靶場虛實合成多目標作戰(zhàn)試驗環(huán)境構建方法

曲宏宇， 馮 楠， 許文騰

（92941部隊）

隨著我軍武器裝備向信息化、智能化和通用化方向發(fā)展，海軍新型戰(zhàn)術導彈結(jié)構越來越復雜、性能指標越來越豐富、系統(tǒng)間耦合度越來越高，對靶場試驗鑒定與評估能力提出了更高要求［1］。為對導彈武器系統(tǒng)的戰(zhàn)技性能和作戰(zhàn)使用性能進行充分地考核和評定，確定武器裝備是否有效、可用，在接近實戰(zhàn)化條件下開展導彈武器系統(tǒng)的試驗鑒定與評估非常必要。通過綜合集成各類異構試驗資源構建接近實戰(zhàn)條件的、可測、可控、經(jīng)濟安全的試驗環(huán)境，可以開展內(nèi)外場相結(jié)合、實戰(zhàn)對抗與虛擬仿真相結(jié)合的虛實合成多目標作戰(zhàn)試驗，作為導彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)試驗鑒定外場飛行試驗的重要補充，彌補單獨依靠外場飛行試驗無法進行大量、重復試驗的不足。

1 虛實合成多目標作戰(zhàn)試驗的概念

虛實合成多目標作戰(zhàn)試驗是指武器裝備系統(tǒng)及設備的任何項目（或關鍵部件）在貼近實戰(zhàn)的、真實目標和虛擬目標共存的環(huán)境下開展的試驗，目的是確保武器裝備系統(tǒng)及設備能夠滿足作戰(zhàn)使用需求，同時對其性能進行分析和評估［2－3］。靶標作為戰(zhàn)術導彈武器系統(tǒng)試驗鑒定中的“藍軍武器”，用于模擬來襲的威脅目標，是靶場作戰(zhàn)試驗環(huán)境構設的重要組成部分。然而，由于目前真實靶標造價昂貴，且不能重復使用，導致多目標試驗成本難以控制。在試驗安全性方面，受試驗航區(qū)限制，無法為導彈武器系統(tǒng)提供多方位、多批次目標，且靶標的飛行時序也很難實現(xiàn)精準控制。綜合考慮試驗保障條件和安全性因素，導致無法在靶場通過大量的實彈打靶對導彈武器系統(tǒng)抗飽和攻擊能力、多目標攔截能力、武器系統(tǒng)反應時間、多源目標指示信息融合能力、超視距攻擊能力等作戰(zhàn)性能指標進行充分考核，為導彈武器系統(tǒng)的實際作戰(zhàn)使用埋下了隱患。虛實合成多目標作戰(zhàn)試驗利用虛實合成多目標構建技術，可以構建逼真、可重復使用的試驗環(huán)境，大大降低了試驗成本［4］。此外，該項技術在作戰(zhàn)試驗中的運用，能夠大幅度降低試驗風險，提高對試驗安全的控制能力。

2 虛實合成多目標構建技術

虛實合成多目標構建技術主要是利用計算機仿真技術，結(jié)合導彈武器系統(tǒng)所打擊目標的特性，構建貼近真實作戰(zhàn)使用條件下的虛擬電子靶標，并將電子靶標和真實靶標同時作用于艦載雷達，形成目標指示信息。導彈武器系統(tǒng)融合各類目標指示信息后，在虛實合成作戰(zhàn)試驗環(huán)境下完成導彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)試驗流程。試驗中，目標指示信息可由本艦艦載雷達產(chǎn)生，也可用計算機生成兵力技術模擬產(chǎn)生，并通過數(shù)據(jù)鏈的方式傳送。

