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案例分析 | 基于XSIM的雷达电子对抗仿真

发布时间:2020-07-14 来源:华如科技

电子对抗在现代化战争中对战略攻防具有重要作用,能够削弱、破坏敌方电子设备的使用效能,保障己方电子设备发挥效能。因此在军事仿真领域,雷达电子对抗仿真显得尤为重要。本文主要介绍雷达与电子战设备间的攻防对抗作战仿真,利用XSimStudio可扩展仿真平台开发了机载预警雷达模型、机载火控雷达模型与干扰吊舱模型,较为真实地模拟与评估了电子对抗过程中干扰吊舱模型的侦察与干扰能力、雷达模型的探测及抗干扰能力。


1 仿真模型设计


1.1 机载预警雷达模型


预警雷达模型为S波段复杂脉冲相控阵雷达,根据功能模块可分为参数设置模块、资源调度模块、回波信号生成模块、回波信号处理模块、数据处理模块五个模块。图1为机载预警雷达工作流程。



(图1 预警雷达模型工作流程图)


1)参数设置模块

提供天线参数设置和工作参数设置能力。


2)资源调度模块

能够根据当前工作情况和战场态势在搜索、警戒、正常、引导等工作模式下进行切换。雷达信号波形采用S波段复杂脉冲,采用频率捷变和波形捷变技术增强雷达的抗干扰能力。


3)回波信号生成模块

能够生成发射波形,对目标进行可视性筛选,决定发射波形是否能到达目标实体,将发射信号的能量信息、空间信息、波形信息等转化为数字化编码(PDW),实现对抗双方的实时信息交互。

能够对每个可视的目标生成回波信号采样波形,目标回波信号考虑目标实体的RCS、目标运动引起的多普勒频移等因素,叠加背景噪声信号、接收机噪声后生成回波信号采样。


4)回波信号处理模块

能够根据当前工作情况和战场态势针对复杂脉冲信号进行信号级的回波信号处理并生成探测目标的点迹报告。同时,模块具有抗压制干扰及抗杂波干扰能力。


5)数据处理模块

能够对点迹报告并进行后期处理,能够进行航迹的建立、关联、融合、预测、撤销等操作,管理探测目标的航迹信息。同时,模块具有抗距离欺骗干扰及抗速度欺骗干扰的能力。


1.2 机载火控雷达模型


机载火控雷达模型为X波段全波形复杂脉冲多普勒体制的雷达模型,根据功能模块同样可分为参数设置模块、资源调度模块、回波信号生成及处理模块、数据处理模块四个模块。机载火控雷达工作流程与机载预警雷达工作流程类似,此处不再赘述。


1)参数设置模块

提供天线参数设置和工作参数设置能力。


2)资源调度模块

能够根据当前工作状态和战场态势在TWS、TAS、STT三种工作模式下进行切换。

雷达信号采用X波段全波形复杂脉冲,具有高、中、低三种工作重频模式,每种重频工作模式下又各有多种工作波形。能够根据当前工作状态和战场态势,进行重频工作模式切换、波形切换、频率捷变等,增强雷达的抗干扰能力。


3)回波信号生成及处理模块

能够根据当前工作状态和战场态势生成高、中、低重频下的发射信号,将发射信号的能量信息、空间信息、波形信息等转化为数字化编码(PDW),实现对抗双方的实时信息交互。模块能够生成并检测信号级的高、中、低重频下的回波信号,同时具有抗压制干扰及抗杂波干扰能力。


4)数据处理模块

功能与机载预警雷达类似,此处不再赘述。


1.3 干扰吊舱模型


干扰吊舱模型收到雷达发送的发射脉冲信息后,按照自身的工作参数和工作时序进行筛选,对有效的信号进行确认和跟踪,根据跟踪的信息确定干扰信号发射的方向和时间,并根据雷达波束信息和对抗信息,生成干扰信号,将干扰信号的能量信息、空间信息、波形信息等转化为数字化编码(DDW),实现对抗双方的实时信息交互。

电子吊舱模型可分为参数设置模块、信号侦察模块、目标测量模块、干扰对抗模块四个模块。图2是电子吊舱模型的工作流程。



(图2 电子吊舱模型工作流程图)


