(shù)手段雖然在不同程度地解決了一些問題，但不斷增長的模擬需求使得如何綜合地利用各種不同的資源進行一體化的模擬，以克服模擬資源有限的問題，成為大規(guī)模戰(zhàn)場電磁環(huán)境模擬的難點。為了實現(xiàn)各種模擬技術(shù)的綜合運用，需要從頂層設(shè)計入手，對相關(guān)技術(shù)進行梳理。

(4) 規(guī)范標準未健全

限于上述問題，當(dāng)前自然缺乏統(tǒng)一的復(fù)雜電磁環(huán)境模擬標準和規(guī)范，缺乏足夠的數(shù)據(jù)和模型積累。致使所開發(fā)的電磁環(huán)境仿真模型不標準、難兼容、可重用性較弱，難以滿足大型仿真系統(tǒng)建設(shè)需要；而在外場應(yīng)用實踐即室外模擬方面，只是定性地實現(xiàn)一定程度的要素等效、功能等效，還無法做到定量模擬，尤其是對模擬結(jié)果無法給出推廣性的解釋。這些問題都是源于對復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)沒有一個體系化的研究認識。

尤其是當(dāng)前電子信息系統(tǒng)正向高度集成化、體系化的方向發(fā)展，使得模擬需求的規(guī)模和難度驟增，需要模擬的環(huán)境構(gòu)成要素眾多、關(guān)系錯綜復(fù)雜，因而迫切需要從復(fù)雜電磁環(huán)境模擬的技術(shù)體系入手，開展系統(tǒng)化的頂層設(shè)計分析，為解決上述問題奠定基礎(chǔ)。

3 復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)體系研究

開展復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)體系研究，主要是對復(fù)雜電磁環(huán)境模擬過程中運用到的各種相關(guān)的技術(shù)進行歸納、分析、預(yù)測，從應(yīng)用需求的角度出發(fā)，進行模擬技術(shù)的頂層設(shè)計研究，從而建立起較為完善的模擬技術(shù)體系框架，并研究相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)。這將促進復(fù)雜電磁環(huán)境模擬的一體化和標準化發(fā)展，為復(fù)雜電磁環(huán)境模擬系統(tǒng)的設(shè)計、優(yōu)化和檢驗提供基礎(chǔ)技術(shù)支撐。

3.1 復(fù)雜電磁環(huán)境模擬過程及關(guān)鍵技術(shù)分析

復(fù)雜電磁環(huán)境模擬的全過程可以分為環(huán)境預(yù)測、環(huán)境生成、環(huán)境模擬集成與控制、環(huán)境監(jiān)測和電磁環(huán)境評價5個環(huán)節(jié)，具體流程如圖1所示。

圖1 復(fù)雜電磁環(huán)境模擬基本流程Fig.1 Basic flow of complex electromagnetic environment simulation

3.1.1 復(fù)雜電磁環(huán)境預(yù)測

(1) 環(huán)境預(yù)測技術(shù)組成

復(fù)雜電磁環(huán)境預(yù)測技術(shù)是根據(jù)模擬需求形成模擬想定，并通過全數(shù)字計算機模擬技術(shù)，建立環(huán)境模擬模型資源，形成預(yù)測環(huán)境，直觀展現(xiàn)電磁環(huán)境生成可能達到的效果。環(huán)境預(yù)測技術(shù)包括電磁環(huán)境信號數(shù)據(jù)庫、電磁環(huán)境全數(shù)字模擬和電磁環(huán)境模型3部分。其組成如圖2所示。

圖2 環(huán)境預(yù)測技術(shù)組成圖Fig.2 Composition of environmental prediction technology

(2) 環(huán)境預(yù)測關(guān)鍵技術(shù)