2.1 電子靶標構建

電子靶標是根據(jù)威脅目標的運動特性、散射特性，利用計算機建模與仿真技術構建的貼近目標真實狀態(tài)的一類虛擬靶標。在虛實合成的作戰(zhàn)試驗環(huán)境中，電子靶標作為重要的“藍軍武器”，可采用數(shù)學仿真的方法構建，也可采用硬件在回路仿真的方法構建。2種方法構建的電子靶標，與導彈武器系統(tǒng)探測段進行信息交互的方式不同。

1）數(shù)學仿真構建的電子靶標。具體工作原理為：仿真計算機根據(jù)目標運動數(shù)學模型模擬其六自由度的運動行為，通過網(wǎng)絡將仿真產(chǎn)生的目標信息輸入到艦面雷達目標模擬器設備中，激勵雷達目標模擬器生成目標信號（中頻），并注入本艦雷達接收系統(tǒng)中，形成虛擬的目標態(tài)勢。

2）硬件在回路仿真構建的電子靶標。該類靶標主要用于模擬產(chǎn)生接近真實狀態(tài)下的導彈型和飛機型目標的雷達反射回波，艦載雷達系統(tǒng)通過接收該模擬系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)生成的雷達反射回波信號，對目標形成穩(wěn)定跟蹤，為艦載導彈武器系統(tǒng)提供目標指示信息。根據(jù)不同任務需求，該系統(tǒng)可以依托試驗環(huán)境靈活布置，如圖1所示。該類電子靶標硬件主要由天線系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、數(shù)字射頻存儲設備、發(fā)射系統(tǒng)、信號測量與同步系統(tǒng)、綜合控制系統(tǒng)、頻綜、系統(tǒng)控制計算機、信息監(jiān)測與分析系統(tǒng)及電源等組成。電子靶標生成設備通過天線接收艦載雷達發(fā)射信號，經(jīng)混頻、檢波后分離，提取出雷達信號特征和同步信號等信息，在同步信號的控制下與目標生成模塊產(chǎn)生的相參的導彈型和飛機型典型目標的反射回波相調(diào)制，由天線發(fā)射給艦載雷達，艦載雷達穩(wěn)定跟蹤該信號后為艦載導彈武器系統(tǒng)提供目標指示信息［5－6］。該設備為通用設備，針對不同頻段和功率的雷達使用時，只需對設備中相應模塊參數(shù)進行更改。

圖1 電子靶標生成設備組成結(jié)構示意圖

2.2 傳感器信息感知系統(tǒng)構建

由于本艦雷達視距有限，對于視距外的目標，導彈武器系統(tǒng)不能在第一時間對其進行有效打擊，這給本艦帶來了很大的風險。同時，當本艦雷達受到敵方干擾無法正常工作時，如何能夠繼續(xù)使用本艦的武器對目標實施有效打擊，也是需要解決的問題。為解決上述問題，在實際作戰(zhàn)過程中，導彈武器系統(tǒng)能夠通過數(shù)據(jù)鏈接收由其他艦艇、預警機提供的目標指示信息，并具備對信息進行融合處理的能力。由于靶場可用的試驗資源不包括其他艦艇、預警機提供的目標指示信息，因此可使用計算機生成兵力技術模擬實現(xiàn)上述作戰(zhàn)過程。

計算機生成兵力（Computer Generated Forces，CGF）是指仿真戰(zhàn)場環(huán)境中由計算機生成和控制的仿真實體，通過對人類作戰(zhàn)行為的充分建模，這些實體能不需要人的交互而自動地對仿真戰(zhàn)場環(huán)境中的事件和狀態(tài)做出反應，實現(xiàn)其在戰(zhàn)斗中的角色和職能［7］。利用CGF技術建立傳感器信息感知系統(tǒng)，用于模擬其他艦艇、預警機提供目標指示信息的行為，其組成結(jié)構如圖2所示。

