Research on simulation modeling of enemy or foe identification

LIANG Guang; MA Hui; PAN Yijia; LIU Zhaohui

doi:10.3969/j.issn.1673-3819.2025.03.021

Command Control and Simulation >

2025 , Vol. 47 >Issue 3: 155 - 160

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-3819.2025.03.021

Training & Simulation

Research on simulation modeling of enemy or foe identification

LIANG Guang ,
MA Hui ,
PAN Yijia ,
LIU Zhaohui

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Unit 63893 of PLA, Luoyang 471000, China

Received date: 2024-08-06

Revised date: 2024-10-02

Online published: 2025-05-28

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Abstract

Aiming at the model construction of the identification antagonism between friend and foe in the command antagonism activity, This paper presents a simulation modeling method for identification and confrontation between friend and self in electromagnetic battlefield environment. The architecture design, main functions, mathematical model and operation flow of the model are described in detail, This paper reflects the application method of IFF system in reconnaissance and jamming in combat simulation, It provides an effective means to enrich the training of command on frontation.

Key words： IFF confrontation; combat simulation; chain of command

Cite this article

LIANG Guang , MA Hui , PAN Yijia , LIU Zhaohui . Research on simulation modeling of enemy or foe identification[J]. Command Control and Simulation, 2025 , 47(3) : 155 -160 . DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2025.03.021

随着现代战场环境的复杂化和通信识别技术的发展,现代战争对战场上的敌我识别技术要求不断提高,敌我识别对抗技术已经成为电子对抗领域的一个重要研究课题^[1-3]。敌我识别侦察对抗系统主要通过无源侦察设备,对敌我识别信号进行接收、识别与定位,并通过干扰功能对识别得到的通信链路进行阻断和破坏,降低对手在作战过程中的敌我识别成功率,增加对手的误伤概率,保护我方作战单元^[4]。

在现有的作战仿真系统中,敌我识别的模型构建较少,一般仅根据挂载平台的红蓝属性直接给出敌我属性判定,与战场的实际指挥对抗活动不相符,学者夏栋^[5-6]等人对敌我识别的询问、应答模型进行了研究,但如何对敌我识别信号进行侦察,截获以及干扰,产生电子对抗行为,并没有相关对抗模型的建模研究。针对以上问题,本文在研究敌我识别对抗方法的基础上,开展了敌我识别侦察、干扰的建模研究,通过构建信息处理模型、侦察模型和干扰模型,对敌我识别对抗系统进行仿真设计及实现,丰富了红蓝平台开展敌我识别的对抗手段,有利于在作战仿真系统中构建更加真实的战场敌我识别对抗环境。

1 敌我识别对抗系统模型

敌我识别对抗系统主要由通信指控系统、数字射频系统、信号处理系统、天馈系统等子系统组成^[7-8],通过对工作频段及覆盖空域范围内的敌方敌我识别信号进行搜索、截获、测量、分析、识别和干扰,从而获取技术参数、类型和位置等情报,并阻断敌我识别通售链路。

对于缺乏实际对抗环境的日常训练,本文以敌我识别对抗的战场核心效能为依据,模拟核心功能构建了敌我识别对抗系统模型,包括敌我识别侦察模型、信息处理模型和敌我识别干扰模型,由敌我识别侦察模型截获信息;信息处理模型进行信号分选并生成干扰参数;干扰模型读取干扰参数,生成干扰信号并对外辐射,如图1所示。本文对敌我识别侦察模型、信息处理模型和敌我识别干扰模型的系统功能组成、业务流程和信息交互进行详细设计分析,研究敌我识别侦察模型、敌我识别干扰模型的主要流程及内部算法逻辑。

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图1 敌我识别对抗系统模型仿真流程图

Fig.1 Simulation flow chart of IFF antagonistic system model

2 敌我识别侦察模型

本文通过对敌我识别对抗侦察模型应用环境的分析,结合实际战场中装备的功能、工作方式、显控需求和环境影响等因素,模拟敌我识别侦察装备的主要战术功能和工作过程,包括对敌我识别询问—应答信号的截获、识别、威胁判断和干扰引导。考虑信号接收频段、灵敏度、动态范围、测向精度、自然环境等影响因素,基于相似性原理和更加符合指挥控制对抗的节约仿真资源的简化考虑,对敌我识别侦察模型进行功能级仿真设计^[8-9]。本文构建敌我识别侦察模型的仿真流程如图2所示。

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图2 敌我识别侦察模型的仿真流程

Fig.2 Simulation flow of IFF reconnaissance model

(1)时域检测判断

仿真流程判断敌我识别侦察模型的工作状态,如果处于开机状态,则认为敌我识别信号的时域检测满足要求。

(2)空域截获算法

敌我识别辐射的电磁波信号在空间是近似直线传播的,地球表面的弯曲会使敌我识别和敌我识别侦察设备之间的通视距离受到限制。通视距离R为

(1)R=4.1(

H a

H t

)