環(huán)境預(yù)測涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要有：①電磁環(huán)境設(shè)計與設(shè)置技術(shù)，為用戶提供直觀的電磁環(huán)境設(shè)計界面和背景環(huán)境，包括模擬區(qū)域地圖、坐標及地理環(huán)境以及模擬設(shè)備等；②環(huán)境預(yù)測管理與控制技術(shù)，主要通過軟件設(shè)計管理與控制界面實現(xiàn)，將各個環(huán)節(jié)集中到管理與控制界面上，用戶能直觀而方便的進行操作；③電磁環(huán)境建模技術(shù)，通過建立電磁環(huán)境構(gòu)建模型體系及要素精確模型，準確描述電磁環(huán)境要素及其動態(tài)特性，為預(yù)測環(huán)境的形成提供支持；④預(yù)測環(huán)境顯示技術(shù)，通過軟件界面將電磁輻射源、電磁信號傳播、電磁輻射范圍、輻射源電磁參數(shù)和電磁頻譜等直觀的顯示出來；⑤數(shù)據(jù)庫技術(shù)，主要通過數(shù)據(jù)庫軟件建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫以及動態(tài)鏈接庫，完成模擬設(shè)備的有關(guān)性能參數(shù)、信號參數(shù)的采集和數(shù)據(jù)錄入工作以及數(shù)據(jù)處理結(jié)果的存儲等，為預(yù)測管理與控制軟件提供數(shù)據(jù)支撐。

3.1.2 復(fù)雜電磁環(huán)境生成

(1) 環(huán)境生成技術(shù)組成

環(huán)境生成技術(shù)必須能夠具有模擬實戰(zhàn)條件下復(fù)雜電磁環(huán)境的能力，滿足電磁環(huán)境實時動態(tài)交互并且可控可測的要求，為電磁環(huán)境效應(yīng)研究提供一個可以重組的柔性平臺。環(huán)境生成包括復(fù)雜電磁環(huán)境規(guī)劃、模擬環(huán)境生成和生成環(huán)境應(yīng)用3部分。其技術(shù)組成結(jié)構(gòu)如圖3所示。

(2) 環(huán)境生成關(guān)鍵技術(shù)

環(huán)境生成涉及的關(guān)鍵技術(shù)：①輻射源模擬技術(shù)包括實物模擬技術(shù)、半實物模擬技術(shù)和全數(shù)字仿真技術(shù)，通過實際裝備、模擬器、半實物模擬設(shè)備或者數(shù)字仿真模型產(chǎn)生需要模擬的各種電磁輻射信號；②傳播效應(yīng)模擬技術(shù)，模擬電磁波在傳播過程中受自然環(huán)境影響而產(chǎn)生的各種變化和效應(yīng)，包括大氣傳播路徑模擬、目標散射體模擬、地海表面雜波模擬、背景電磁環(huán)境模擬等；③等效推算技術(shù)，通過等效建模的方法計算電磁信號在實際環(huán)境中產(chǎn)生的衰減、多徑等現(xiàn)象，是對傳播效應(yīng)模擬的支撐。包括輻射作用效果遠近推算、傳播效應(yīng)等效推算、目標反射面積等效推算、信息傳遞過程等效等[5]；④模擬設(shè)備集成及控制技術(shù)，主要完成模擬信息傳播中間環(huán)節(jié)的處理，以及環(huán)境動態(tài)變化控制等工作。包括實物模擬集成及控制、半實物系統(tǒng)數(shù)據(jù)及信息接口控制、同步控制、全數(shù)字仿真系統(tǒng)體系設(shè)計、流程控制、建模及模型管理等；⑤一體化綜合模擬技術(shù)，綜合運用現(xiàn)有實體裝備、實物模擬器、半實物模擬系統(tǒng)、全數(shù)字模擬系統(tǒng)生成具有樣式多、密度高、動態(tài)范圍大、變化速度快等特點的電磁信號環(huán)境[6]。

3.1.3 復(fù)雜電磁環(huán)境模擬集成與控制

(1) 環(huán)境模擬集成與控制技術(shù)組成

環(huán)境模擬集成與控制在整個復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)體系中相當(dāng)于神經(jīng)中樞的作用，其主要功能在于為模擬工作提供一個集成的工作環(huán)境，用于接收人為的控制指令對整個電磁環(huán)境生成過程進行控制。

圖3 環(huán)境生成技術(shù)組成圖Fig.3 Composition of environmental generation technology

主要分為實物模擬指揮控制、半實物模擬控制和全數(shù)字模擬控制3部分。其組成結(jié)構(gòu)如圖4所示。

(2) 環(huán)境模擬集成與控制關(guān)鍵技術(shù)

