基于離散事件驅動的電子戰(zhàn)高層仿真技術

（1.解放軍裝備學院國防科技重點實驗室北京101416）（2.中國洛陽電子裝備試驗中心洛陽471003）

基于離散事件驅動的電子戰(zhàn)高層仿真技術

趙忠文1韓文彬2郭金良2李曉燕2

（1.解放軍裝備學院國防科技重點實驗室北京101416）（2.中國洛陽電子裝備試驗中心洛陽471003）

由于高層次作戰(zhàn)分析仿真具有仿真裝備多、仿真地域寬、仿真樣本大等特點，帶來了仿真效率優(yōu)化的需求。為了提升仿真運行效率，設計了電子戰(zhàn)高層次仿真所需的模型結構、事件結構以及關聯(lián)關系，建立了符合高層次仿真需求的電子戰(zhàn)裝備模型，既能滿足高層次仿真模型的典型性需求，又能有效避免精細仿真的大計算量。

事件驅動；離散事件仿真；電子戰(zhàn)

Class NumberTP391

1 引言

隨著電子戰(zhàn)效能日益凸顯，電子戰(zhàn)仿真作為作戰(zhàn)分析仿真的一個子域，仿真復雜度和模型精細度需求逐漸提高，但同時又要保持超實時的仿真效率。然而，廣泛的電子戰(zhàn)仿真方法大多是針對低層次仿真需求的，其仿真架構與模型粒度并不適用于高層次的作戰(zhàn)分析仿真。因此，需要專門研究適用于高層次分析仿真的電子戰(zhàn)仿真技術，實現(xiàn)仿真精細度與仿真效率之間的平衡。

根據(jù)公開文獻分析［1～6］，電子戰(zhàn)仿真大多基于HLA技術實現(xiàn)，少量基于CORBA等技術實現(xiàn)。例如，文獻［1］描述了HLA與BOM結合下的雷達對抗仿真技術；文獻［2］設計了通信對抗訓練仿真系統(tǒng)的IDL接口和基于CORBA實時事件服務的通信對抗訓練仿真模型；文獻［3］基于HLA思想設計了通信對抗訓練仿真系統(tǒng)開發(fā)方法。基于HLA的電子戰(zhàn)仿真技術，其仿真效率通常受到整個仿真架構的限制，因而并不能滿足大規(guī)模作戰(zhàn)分析仿真的超實時需求。離散事件仿真技術在電子戰(zhàn)相關領域的應用實例［7～8］，對于本文研究具有借鑒意義。

本文基于離散事件仿真理念，對高層次作戰(zhàn)分析仿真中的電子戰(zhàn)仿真技術進行研究，從總體架構和模型等層面進行仿真設計，最終建立適用于基于離散事件驅動的高層次電子戰(zhàn)仿真架構。

2 離散事件驅動仿真

該方法適用于仿真狀態(tài)變化由隨機的、有限的事件引起且只在離散時刻發(fā)生的系統(tǒng)，仿真效率遠優(yōu)于時間驅動方式。參照美軍層次化仿真體系結構［9］，高層次的戰(zhàn)役級和任務級仿真多采用事件驅動的技術體制。

表1 美軍層次仿真體系結構

離散事件驅動仿真可以采用自頂向下的方法，首先進行模型結構、事件結構以及關聯(lián)關系等總體設計，然后結合事件驅動關系設計具體計算模型。

3 電子戰(zhàn)仿真總體技術

3.1 模型結構

根據(jù)電子戰(zhàn)雙方兵力構成，常見的仿真模型分為偵察、干擾決策、干擾、干擾對象（雷達或通信）等四類，如圖1所示。在仿真系統(tǒng)中，還需根據(jù)雷達電子戰(zhàn)和通信電子戰(zhàn)等專業(yè)領域特點分別設計實現(xiàn)。此外，還有導彈電子戰(zhàn)、光電電子戰(zhàn)等其它特殊形式，不作為本文研究內容。

3.2 事件結構

事件結構用于描述仿真狀態(tài)和內部交互的變化，事件觸發(fā)條件反映了該事件的產(chǎn)生原因，事件引發(fā)行為則反映了該事件導致的結果，從而能夠完整表征仿真因果關系。

