基于LVC的艦艇電子對抗反導能力試驗研究

趙嚴冰 崔連虎

（中國人民解放軍91336部隊 秦皇島 066326）

1 引言

水面艦艇反導是一個預警探測先行、信息融合決策、軟硬武器協同、艦艇有效機動的行動過程，其中自衛電子對抗作為一種重要的軟殺傷手段，主要用于中近程的導彈防御。隨著先進反艦導彈的大量使用以及多波次飽和攻擊等作戰樣式的出現，艦載軟殺傷武器在未來海戰場中的重要性愈加明顯，世界各軍事強國都在加大相關研究，軟殺傷武器的科學使用對于消除和減小反艦導彈對水面艦艇的威脅，降低反艦導彈的命中概率，提高水面艦艇在反艦導彈攻擊條件下的作戰能力和生存能力具有重要作用［1～3］。

在以往的試驗鑒定中，由于受到各種條件的限制，更多關注于以單裝或單武器系統的單一性指標考核，對艦艇自衛電子對抗能力的考核與實際作戰使用存在較大差距，按照“融于體系、環境逼真、摸清邊界、系統考核”的實戰化考核要求，需要對試驗理論、試驗方法、試驗規范和試驗環境等多個方面開展研究［4］，其中靶場試驗環境構建是基礎。本文基于LVC技術框架，就充分利用真實試驗資源、半實物仿真資源、數字仿真資源，與被試艦艇作戰系統融合構建聯合試驗環境的方法技術和應用進行了研究。

2 水面艦艇電子對抗反導能力試驗需求分析

水面艦艇電子對抗系統通常包括艦載平臺干擾系統和艦載舷外干擾系統，作戰使用時需要截獲、分析和識別來襲反艦導彈的綜合信息，采用有源與無源干擾結合，平臺外與平臺內結合，區域與重點結合等方法策略，有效阻斷、引偏和迷惑來襲導彈的傳感器［1～5］，因此采用電子對抗手段防御來襲反艦導彈是一個多種措施組合應用的綜合對抗過程。結合反艦導彈的攻擊過程，以及可實施電子對抗的時機，可將其作戰過程劃分為兩個階段：第一階段是導彈自控飛行末段，重點是降低反艦導彈導引頭的捕獲概率；第二階段是導彈自導飛行段，重點是延長導彈二次搜索截獲時間、造成導彈錯誤捕捉目標、增大導彈跟蹤誤差以及使導彈丟失目標。

水面艦艇電子對抗反導能力的試驗評估，特別是對于反導成功概率的評估，在靶場目前仍然無法有效實施。理想的試驗過程需要在一個的受控環境條件下，輸入各種模式情況，記錄輸出的各種響應激勵，來評價艦艇反導防御效果。試驗評估結果需要提供以下幾個方面的結論和建議：一是提供艦艇在典型電子對抗作戰使用條件下對反艦導彈防御的成功概率結果；二是提供電子對抗手段使用的邊界極限與限制使用條件；三是提供艦艇電子對抗防御能力的綜合評價與改進建議，支持裝備的持續改進，逐步解決艦艇電子防御所面臨的視在或潛在威脅［6］。

為了使試驗考核結果可信，應在靶場進行充分的試驗，但是由于靶標特性模擬、環境構建能力、安控保障能力以及經費、周期等方面的限制，真實試驗難以充分進行，如電子對抗中的箔條干擾和舷外有源干擾使用；另外外場試驗的理論是建立在典型抽樣基礎上的，目前還無法支撐防御成功概率等統計指標的評價。鑒于此，水面艦艇電子對抗反導能力試驗評估，需要引入建模與仿真（M＆amp;S）技術，構建由艦艇平臺、作戰系統、威脅目標和仿真系統等組成的多要素、多層級、跨地域的分布式聯合試驗環境。近年來，隨著科學技術的飛速發展，以及相關試驗技術成熟度的提升，靶場試驗手段得到很大改善，特別是對一些邊界、極限條件以及危險性、消耗性試驗的分析評估越來越朝著虛實合成的方向發展，其根本指導原則就是將各類真實的（Live）、虛擬的（Virtual）、構造的（Constructive）試驗資源進行系統集成，形成近似作戰的聯合試驗環境，并“按作戰的方式進行試驗”，從而更加真實地檢驗被試系統的整體能力［7～10］。聯合試驗環境具備四個方面的用途。

1）作為實際外場試驗的“映射”，開展試驗設計、推演和方案優化，支撐外場試驗的想定設計和方法優化；

圖1 水面艦艇電子對抗反導聯合試驗環境組成示意圖

2）作為一種有效的試驗手段，彌補單一試驗資源的不足，補充完成實裝試驗不宜開展的項目；

3）構建從與預警探測到指揮控制，再到武器交戰的完整作戰過程，實現基于作戰流程的試驗評估；

4）采用“真實發射—交戰仿真”的體系結構，試驗評估的參數反饋直接高效，形成“分析在回路”試驗評估模式。

3 水面艦艇電子對抗反導聯合試驗環境的總體設計

本文所述的聯合試驗環境以水面艦艇平臺電子對抗反導試驗評估為應用背景，突出單艦艇電子對抗反導所需的信息感知、處理、決策、交戰、評估等要素，將靶場各類試驗資源集成互聯，生成態勢統一、貼近實戰、以射頻信號級模擬為基礎的威脅場景，構建從偵察預警到對抗交戰的動態過程，完成水面艦艇一對一，一對多等條件下的反導試驗評估。組成及工作原理如圖1所示。

