中国指挥与控制学会会刊 
1 传统威胁空情模拟方法
1)利用真实战机实飞模拟假想敌战机突防,由于战机之间的RCS特性、运动特征接近,且能够做出一定的战术动作,模拟效果逼真,但飞行保障要求高,飞行架次宝贵,模拟训练次数十分有限。
2)利用高速无人机、无人靶机挂载龙伯球模拟特定雷达目标。该方法费用较低,但同样受航线管控和气象条件的限制,且受测控距离限制,飞行距离较短,多用于模拟近距离空情。
3)基于射频存储转发技术的威胁空情模拟方法。该方法利用雷达信号模拟器在雷达波束扫过的时刻快速产生雷达模拟回波,在雷达显示器上形成航迹。基于该方法的单部模拟器只能模拟单个目标,无法同时为雷达网的全部雷达提供相同时空维度下的模拟威胁空情。
2 民航飞行模拟雷达空情可行性
2.1 空情基本要素
空情的基本要素含保卫目标坐标、火力单元坐标、空袭兵器进入航路方位角、空袭兵器高度、空袭兵器速度、火力单元航路投影捷径,其保卫目标坐标与火力单元坐标在防空兵部署后已经确定。民航飞行本身就属于雷达空情的范畴,具有高度、速度、方位等特征,客观上不具有威胁属性,但从主观人为训练的角度,通过虚拟保卫目标,合理配置火力单元位置,在三者之间满足一定条件下民航飞行可以视为威胁空情[9]。
2.2 民航飞行特点
民航航线分布广,从纵横交错的众多航线中容易选择若干条符合空袭基本态势的航线作为模拟空袭来向,且航线相对稳定,有利于开展重复训练。
民航飞机目标一致性好,民航航线上的机型类别相对统一,飞行高度、速度等参数相对固定。同时民航飞机的飞行状态与目标雷达特性一致性好,目标重复性好,既有利于反复训练,又可以在一定时间内获取足量评估样本。
民航航线参数可公开获知,航线上每一架民航飞机的飞行状态参数容易通过民航信标接收技术(ADS-B)解译得知,可为训练效果的实时检验评估提供真值支撑。
民航与战机巡航速度接近,约为900 km/h,与运输机、轰炸机等大型军用飞机雷达散射特性接近。
2.3 ADS-B民航信标接收技术
民航自动相关监视(automatic dependent surveillance broadcast, ADS-B)技术是民航信标发射接收设备的核心技术,安装了S模式ADS-B发射设备的飞机可通过1090ES数据链广播其自身的精确位置、速度、高度、瞬时姿态等数据信息,结合地面空管接收系统实现对民航飞机的地空监视[10]。
3 威胁空情模拟流程与方法
依托民航飞行模拟威胁空情,首先筛选过境民航航线,保证所选择的民航航线符合基本的空袭打击态势,其次是设置要模拟空情的威胁等级,然后循环选定模拟目标,最后适时释放模拟空情,基本流程如图1 所示。
3.1 统计民航飞行规律
以雷达站址为中心,借助ADS-B接收设备实时接收半径300 km范围内的空中民航飞机的状态信息,包括每一架飞机的实时经纬度、实时速度、实时高度和航班号等信息,持续监测统计300 km内民航目标的活动规律,建立民航活动信息数据库。持续监测时间不少于一周,监测数据的记录格式应以时间轴为主线,按时间顺序记录每一时刻300 km范围内所有民航飞机的活动状态信息,时间刻度间隔小于5 s。
3.2 优选模拟空袭航线
优选模拟空袭航线即设置威胁空情的主要来向。根据记录的民航活动信息,以雷达站址地域为中心,绘制300 km范围内的所有民航航线,选择能够穿过雷达站址地域的过境民航航线备选,从过境航线中筛选符合基本空袭态势的航线作为“模拟空袭航线”。模拟空袭航线与其他民航航线交叉相对较少,通航密度满足$\rho \geqslant 1$架次(/h)。
航线过境的标准是雷达站址位置距离航线的航路捷径满足最小距离要求,最小距离和雷达的作战用途、探测距离、探测精度、探测视角紧密相关。
3.3 设置空情威胁等级
空情威胁等级与目标毁伤能力、目标企图、类型、数量、地面侦察拦截能力等因素相关,由于民航为半合作目标,以雷达网实力、目标批数、目标方位分布、单批目标威胁程度为指标设置空情威胁等级。雷达网实力与雷达网用途密切相关,侦察预警雷达网实力与探测范围、探测精度有关,火力拦截雷达网实力与雷达数量、雷达跟踪范围、雷达最大目标跟踪数有关。单批目标威胁程度主要决定于目标的高度、速度、距离和航路捷径,由于民航飞机高度、速度基本不变,航线确定后航路捷径不变,选取距离作为目标威胁程度判定的指标[11-12]。可以参照相关的目标/空情威胁等级评估模型计算对应指标的具体值,也可以根据专家经验、训练目的意图主观设置。空情威胁等级的计算模型可参考:
