中国指挥与控制学会会刊 
舰载电子对抗系统通过发射无源箔条干扰弹可使来袭反舰导弹跟踪偏离我方舰艇,具有效果显著,成本低廉等优点,能够有力提高舰艇平台的战场生存率,是目前舰艇平台末端反导作战的重要手段之一[1-2]。在当今战场的复杂态势下,实施无源箔条干扰如何制定最佳作战策略已成为目前舰艇作战试验中亟待解决的问题[3⇓-5]。在当前的外场试验中,全弹道实弹打靶存在经济成本高,安全风险高,数据样本量少和组织难度大的问题,因此通常利用定点架设导引头模拟来袭反舰导弹,分析导引头方位、距离跟踪等情况,评价舰艇无源干扰作战效能[6-7]。但定点架设条件下,导引头与舰艇、箔条三者间相对位置变化缓慢,无法反映反舰导弹的高速飞行状态变化,干扰对抗过程缺乏动态性、对抗性与真实性,不能满足作战试验需求。
本文对外场定点架设反舰导弹雷达导引头产生的大量静态无源干扰试验数据进行分析处理,重构外场试验场景,校验仿真模型,并外推至弹目逼近的动态对抗过程,实现贴近实战条件下的舰艇无源干扰作战仿真推演,采用C#.NET与Matlab混合编程模式设计实现了舰艇箔条干扰试验数据仿真推演系统,对反舰导弹突防能力和舰艇无源干扰对抗有效性的评判具有重要意义。
1 系统设计思路
系统设计思路如图1 所示。本文研究构建结构化数据采集模板,从试验方案、试验大纲等文书入手,全面收集试验现场人工记录数据,舰艇作战系统、各导引头、测控装备录取数据,以及舰艇、箔条弹的研制、定型试验数据,形成一组多来源、多阶段、多层次的完备试验数据集。
2 系统功能设计
2.1 系统体系架构设计
以掌握的多来源、多阶段、多层次的完备试验数据集为基础,通过数据入库模块、数据处理模块、显示控制模块、仿真推演模块、结果分析模块各业务逻辑模块的功能支撑,用户可以通过系统的人机交互界面完成数据入库、态势设置、初始化软件、数据处理、定点回放、动态推演、结果分析等主要操作,实现舰艇无源干扰试验数据的分析处理和仿真推演。系统体系架构采用三层结构设计如图2 所示,分为表示层、业务逻辑层和数据层。用户可以通过人机交互界面使用表示层的功能,表示层通过功能模块接口调用业务逻辑层各功能模块进行逻辑运算与处理,业务逻辑层再通过数据访问接口直接对数据进行底层操作。
2.2 功能模块设计
2.2.1 数据入库模块
系统设计基于实测数据,首要工作是收集原始的试验数据,将大量的试验数据按照类型分类、汇总,并将数据存储在数据库中,并从中选择出仿真推演所需的数据。数据入库模块能够连通工作站与服务器终端进行数据交互,下载系统所需的大量重要数据到本地硬盘,包括装备测控数据、作战系统数据、海面环境数据、导引头数据、雷达回波数据与仿真模型数据等大量原始数据。
2.2.2 数据处理模块
该模块数据处理首先要对多维数据进行预处理。试验数据因采集手段和环境等因素存在野值,因采集设备不同存在起始时间不对正,采样率不同等问题,因此需要进行剔除野值,时标对齐与数据插值等数据预处理关键步骤。
导引头雷达回波试验数据由目标回波、箔条干扰回波、海杂波等组成,通过处理可以得到雷达导引头分辨角范围内目标及箔条的回波数据、极化数据、径向尺寸等,综合利用舰艇航向、航速、箔条发射参数以及GPS解析数据等信息得出目标相对于导引头的距离、能量和多普勒信息,再利用极化域舰艇箔条的差异和多普勒域刚性物体展宽有限的约束,实现对目标、箔条的回波分离。
对能够决定箔条运动状态的舰艇航向、航速,风向、风速和箔条发射参数等数据建模仿真,实时生成目标及箔条云质心点相对反舰导弹的距离、方位等信息,构建外场基本试验态势和试验场景,分析雷达导引头面临的复杂电磁环境,对雷达导引头分辨角范围内拟合目标的回波进行仿真,完成海上定点试验场景重构。
通过加载反舰导弹弹道模型,实时解算导引头当前坐标以及箔条、目标的径向速度与距离,综合利用分离后的目标、箔条回波数据,构建反舰导弹高速飞行逼近舰艇目标的动态推演场景。
2.2.3 显示控制模块
显示控制模块主要包括实时动态曲线、实时雷达回波、实时雷达扇扫显示和实时数据表格等四种数据显控单元表现形式。这些显控单元可以通过多样的人性化方式展示舰艇无源箔条干扰试验数据分析处理的过程和结果,对定点架设的导引头试验数据复盘实时回放,对模拟动态逼近的导引头数据实时仿真推演,让用户清晰、直观、实时、真实地看到无源干扰对抗的过程与结果。