如圖1，聯合試驗環境基于分布式仿真體系結構框架，綜合利用實裝適配器、網絡接口單元、仿真代理和網關等資源封裝技術，集成作戰環境生成、威脅目標射頻模擬、電子干擾模擬、被試系統實裝或高置信度的信號級模擬器和聯合試驗支撐平臺，在安全與可控的工程環境下實時、動態、定量考核評估電子防御反導作戰能力。其中：艦載指揮控制模擬系統以采用置信度高的實裝模擬器形式接入聯合試驗環境中，核心模塊、功能與實裝保持一致，具備艦艇指控系統情報數據綜合處理、輔助戰術指揮決策、武器控制導引等功能。艦艇綜合導航模擬器采用“實裝軟件+接口”的方式模擬艦艇平臺綜合導航系統，輸出綜合導航信息和艦艇姿態信息。

電子對抗交戰模擬系統以實裝、半實物仿真和數字仿真的混合方式接入聯合試驗環境中，包括導彈制導仿真資源和電子干擾仿真資源，其中導彈制導仿真資源包括半實物仿真和數字仿真部分，主要資源有陣列天線、飛行轉臺、射頻源、導引頭實裝和彈道仿真機等，可以基于測量數據生成自衛艦船的目標特性，目標回波以射頻方式在暗室環境下空饋至導彈導引頭，并按照任務規劃完成導彈飛行、制導和攻擊過程仿真，同時為其它節點實時提供反艦導彈位置、姿態、導引頭工作參數狀態、目標跟蹤和抗干擾等信息。電子干擾仿真資源以艦載自衛電子戰系統實裝為模擬對象，以“部分實裝+實測數據模型+控制軟件”方式在射頻信號級實現有源/無源干擾與來襲反艦導彈的對抗交戰過程模擬，核心模塊、性能功能與實裝保持一致，干擾信號通過陣列天線以射頻方式在暗室環境下空饋至導彈導引頭。如圖2所示。

圖2 電子對抗交戰模擬系統示意圖

數據鏈實裝或模擬系統、輻射式威脅目標模擬系統用于生成貼近實戰、以射頻信號級模擬為基礎的威脅場景。

艦艇平臺實裝適配器用于艦艇平臺各類裝備的工作狀態和實時參數的接收處理，如艦艇位置、速度、姿態等信息，電子對抗的指令及參數等，同時艦艇平臺需要同步配套信息采集設備，由艦艇平臺實裝適配器實時接收和分發，通過專用的無線網落地，用于“激活”后端的“模擬交戰”。

艦艇平臺也就是被試艦艇，采用真實的艦艇，具備完整的作戰系統，以人在回路的方式完成虛實合成的作戰過程模擬。

聯合試驗支撐平臺是支撐多種網絡充分互連的分布式綜合集成試驗設施，同時具有試驗任務想定規劃、方案設計、支撐環境、運行控制、數據錄取、分析評估等功能，確保各系統的時空一致，信息一致和協調統一。

綜上所述，聯合試驗環境本質上是由多個系統和設施構成的復雜系統，從試驗資源表示方面可劃分為以下幾類：1）艦艇作戰系統裝備體系的表示（包括傳感器、作戰指揮系統和電子戰系統等）；2）艦平臺的表示；3）艦外平臺信息支援系統的表示；4）藍方反艦導彈、作戰飛機的表示；5）藍方雷達、電子戰武器的表示等；6）試驗保障體系的表示。具體特點和區分如表1所示。

聯合試驗環境通過各類資源的集成整合與等效映射，可以復制出不同規模的威脅環境，可以根據不同的試驗評估要求，合理配置出不同的試驗環境，具備不同層級試驗的擴展能力，實現了試驗環境的安全可控、試驗規模與逼真度的平衡。

聯合試驗環境構建的關鍵是需要實現異類異構異地試驗資源的集成，涉及體系架構頂層設計、裝備模型／模擬器／實裝一體化設計、目標及環境資源一體化運用等多項關鍵技術難點。其中一項重要基礎性工作就是試驗系統標準與規范的制定，聯合試驗環境的應用過程難點是構建一個動態變化、實交互時、實裝對抗的統一場景，為保證資源應用的有效性、被試裝備體系與環境要素模型運用的一致性、集成應用的柔性可控，聯合試驗環境必須實現標準和規范的一致［10～12］。