環(huán)境模擬集成與控制涉及的關(guān)鍵技術(shù)：①控制界面是一個系統(tǒng)展現(xiàn)給用戶最直觀的部分，基本決定了系統(tǒng)操作性的難易程度，主要通過計算機控制，并開發(fā)一套具有多媒體功能的可視化控制界面，完成多模擬系統(tǒng)的指揮控制；②信號和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，電磁環(huán)境模擬整個過程涉及大量指揮控制指令、各類電磁信號和數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，信號和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是此過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。主要包括各種數(shù)據(jù)接口的轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、海量信號傳輸技術(shù)等；③信息傳輸中的總線接口規(guī)范，環(huán)境模擬集成與控制所接收的信息各異，格式不一，為了能夠讓各個設(shè)備與中控系統(tǒng)進行互聯(lián)互通，需要對相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口單獨進行規(guī)范，設(shè)計具有滿足相應(yīng)總線接口規(guī)范的數(shù)據(jù)連接器或網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，實現(xiàn)系統(tǒng)的整體集成與控制；④實時計算技術(shù)，環(huán)境模擬集成與控制要完成多種不同信息的匯總和整合，必須具有實時計算的能力，只有做到實時的計算采用充分反映環(huán)境模擬中的動態(tài)性；⑤時間同步技術(shù)， 復(fù)雜電磁環(huán)境模擬是一個復(fù)雜的過程，涉及大量信號的發(fā)射時間節(jié)點控制、模擬設(shè)備運行時間控制、仿真程序的仿真周期控制等，因此，需要有精確的時間同步技術(shù)來控制整個模擬過程的時間節(jié)點。

3.1.4 復(fù)雜電磁環(huán)境監(jiān)測

(1) 環(huán)境監(jiān)測技術(shù)組成

環(huán)境監(jiān)測是指采用與構(gòu)成電磁環(huán)境的信號特性相適應(yīng)的監(jiān)測設(shè)備和監(jiān)測技術(shù)方法，對生成的復(fù)雜電磁環(huán)境的信號狀態(tài)進行監(jiān)視和測量的過程。通過電磁環(huán)境監(jiān)測，能夠全方位的監(jiān)測電磁環(huán)境信號，并將數(shù)據(jù)進行融合，形成電磁環(huán)境態(tài)勢，并提供可視化、環(huán)境評價等應(yīng)用。環(huán)境監(jiān)測技術(shù)包括環(huán)境監(jiān)測控制、環(huán)境數(shù)據(jù)采集、信號處理和監(jiān)測環(huán)境可視化四部分。其技術(shù)組成如圖5所示。

(2) 電磁環(huán)境監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)

環(huán)境監(jiān)測涉及的關(guān)鍵技術(shù)：①分布式協(xié)同監(jiān)測技術(shù)，通過建立環(huán)境要素監(jiān)測能力估計模型，進行監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化部署，利用數(shù)據(jù)融合方法，建立監(jiān)測協(xié)同定位模型，提升電磁環(huán)境全局監(jiān)測和對輻射源分布的全面掌握能力[7-8]；②信號重構(gòu)技術(shù)，對真實電磁環(huán)境中的電磁信號進行采集、分析、分離和存儲，并在離線分析和重構(gòu)的基礎(chǔ)上按照模擬要求按照時間戳重放監(jiān)測電磁環(huán)境；③監(jiān)測信息分析技術(shù)，比如數(shù)字信號處理技術(shù)、信號時頻分析技術(shù)等，時頻分析技術(shù)主要是設(shè)計出時間和頻率的鏈接函數(shù)，用它來描述信號在不同的時間和頻率中的能量密度及強度，通過這一函數(shù)來分析信號，可以給出各個不同時間的瞬時頻率和幅值，而且可以進行對時頻濾波及時變信號的研究。另外還包括態(tài)勢管理技術(shù)、監(jiān)測信息可視化技術(shù)、頻譜資源管理及利用技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。

圖4 環(huán)境模擬集成與控制技術(shù)組成圖Fig.4 Composition of environmental simulation integration and control technology

