姚華飛
(中國電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所,河南 鄭州 450047)
機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)是綜合電子對抗系統(tǒng)的重要組成部分,其核心目的是從敵方雷達(dá)發(fā)射信號中獲取有用信息,為指揮控制和作戰(zhàn)決策提供支持,為雷達(dá)干擾和火力摧毀提供引導(dǎo)。按照偵察任務(wù)不同可分為:電子情報偵察、電子支援偵察、雷達(dá)告警接收機(jī)、引導(dǎo)干擾、引導(dǎo)殺傷武器五大類。機(jī)載雷達(dá)電子偵察系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的有效發(fā)揮是我方在現(xiàn)代信息戰(zhàn)爭中掌握制勝權(quán)的重要因數(shù),是獲取戰(zhàn)場優(yōu)勢的核心力量。與此同時,全面遏制對方機(jī)載航空電子設(shè)備效能發(fā)揮也是未來大國間戰(zhàn)場對抗的主要手段。從裝備鑒定試驗(yàn)的發(fā)展來看,加強(qiáng)復(fù)雜電磁環(huán)境及實(shí)戰(zhàn)化環(huán)境條件考核,充分檢驗(yàn)性能底數(shù)和邊界性能是當(dāng)前機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)試驗(yàn)的主要方向,也是用以鑒定試驗(yàn)工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展,雷達(dá)偵察系統(tǒng)面臨的電磁信號環(huán)境日趨復(fù)雜,所呈現(xiàn)出的特點(diǎn)有:
(1)信號密集、起伏。雷達(dá)在軍用領(lǐng)域已經(jīng)裝備到單兵、單車,高價值作戰(zhàn)平臺的雷達(dá)配置數(shù)量更多,民用雷達(dá)設(shè)備在氣象、交管、航海等領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用,使得輻射源數(shù)量急劇增加,在時域、空域、頻域、能量域、極化域上電磁信號呈現(xiàn)方位分布廣、頻譜覆蓋寬、 密集交疊、動態(tài)起伏的特點(diǎn),對滿足信號截獲、漏警和虛警概率條件下偵察系統(tǒng)的 同時多信號處理能力提出了更高的要求。
(2)信號類型多樣。偵察系統(tǒng)在熱點(diǎn)地區(qū)或潛在沖突地區(qū)面臨的敵我雙方雷達(dá)類型眾多,包括警戒雷達(dá)、火控雷達(dá)、跟蹤雷達(dá)、炮瞄雷達(dá)、目標(biāo)引導(dǎo)與指示雷達(dá)等,不同任務(wù)類型因?yàn)槿蝿?wù)目的不同而射頻、重頻、脈內(nèi)、掃描跟蹤等設(shè)計各異,同類型雷達(dá)又因平臺類型的不同,其信號波形有與平臺相適應(yīng)的特點(diǎn),因此雷達(dá)類型及平臺的眾多帶來了信號波形的多樣性,同時由于信號在空域上的動態(tài)分布與重疊,電子偵察系統(tǒng)需要對信號進(jìn)行測量、分選,導(dǎo)致完成輻射源及平臺類型準(zhǔn)確識別的難度增大。
(3)信號波形復(fù)雜。為爭奪信息化戰(zhàn)爭的“ 制信息權(quán)”,雷達(dá)系統(tǒng)工程設(shè)計上在信號的射頻特征域、頻率調(diào)制域、重頻特征域和幅度特征域組合構(gòu)建與雷達(dá)系統(tǒng)任務(wù)相適應(yīng)的復(fù)雜波形,并分別在射頻前端、信號處理、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)中采用相關(guān)匹配設(shè)計構(gòu)成新體制、新技術(shù)雷達(dá);或者同時增加誘餌雷達(dá)和虛假雷達(dá)信號以阻塞或欺騙偵察設(shè)備,降低偵察設(shè)備的截獲概率,加強(qiáng)雷達(dá)的反偵察、抗干擾、反摧毀的能力。
以上要素構(gòu)成了機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)電磁環(huán)境的復(fù)雜性特征。
前階段對機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)設(shè)計定型試驗(yàn)主要以功能性能指標(biāo)符合性考核為主,試驗(yàn)場配試?yán)走_(dá)多以簡單常規(guī)脈沖、連續(xù)波的跟蹤測量雷達(dá)、情報雷達(dá)為主,與國內(nèi)外現(xiàn)役先進(jìn)雷達(dá)裝備信號環(huán)境差距加大,加之遠(yuǎn)離熱點(diǎn)區(qū)和城市使得試驗(yàn)區(qū)域的信號密度與起伏、信號類型、信號復(fù)雜度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)戰(zhàn)要求,其電磁信號環(huán)境相較系統(tǒng)實(shí)際作戰(zhàn)使用環(huán)境過于純凈,同時缺乏針對機(jī)載電子偵察系統(tǒng)作戰(zhàn)全流程運(yùn)用場景的構(gòu)建設(shè)計,導(dǎo)致部分裝備在交付部隊(duì)前復(fù)雜電磁環(huán)境下的偵測性能底數(shù)未摸清,系統(tǒng)設(shè)計缺陷和使用限制未交底,鑒定方缺乏對系統(tǒng)的精準(zhǔn)“畫像”,無法給用戶提供較高價值的裝備使用參考建議。