圖2 傳感器信息感知系統(tǒng)組成結(jié)構圖

傳感器信息感知系統(tǒng)是用來描述傳感器系統(tǒng)模型及其行為方式的一類系統(tǒng)，它對目標的感知能力取決于傳感器的性能參數(shù)、行為方式、目標的有效反射面積和電子干擾方式［8］。傳感器的性能參數(shù)、行為方式是傳感器自身的能力，目標的有效反射面積和電子干擾方式是外界對它的刺激。傳感器信息感知系統(tǒng)能夠使用目標生成模塊提供的虛擬目標，也可使用其他目標源提供的目標信息。通過將目標信息進行融合，周期性地執(zhí)行對目標的探測、定位、跟蹤、識別等操作，最后將形成的目標感知信息通過數(shù)據(jù)鏈模擬器傳送至導彈武器控制系統(tǒng)，為其提供連續(xù)不斷的目標指示信息［9］。在傳感器感知目標的過程中，采用不同的操作（行為）方式，對傳感器獲取感知信息影響很大。例如針對不同目標采用不同的跟蹤濾波方式，針對不同的電子干擾形式采用不同的抗干擾措施，針對不同的目標采用不同的識別方式等等。傳感器信息感知系統(tǒng)的學習模塊用于訓練目標識別的神經(jīng)網(wǎng)絡，組合庫與識別模塊配合完成對目標的識別；模型庫用于存放和管理執(zhí)行探測、融合、抗干擾、定位、跟蹤、識別操作（行為）的模型；數(shù)據(jù)庫用于存放和管理執(zhí)行探測、融合、抗干擾、定位、跟蹤、識別操作（行為）過程的數(shù)據(jù)。

3 靶場虛實合成多目標的作戰(zhàn)試驗環(huán)境構建方法應用

為考核某型導彈武器系統(tǒng)抗飽和攻擊能力、多目標攔截能力、武器系統(tǒng)反應時間、多源目標指示信息融合能力、超視距攻擊能力等作戰(zhàn)性能指標，設計試驗場景為：我艦同時受到敵方8批目標的打擊，目標方位各不相同，其中2批為超視距虛擬目標，2批為數(shù)字電子靶標，2批為硬件在回路的電子靶標，2批為真實靶標，我艦某型導彈武器系統(tǒng)負責對敵方的8批目標實施攔截。參試裝備中，本艦雷達、武器控制系統(tǒng)、信息融合設備、真實靶標等以實裝形式參與，其他系統(tǒng)（或設備）以模擬器、數(shù)字仿真系統(tǒng)或硬件在回路系統(tǒng)的形式參與。構建的虛實合成多目標作戰(zhàn)試驗平臺組成結(jié)構如圖3所示。

圖3 虛實合成多目標作戰(zhàn)試驗平臺組成結(jié)構圖

參加試驗的各類靶場試驗資源采用發(fā)布／訂購的機制，通過仿真代理設備接入虛實合成多目標作戰(zhàn)試驗平臺，以實現(xiàn)資源間的互聯(lián)、互通、互操作。試驗過程受試驗管理與控制系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度、監(jiān)控和管理；數(shù)據(jù)鏈模擬器用于模擬數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)男袨椋瑢⑵渌畔⒃茨M產(chǎn)生的目標指示信息傳送至導彈武器控制系統(tǒng)；靶場測控系統(tǒng)負責實時采集真實靶標和本艦的時間－空間－位置信息，以及武器控制系統(tǒng)的控制指令、狀態(tài)信息，并通過仿真代理設備發(fā)布到虛實合成多目標作戰(zhàn)試驗平臺；仿真代理設備負責對實時發(fā)布／訂購的試驗數(shù)據(jù)進行DR（Dead－Reckon）推算、坐標轉(zhuǎn)換和時間同步處理，以實現(xiàn)外場實裝與內(nèi)場仿真系統(tǒng)時間和空間理解的一致［10］；試驗態(tài)勢顯示系統(tǒng)能夠通過虛實合成多目標作戰(zhàn)試驗平臺訂購所有參試實體的屬性和狀態(tài)信息，并以可視化的形式體現(xiàn)。試驗前，為對目標的到達時間進行有效控制，需要對試驗方案進行仿真推演。推演過程中，所有參試設備和系統(tǒng)均使用數(shù)學仿真的方式模擬。試驗中，根據(jù)仿真推演結(jié)果對各類電子靶標、真實靶標、虛擬超視距靶標的發(fā)射時序進行控制，通過開展虛實合成多目標內(nèi)外場聯(lián)合試驗，完成對目標的攔截。