式中,H_a为敌我识别询问/应答天线高度(m),H_t为敌我识别侦察设备天线高度。若敌我识别与敌我识别侦察设备之间的实际距离r小于通视距离R时,认为该敌我识别信号符合空域截获条件,否则判断不能被截获。

(3)频域检测

仿真流程进行频域检测判断,判断辐射源频域是否在敌我识别模型的频域检测范围内,只有询问机、应答机工作频带范围内的询问、应答信号才能进入侦察系统,因此需要对辐射源信号工作频率进行匹配。设询问/应答信号的频率为f₁,该值从辐射消息中获取,侦察模型接收的中心频率为f₂,接收的信号带宽为T,该值从装备参数中获取,则频域的判决条件如式2所示。

(2) |f₁-f₂|≤T

(4)天线方位检测

仿真流程进行天线方位判断。敌我识别对抗侦察模型挂载的天线不是全向天线,只有辐射源信号在天线主瓣的照射范围内才能接收该侦察信号^[10]。设辐射源信号相对于正北的方位为K₁,侦察模型的法线方位为K₂,侦察模型的侦察范围为B,则方位的判决条件如式3所示。

(3) |K₁-K₂|≤B/2

(5)能量域截获算法

电磁波在空间传播过程中有一定的损耗,对到达敌我识别侦察接收机的信号进行接收功率计算,公式如式4所示。

(4)P_received=

P t * G t * λ 2 * G r * A L i t * 16 * π 2 * R 2 * L i r

*F_P*F_m*E_polarization*E_BW

其中,接收到的信号功率为P_received(W),发射机的功率为P_t(W),发射天线增益为G_t,敌我识别对抗侦察模型的接收天线增益为G_r,辐射信号波长为λ(m),发射机到敌我识别对抗侦察模型的距离为R(m),发射机内部损耗L_it,敌我识别对抗侦察模型的内部损耗L_ir,A为大气衰减损耗,空间传播损耗F_p,地形遮挡损耗F_m,天线极化损耗E_polarization,发射机和接收机的重叠带宽E_BW。

仿真流程进行能量域检测判断,设敌我识别对抗侦察模型的灵敏度为P_c,该值从装备参数中获取,则能量域的判决条件如式5所示。

(5)P_c≤P_received

3 信息处理模型

信息处理模型主要负责处理侦察截获的辐射源信号,并通过信号参数对信号进行分选和识别,将生成的信号参数提供给干扰模型,其仿真流程如图3所示。信号参数测量仿真主要是根据侦察机接收精度,对侦察数据添加测量误差,产生带有误差的辐射源信号,作为辐射源信号威胁计算的输入数据。

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图3 信息处理模型仿真流程

Fig.3 Simulation flow of information processing model

信号参数测量精度^[11]是指侦察接收机测量辐射源信号的载频、幅度、到达时间和到达角等参数的误差,在敌我识别对抗模型中,侦察到的频率应当是固定频率的频点,所以不再添加误差分析,本文仅从幅度、时间和角度对辐射源信号进行处理。该误差常用均方根误差表示,一般服从均值为0、方差为σ²的正态分布。

当零均值、方差为1的正态分布N(0,1)可以用式6计算:

(6)

x₁= $- 2 l n μ 1$ sin $2 π μ 2$

其中,μ是正态分布的均值,μ₁和μ₂是该分布的参数,σ是正态分布的标准差。然后通过下列变化可以生成所需的均值为0,方差为σ²的N(0,σ²)正态分布随机序列。

(7)x_σ=σ·x₁

(1)时间参数测量

信号到达时间的测量值可以表示为

(8)t_am=t_a+Δt_a

其中,信号到达时间的真实值为t_a(s);信号到达时间的测量误差为Δt_a(s),服从N(0,

σ t o a 2

)分布;到达时间测量值的均方根误差为

σ t o a 2

;到达时间参数的测量值为t_am(s)。

(2)幅度参数测量

幅度参数的测量值可以表示为

(9)pa_m=pa+Δpa

其中,信号到达幅度的真实值为pa(dB);信号到达幅度的测量误差为Δpa(dB),服从N(0,

σ p a 2

)分布;到达幅度测量值的均方根误差为

σ p a 2

;到达幅度参数的测量值为pa_m(dB)。

(3)角度参数测量

信号角度的测量值可以表示为

(10)d_m=d+Δd

其中,信号到达角度的真实值为d(deg);信号到达角度的测量误差为Δd(deg),服从N(0,

σ d o a 2

)分布;到达角度测量值的均方根误差为

σ d o a 2

;到达角度参数的测量值为d_m(deg)。

4 敌我识别干扰模型

针对敌我识别的干扰方法与雷达干扰类似,主要区分压制干扰和欺骗干扰。本文主要进行指挥对抗活动的功能级仿真,不对具体干扰信号进行分析计算^[12-13],构建敌我识别干扰模型的工作流程如图4所示。