圖5 環(huán)境監(jiān)測技術(shù)組成圖Fig.5 Composition of environmental monitoring technology

3.1.5 復(fù)雜電磁環(huán)境評價

(1) 生成環(huán)境評價技術(shù)組成

所生成的電磁環(huán)境是否符合應(yīng)用的需求，就需要對生成電磁環(huán)境進行評價。對所生成的復(fù)雜電磁環(huán)境進行評價包括2個方面：一個是有效性評價，另一個是復(fù)雜性評價。電磁環(huán)境評價技術(shù)組成如圖6所示。

(2) 生成環(huán)境評價關(guān)鍵技術(shù)

生成環(huán)境評價涉及的關(guān)鍵技術(shù)：①相關(guān)性分析技術(shù)，對電磁環(huán)境進行評價需要考慮其對受體的影響， 相關(guān)性分析能夠從定性和定量2個方面對其進行綜合評價，包括相關(guān)性分析參量集的選取、關(guān)鍵性參量的純凈試驗數(shù)據(jù)的獲取、電子信息系統(tǒng)與電磁環(huán)境相關(guān)關(guān)系的綜合描述等；②替代等效推算技術(shù)，由于在復(fù)雜電磁環(huán)境模擬的過程中，許多配試對象仍然未能與期望的一樣，因而仍會運用替代等效的方法。而且模擬的環(huán)境總是與實際的環(huán)境有所差距，那么在對所生成的電磁環(huán)境進行有效性評價時就需要運用等效推算的理論方法進行計算；③評價指標選取和歸一化計算技術(shù)，不同的應(yīng)用目的對評價指標的選取具有不同的需求，同時也有不同的準則，需要研究在不同需求和準則下的評價指標選取和計算技術(shù)；④指標賦權(quán)計算技術(shù)，根據(jù)指標權(quán)重確定的來源不同，可以將指標權(quán)重分為主觀賦權(quán)法(經(jīng)驗加權(quán)法)和客觀賦權(quán)法(數(shù)學(xué)加權(quán)法)兩大類。主觀賦權(quán)法包括直接賦權(quán)法、間接賦權(quán)法、層次分析法、最小二乘法和環(huán)比系數(shù)法等。客觀賦權(quán)法多目標優(yōu)化模型、熵值法以及相關(guān)矩陣判別法等；⑤評價建模技術(shù)，電磁環(huán)境評價計算模型的好壞直接關(guān)系到對電磁環(huán)境評價的準確性，因此評價建模技術(shù)是評價技術(shù)體系非常重要的環(huán)節(jié)。涉及評價指標的選擇、指標權(quán)重的計算以及評價結(jié)果計算等建模技術(shù)，另外還有基于分形、復(fù)雜系統(tǒng)等新理論在電磁環(huán)境評價中的技術(shù)有待進一步研究和應(yīng)用。

圖6 環(huán)境評價技術(shù)組成圖 Fig.6 Composition of environmental assessment technology

3.2 復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)體系構(gòu)建

復(fù)雜電磁環(huán)境模擬是一項系統(tǒng)工程，其技術(shù)體系涉及諸多方面，不僅構(gòu)成體系的單項技術(shù)眾多，這些技術(shù)之間的相互關(guān)系也十分復(fù)雜。為了盡可能全面、清晰地描述構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境體系，下面從電磁環(huán)境模擬功能、電磁環(huán)境模擬手段、電磁環(huán)境模擬技術(shù)等多個視角，構(gòu)建立體、多維的復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)體系。

3.2.1 技術(shù)體系

根據(jù)上述對復(fù)雜電磁環(huán)境模擬過程及關(guān)鍵技術(shù)的分析，可以初步建立復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)體系架構(gòu)，如圖7所示。