從電子戰(zhàn)規(guī)律出發(fā)，研究仿真對象行為隨時間、狀態(tài)、交互等條件變化的情況，進一步抽象建模，就可得到電子戰(zhàn)仿真事件結構。本文設計了如表2所示的9項仿真事件。具體實現(xiàn)中，事件需要結合領域特點進一步細化，例如按照雷達電子戰(zhàn)和通信電子戰(zhàn)分別實現(xiàn)偵察、干擾決策、干擾事件，按照干擾效果不同進一步細分為壓制干擾、欺騙干擾等事件。此外，體系仿真時，電子戰(zhàn)模型還將與指揮所、武器等其它模型產(chǎn)生事件關聯(lián)，需要從頂層進行設計。

圖1 電子戰(zhàn)仿真模型結構圖

表2 電子戰(zhàn)仿真事件結構

3.3 關聯(lián)結構

圖2描述了電子戰(zhàn)仿真模型與事件之間的關聯(lián)關系。由模型指向事件的箭頭表示“觸發(fā)”，即模型解算結果有可能觸發(fā)事件；由事件指向模型的箭頭表示“驅動”，即事件將驅動模型執(zhí)行解算；由模型指向模型的箭頭表示“影響”，即模型解算結果直接改變另一個模型的輸入或狀態(tài)。圖中未標識觸發(fā)條件的事件由時間或者指揮所、探測目標等其它模型觸發(fā)。

圖2 電子戰(zhàn)仿真模型-事件關聯(lián)結構圖

4 電子戰(zhàn)仿真模型技術

下文分別介紹偵察、干擾決策、干擾、干擾對象（雷達或通信）等電子戰(zhàn)仿真模型構建技術。其中，偵察、干擾決策、干擾等模型在雷達電子戰(zhàn)和通信電子戰(zhàn)領域的仿真流程是類似的，但具體計算模型有所差異，限于篇幅以雷達電子戰(zhàn)模型為例進行描述。

4.1 偵察模型

基本流程如圖3所示，初始化階段按照想定參數(shù)完成模型初始化，在偵察預計算事件驅動下解算可偵察時段，在可偵察時段內按照偵察報周期解算偵察結果并上報，在偵察結束事件驅動下終止模型解算過程。本質上，仿真空間有多部偵察設備和偵察對象，因而圖3中各個模塊都有多維的運行實例，并且每個事件的觸發(fā)與執(zhí)行都是并行而獨立的。

下面介紹具體模型算法。

圖3偵察模型計算流程圖

1）雷達粗過濾模型

按照以下準則，剔除部分雷達參數(shù)。

（1）雷達運行媒介不符合偵察對象媒介；

（2）雷達工作頻段不處于偵察頻段內；

（3）雷達脈寬不處于可偵察脈寬范圍內；

（4）雷達重頻不處于可偵察重頻范圍內；

（5）偵察時段內未開機的雷達。

2

）可偵察時段計算模型

計算每部雷達處于可偵察距離范圍內的時段。

設雷達的發(fā)射功率為Pt，天線的增益為Gt，平均副瓣電平為Ls，偵察機標稱捕獲距離為R0，參考輻射功率為P0。

當偵察站處于雷達掃描范圍內時，對該雷達捕獲距離為

當偵察站處于雷達掃描范圍外時，對該雷達捕獲距離為

然后，遍歷雷達與偵察全航路相對距離，當偵察站處于雷達掃描范圍內且兩站相對距離小于Rr，或偵察站處于雷達掃描范圍外且兩站相對距離小于Rrs時，即為可偵察時段。

3）偵察結果解算

設每次偵察周期事件觸發(fā)時，兩站相對距離為Rx。

首先，采用簡化插值方法計算當前捕獲概率。設Prob為捕獲距離標稱捕獲概率，而穩(wěn)定捕獲距離的捕獲概率近似為1。若偵察站處于雷達掃描范圍內，則當前捕獲概率為

同樣，計算偵察站處于雷達掃描范圍外的捕獲概率。

然后，生成0～1之間的隨機數(shù)u，若u≤Px，則繼續(xù)。

最后，根據(jù)標稱的參數(shù)測量能力及精度，生成偵察結果。無法測量的參數(shù)賦值為0，有能力測量的參數(shù)偵察結果生成方法為：生成均值為0，標準差為s（s為標稱精度）的隨機數(shù)，然后在參數(shù)真值上疊加隨機數(shù)，即為參數(shù)偵察結果。

4.2 干擾決策模型

基本流程如圖4所示，初始化階段按照想定參數(shù)完成模型初始化；仿真開始后，持續(xù)接收偵察報；在決策周期事件驅動下進行目標識別和態(tài)勢分析，根據(jù)態(tài)勢調整干擾資源配置；若干擾資源配置方案變化，則觸發(fā)干擾狀態(tài)變化事件。

