基于hla复杂电磁环境的红蓝对抗作战行动仿真模拟计算

基于hla复杂电磁环境的红蓝对抗作战行动仿真模拟计算

1需求分析1.1不能认识到电磁环境的重要性在信息战场上，双方在磁体空间的斗争越来越激烈。复杂的磁体环境对战场感知、指挥控制、武器装备效率和战场生存有显著影响和制约。然而,电磁环境是看不到、摸不着的,没有可视化的演示,很难让人认知;再者,作战行动是如何影响电磁环境的、电磁环境又是如何制约作战行动的,诸如此类的问题,没有可视化的动态演示,也很难让人理解。因此,在部队决策机构和院校教学中,需要引入一个复杂电磁环境下的对抗仿真模拟系统,以便于让受训学员更好地认识复杂电磁环境,了解其对作战行动的影响。1.2复杂电磁环境下的仿真推演信息化条件下的作战,所有的作战行动将处于复杂电磁环境中,受到电磁环境的严重制约,同时作战行动也影响着电磁环境。因此,如何避免电磁环境对己方作战行动的影响以及如何利用、制造复杂的电磁环境来制约、困扰作战对手,是信息化条件下指挥员在进行作战行动谋划及战法研究中不得不考虑的重大问题。利用软件仿真模拟的方法,进行红蓝对抗作战行动推演,是复杂电磁环境下战法研究的一种直观、高效、廉价的手段。通过将预定的作战行动方案在对抗系统上进行仿真推演,可以直观、高效地得到作战行动在复杂电磁环境下的作战效果,同时研究发现其缺陷与不足,并根据仿真数据提供对战法的改进意见,通过“战法研究、作战想定、行动推演、效果评估、战法修正”这一闭环反馈设计,实现复杂电磁环境下作战过程及战法研究的自动化模拟,通过定量分析,实现对装备效应、行动效能和战法优劣的评估,为部队决策机构及院校培训提供一个有益的辅助工具。因此,建立一个基于HLA的复杂电磁环境下的红蓝对抗仿真模拟系统具有重要的现实意义。2系统功能分析根据教学训练和作战筹划的需要,设计的仿真模拟系统应该拥有以下功能,如图1所示。2.1军队建设和部队部署的基础功能想定方案生成功能是仿真模拟系统的基础。为了提供一个逼真的战场电磁环境态势及对基本作战行动演示分析的需要,系统提供的想定生成功能应该以实际的作战、训练方案为基础,并包括如下的子功能:对抗双方部队的部署功能;对抗双方各种主要装备的部署功能,特别是各种用频装备的部署功能;部队任务区的设置功能;机动路线、飞行航线的设定功能;作战任务的设定功能等。对部队和装备的部署目的是形成初始的战场态势;对机动路线、飞行航线的设定主要是为了模拟在复杂电磁环境下的各种作战机动行动。总体而言,为实现对行动和战法研究的模拟,操作人员需要根据预先研究的战法制定想定方案,再依据方案中对电磁环境复杂度的需求,设置对抗双方参演力量以及确定其编组与设置。2.2点空间的电磁环境分析电磁环境分析功能主要是在仿真演示过程中,根据各种电磁辐射装备的性能参数以及不同作战指挥员的需求,对电磁环境进行“点空间、线空间、面空间”复杂性的分析。点空间电磁环境是指训练地域某一点上部署的用频装备及其作战行动面临的电磁环境。系统对于其复杂度分析,主要从能量、频段、时段和信号样式上进行分析。一是从能量角度看,复杂电磁环境对点空间用频装备产生影响,首先应该满足一定的能量关系。由于不同装备对电磁环境的敏感性不同,特定的电磁环境对各种用频装备的影响是不同的。因此,基于能量的分析是对复杂度分析的基本方法。二是从用频装备的频段分布来看,不同类型的用频装备工作频段范围一般是不同的,而频段是装备对于电磁复杂度感知的重要因素。因此点空间电磁环境复杂度分析需要结合不同装备的工作频段分布。三是从时间过程的角度看,电磁环境的基本性质之一,在于其变化性。在点空间中尤其如此,对电磁环境点空间的分析就是能够体现电磁环境的时间动态多变性。四是从信号样式的角度看,复杂电磁环境对用频装备产生影响,信号样式因素是不容忽视的基本因素之一,对点空间信号样式的分析就是抓住电磁信号样式多样化对装备影响的差异进行研究。