復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)體系包括3層結(jié)構(gòu)，功能層、關(guān)鍵技術(shù)層和支撐技術(shù)層。其中，功能層包括電磁環(huán)境預(yù)測、電磁環(huán)境生成、電磁環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境模擬集成與控制和電磁環(huán)境評價5個環(huán)節(jié)，主要根據(jù)電磁環(huán)境模擬需求者的具體要求， 選擇需要實現(xiàn)的功能，從而確定需要采用什么樣的技術(shù)來實現(xiàn)環(huán)境的模擬；關(guān)鍵技術(shù)層則主要根據(jù)需求者對電磁環(huán)境模擬的要求選擇各功能層對應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)各環(huán)節(jié)具體的功能；而支撐技術(shù)層主要提供一些共性的基礎(chǔ)技術(shù)如數(shù)學(xué)建模、計算、信息處理、軟件設(shè)計等，用于支撐關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)[9-10]。

圖7 復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)體系架構(gòu)圖Fig.7 Diagram of complex electromagnetic environment simulation system architecture

3.2.2 應(yīng)用描述

上述從頂層設(shè)計上構(gòu)建了一個較為完整的、通用的復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)體系，其可通過3種手段實現(xiàn)兩種場景需求的模擬。為了規(guī)范應(yīng)用該復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)體系，可參照圖1所示的復(fù)雜電磁環(huán)境模擬基本流程，從模擬需求分析入手，根據(jù)不同的任務(wù)，如設(shè)備研制開發(fā)、系統(tǒng)檢測評估、設(shè)備模擬培訓(xùn)、試驗訓(xùn)練任務(wù)和作戰(zhàn)指揮任務(wù)等，明確采取室內(nèi)還是室外模擬，全數(shù)字仿真還是半實物或是實物模擬；接著根據(jù)分析結(jié)果，參照技術(shù)體系架構(gòu)圖，明確模擬需要實現(xiàn)哪些功能，并根據(jù)功能選擇所需的關(guān)鍵技術(shù)；最后確定選擇利用什么具體設(shè)備或技術(shù)工具來實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)，從而完成復(fù)雜電磁環(huán)境模擬工作[11-12]。

當(dāng)然，在選用不同手段，進行不同場景的復(fù)雜電磁環(huán)境模擬時，所涉及到具體的關(guān)鍵技術(shù)及支撐技術(shù)是不完全相同的，需要綜合考慮應(yīng)用需求。而如何具體制定模擬技術(shù)體系在一體化綜合模擬中的應(yīng)用標準、規(guī)范，還有待后續(xù)研究。

4 結(jié)束語

本文從目前國內(nèi)復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和差距出發(fā)，對模擬存在的問題進行了分析，并通過對模擬過程進行探討，闡述了各環(huán)節(jié)的技術(shù)組成和相互關(guān)系，最終形成了三層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)體系架構(gòu)，為從頂層設(shè)計上開展復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)研究提供思路，也為促進復(fù)雜電磁環(huán)境模擬技術(shù)朝一體化和標準化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

[1] 王汝群. 戰(zhàn)場電磁環(huán)境概論[M].北京：解放軍出版社，2010. WANG Ru-qun. Introduction to Battlefield Electromagnetic Environment[M]. Beijing: Chinese People’s Liberation Army Press, 2010.

[2] 單家元,孟秀云,丁艷. 半實物仿真[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008. SHAN Jia-yuan, MENG Xiu-yun, DING Yan. Semi-Physical Simulation[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2008.

[3] 張友華,趙陽,馬長浩. 訓(xùn)練基地電磁環(huán)境應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建問題研究[J].國防科技，2008, 29(2) ：34-38. ZHANG You-hua, ZHAO Yang, MA Chang-hao. Research on the Problem of Training Base Electromagnetic Environment Application System Construction[J]. National Defense Technology, 2008, 29(2): 34-38.

[4] 王國玉,汪連棟,阮祥新，等.雷達對抗試驗替代等效推算原理與方法[M].北京:國防工業(yè)出版社，2002． WANG Guo-yu, WANG Lian-dong, RUAN Xiang-xin,et al. The Principle and Method of Radar Countermeasure Experiment Equivalent Replacement[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2002.

[5] 王國玉,馮潤明,陳永光.無邊界靶場——電子信息系統(tǒng)一體化聯(lián)合試驗評估體系與集成方法[M].北京:國防工業(yè)出版社，2007． WANG Guo-yu, FENG Run-ming, CHEN Yong-guang. No-Boundary Shooting Range——the Methods for Electronics and Information System Integrated Union Experiment Evaluation System and Integration[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2007.

