艦載雷達(dá)仿真試驗用態(tài)勢與環(huán)境建模實施方法

吳競超,王玲玲,袁 越

(中國船舶集團有限公司第八研究院,南京 211153)

0 引 言

在信息化作戰(zhàn)過程中,雷達(dá)系統(tǒng)一般都是在復(fù)雜的電磁干擾環(huán)境下完成各種作戰(zhàn)任務(wù)[1]。海上電子干擾環(huán)境、新型目標(biāo)特性的日趨復(fù)雜,以及海上多重多變的自然電磁環(huán)境對艦載雷達(dá)探測性能的影響,都對艦載雷達(dá)設(shè)計研制提出了更高的要求?，F(xiàn)代仿真技術(shù)提出用仿真方法確定實際系統(tǒng)的模型[2],如何構(gòu)建更為客觀高效的艦載雷達(dá)探測的態(tài)勢環(huán)境仿真模型成為領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)研究熱點。

艦載雷達(dá)態(tài)勢環(huán)境建模是構(gòu)建艦載雷達(dá)數(shù)字仿真試驗平臺的重要組成和實現(xiàn)艦載雷達(dá)數(shù)字仿真試驗的必備條件。針對艦載雷達(dá)仿真設(shè)計和研制對探測態(tài)勢環(huán)境仿真模型的能力需求,本文提出一種艦載雷達(dá)態(tài)勢環(huán)境仿真模型設(shè)計方法,可支撐艦載雷達(dá)技術(shù)性能、戰(zhàn)術(shù)功能和使用性能設(shè)計及研制優(yōu)化。

1 仿真模型系統(tǒng)原理架構(gòu)

艦載雷達(dá)態(tài)勢環(huán)境仿真模型系統(tǒng)是目標(biāo)態(tài)勢和電磁環(huán)境(含人為電子干擾環(huán)境和自然電子干擾環(huán)境)等態(tài)勢環(huán)境的系統(tǒng)仿真建模,通過對雷達(dá)系統(tǒng)仿真設(shè)計和所需態(tài)勢環(huán)境模型功能系統(tǒng)的抽象化數(shù)字描述,并轉(zhuǎn)換為能在計算機上運行的等價系統(tǒng)模型及數(shù)據(jù),實現(xiàn)對艦載雷達(dá)態(tài)勢環(huán)境的系統(tǒng)仿真。

艦載雷達(dá)態(tài)勢環(huán)境仿真模型系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖1所示,主要包括系統(tǒng)應(yīng)用層、功能層、性能層及業(yè)務(wù)工具層、數(shù)據(jù)支撐層等,其中應(yīng)用層用于支撐雷達(dá)仿真系統(tǒng)模型的試驗、驗證與評估、優(yōu)化。

圖1 艦載雷達(dá)態(tài)勢環(huán)境仿真模型系統(tǒng)體系原理架構(gòu)

系統(tǒng)可以采用態(tài)勢環(huán)境實時仿真數(shù)據(jù)、加載態(tài)勢環(huán)境仿真數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)和實裝實際試驗采集的態(tài)勢環(huán)境數(shù)據(jù),按艦載雷達(dá)系統(tǒng)仿真模型試驗驗證的仿真環(huán)境布站要求,通過時空統(tǒng)一接口協(xié)議,構(gòu)建和生成所需的空中目標(biāo)、海面目標(biāo)(含低空小目標(biāo))、岸基目標(biāo)和人為有源/無源干擾環(huán)境、自然電磁環(huán)境等艦載雷達(dá)態(tài)勢環(huán)境主要性能模型,并以此形成集目標(biāo)、人為干擾、自然電磁環(huán)境等為一體的態(tài)勢環(huán)境,經(jīng)多維綜合,實現(xiàn)艦載雷達(dá)系統(tǒng)仿真模型試驗驗證所需的艦載雷達(dá)態(tài)勢環(huán)境仿真系統(tǒng)模型。

為確?？梢钥陀^地支撐艦載雷達(dá)系統(tǒng)仿真模型的試驗驗證,根據(jù)系統(tǒng)需仿真試驗驗證的有源/無源干擾樣式和等級,以及海上自然電磁環(huán)境等級(如不同海域、海況、風(fēng)速、地物背景等),開展艦載雷達(dá)態(tài)勢環(huán)境仿真模型態(tài)勢評估,以針對性地滿足仿真模型對不同態(tài)勢環(huán)境下的試驗驗證需求。

2 仿真系統(tǒng)模型及其功能

艦載雷達(dá)態(tài)勢環(huán)境仿真用模型組成和功能如圖2所示,包括:

圖2 艦載雷達(dá)態(tài)勢環(huán)境仿真模型典型組成圖

(1)自然電磁環(huán)境模型。包括對海雜波、氣象、電磁傳播等環(huán)境的仿真實現(xiàn)能力;

