马永辉，张攻文

摘要：战场电磁环境对武器装备的安全性和作战效能的发挥具有重要影响，对信息化战争意义重大。为验证武器装备在复杂电磁环境下的生存能力，对复杂电磁环境进行仿真构建具有重要意义。系统通过与电子对抗实装的无缝链接，具有任务规划、任务推演、任务加载、信号导调和数据管理等功能，能满足电子对抗部队训练需要，符合训战结合的指导思想，对提高部队在复杂电磁环境下的作战能力具有重要意义。

关键字：电磁环境，仿真，推演，模拟器

1．引言

现代战场环境日益复杂，随着世界新军事变革的发展，现代战争已逐渐演化为“陆、海、空、天、电磁”五维一体的联合作战。战场上，为了充分发挥武器装备的作战效能，掌握战争的有利态势，电磁领域的斗争成为了军事斗争的焦点，所以取得制电磁权对获得战争主动权至关重要。随着干扰和抗干扰技术不断发展，战场电磁环境也随之复杂多变。在一定的作战时空内，战场复杂电磁环境主要指人为电磁发射和自然电磁现象的总和，主要包括：敌、我双方的电子对抗；各种武器装备所释放的高密度、高强度、多频谱的电磁波；民用电磁没备的辐射和自然界产生的电磁波等。在信息化战场下，由于现代军用雷达、通讯、导航等辐射体的辐射功率越来越大。频谱越来越宽，电磁辐射源的数量也成倍增加，电磁脉冲武器的出现以及静电危害源的普遍存在，都使现代战场的电磁环境日趋复杂化。复杂的电磁环境已经渗透到战场预警侦查、指挥控制、作战协同等各个方面，对作战判断决策的正确性、作战效能的发挥等都产生了十分广泛的影响，从而影响整个战争的态势及战斗进程。通过实物、半实物仿真试验来模拟真实信号环境成本过高，计算机仿真已成为电磁环境仿真的重要手段。应用计算机仿真技术，可以突破传统实物仿真中复杂电磁环境难以实现，某些环境参数难以测量等的限制，用较小的代价实现满足特定要求的较为逼真的复杂电磁坏境。

2．复杂电磁环境的构建方法分析

    近年来，国内外军事训练中复杂电磁环境的构建方法，除了利用真实的武器装备产生的电磁环境外，还有大量依靠各类信号模拟器、计算机模拟技术、分布式交互仿真技术等构建的电磁环境。

2.1模拟器仿真构建法

  模拟器仿真构建法，主要是用信号辐射源模拟电磁信号，构建出复杂电磁环境。利用模拟器，产生有针对性的电磁环境，其模拟器费用低、效果好、使用简单。是世界发达国家军队普遍采用的方法。该方法需要在一定的地域内，对该区域有影响的电磁态势进行分析，利用功能分析法或信号分析法，通过调整各信号辐射源发射电磁信号的频率、功率以及信号辐射方向等，灵活模拟电磁环境。此方法的关键在于研制信号辐射源，其一般由系统控制器、信号产生器、功率放大器和天线组成。信号辐射源既可通过现役装备改装得到，也可以研制生成。由于其为专属电磁信号辐射体，在造价较低的情况下，可以模拟战场上多种电磁信号，较为经济节约，模拟出的复杂电磁环境逼真程度较高。

2.2计算机模拟仿真技术构建法

为了使训练场更加接近战场环境条件，采用计算机模拟与仿真技术来模拟未来战争中武器装备系统的性能指标、作战效能、战场背景、战场环境、兵力部署以及模拟战斗态势和战斗过程，也是比较常见的一种环境构建方法。模拟过程中，计算机除了可以模拟武器装备的作战效能、战场环境，还可以在改变电磁环境参数的情况下，迅速模拟出新的战场态势。在现代联合作战条件下，为了构建更大规模的联合作战环境，还可采用分布交互仿真技术，产生复杂战场电磁环境。分布交互仿真技术以计箅机网络为基础，连接整个仿真系统．生成人丁合成的多武器平台这样一种电子环境，从而形成一种虚拟的作战环境。目前，该技术还处于研究发展之中，在复杂电磁环境模拟与仿真中应用还有一定困难。仍有许多技术难题有待解决，另外还有成本问题等。

2.3本系统仿真构建

  综合以上两种构建方法的考虑，通过对几种复杂电磁环境仿真构建方法的分析，用纯模拟器仿真构建，毕竟模拟器能够模拟的方式和情景是有限的，而纯计算机模拟仿真技术，又离实际的场景和环境是有一定的距离的。本系统结合两种方法的优点，采用计算机模拟和模拟器构建相结合的方法构建系统。