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图4 敌我识别干扰模型仿真流程

Fig.4 Simulation flow of IFF interference model

干扰模型根据侦察信息自动配置干扰参数,根据战场实际应用,分别设计敌我识别压制干扰模块和敌我识别欺骗干扰模块,并对设计思路进行阐述。

(1)欺骗干扰

欺骗干扰原理是利用调制发射信号来实现干扰,在敌方询问机使用匹配滤波及目标检测手段等信号处理手段后,出现多个难以分辨真假的目标,从而应答机持续回答欺骗信号目标,造成真实询问信号等待回答,应答率低;同时欺骗干扰从旁瓣进入后,也能引起敌我识别应答机的旁瓣抑制,导致无法回答正常询问信号,造成应答率下降。

欺骗干扰目前用于对加密的敌我识别信号进行干扰对抗,从实际运用的原理进行分析,若干扰信号到达接收机并大于接收机信号接收的阈值,则欺骗信号可能会引起旁瓣抑制等因素造成应答率降低,根据仿真系统的功能建模实际,对模型进行简化,不考虑具体的干扰调制方法,主要考虑干扰功率、干扰距离、装备性能对应答率的影响。

P_received-jam为干扰信号到达敌我识别应答机的功率,主要受到发射功率、距离、环境等因素影响,干扰功率计算如式11所示:

(11)

P_received-jam= $P j * G j * A * λ 2 * G s L j t * 8 * π 2 * R i 2 * L j r$ *F_jp*F_jm*

E_jbw*E_jew*E_{j-polarization}

其中,干扰发射功率为P_j(W);干扰发射天线增益为G_j;敌我识别应答模型的接收天线增益为G_s;辐射信号波长为λ(m);干扰模型到敌我识别应答模型的距离为R_i(m);干扰机内部损耗L_jt;敌我识别应答模型的内

部损耗L_jr;A为大气衰减损耗,空间传播损耗F_jp;地形遮挡损耗F_jm;天线极化损耗E_{j-polarization};发射机和接收机的重叠带宽因子E_jbw;电子战影响因子E_jew。

模型对干扰成功率进行判别:

(12)P_received-jam>P_c,
A=K

其中,P_c为接收机灵敏度,A为应答概率,K为装备干扰系数,针对不同类型的敌我识别信号,根据装备性能设置相应的干扰系数。

(2)压制干扰

压制干扰产生简单,干扰效果好,但在敌我识别对抗中,压制干扰主要是作用在对民航目标的敌我识别模型中^[14]。采用类似欺骗干扰的设计方法,仅对模型进行功能级仿真,所以在进行压制干扰仿真模块设计时,仅考虑信噪比对识别成功率的影响。

(13)

S= $P r e c e i v e d P r e c e i v e d - j a m$

其中,S为信噪比,P_received为询问信号到达应答机的功率,P_received-jam干扰信号到达应答机的功率,计算方法如前式所示。当信噪比小于1时,认为干扰成功,敌我识别不明。

5 系统仿真设计

本文依托仿真平台,设计组件化敌我识别对抗系统仿真模型,设定功率、天线增益、灵敏度等典型敌我识别对抗系统参数:在无干扰条件下,敌我识别询问-应答链路在空中进行识别,在未进入侦察设备探测范围内时,模型无法识别,如图5所示;当应答飞机继续航行进入侦察范围后,侦察模型捕获目标,如图6所示。

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图5 询问-应答机未进入侦察范围时

Fig.5 Interrogation-transponder is not in reconnaissance range

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图6 敌我识别侦察模型捕获目标

Fig.6 Target acquisition by IFF reconnaissance model

仿真建立敌我识别干扰模型,设定相关参数,当敌方飞机进入干扰范围后,敌我识别干扰模型对空中应答目标实施压制,如图7所示,询问-应答链路受扰,无法正常工作,形成对抗态势,满足了预期的设计效果。

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图7 敌我识别干扰模型干扰目标

Fig.7 The IFF jamming model interferes with the target

6 结束语

本文以敌我识别对抗系统架构和主要功能为基础,对实体的数字射频系统、信号处理系统、天馈系统和信号传播特性进行了仿真设计,构建了敌我识别对抗系统的侦察、干扰模型和信息处理模型,主要应用于作战方案推演系统等这样大规模的模型开发应用场景,为作战仿真系统中建设敌我识别对抗模型提供了依据,具有一定的推广应用价值。

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1 敌我识别对抗系统模型

图1 敌我识别对抗系统模型仿真流程图

2 敌我识别侦察模型

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3 信息处理模型

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4 敌我识别干扰模型

图4 敌我识别干扰模型仿真流程

5 系统仿真设计

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6 结束语

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