圖4 干擾決策模型計算流程圖

干擾決策算法與裝備戰(zhàn)術密切相關，往往需針對裝備建模。本文設計了威脅度優(yōu)先與干擾最優(yōu)化相結合的策略，根據(jù)偵察信息形成總體態(tài)勢，將偵察結果與威脅庫進行配對，優(yōu)先對高威脅度威脅進行干擾，對未識別的偵察結果進行經(jīng)驗威脅判斷（例如雷達重頻、功率越高，威脅度越高等），依次安排最合適的干擾資源。

4.3 干擾模型

基本流程如圖5所示，在干擾狀態(tài)變化事件驅動下接收干擾參數(shù)，針對每個干擾對象（雷達或通信）對干擾機粗過濾，然后計算所有有效干擾機形成的復合干擾效果，最后將干擾效果直接發(fā)送至干擾對象模型。

圖5 干擾模型計算流程圖（雷達）

常見的雷達干擾樣式包括噪聲干擾、多假目標干擾、距離拖引、速度拖引、距離-速度聯(lián)合拖引干擾、角度欺騙干擾等，干擾效果主要表現(xiàn)為壓制、假目標、角度欺騙以及破壞跟蹤等。高層次仿真中，可忽略雷達處于干擾機角度覆蓋范圍外的無意干擾效果。

1）干擾機粗過濾

按照以下準則，剔除部分干擾機參數(shù)：

（1）非噪聲干擾但該雷達不是其干擾目標的干擾機；

（2）拖引干擾但該雷達未跟蹤其平臺的干擾機；

（3）該雷達運行媒介不符合其對象媒介的干擾機；（4）雷達工作頻段不處于干擾頻段內；（5）干擾機關機。

2）計算噪聲干擾效果

噪聲干擾效果體現(xiàn)為對雷達目標的壓制，因而計算過程中需要同時考慮雷達正在探測的目標大小。

（1）計算每個時刻噪聲干擾機航路點相對雷達距離RJi和方位Aji，探測目標相對雷達距離Rt和方位At。

（2）按照每個干擾機距離變化30%或者與探測目標是否處于同一個波位的狀態(tài)變化點，劃分出若干干擾時間段。

（3）計算每個干擾時間段中所有噪聲干擾機航路點中最早時間的干擾效果。首先，提取干擾參數(shù)、探測目標參數(shù)和雷達初始化參數(shù)，設第i部干擾機等效輻射功率為PJi，探測目標的RCS大小為σt，雷達噪聲干擾容限為PJ0，對應的參考干擾機距離為RJ0，參考目標距離為Rt0，參考目標RCS為σt0；然后，計算［10］干擾機的頻率對準因子Dfi、方位對準因子DAi、抗副瓣干擾因子Dslci；最后，相對于該探測目標的合成噪聲功率為對該目標的最大可探測距離為

（4）根據(jù)每個干擾時間段中Rt＜Rtx的時間段即為干擾條件下的目標可探測時段，替代雷達原可探測時段。

3）計算欺騙干擾效果

（1）計算欺騙有效時段

設第i部欺騙干擾機等效輻射功率為PJi，與雷達相對距離為RJi；雷達欺騙干擾容限為PJ0，對應的參考干擾機距離為RJ0。

如果沒有噪聲干擾，則欺騙有效距離為

如果存在噪聲干擾，合成噪聲功率計算方法與2）類似，則欺騙有效距離的近似表達式為

（2）求出所有RJi＜RJx的時段，即為欺騙功率有效時段。

（3）在欺騙功率有效時段內，按照雷達探測周期計算欺騙干擾效果。如果有對應的抗干擾手段，首先判斷抗干擾概率是否滿足，若滿足則不產(chǎn)生干擾效果。針對假目標干擾，按照假目標參數(shù)生成假目標點跡；針對角度欺騙干擾，按照概率產(chǎn)生欺騙目標點，替代被保護目標的探測點跡；針對拖引干擾，判斷是否滿足拖引成功概率，若滿足則雷達對于干擾機平臺的探測點跡丟失。