3．虚拟战场电磁环境仿真系统设计

3.1 软件环境

虚拟战场电磁环境仿真系统运行的软件环境如下：

操作系统：Microsoft Windows xp 中文版

设计语言与开发工具：Visual C++6.0 语言

仿真支撑软件：matlab仿真应用开发工具包

数据库软件：Access

3.2系统的软件层次结构

虚拟战场电磁仿真环境主要是用来模拟这样的一个情景：由上位控制机通过发送命令的方式控制模拟器，让模拟器根据它接收到的特定命令，以命令规定的方式和规定的规格来发送特定的命令，这个过程称为电磁环境仿真推演。

系统的软件模拟对象结构如图1所示，其中实线表示层次关系，虚线表示模拟对应关系。

图1 系统的软件模拟对象结构

电磁环境仿真推演过程由以下元素组成：

课目：即训练任务，是本软件的核心内容。

地图：即课目的背景地图，包括经纬度等信息。

模拟器：即战场电磁环境模拟设备，一个模拟器可以模拟多个装备。

平台：即飞机等飞行器，飞机上可以携带雷达/电台，并且按照指定轨迹飞行。

装备：即飞机上的雷达或电台设备。

工作模式：即装备能够发射的信号样式。

时间轴：即一个装备在一段时间内发射信号的描述。

信号：即时间轴上的信号，信号可以用参数或者数据文件来描述。

一个课目里面有多个平台；一个平台上面可以有多个装备；一个装备可以有多种工作模式。

课目中的模拟器，是用来模拟装备发射的信号，一个模拟器可以对应多个时间轴；一个时间轴对应一个平台上的一个装备；一个时间轴上可以有多个信号；一个信号可以理解为一种工作模式的实例。

3.3电磁环境仿真软件设计与实现

该软件位于上位机，是系统主软件。主要功能包括模型编辑、课目编辑和仿真推演。通过图形界面编辑复杂电子对抗装备作战环境，包括作战平台、装备、工作模式和信号参数/数据等，形成标准训练课目。依靠先进的计算机仿真技术，在战场环境演变过程中，提供丰富的电磁环境特征描述方式，如信道图、频谱图、威力图及干扰压制图等，显示训练课目电磁信号特征的变化规律。

程序采用C++面向对象语言，基于MS VC6.0及MFC平台编写。在数据层使用了ACCESS数据库读写技术和XML索引技术，功能层在仿真时使用了MATLAB算法的混合编程，显示层采用了GDI/GDI+和XIMAGE类库。

软件分三层：数据层，功能层和显示层，其结构如图2所示。

图2 电磁环境仿真结构

软件完成的主要功能有：模型编辑、课目编辑和仿真推演，实现流程如图3所示。

图3 系统流程

3.4信号模拟器设计与实现

信号模拟器实现上位机（PC）控制软件与硬件模拟器的通信方式，采用局域网技术基于TCP连接，利用Socket进行通信。数据包格式和含义见表1。

表1 开始结束发射信号数据包

信号模拟器采用实时控制模式和联机下载模式发送信号。实时控制模式在模拟器发射信号的时候对其进行实时的控制，而联机下载模式就是一次性的发射所有信号。

4．实验结果及结论

    图4是模拟实际的装备，按照在编辑阶段所指定的方式，用指定的平台，指定的装备，在指定的时间段内，发射特定的信号的过程。在图中的上部分，是一张模拟实际地图的位图，上面有一个红色的矩形框里有一个飞机，代表平台，在推演过程中，它会按照你在编辑阶段时，平台的编辑过程中指定的飞行轨迹，在特定的时间点，移动到相应的位置。

图4 推演过程

仿真结果表明本文所提出的战场电磁环境的建模仿真系统的设计思路和方法是有效、可行的，能够满足上位机控制模拟器发射信号的仿真系统的需求。具有实用价值，为后续系统的开发奠定了基础。对于战场电磁环境以及雷达电子战系统的功能级仿真也具有理论指导意义和实际应用价值。电子信息系统的建模与仿真是一个相当复杂的问题，本文的研究工作只涉及到功能级战场电磁环境仿真问题。战场环境复杂多变，有着众多的不确定因素。考虑系统的实际应用背景，还有许多内容需要进一步研究，包括考虑更加复杂的战场场景，进一步扩展软件系统的作战思想。