1)参数设置模块

提供天线参数设置、工作参数设置、干扰任务设置和干扰参数配置等能力。


2)工作状态控制模块

能够按照预先设定的工作时序控制侦收/干扰设备的开关机,控制侦收信号的频率范围,以及控制当前工作周期采用的干扰样式及干扰参数。


3)信号侦察模块

能够对接收到的所有信号进行一系列筛选,包括:空域筛选、频域筛选、时域筛选、信噪比筛选等,筛选通过的信号送入目标测量模块。


4)目标测量模块

能够进行有效信号的识别,剔除其中的杂波信号等无关干扰信号,以及对目标信号进行角度跟踪及预测,确定干扰发射方向。


5)干扰对抗模块

能够对筛选获得的有效信号进行分析,根据不同的信号类型确定不同的干扰信号类型,再根据目标测量模块预测的发射方位,发射干扰信号。

能够产生的干扰种类有:压制干扰、杂波、距离假目标欺骗干扰、距离拖引欺骗干扰、速度假目标欺骗干扰、速度拖引欺骗干扰。


2 仿真示例


以美军红旗演习某次作为仿真实例,在作战过程中,红蓝双方综合运用EA-18G电子战飞机、E-10A预警机、F-16战斗机、B2轰炸机、地面搜索雷达、地面防空火力单元等进行战场的电子侦察及对抗,具体将整个对抗过程划分为四个阶段:电子侦察阶段、对空电子对抗阶段、对地电子对抗阶段、对重要目标打击阶段四个阶段。


2.1 电子侦察阶段


红方在干扰机远距离干扰支援下,由另一干扰机携带干扰吊舱对敌雷达、指挥通信系统的电磁辐射信号进行侦测、定位及分析,掌握敌电子对抗情报及电磁态势。同时预警机出动,对战场态势进行整体监控。



(图3 电子侦察阶段态势)


2.2 对空电子对抗阶段


在作战的第二阶段,在预警机或地面指挥引导下,组织战斗机等空中打击兵力,与干扰机组成空中突击编队,前出打击敌重要目标;

战斗机对敌侦察兵力实施尽远拦截,干扰机实施随队支援干扰。战斗机对敌空中预警指挥机、远距离支援干扰机等实施远程打击,夺取战术制空权;

远程支援干扰机对敌实施远距离支援干扰,夺取战场电磁优势,开辟空中电磁走廊。


(图4 对空电子对抗态势)


2.3 对地电子对抗阶段


在作战的第三阶段,战斗机携带电子吊舱和反辐射导弹,对地面预警、防空雷达实施自卫干扰,同时对侦察到的雷达设施发射反辐射导弹进行摧毁。


(图5 对地电子对抗态势)


2.4 重要目标打击阶段


在作战的第四阶段,夺取区域制空权后,组织多用途战斗机、轰炸机等空面打击力量,在空中预警指挥飞机或地面指挥引导和远距离干扰支援下,携带精确制导炸弹或非制导炸弹,对敌重要目标实施远距离精确打击、临空轰炸。


(图6 重要目标打击阶段态势)


2.5 仿真结果分析


通过对以上场景的大量仿真,并对结果数据进行分析,得出以下结论:


  • 在雷达电子对抗仿真过程中,干扰机的干扰样式、干扰信号参数选择的正确性是电子战是否成功的关键。当干扰机能够正确干扰敌方雷达时,能够有效地增加我方的战场优势。
  • 当干扰吊舱对敌方雷达产生压制干扰或杂波干扰效果时,能够有效降低敌方雷达的有效探测范围,使我方战机能够优先发现敌方目标,获取战场主动权。
  • 当干扰吊舱对敌方雷达产生距离/速度托引欺骗干扰效果时,能够欺骗敌方雷达,使其无法对我方战机进行稳定跟踪,从而无法进行拦截,保护我方战机不受敌方攻击。
  • 当干扰吊舱对敌方雷达产生距离/速度假目标欺骗干扰效果时,使其无法对我方战机进行稳定跟踪或错误地跟踪假目标,从而攻击错误的目标,保护我方战机不受敌方攻击。


3 结束语


基于XSimStudio仿真平台开发的雷达电子对抗仿真系统及想定场景,通过在不同电磁环境下的大量的仿真实验和分析评估,能够有效地评估电子战设备以及雷达设备地作战效能,检验电子战设备的干扰决策、干扰战术以及雷达设备的抗干扰能力等,对现代电子对抗作战提供了仿真评估数据,起到了较好的支撑作用。

在当前的仿真体系中,雷达设备和电子战设备之间的交互信息(PDW与DDW)已经包含了信号级仿真所需的全部信号描述信息。根据PDW和DDW,可结合专门的硬件用来生成脉组流或脉冲信号流,驱动真实设备进行半实物仿真或真实产品的开发验证。