- 数字孪生驱动的战场复杂电磁环境建模与仿真
- 王鹏等
- 2138字
- 2023-12-12 18:48:11
1.2.3 战场电磁环境构设
战场环境建模需要支持环境状态信息查询、对装备或作战的影响和效应计算,以及装备和作战引起的动态环境变化模拟。因此,战场环境建模的基本要求包括可信、一致和高效。其中,可信是指仿真模型具有权威性;一致是指时空一致和物理效应一致;高效是指仿真模型的运行性能满足应用需求。
1.战场电磁环境构设需求
在性能试验鉴定过程中,电磁辐射源按照被试装备分系统的性能试验计划,在电磁环境总体规划控制下,为被试装备构设相应的试验电磁环境。而作战试验电磁环境构设的辐射源则主要由作战试验的配试方统一控制,在环境构设过程中与配试方的总体战术配合实施,构设的电磁环境能够尽可能逼真地模拟实战中威胁对手给被试方造成的战场电磁环境。
与性能试验的电磁环境构设相比,作战试验战场电磁环境构设更注重环境构设的真实性。其真实性需求主要体现在以下几个方面。
(1)电磁要素需求。要求相关装备能够按照假想作战对手的真实电磁对抗性能,构设相应的电磁信号,构设电磁环境的输出关键是电磁信号。电磁武器装备开展不同类型作战试验科目时,在进行战场电磁环境构设时,应结合实际对抗的对象考虑设置多类型、宽带宽、多种体制类型的雷达、通信、导航及其干扰信号和背景信号环境。
(2)战术背景需求。相比于性能试验固定的试验方法,作战试验的过程充满着战术应用的元素。因此,作战试验战场电磁环境的构设需要与实际的作战战术背景结合,总体考虑作战试验战场电磁环境的规律和特点,电磁环境的设置应当能够体现出不同试验科目的战术背景和战术意图,避免出现战场环境构设在所有试验科目中都是一个样的情况出现。
(3)动态调整需求。作战试验战场电磁环境的构设结果不是一成不变的,随着试验任务内容、难度及参试装设备数量结构的变化,需要对环境构设辐射源的信号参数及其工作状态进行及时的动态调整,从而在作战试验不同阶段、不同战场态势、不同作战对象的情况下,使战场电磁环境能够动态连续且真实地反映出具有不同特点的信号特征。
2.战场电磁环境构设原则
作战试验要求贴近实战,其中就包括作战环境和作战条件等内容。战场电磁环境作为作战环境的一部分,对它的构设与评估要能够较全面、集中、准确地反映作战试验战场环境的状态、本质特征和变化规律等特点。为保证构设的战场电磁环境尽可能地逼近真实的战场电磁环境,且能够监测和有效评估,战场电磁环境的构设与评估应遵循以下要求与原则。
(1)以作战任务科目为牵引的针对性原则,即围绕武器装备未来实施的作战任务潜在和现实的电磁环境要素,并结合任务背景特点进行电磁环境构设。
(2)贴近战场环境实际的逼真性原则,即要瞄准未来战场,尽可能地贴近作战对手的真实作战能力进行构设模拟。
(3)符合真实作战规律的客观性原则,即要遵循军事斗争在战场电磁环境领域的客观规律,科学反映战场电磁态势和交战关系的变化。
(4)体现战场动态变化要素的灵活性原则,即针对瞬息万变的信息化战场特点,满足动态变化和灵活调整的战场电磁环境构设要求。
(5)立足作战试验实际情况的安全实用原则,即在充分考虑试验场现实条件和国内当前技术条件、资源条件限制的情况下,立足于满足作战试验基本目标要求,多维度整合,高效地进行战场电磁环境构设。
3.战场电磁环境构设方法
战场电磁环境构设方法根据装备设置的不同,对应多种不同的方式。当环境构设设备均使用实装时,就是外场实兵模拟构设方法;当使用模拟器材替代实装构设环境时,就是专用装备模拟构设方法;还有半实物仿真模拟和本书中将重点介绍的基于仿真模型的纯虚拟化方法。电磁环境构设装备根据电磁环境构设态势和装设备保障能力,区分威胁目标信号和背景环境信号,依据两类信号的不同特点,确定装备布设方式。
外场实兵模拟构设是指利用现有环境构设资源条件与真实作战对象在平台类型、工作体制、性能参数和电磁信号辐射特征等方面的相似性,模拟典型的电磁目标作战对象。在构设实施过程中,威胁环境构设资源结合任务背景的相关战术开展构设工作,在作战试验中作为主要威胁因素。外场实兵模拟构设真实度高,但无法模拟敌方的作战频谱和作战特点,灵活度低,协调使用难度大。例如,可以通过使用与外军雷达工作体制、辐射功率等参数接近的雷达,结合其他配试装备的整体战术应用,进行替换性部署,从而达到实装构设的目的。
专用装备模拟主要是等效缩比模拟方法。等效缩比模拟是按一定比例适当降低辐射功率,在实际运用过程中按作用范围比例缩短使用距离,采取近距离配置的方法。等效缩比模拟战场电磁环境,实际上是在威胁效果一致性上进行模拟构设。专用装备模拟方法实际上是在不具备实装构设的情况下,使用效果相似可替代的辐射源在效果上进行模拟。例如,通过对功率进行等效缩比换算,可在相比实际战场应用距离近一些的位置对被试装备进行雷达信号照射,从而达到器材模拟的环境构设目的。专用装备可以根据需要构建不同的试验环境,逼真度较高,但构建、使用复杂,难度大,费用高。
相比于实装构设,专用装备模拟方法仅能从电磁辐射效果方面进行电磁环境构设,不具备辐射源的战术背景特点。专用装备模拟方法模拟的逼真程度低于外场实兵模拟构设。
半实物仿真利用射频信号模拟器、平台运动模拟设备来构建,可以灵活构建较为复杂的环境,试验费用低,但难以在较大区域内构建。