表1 按資源類型分類的聯合試驗環境組成

4 水面艦艇電子對抗反導能力試驗的應用模式

電子對抗綜合防御來襲導彈需要在信息支援的基礎上，將有源干擾、無源干擾和其他先進的干擾技術有效結合，并聯合硬殺傷武器，以體系運用的方式才能保證攔截來襲反艦導彈的成功率。從試驗評估的角度，需要將復雜問題進行有效的分解，水面艦艇電子對抗反導能力作為水面艦艇反導綜合對抗一個重要部分，需要從體系運用角度進行獨立的評估，包括電子防御能力的評估和體系貢獻度的評估，這里重點以電子防御能力的評估為主。

根據資源使用類型和試驗應用流程，試驗評估包括以下三種應用模式。

VC模式：以聯合試驗支撐平臺為核心，艦載指揮控制模擬系統、艦艇綜合導航模擬器和電子對抗交戰模擬系統構建分布式仿真系統，相關的作戰態勢、對抗信息由艦載指揮控制模擬系統生成，包括預警探測、電子偵察和指揮決策等，其中模型數據是根據外場性能試驗實際測試的數據。實現以內場仿真為主、實裝資源在環的艦艇威脅態勢感知決策與電子對抗反導的互聯。

試驗目的：

1）試驗資源集成的可信度和可用性檢驗，評估各類因素對試驗結果的影響；

2）電子對抗反導試驗的態勢設計、方案優化、作戰推演；

3）電子對抗措施不同組合方式以及各種邊界條件的試驗評估；

4）作戰應用檢驗，重點檢驗反導信息流程協調性、威脅判斷準確性、對抗方案合理性等。

例如，在艦艇舷外有源干擾反導能力試驗設計中，需要構建多因素組合的邊界條件試驗環境，一是可以通過因素敏感性分析確定主要試驗因素，縮減試驗參數空間；二是可以通過仿真預測分析各個試驗因素及其組合對試驗結果的影響規律，提高實裝試驗樣本的代表性。

圖3 艦載舷外有源干擾反導能力試驗設計圖例

如上圖所示，選取發射方位角、俯仰角和艦艇機動方向作為試驗因素。通過因素敏感性分析試驗，確定發射俯仰角對試驗結果影響較小，通常都能夠滿足戰術要求，因而可以不作為主要試驗因素。隨后對發射方位角和艦艇機動方向兩因素進行組合試驗，結果如圖4所示。在上述試驗基礎上，可以準確選取典型試驗樣本開展外場試驗，達到優化試驗方案的目的。

圖4 艦艇舷外有源干擾發射方向、艦船機動方向對導彈脫靶量的影響規律示圖

LVC模式：以聯合試驗支撐平臺為核心，基于信息網絡和實裝適配器，將外場艦艇平臺、艦艇實裝、威脅目標射頻模擬器等資源，與內場的電子對抗交戰模擬系統集成，實現以外場為主、人在回路、實裝在環的艦艇態勢感知決策與內場末端電子對抗反導的互聯。

試驗目的：

1）聯合試驗集中控制、數據交互和信息采集能力的檢驗；

2）典型作戰想定下的電子對抗反導能力評估；

3）開展基于戰術博弈的作戰使用和作戰戰法研究，為艦艇的綜合反導試驗評估提供依據；

4）內外場試驗結果比對與一致性檢驗。

圖5 艦艇電子對抗反導典型試驗模式配置圖

C模式：以聯合試驗支撐平臺為核心，構建以電子對抗交戰模擬系統為主的試驗評估系統，相關的作戰態勢、對抗信息、指令數據來源于外場實際試驗訓練的數據。

試驗目的：

1）艦艇電子對抗反導試驗的復盤推演；

2）艦艇電子對抗反導試驗結果一致性檢驗；

3）艦艇電子對抗反導能力試驗結果推論作以及作戰戰法的仿真推演。

例如，在艦艇無源箔條反導能力試驗中，可以通過外場試驗全面收集試驗數據，在內場進行復盤分析，從不同側面分析外場試驗過程，科學評判無源箔條干擾對來襲導彈的干擾能力。

以上三種組合應用模式具有以下幾個方面的優勢：1）實現電子裝備試驗資源與導彈試驗資源在物理和邏輯的聯合［13］；2）對已有的性能試驗的數據得到了應用，支撐了試驗建模研究；3）在不使用真實導彈飛行試驗的情況下，實現水面艦艇電子對抗反導能力評估試驗多次可重復；4）可以在安全保密的基礎上，從整體角度考核水面艦艇的電子對抗反導能力；5）人在回路的應用方式，可實現試驗訓練的一體化。

圖6 外場試驗場景及其對應的雷達回波

5 結語

水面艦艇電子對抗反導能力試驗評估是一項復雜的系統工程，具有較強的學科領域和工程技術交叉特點。本文結合水面艦艇電子對抗反導能力試驗的需求分析，基于LVC的技術框架，研究了水面艦艇電子對抗反導聯合試驗環境的總體設計，分析了試驗應用的典型模式，為水面艦艇電子對抗反導能力試驗評估提供了技術途徑。未來隨著更多試驗資源和模型的集成，聯合試驗環境還可以支撐更加復雜的試驗評估任務，如艦艇軟硬武器的聯合反導能力評估，艦艇抗飽和攻擊的試驗評估等，最終跨越單一裝備的試驗評估，實現基于裝備體系對抗的試驗評估。