因此,在試驗(yàn)鑒定階段重點(diǎn)開展機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)性能邊界及復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性檢驗(yàn)考核,充分暴露裝備問題缺陷,改進(jìn)提升裝備性能,提高研制效費(fèi)比,確保 實(shí)現(xiàn)裝備實(shí)戰(zhàn)適用性和有效性成為裝備研制的重要目標(biāo),使得設(shè)計構(gòu)建以電磁信號環(huán)境為基礎(chǔ),合理規(guī)劃設(shè)計測試設(shè)備、試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)實(shí)施的試驗(yàn)方法對 機(jī)載電子偵測系統(tǒng)在復(fù)雜電磁環(huán)境下偵測能力測試具有十分重要的作用。
通過對機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)作戰(zhàn)對象的分析,在其性能鑒定試驗(yàn)階段采用實(shí)裝設(shè)備構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境將面臨配試資源籌措與協(xié)調(diào)困難、試驗(yàn)周期長、經(jīng)費(fèi)高的現(xiàn)實(shí)問題,因此復(fù)雜電磁環(huán)境模擬在電子信息系統(tǒng)試驗(yàn)鑒定中有著巨大的需求,通過模擬手段不但避免了利用大量實(shí)體設(shè)備構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境所需的試驗(yàn)資金投入,節(jié)省了一大筆試驗(yàn)成本,而且具有重復(fù)性好、保密性強(qiáng)、信號密度高、信號體制樣式多且復(fù)雜等特點(diǎn),同時極大地縮短了試驗(yàn)周期,提高試驗(yàn)效費(fèi)比。復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建模擬能為機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)的研發(fā)和試驗(yàn)提供一個與實(shí)際應(yīng)用環(huán)境相似的工作場景,充分開展適應(yīng)能力檢查,為提高部隊(duì)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)能力奠定基礎(chǔ)。
圍繞復(fù)雜電磁環(huán)境模擬對試驗(yàn)項(xiàng)目規(guī)劃、信號模擬系統(tǒng)要求、測試評估設(shè)備、試驗(yàn)實(shí)施等環(huán)節(jié)開展匹配設(shè)計,各環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián),在設(shè)計中要做好各環(huán)節(jié)之間的協(xié)同配合,這樣才能很好地完成機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境地面模擬試驗(yàn)方法的總體設(shè)計。
某一特定空間范圍內(nèi)存在的所有無線電波在頻率、功率和時間上的分布稱為電磁環(huán)境,可采用電磁場強(qiáng)分布來表示,它是特定時間和空間內(nèi)所有電磁能量的總和。復(fù)雜電磁環(huán)境是相對的概念。一方面,電磁環(huán)境對環(huán)境中對象的影響程度因?qū)ο蟮牟煌兴町悾淇赡軐δ撤N頻段的電子設(shè)備有影響,而對其他頻段的電子設(shè)備就沒有影響。另一方面,電磁環(huán)境對環(huán)境中對象的影響程度與對象的適應(yīng)能力有關(guān),同樣的環(huán)境對適應(yīng)能力弱的一方是復(fù)雜的,對適應(yīng)能力強(qiáng)的一方可能就是簡單的;現(xiàn)在看起來復(fù)雜的,隨著科技和裝備的發(fā)展,將來可能就是簡單的。而且電磁環(huán)境處于動態(tài)變化之中,相同的甚至同一部電子設(shè)備,在不同頻段、時間、位置和方向等情況下,對復(fù)雜性的感受、反應(yīng)也不盡相同。