为威胁修正系数, 和 为单批目标威胁程度权重和雷达网处置能力权重, 为单批目标威胁程度的量化值, 为雷达网实力量化值, , , , 和T的值越大威胁度越高,E值越大雷达网实力越强。 为单批目标与模拟打击区域的距离, 为雷达网警戒线。 值选取与雷达网雷达数量、技术体制先进程度、空域频域覆盖范围等密切相关,可以采取专家经验量化赋值。
本文将空情威胁等级设置为轻度 、中度 、重度 。对侦察预警雷达网,单批目标威胁程度 时设为二级、 时设为一级。对火力拦截雷达网,单批目标威胁程度 时设置为二级、 时设为一级。
表1 空情威胁等级设置示例 |
| 对象 | 雷达 数量 | 空情威 胁等级 | 目标 批数 | 目标方 位分布 | 单目标 威胁程度 |
|---|---|---|---|---|---|
| 火力拦 截雷 达网 | 2 | 轻度 | 1 | 单方向 | 二级 |
| 2 | 中度 | 2 | 单方向 | 二级、一级 | |
| 2 | 重度 | 4 | 多方向 | 全部一级 |
3.4 循环选定模拟目标
确定模拟空情威胁等级后,持续监视选定的若干模拟空袭航线,如果在二级/一级威胁距离范围之外出现民航飞机飞向雷达站中心地域,且与周边飞机的保持一定的距离间隔,确保雷达能够区分,同时飞机的ADS-B信标持续接收,则可将这些民航飞机确定为待选的模拟威胁目标,循环选定模拟威胁目标,直至满足威胁空情模拟的数量、距离和方位分布要求,并对所有目标进行编号。具体标准如下:
设当前时刻模拟空袭航线上民航样本总数为N,每个样本的经纬度坐标为 ,如果样本满足下述条件则确定为待选的模拟威胁目标:
1)样本向着雷达站地域运动;
2)样本与雷达站址之间的距离满足 , 为预先设定的二级/一级威胁距离范围;
3)任意两样本 和 之间的距离 , 为雷达距离分辨单元尺寸,对于警戒雷达来说,阈值可设定为30 km,对于制导火控雷达来说,阈值设定为10 km;
4)样本信标信号持续时间应超过雷达对目标起批最短时间要求,按照3点起批的原则,一般设定不小于30 s;
3.5 释放模拟空情
选定一架或多架模拟目标后,可以根据威胁空情等级对距离、方位、强度(数量)的需要适时释放模拟空情。从空情类型上分,模拟空情的释放可以是一次少量释放,模拟突发空情;可以一次集中释放,模拟多方向饱和空情;也可以动态释放,边筛选目标边释放,模拟连续空情。
从威胁态势构建上可以构建单方向单批次、单方向多批次、多方向多批次三种威胁态势。
4 典型应用场景
4.1 模拟轰炸机高空远程奔袭
民航飞机在外型尺寸、巡航高度和巡航速度上十分接近轰炸机,其RCS值与轰炸机也在一个数量级,可以模拟轰炸机高空突防、临空轰炸,构建单方向单批次(多批次)高空远程奔袭威胁环境。
4.2 模拟战斗机编队欺骗突防
民航飞机虽然在外形尺寸和RCS典型值上与战斗机相差数量级,但是在巡航高度和巡航速度上可以接近战斗机,中东地区几次成功的空袭打击行动均采用了战斗机密集编队模拟民航飞行和雷达回波特征的战术。因此可以一架民航飞机模拟某个方向战斗机编队中高空突防。
4.3 模拟战斗机多方向多批次饱和攻击
在检验雷达网的指挥协同和空情处置能力时,或提升操作手多目标跟踪能力时,需要以多批空中目标构建相对复杂得多方向威胁态势。可以选择2-3条通航密度较高,且在雷达网区域上空交汇的民航航线作为模拟空袭航线,形成多方向威胁态势,同时利用民航航班密集的特点分批选定目标,在一定时间内,从多个方向持续模拟出多波次高强度的饱和空情或连续空情。
5 威胁空情模拟系统结构
6 结束语
本文紧扣雷达操作技能训练、指挥控制训练应用背景,针对雷达空情模拟问题,借助ADS-B民航信标接收技术,提出了一种以民航飞行模拟雷达威胁空情的实用方法,并介绍了该方法的应用场景以及基于该方法设计模拟系统结构。该方法及系统相比传统模拟方法具有低成本、简单易用的特色优势,且在实践中取得了一定的应用效果。但是民航飞行也存在航线相对固定,所模拟的空情不够复杂多变的缺点,还需要与其他模拟方法结合使用。