4.4 雷達模型

與偵察模型類似，雷達模型基本流程包括目標粗過濾、可探測時段解算、探測等模型。以下重點介紹探測模型，包括探測管理模型、搜索模型、失跟模型。

1）探測管理模型

探測航跡狀態(tài)分為起始、搜索、跟蹤和失跟，按照概率方式建模。當探測周期事件到來時，按照下列步驟進行解算。

（1）判斷每個目標是否處于可探測時段。如果目標當前處于不可探測時段，若已建立航跡則刪除該航跡，處理結束；否則，繼續(xù)。

（2）根據(jù)航跡狀態(tài)調用不同的處理模型。若處于搜索狀態(tài)，則調用搜索模型；若處于跟蹤狀態(tài)，則調用失跟模型。

（3）根據(jù)搜索模型和失跟模型，修改航跡跟蹤狀態(tài)。

2）雷達搜索模型

設Pdi為當前探測周期內的單次探測概率，Ti為探測事件周期，Tg為雷達搜索回照間隔，tstart為當前探測周期起始時刻，Pdc為當前時刻的累積搜索概率。

當前探測周期內，可搜索到目標的概率為CPdi=1-(1-Pdi)TiTg。

當前探測周期的累積可搜索到目標的概率為CPd=1-(1-Pdc)(1-CPdi)。

若產(chǎn)生隨機數(shù)u，若u＜CPd，則目標搜索成功，計算跟蹤起始時間為ttrack。

否則，保持搜索狀態(tài)，且Pdc=CPd。

3）雷達失跟模型

對于正在跟蹤的目標，計算失跟時間。

Ploss為標稱失跟概率，Ttrack為跟蹤回照周期，ttrack為跟蹤起始時刻，tloss為失跟時刻，u為隨機數(shù)。4.5通信模型

通信模型解算由消息發(fā)送事件觸發(fā)。當有消息要發(fā)送時，通信模型進行傳輸效果解算，如果能夠傳輸至接收方，則調用接收方的消息接收函數(shù)，完成消息傳遞。

根據(jù)仿真粒度不同，通信模型可實現(xiàn)為簡單模型或復雜模型兩類。簡單模型利用通信鏈路表設置通信設備之間的收發(fā)關系，每條鏈路通過傳輸時延、傳輸概率表征其鏈路特性。復雜模型則按照網(wǎng)絡仿真思路，由通信節(jié)點、通信設備、通信網(wǎng)絡等子模型組成。

1）簡單通信模型

當消息發(fā)送事件到達時，從通信鏈路表查找發(fā)送方與消息目的地之間是否具有鏈路，若具有鏈路且未被干擾則進一步計算傳輸概率是否滿足，若滿足傳輸概率則認為通信成功，接收方收到消息的時延為鏈路設置的傳輸時延。

2）復雜通信模型

該模型需要初始設置通信網(wǎng)絡參數(shù)，主要包括網(wǎng)絡靜態(tài)結構、路由表、通信終端延時、通信帶寬、背景流量、誤碼率等。當消息發(fā)送事件到達時，首先根據(jù)路由表設置的路由約束進行路由選擇；若路由選擇成功，則進行消息打包，在路由節(jié)點之間依次傳輸；對于每條通信鏈路，根據(jù)終端參數(shù)和消息參數(shù)計算傳輸時延、誤碼率等，最終獲取整個路由的傳輸時延與誤碼率；根據(jù)誤碼率及可理解閾值判斷消息能否正確到達接收方。

5 結語

針對高層次作戰(zhàn)分析仿真的電子戰(zhàn)仿真需求，全面研究了電子戰(zhàn)仿真總體架構與模型設計方法，設計了清晰可用的事件結構及模型-事件關聯(lián)關系，描述了關鍵模型的計算流程與算法，能夠有效指導電子戰(zhàn)高層次仿真軟件的開發(fā)實現(xiàn)。

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Technology of High Level EW Simulation in Discrete Event-driven Method

ZHAO Zhongwen1HAN Wenbin2GUO Jinliang2LI Xiaoyan2
（1.Key Laboratory，Academy of Equipment，Beijing101416）（2.Luoyang Electronic Equipment Test Center of China，Luoyang471003）

Due to the features of massive equipments，expansive field and abundant samples in high-level simulation for battle analysis，the efficiency of simulation needed to be improved.Thus，the model architecture and event-driven architecture of high-level EW simulation were brought out as well as the relationship between the two architectures，the equipment models were also established for high-level simulation，which would be valid in high-level simulation and avoid the massive calculation with high precision.

event-driven，discrete event simulation，electronic warfare（EW）

TP391

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.06.013

2016年12月5日，

2017年1月17日

重點實驗室基金（編號：140C92003）資助。

趙忠文，男，碩士，副研究員，研究方向：復雜電子系統(tǒng)仿真。韓文彬，男，碩士，助理研究員，研究方向：電子戰(zhàn)仿真試驗與評估。郭金良，男，碩士，助理研究員，研究方向：雷達電子戰(zhàn)構件化仿真規(guī)范與軟件技術等。李曉燕，女，碩士，研究方向：雷達電子戰(zhàn)視景仿真。