因此需要研究被測機(jī)載雷達(dá)偵察設(shè)備的具體系統(tǒng)設(shè)計,找準(zhǔn)電磁效應(yīng)敏感性,有針對性地構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境及邊界條件。通常把機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境分解為威脅電磁環(huán)境、目標(biāo)電磁環(huán)境和背景電磁環(huán)境三類信號組成部分。根據(jù)典型作戰(zhàn)場景中三類電磁環(huán)境下組合的復(fù)雜電磁環(huán)境特點(diǎn),需要統(tǒng)籌考慮模擬戰(zhàn)場戰(zhàn)術(shù)的綜合部署,建立符合實(shí)際戰(zhàn)術(shù)意義的復(fù)雜電磁環(huán)境,以滿足機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)邊界條件及復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性評估要求。
隨著復(fù)雜電磁環(huán)境模擬規(guī)模和難度的不斷增加,對現(xiàn)有復(fù)雜電磁環(huán)境模擬的理論和技術(shù) 提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。研究復(fù)雜電磁環(huán)境模擬,綜合運(yùn)用各種理論方法、技術(shù)手段模擬生成逼真的復(fù)雜電磁環(huán)境,已成為電子信息系統(tǒng)論證研制、試驗(yàn)鑒定、軍事訓(xùn)練中需要解決的關(guān)鍵基礎(chǔ)問題。
以“替代等效推論”“無邊界靶場”“平行試驗(yàn)”“平行靶場”等新興理論為指導(dǎo),本文設(shè)計以機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)試驗(yàn)場地面加電工作方式,采用射頻空饋式信號模擬系統(tǒng)在時域、頻域、能量域、空域、極化域構(gòu)建復(fù)雜目標(biāo)電磁信號背景下的雷達(dá)信號,而以上“五域”復(fù)雜特性通過射頻特征、頻率調(diào)制、重頻特征、幅度特征、極化特征等信號基礎(chǔ)維度組合的途徑實(shí)現(xiàn),各基礎(chǔ)維度又由集合因子組成,根據(jù)電子情報偵察數(shù)據(jù)庫的支持對各維度集合中的因子裝訂組合形成我軍、敵軍現(xiàn)役各類雷達(dá)裝備的發(fā)射信號波形,并依據(jù)試驗(yàn)想定的偵察系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)使用背景,對各類雷達(dá)信號通過功率與幅度控制、位置設(shè)定、射頻選擇,已模擬形成信號密級、動態(tài)起伏、信號類型多樣、信號波形復(fù)雜的近似機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)的復(fù)雜目標(biāo)電磁信號環(huán)境。
背景電磁信號環(huán)境模擬由軍/民用通信信號環(huán)境、遙測遙控信號環(huán)境、戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈信號環(huán)境組成,從端機(jī)成員數(shù)量、時隙占比、脈沖密度、功率等方面按照典型作戰(zhàn)運(yùn)用場景規(guī)模、單個作戰(zhàn)單元用頻特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計;威脅電磁信號環(huán)境模擬由雷達(dá)誘餌信號、電磁迷霧信號、干擾信號組成,分別從假目標(biāo)數(shù)量、信號波形參數(shù)欺騙性、信道阻塞壓制等方面進(jìn)行模擬構(gòu)建。機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境模擬構(gòu)建示意如圖1所示。
圖1 機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境模擬構(gòu)建
充分考慮機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)設(shè)計特點(diǎn),在研究機(jī)載雷達(dá)偵察性能試驗(yàn)評估理論、方法的基礎(chǔ)上,圍繞裝備在作訓(xùn)中面臨的典型應(yīng)用場景和部隊(duì)重點(diǎn)關(guān)注的使用需求,規(guī)劃設(shè)計機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境地面試驗(yàn)項(xiàng)目和評估指標(biāo)。試驗(yàn)場景和項(xiàng)目設(shè)計規(guī)劃首先補(bǔ)充實(shí)裝飛行試驗(yàn)中難以覆蓋和量化的部分試驗(yàn)項(xiàng)目和環(huán)境;其次是摸清指標(biāo)邊界、底數(shù),為部隊(duì)使用提供支撐;再次是針對后續(xù)裝備作戰(zhàn)使用中可能出現(xiàn)的任務(wù)場景,提前開展適應(yīng)能力評估。圖2為機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境地面模擬試驗(yàn)項(xiàng)目與評估指標(biāo)。