实时动态曲线显控单元按真实试验时间设置仿真步长,实时显示处理后数据的动态二维折线图。导引头跟踪距离实时曲线图、导引头跟踪角度实时曲线图、目标属性识别曲线图和推演态势航迹图采用了该显控方式。
实时雷达回波显控单元是Matlab数据处理得到的每帧数据绘制的回波图按合理的试验采样时间还原,得到的信号级实时连贯图像播放。场景重构回波图、分离前回波图、分离后舰船回波图和分离后箔条回波图采用了该显控方式。
实时雷达扇扫显控单元是根据导弹逼近目标的动态推演数据实时绘制的雷达扇扫态势图,能直观显示目标及干扰相对反舰导弹的距离、方位情景,通过该图能掌握雷达导引头实时跟踪目标舰艇情况。
实时数据表格显控单元可以直观显示仿真过程及结果的具体准确数据,包括实时角度距离信息和推演态势信息等。
2.2.4 仿真推演模块
调用数据处理模块与显示控制模块,实现舰艇无源箔条干扰试验仿真推演的功能。多层次的海量原始数据经过数据处理模块处理后,仿真推演模块设定合理的仿真步长可以还原试验场景进行定点复盘分析,也可以加载导弹弹道模型动态推演仿真,模拟导弹从发射到高速飞行逼近目标的场景,仿真推演出舰艇无源箔条干扰对抗闭环、完整的全过程。
2.2.5 结果分析模块
通过定点复盘分析和动态仿真推演,可以得到舰艇无源干扰对抗双方的结果分析,即对反舰导弹在舰艇平台实施无源干扰情况下的突防能力和舰艇无源干扰抗反舰导弹攻击干扰有效性进行评估,最终以导弹脱靶量的形式直观、定量描述。在经过大样本仿真推演后,其结果可以反映箔条发射方向、舰艇机动方向等战术因素与干扰效果之间的关联关系,可以给出不同作战对象、不同环境条件的作战使用建议。
3 系统软件实现
软件采用C#.NET与Matlab混合编程实现。系统主体利用C#.NET实现,人机界面采用Winform设计,简洁大方,操作性强,美观度高,具有良好的安全性、兼容性、可靠性、扩展性、可集成性与可移植性。数据处理功能主要是通过Matlab程序设计实现,编写了针对多种数据类型文件的数据处理函数,封装成dll文件加载于.NET库工程里面,利用C#在需要的时候调用执行。系统运行需要两个显示器双屏工作,包括主窗体和辅助窗体两个窗体,可针对多型雷达导引头复用。定点状态复盘回放只有主窗体运行,动态推演仿真时需要主窗体和辅助窗体同时运行。
主窗体如图3 所示,包括菜单栏、状态信息栏、常用功能按钮区、态势显控区、实时数据显示区、实时图表仿真区。菜单栏在窗体最上方,包括:工具、文件、调试和帮助等系统的主要菜单按钮;状态信息栏在窗体最下方,显示系统运行状态参数信息,便于用户掌握系统状态;常用功能按钮区包括系统仿真的常用功能按钮,包括初始化、态势设置、数据处理、仿真开始、仿真暂停、仿真结束和一键启动;态势显控区包括仿真态势参数选择、显示功能以及图表数据显控功能;实时数据显示区会在仿真开始后实时显示当前弹目距离、方位等重要参数信息;实时图表仿真区包括导引头跟踪距离实时曲线图、导引头跟踪角度实时曲线图、推演态势航迹图和场景重构回波图,四个动态图表可以真实、准确、直观地展示导弹与舰艇无源干扰的实时对抗过程。
为满足推演分析的需要,还设计了辅助窗体,在动态推演仿真时打开,如图4 所示,包括工具栏、状态信息栏和实时图表仿真区。工具栏包括初始化、仿真开始、仿真暂停、仿真结束和演示等主要功能按钮;状态信息栏与主窗体功能相同;实时图表仿真区包括雷达扇扫显示图、目标属性识别曲线图、分离前回波图、分离后舰船回波图和分离后箔条回波图,可以更直观地展示导弹逼近目标过程中的弹目位置关系、导弹跟踪状态和信号级分解的目标舰船与箔条回波实时变化情况。
4 结束语
本文将数据处理分析与建模仿真推演结合起来,把外场静态试验数据推演至舰艇平台抗反舰导弹攻击的动态对抗过程,模拟不同试验态势、试验背景下的无源箔条干扰效果,利用反舰导弹脱靶量描述舰艇箔条干扰作战效能,设计实现了舰艇箔条干扰试验数据仿真推演系统。实现对抗过程的实时演示,提供攻防对抗双方作战效果评定的重要依据,并通过大样本仿真推演可以对装备试验鉴定,装备研制改进和作战战术运用研究提供重要技术支撑。