試驗具體步驟如下：

1）本艦駛?cè)朐囼灪铰罚崟r發(fā)布本艦的時間－空間－位置信息，供內(nèi)場各系統(tǒng)使用；

2）傳感器信息感知系統(tǒng)模擬產(chǎn)生2批超視距目標指示信息，經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈模擬器送至本艦導彈武器控制系統(tǒng)信息融合設備，并通過仿真代理設備實時發(fā)布超視距目標的時間－空間－位置信息，供內(nèi)場各系統(tǒng)使用；

3）其他6批目標通過本艦雷達形成目標指示后，將目標的時間－空間－位置信息發(fā)送至本艦導彈武器控制系統(tǒng)信息融合設備，其中2批數(shù)字電子靶標的時間－空間－位置信息通過仿真代理設備直接發(fā)布到虛實合成多目標作戰(zhàn)試驗平臺上，2批硬件在回路的電子靶標和2批真實靶標的時間－空間－位置信息經(jīng)由靶場測控系統(tǒng)采集后，通過仿真代理設備實時發(fā)布到平臺上；

4）艦面信息融合設備負責對多源目標指示信息進行融合，并將融合后的信息送至本艦導彈武器控制系統(tǒng)，對于導彈武器控制系統(tǒng)來講，艦面信息融合設備提供的所有目標都被視為真實目標；

5）本艦導彈武器控制系統(tǒng)根據(jù)目標對本艦的威脅程度進行火力分配和發(fā)射參數(shù)解算，自動發(fā)出發(fā)射指令，并向虛實合成多目標作戰(zhàn)試驗平臺實時發(fā)布發(fā)射指令、導彈的初始發(fā)射參數(shù)和發(fā)射架狀態(tài)信息；

6）內(nèi)場導彈數(shù)字仿真系統(tǒng)通過仿真代理設備實時訂購到外場實裝的發(fā)射指令和目標信息后，通過目標信息中目標的ID號對目標進行識別、匹配和虛擬攔截；

7）試驗態(tài)勢顯示系統(tǒng)通過仿真代理設備實時訂購所有參試實體發(fā)布的屬性和狀態(tài)信息，并以可視化的形式體現(xiàn)，試驗整體態(tài)勢如圖4所示。

試驗結(jié)果表明，本艦艦載雷達能夠探測、捕獲和穩(wěn)定跟蹤虛擬電子靶標和真實電子靶標，信息融合設備能夠融合本艦雷達目標指示信息和通過數(shù)據(jù)鏈送至本艦的虛擬超視距目標指示信息，導彈武器控制系統(tǒng)能夠根據(jù)目標的威脅程度進行火力分配和發(fā)射參數(shù)解算，發(fā)出發(fā)射指令，對目標實施模擬攔截。

圖4 虛實合成多目標內(nèi)外場聯(lián)合試驗態(tài)勢圖

4 結(jié)束語

通過構建虛實合成多目標作戰(zhàn)試驗環(huán)境，解決了無法對導彈武器系統(tǒng)部分作戰(zhàn)使用性能指標進行充分考核的難題，為在靶場開展貼近實戰(zhàn)的作戰(zhàn)試驗提供了手段和途徑。該方法還可推廣應用于多平臺導彈武器系統(tǒng)的攻防對抗、編隊協(xié)同防空等作戰(zhàn)試驗項目中，為在靶場開展平臺級作戰(zhàn)試驗提供技術支撐。

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