圖2 機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境地面模擬試驗(yàn)項(xiàng)目與評估指標(biāo)
機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境地面模擬試驗(yàn)測試與評估設(shè)備包括雷達(dá)、通信、遙測遙控、干擾信號模擬器、模擬器操控中心、試驗(yàn)評估系統(tǒng)、試驗(yàn)話音系統(tǒng)等部件,如圖3所示。
圖3 機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境地面模擬試驗(yàn)測試與評估設(shè)備組成
2.4.1 信號模擬器
雷達(dá)信號模擬器、軍/民用通信信號模擬器、遙測遙控信號模擬器、干擾信號模擬器(以下簡稱模擬器)參試臺數(shù)根據(jù)測試項(xiàng)目配置,產(chǎn)生各類目標(biāo)、背景與干擾信號,以支持完成偵察邊界性能條件、典型作戰(zhàn)運(yùn)用及復(fù)雜環(huán)境模擬,GPS接收機(jī)完成各模擬器與操控中心間的同步與位置測量功能,通信電臺完成各模擬器與操控中心的信息交換。
2.4.2 模擬器操控中心
操控中心由硬件和軟件兩部分組成,硬件主要包括主控計算機(jī)、通信電臺和GPS接收機(jī)。通信電臺完成與多臺模擬器間的信息傳輸,以實(shí)現(xiàn)操控中心對各模擬器的操作控制、任務(wù)分配、同步協(xié)調(diào)、過程監(jiān)控等。GPS接收機(jī)完成與各模擬分機(jī)間的時間同步。操控中心負(fù)責(zé)操控軟件,支持完成參數(shù)設(shè)置、信號場景設(shè)置、任務(wù)調(diào)度、過程監(jiān)控與存儲記錄。
2.4.3 測試記錄系統(tǒng)
完成受試?yán)走_(dá)偵察系統(tǒng)、模擬器及操控中心系統(tǒng)數(shù)據(jù)錄取,實(shí)時采集表征受試機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)工作參數(shù)、位置參數(shù)等,記錄模擬器及操控中心各時段的工作參數(shù)、位置數(shù)據(jù)等,用于試驗(yàn)評估系統(tǒng)的事后數(shù)據(jù)回放、處理與分析。
2.4.4 試驗(yàn)評估系統(tǒng)
試驗(yàn)評估系統(tǒng)根據(jù)各試驗(yàn)項(xiàng)目的評估指標(biāo),利用測試記錄數(shù)據(jù)按照規(guī)定的數(shù)據(jù)處理方法、試驗(yàn)評估模型與準(zhǔn)則,實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、分析,定性或定量評估機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)能力,為試驗(yàn)人員給出評價意見提供支持。
2.4.5 試驗(yàn)話音通信系統(tǒng)
試驗(yàn)話音通信系統(tǒng)為操控中心試驗(yàn)人員、模擬器試驗(yàn)人員與機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)操作人員之間的聯(lián)絡(luò)提供支持,確保試驗(yàn)的有序開展。
2.5.1 試驗(yàn)場地
試驗(yàn)場地為停機(jī)坪開闊場地,應(yīng)符合遠(yuǎn)場條件,無再次輻射。信號模擬器天線處于機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)偵察接收天線(以下簡稱偵察接收天線)覆蓋范圍內(nèi),且滿足通視條件。
2.5.2 位置測量
機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)與復(fù)雜電磁環(huán)境模擬系統(tǒng)按照試驗(yàn)項(xiàng)目要求布放到位后,通過定位系統(tǒng)測量設(shè)備完成各自位置的測量并上報復(fù)雜電磁環(huán)境模擬系統(tǒng)操控中心,以解算機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)與復(fù)雜電磁環(huán)境模擬系統(tǒng)各模擬器的相對位置關(guān)系,為模擬場景設(shè)置、數(shù)據(jù)處理與分析提供支持。
使用時復(fù)雜電磁環(huán)境模擬系統(tǒng)的各模擬器分機(jī)分布在機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)的偵測范圍內(nèi),具體按試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)定要求布放。