[6] 蔣楠. 電子對抗訓(xùn)練模擬技術(shù)與應(yīng)用研究[J]．航天電子對抗，2008，24(3)：59-61． JIANG Nan. Simulation Technique of Electronic Countermeasures Training and Applications[J]. Aerospace Electronic Warfare, 2008, 24(3): 59-61.

[7] 許川. 半實物仿真系統(tǒng)實時監(jiān)控技術(shù)研究[D].北京：北京理工大學(xué)，2003. XU Chuan. Research on Real Time Monitoring Technique of Semi-Physical Simulation System[D]. Beijing: Beijing Institute of Technology, 2003.

[8] 邸晶荔,董印權(quán),趙紅云，等. 動態(tài)戰(zhàn)場電磁環(huán)境分布式仿真試驗系統(tǒng)[J].計算機仿真，2006，23(1)：16-18. DI Jing-li, DONG Yin-quan, ZHAO Hong-yun, et al. Distributed Simulation Test System of Electromagnetic Environment on Dynamic Battlefield[J]. Computer Simulation, 2006, 23(1): 16-18.

[9] 李炳偉，萬福，吳愛民．復(fù)雜電磁環(huán)境模型及仿真框架的構(gòu)建[J]．航天電子對抗，2009，25(6)：40-42． LI Bing-wei, WAN Fu, WU Ai-min. Complex Electromagnet Circumstance Model and Simulation Framework Building[J]. Aerospace Electronic Warfare, 2009, 25(6): 40-42.

[10] 闞德鵬，賈翠霞. 復(fù)雜戰(zhàn)場電磁環(huán)境模擬技術(shù)研究. 中國電子科學(xué)研究院學(xué)報，2009，4(6)：598-605. KAN De-peng,JIA Cui-xia. Research on Simulation Technique of Complicated Battlefield Electromagnetic Environment[J]. Journal of China Academy of Electronics and Information Technology, 2009, 4(6): 598-605.

[11] 孫智華，林春應(yīng). 戰(zhàn)場電磁信號環(huán)境定量描述方法[J].艦船電子對抗, 2008,31 (6): 48-49. SUN Zhi-hua, LIN Chun-ying. Quantitative Description Method of Battlefield Electromagnetic Signal Environment[J]. Shipboard Electronic Countermeasure, 2008,31 (6): 48-49.

[12] 王敏，陳志航，褚敏，等. 作戰(zhàn)環(huán)境的描述和表達[J]. 艦船電子工程, 2001(6): 47-54. WANG Min, CHEN Zhi-hang, CHU Min, et al. Description and Expression of Operational Environment[J]. Ship Electronic Engineering, 2001(6): 47-54.

Research on Technology System of Complex Electromagnetic Environment Simulation

WANG Lian-dong, DONG Jun, ZENG Yong-hu, XU Xiong

(State Key Laboratory of Complex Electromagnetic Environment Effects on Electronics and Information System,Henan Luoyang 471003, China)

Aiming at the lack of unified norms and standards of domestic complex electromagnetic environment simulation, a top-level design of complex electromagnetic environment simulation technology is presented. First, research status of electromagnetic environment simulation of home and abroad are briefly reviewed, and the question of the complex electromagnetic environment simulation technology in top-level design, theoretical method, technical way and the basic norms and other aspects are analyzed. Then, basic function, composition and correlation of each link in the process to analyze complex electromagnetic environment simulation are expatiated from the five aspects of electromagnetic environment forecasting, generation, integration and control, monitoring and evaluation, key technologies involved are sorted out. Finally, simulation system of complex electromagnetic environment is well formed on this basis, which is the technical foundation for integration and standard of electromagnetic environment simulation.

complex electromagnetic environment; simulation technology; system research

2014-04-15；

2014-06-27

汪連棟(1966-)，男，天津?qū)氎嫒?。研究員，博士，主要研究方向為復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)。

通信地址：471003 河南省洛陽市085信箱33號 E-mail：dj0636@sina.com

10.3969/j.issn.1009-086x.2015.04.033

O441；TP391.9

A

1009-086X(2015)-04-0196-08