1.2 战场电磁环境相关概念

1.2.1 战场环境

1.基本概念

环境（Environment）一词按照《辞海》上的解释有两个方面的含义：一方面是指事物产生、发展、变化的舞台；另一方面是指对事物的产生和发展有影响的各种因素。

战场是指敌对双方作战活动的空间，而战场环境（Battlefield Environment）是指战场及其周围对作战活动有影响的各种情况和条件的统称。可以通俗地理解为：战场环境是指作战空间中除作战人员与武器装备以外的所有客观因素构成的环境。

对于各种各样作战行动，都离不开特定的自然环境，不同的自然环境可以对作战行动的过程和结果产生复杂的、重要的、关键的甚至是决定性的影响。因此，在军用仿真中必须充分考虑自然环境因素及其带来的影响。

2.组成要素

从作战仿真的角度出发，战场环境包含战场自然环境和战场信息环境两个基本要素，其中战场自然环境又包含地形环境、大气环境、射频环境、红外环境、海洋环境等。在信息化条件下，战场环境正在向着全维领域快速渗透，在复杂多变的电磁环境中展开，在纵横交错的网络环境中演进，因此，战场信息环境变得越来越重要。

地形环境是指所处的地理位置以及与此联系的各种自然条件的总和，包括土地、山脉、河流、湖泊、气候、植被等。在通常情况下，地形是地表自然起伏的形态和地表固定性物体的总称，其中，地貌主要包括山地、平坦地、丘陵地、沙漠等，地物主要包括陆地水系、植被、居民地和道路等。地形是对作战活动影响最大的环境因素。

大气环境是指生物赖以生存的空气的物理和化学等特性，其中，物理特性主要包括空气的温度、湿度，风速，气压，降水，由太阳辐射这一原动力引起；化学特性主要为空气的化学组成，大气对流层中氮、氧、氩三种气体占99.96%，二氧化碳占0.03%，还有其他气体、一些微量杂质及含量变化较大的水蒸气。

传统的战场环境研究主要围绕综合自然/人为环境展开，主要包括对地形地貌、海洋、空间、大气、电磁仿真等的研究。以往环境仿真技术研究的重点是综合自然环境，随着电子战等应用领域的发展，人为的电磁环境与光学环境的仿真等技术得到广泛的重视。

3.战场环境的重要性

以分布式作战、多域战、马赛克战等新型作战理论为代表的现代战争，是在复杂的陆地、海洋、大气、太空、电磁、网络一体化的战场环境中进行的，环境因素对装备的性能效能发挥、训练组织与实施、作战使用有着重要的影响，在特定条件下甚至成为决定战争胜负的关键或主要因素。

首先，战场环境是对作战活动影响最大的关键因素，是发挥武器装备作战效能和构建虚拟战场的客观基础，更是建模与仿真技术成功应用于作战领域的重要基础和保障。

其次，装备性能和效能的发挥及作战使用方式在很大程度上受各种复杂环境条件和因素的影响与制约。

最后，战场环境是交战双方作战活动的客观基础和重要制约因素，对作战效果和胜负起着决定性作用，是影响作战的战场潜在力量，是作战模拟分析中的重要研究内容。

4.战场环境仿真

环境仿真技术是多学科的综合性技术，它以控制理论、系统理论、物理学和信息技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验。环境系统仿真未来将会影响人类生活的各个方面。可以通过对地震、气候变化等自然现象的仿真模拟来预测自然现象对人类生活的影响，预测未来的环境变化趋势；而模拟飞行器、船舶的运动也离不开环境系统仿真的支持；还可以构造3D数字地球，人们可以足不出户便置身于世界的任何角落；还可以构造宇宙模拟器，这对于天文学、天体物理学的研究都有重要意义。随着时间的推移，环境系统仿真在人类的生活和发展中将会发挥越来越重要的作用。