(2)目標(biāo)模型。包括對空中、低空/超低空、海面等雷達(dá)主動探測目標(biāo)和目標(biāo)平臺雷達(dá)輻射源信號等雷達(dá)被動探測目標(biāo)的仿真實現(xiàn)能力;

(3)電子干擾模型。包括對自衛(wèi)式壓制和欺騙干擾、支援式壓制和欺騙干擾、多模組合干擾等人為有源干擾,以及假目標(biāo)干擾、箔條干擾等人為無源干擾的仿真實現(xiàn)能力;

(4)態(tài)勢環(huán)境驅(qū)動模型。包括對面向雷達(dá)的需求轉(zhuǎn)換、雷達(dá)作戰(zhàn)環(huán)境、目標(biāo)戰(zhàn)術(shù)分布、綜合數(shù)據(jù)生成,及其與統(tǒng)一態(tài)勢坐標(biāo)轉(zhuǎn)化等有關(guān)的仿真實現(xiàn)能力;

(5)態(tài)勢環(huán)境控制與生成模型。包括對態(tài)勢環(huán)境預(yù)案生成及其環(huán)境模型、目標(biāo)模型、態(tài)勢驅(qū)動模型的模式、方式等的編輯、處理、記錄和運行管理等控制的仿真實現(xiàn)能力;

(6)態(tài)勢環(huán)境評估模型。包括對態(tài)勢環(huán)境與實際應(yīng)用需求的符合性評估、態(tài)勢環(huán)境性能評估、功能評估以及使用效能評估等的仿真實現(xiàn)能力。

3 基本設(shè)計方法

3.1 基本要求

(1)需求分析與態(tài)勢想定

需求分析與態(tài)勢想定是艦載雷達(dá)態(tài)勢環(huán)境仿真模型構(gòu)架的重要前提和基礎(chǔ),針對艦載雷達(dá)系統(tǒng)仿真模型的體制、功能和技術(shù)參數(shù),確立態(tài)勢環(huán)境仿真模型的目標(biāo)與要求;重點分析仿真建模對象的構(gòu)成、邊界和環(huán)境,形成建模的前提約束和假設(shè)條件;明確建模的層次、粒態(tài)勢環(huán)境仿真參數(shù)的精度和使用范圍,形成態(tài)勢環(huán)境建模仿真條件和可接受準(zhǔn)則。

(2)建模設(shè)計

艦載雷達(dá)態(tài)勢環(huán)境仿真建模是實現(xiàn)態(tài)勢環(huán)境及其各模塊仿真的關(guān)鍵。仿真建模軟件應(yīng)符合軟件工程化要求,應(yīng)能有效反映多需功能的特性和規(guī)律,滿足所需各類態(tài)勢仿真、評估等的可信度和精度,并具有模型校驗、驗證和確認(rèn)的接口等。模型數(shù)據(jù)應(yīng)滿足精度要求,且完備、準(zhǔn)確,模型數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)內(nèi)容描述和數(shù)據(jù)元單位符號、數(shù)據(jù)類型、長度、取值范圍、標(biāo)示符等應(yīng)規(guī)范。

3.2 基本流程

艦載雷達(dá)態(tài)勢環(huán)境仿真建?；玖鞒倘鐖D3所示。由態(tài)勢驅(qū)動模型基于需求生成所需的態(tài)勢環(huán)境類別及其各種態(tài)勢與環(huán)境的布站模式,由態(tài)勢環(huán)境控制與生成模型建立態(tài)勢環(huán)境動態(tài)生成預(yù)案;根據(jù)態(tài)勢環(huán)境動態(tài)生成預(yù)案,調(diào)用和對自然電磁環(huán)境、目標(biāo)環(huán)境、干擾環(huán)境的工作模式配置和參數(shù)設(shè)置;經(jīng)時空統(tǒng)一后,進行自然電磁環(huán)境、目標(biāo)環(huán)境、干擾環(huán)境等模型工作模式與參數(shù)的相互關(guān)聯(lián)和綜合,形成綜合態(tài)勢環(huán)境;再由態(tài)勢環(huán)境驅(qū)動模型根據(jù)艦載雷達(dá)系統(tǒng)仿真模型試驗,對各種目標(biāo)、干擾等的實時位置機動、工作模式和工作參數(shù)變化等要求,進行綜合態(tài)勢的實時更新,更新后的綜合環(huán)境態(tài)勢須進行針對態(tài)勢環(huán)境與要求的功能、性能和應(yīng)用效能等仿真結(jié)果及其置信度評估,當(dāng)評估結(jié)果不滿足使用要求時,應(yīng)調(diào)整原動態(tài)仿真預(yù)案,并以此重新建立所需的艦載雷達(dá)態(tài)勢環(huán)境。