2.5.3 試驗(yàn)實(shí)施
2.5.3.1 設(shè)備準(zhǔn)備
機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境下偵測能力地面模擬試驗(yàn)實(shí)施前應(yīng)對被測設(shè)備、測試設(shè)備工作狀態(tài)、參數(shù)進(jìn)行檢查和準(zhǔn)備:
(1)機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)準(zhǔn)備。機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)按被測工作方式加電開機(jī)后,經(jīng)測試檢查工作正常,處于規(guī)定的工作方式。
(2)測試設(shè)備準(zhǔn)備。信號環(huán)境系統(tǒng)各雷達(dá)信號模擬器開機(jī)自檢正常,與操控設(shè)備連接正常,所有信號模擬器的天線應(yīng)該位于被試偵察設(shè)備偵測天線覆蓋范圍之內(nèi)。雷達(dá)信號模擬器、軍/民用通信及數(shù)據(jù)鏈信號模擬器、遙測遙控信號模擬器、干擾信號模擬器天線波束指向雷達(dá)偵察系統(tǒng)天線中心或天線陣中心。
(3)信號模擬器信號設(shè)置要求。信號模擬器應(yīng)滿足功率可調(diào),模擬器的輸出信號功率以戰(zhàn)場場景想定的作戰(zhàn)單元位置等效到偵察系統(tǒng)天線口面的接收功率設(shè)置。
2.5.3.2 試驗(yàn)實(shí)施
機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境下偵測能力地面模擬試驗(yàn)的實(shí)施需考慮試驗(yàn)順序、試驗(yàn)樣本與記錄、試驗(yàn)測試、數(shù)據(jù)處理與評估等環(huán)節(jié),各環(huán)節(jié)的工作內(nèi)容與原則為:
(1)試驗(yàn)順序。試驗(yàn)人員按照先簡單后復(fù)雜的原則,使試驗(yàn)規(guī)劃的測試項(xiàng)目循序漸進(jìn)地有序開展。
(2)試驗(yàn)樣本與記錄。依據(jù)評估模型可信度規(guī)定的樣本數(shù)確定各類測試項(xiàng)所需試驗(yàn)次數(shù),并完整記錄試驗(yàn)過程數(shù)據(jù)。
(3)試驗(yàn)測試?!霸O(shè)備準(zhǔn)備”階段完成后,機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài),復(fù)雜電磁信號環(huán)境模擬系統(tǒng)接收到操控中心的啟動命令后開始按場景設(shè)計和分發(fā)的任務(wù)進(jìn)行信號環(huán)境的模擬,模擬形成對應(yīng)試驗(yàn)測試項(xiàng)目所需復(fù)雜等級的信號環(huán)境,機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)接收到信號后進(jìn)行測量、分選與識別。
機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境地面模擬試驗(yàn)按以下流程進(jìn)行試驗(yàn)項(xiàng)目測試工作,如圖4所示。
圖4 機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境地面模擬試驗(yàn)工作流程
(4)數(shù)據(jù)處理與評估。對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理與統(tǒng)計,給出評估結(jié)果。
實(shí)際的工程應(yīng)用表明,機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境下偵測能力地面試驗(yàn)方法有效支持了復(fù)雜電磁環(huán)境模擬、試驗(yàn)項(xiàng)目規(guī)劃、試驗(yàn)實(shí)施方案設(shè)計,科學(xué)指導(dǎo)了空饋式信號模擬器等測試評估設(shè)備研制。相較于以往基于簡單背景信號的飛行和機(jī)上地面單項(xiàng)功能性能試驗(yàn)方法,本試驗(yàn)方法支撐實(shí)現(xiàn)了對某新型機(jī)載雷達(dá)偵察系統(tǒng)完整的性能考核;完成了該型系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境下適應(yīng)性地面測試,為裝備研制改進(jìn)、鑒定定型、性能底數(shù)摸清發(fā)揮了關(guān)鍵作用,并以其可重復(fù)、可重構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),大大縮短了裝備研制周期、節(jié)約了研制經(jīng)費(fèi),為型號研制創(chuàng)造了較好的社會與經(jīng)濟(jì)效益。