传统的战场环境研究方法是将武器装备处于真实的环境效应之下，分析其对装备功能性能的影响。这种方式更贴近实战，得到的结果可信度高，但相应的成本高、周期长、不可重复，信号的复杂度和参数也不易改变，检测结果具有较大的偶然性，并且得到的数据样本有限。此外，该类试验方法还容易受到天气和地理因素的影响，有时还需要等待满足试验条件的特定天气环境的出现。此外，传统作战效能评估方法难以保证多样化的战场环境，难以实现在边界、极限、复杂条件下的武器装备作战效能评估。基于以上原因，研究人员开始使用计算机仿真的方法，在虚拟的战场环境下对武器装备进行测试评估或对战场态势进行可视化。

1）战场环境建模

建模与仿真技术以其成本低、灵活性高、可重复性好等优势，逐渐成为武器装备作战效能评估的唯一可实际运用的手段。

自然环境中存在变化万千的自然现象，如风、雨、雷、电等。对这些自然现象建立合理的模型就成为环境系统仿真的一个重要内容。根据各种自然现象的物理原理，建立适当的物理模型，从而得到各种自然现象的数值模型是环境建模的主要方法。

战场环境建模是指对包含地形、大气、海洋、电磁、网络和空间等要素的战场环境的状态、效应、变化的建模描述，其中，环境状态主要是指要素/属性的动态时空分布；环境效应是指对装备和行动的影响，包括物理模型和行为模型；环境变化主要描述一些动态地形、道路网络和气象条件等。

实体在环境中运动必然受到环境的影响，同时环境也会因实体的运动而发生变化，并且进一步影响实体。模拟这种交互是环境仿真系统的一个重要目的。分析环境—实体交互之间的规律，并建立合理的仿真模型成为解决问题的关键。

战场环境模型是通过环境状态计算、环境效应计算、军事作用计算等环节建立的，环境状态模型、环境效应模型、军事作用模型是战场环境模型的主要构成要素。

（1）环境状态模型描述各种环境状态要素的时空变化规律和联系，如受降水和日照影响的地面土壤强度变化模型、不同尺度的大气环境变化模型等。

（2）环境效应模型描述环境要素对装备、人员、作战计划和行动产生的物理或行为影响，如地形和大气对电磁能量传输和装备探测感知的影响、地形地貌特征对车辆通过性的影响、环境条件对人员决策行为的影响等。

（3）军事作用模型主要描述装备和军事行动对环境产生的影响，如交战产生的动态地形、战场释放的核生化烟雾对局部气象条件的改变等。

显然，不同领域的模型具有不同的应用目的、模型算法、实现形式和精度性能，如何在联合仿真系统集成应用这些模型，同时确保相互之间的一致性和可信度，是环境模型描述的关键。

2）战场环境仿真

战场环境仿真是在军用仿真中对战场自然环境和信息环境的虚拟化重建，与所有作战实体模型、武器装备模型均发生交互，对参与其中的各种实体都有约束作用。

战场环境的建模与仿真技术的研究具有十分迫切的军事需求。进行战场环境建模与仿真技术研究，是认知、分析、评估、揭示、利用战场环境对装备、作战和训练的影响作用机理，加快构建环境仿真资源和服务能力，科学定量评估战场环境对装备和作战的影响程度，推动战场环境建模仿真的标准化，在复杂战场环境条件下开展训练、装备论证、技术方案优化评估、试验鉴定的必然和迫切要求。

在武器装备作战效能仿真中，战场环境建模时空范围大且动态变化，对分辨率、精度、运行性能、动态性等要求较高，需要建立典型状态或极端条件下的地形、射频、红外等环境要素的状态模型、效应模型和军事作用模型。现有作战效能仿真中存在着对于环境影响问题的处理过于简化或根本不考虑环境因素及其影响，缺乏环境对装备和作战影响的量化分析和机理研究，不能客观且有效地反映环境变化过程及其影响效应等基础应用问题。