圖3 艦載雷達(dá)態(tài)勢環(huán)境仿真建?；玖鞒虉D

4 典型艦載雷達(dá)態(tài)勢環(huán)境仿真

針對艦載雷達(dá)不同性能仿真試驗對不同態(tài)勢環(huán)境的需求,應(yīng)按需配置相應(yīng)的目標(biāo)態(tài)勢、人為干擾環(huán)境和自然電磁環(huán)境等模型。例如開展雷達(dá)對空探測精度試驗(含對空精度標(biāo)校試驗)時,典型目標(biāo)態(tài)勢須分別配置2個空中目標(biāo)(1大、1小)和2個低空目標(biāo)(1個低小慢、1個低小快),以滿足艦載雷達(dá)對不同空中典型目標(biāo)的探測精度仿真要求,或?qū)７謩e配置作接近和遠(yuǎn)離(含距離、方位)機動的大、中、小各2個海面目標(biāo)。當(dāng)開展艦載雷達(dá)抗復(fù)雜有源/無源干擾性能試驗時,應(yīng)按需配置目標(biāo)態(tài)勢、干擾環(huán)境和自然電磁環(huán)境等可等效實際使用的態(tài)勢與環(huán)境仿真模型,并分別經(jīng)態(tài)勢環(huán)境驅(qū)動模型、態(tài)勢環(huán)境控制與生成模型形成各類仿真試驗所需的仿真態(tài)勢環(huán)境,由態(tài)勢環(huán)境評估模型評估所構(gòu)建的仿真態(tài)勢環(huán)境與仿真試驗所需的態(tài)勢環(huán)境的一致性。

根據(jù)上述建模實施要求,針對艦載三坐標(biāo)雷達(dá)仿真基本模型,開展對空動態(tài)誤差精度(標(biāo)校)試驗用態(tài)勢環(huán)境的基本建模和應(yīng)用,按需分別配置一級海況下的目標(biāo)仿真基本模型和目標(biāo)態(tài)勢特性,如表1所示。

表1 試驗用目標(biāo)模型及目標(biāo)態(tài)勢特性配置表

軟件環(huán)境的配置操作系統(tǒng)為Microsoft Windows,編程環(huán)境為Microsoft Visual、Matlab。態(tài)勢環(huán)境、目標(biāo)環(huán)境、目標(biāo)機動和干擾設(shè)置界面分別如圖4～7所示。

圖4 態(tài)勢環(huán)境設(shè)置界面

圖5 目標(biāo)部署設(shè)置

圖6 目標(biāo)機動設(shè)置

圖7 干擾設(shè)置界面

根據(jù)艦載雷達(dá)仿真參數(shù)及其模型試驗需求,由態(tài)勢環(huán)境驅(qū)動模型形成實時更新的連續(xù)試驗態(tài)勢環(huán)境參數(shù),評估仿真結(jié)果及其置信度,結(jié)果表明:模擬的目標(biāo)運動范圍大于被試?yán)走_(dá)仿真模型對不同目標(biāo)的最大作用距離的20%;空中目標(biāo)運動高度5檔可調(diào);低空目標(biāo)運動高度3檔可調(diào);目標(biāo)距離位置、角度位置、速度精度均優(yōu)于被試?yán)走_(dá)仿真模型最小可檢測單元的1/3。在對導(dǎo)彈等目標(biāo)機動速度仿真中模擬了1～6 Ma等多種速度,可支撐艦載雷達(dá)實裝試驗中難以實裝配置形成的超高聲速目標(biāo)態(tài)勢。仿真實現(xiàn)的態(tài)勢環(huán)境參數(shù)滿足試驗需求。

5 結(jié)束語

針對艦載雷達(dá)仿真設(shè)計和研制對探測態(tài)勢環(huán)境仿真模型的能力需求及仿真模型技術(shù)發(fā)展趨勢,本文提出了一種艦載雷達(dá)態(tài)勢環(huán)境仿真模型設(shè)計方法。通過分析仿真模型的體系架構(gòu)、模型要求和態(tài)勢環(huán)境仿真生成方法等,探討了艦載雷達(dá)態(tài)勢環(huán)境仿真模型與被試?yán)走_(dá)數(shù)字仿真模型解耦、模型與參數(shù)解耦的可行性。按照本文方法設(shè)計的仿真系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)各種極限探測態(tài)勢條件下的技術(shù)性能、戰(zhàn)術(shù)功能和使用效能等試驗與參數(shù)測試,以及檢驗結(jié)果評估等功能,可支撐艦載雷達(dá)技術(shù)性能、戰(zhàn)術(shù)功能和使用性能設(shè)計及研制優(yōu)化,為艦載雷達(dá)態(tài)勢環(huán)境建模實施方法提供技術(shù)參考。