因此,点空间电磁环境复杂度的分析主要从以上四方面分析进行仿真模拟,以满足受训学员及指挥员对用频装备或作战实体所在地的电磁环境认识和利用的需求。线空间复杂度分析主要满足对指挥员关注的某次作战行动面临的电磁环境认识的需求。线空间电磁环境是用频装备或部队随着运载平台按照线性轨迹运动或机动过程中所面临电磁环境,也包括训练场上重要线性地域的电磁环境,如在飞机航线、导弹飞行轨迹、部队进攻和机动路线等线性地域上用频装备和作战行动所面临的电磁环境。对线空间电磁环境的分析,一是重点搞清线空间上的用频装备。线空间电磁环境复杂度对运行在线空间上的作战平台或部队的影响主要是对其载荷的用频装备的影响,这一点也是电磁环境影响训练的实质。现阶段,各种运行在线空间的作战平台或部队,如飞机、导弹、机动部队等都是在众多的用频装备的支撑下完成任务的,例如飞机机载引导通信设备和机载侦察探测雷达,导弹的组合式导航系统,机动部队的各种通信电台等。上述任何一种用频装备受到线空间电磁环境的影响,都会大大的削弱在线空间运行作战力量的行动效能。因此,在分析过程中应该着力弄清线空间运行的各种关键性用频装备。二是搞清线空间用频装备运用的阶段划分。按照线性轨迹运行的作战平台或部队面临的电磁环境往往不是一成不变的,其复杂度将随着训练阶段动态地发生变化,不同阶段的线空间电磁环境复杂度差别很大。因此,在评估线空间电磁环境复杂度前应该预先对训练阶段进行深入细致地研究。需要说明的是,训练中的作战行动是有阶段划分的,例如地面攻击部队的开进阶段、行进阶段和到达作战地域阶段等。按照上述训练阶段分析作战行动面临的电磁环境复杂度正是线空间电磁环境分析的关键所在。面分析主要满足指挥员对整体作战地域或重要作战地域电磁环境认识的需求。面空间电磁环境是相对于面地域内用频装备而言的。例如,合同战术训练各攻击群的作战地域、装备系统的配置地域或指挥员所关心的重要地域等范围内的电磁环境情况。面空间电磁环境是针对空间内所有用频装备而言的。面空间的大小可以根据需求在整个作战地域内任意选取,大到整个训练场地域,小到一个装备系统的配置地域。面空间电磁环境的本质是电磁信号所形成的总体复杂状态,面空间电磁环境复杂度分析要结合面地域用频装备的总体情况。通过对面空间电磁环境的分析,使指挥员掌握特定区域的电磁环境复杂度及其特征,以有助于其进行决策,对电磁环境进行规避、利用和改造。如合理调整部队和电子装备的部署规避敌方电子侦察和探测,提高部队和电子装备的生存能力;合理调整己方辐射源的部署和工作状态,做好电磁协同工作以避免自扰互扰现象的出现,保证己方作战力量的内部有序性;采取抗干扰措施对抗敌方有意干扰,提高整体抗干扰性;合理利用己方干扰力量压制敌方重要辐射源,制造不利于敌方的电磁环境。2.3多视角感官出战动力模拟仿真系统电磁态势显示功能主要是在系统仿真的过程中,动态显示战场电磁态势。为了提高不同层次的指挥员对电磁态势的认识,系统应该提供对电磁态势的多层次、多视角的显示功能。所谓多层次就是指对电磁态势的分层显示功能,即包括:装备级显示层,用于战术级指挥员对本级装备所处的对装备有影响的电磁环境复杂度和态势;局部地域(面地域或线地域)级显示层,用于合同指挥员掌握作战区域内各地点、各专业和类型用频装备所面临的电磁威胁态势;整体战场级显示层,用于联合指挥员对掌握整个战场空间内所有部队行动所面临的电磁态势。所谓多视角指的是从电磁环境的空域、时域、频域、能域四个方面计算并显示战场复杂电磁环境。作战行动演示功能主要是对抗双方根据作战方案中预定的作战行动任务,按照规定任务目标,在仿真系统上进行互操作,模拟预案中设定的各种对抗措施。同时,在战场态势图上动态的演示作战行动的全过程。在演示过程中,各种电子用频装备的运用,尤其种电子对抗装备的运用是演示的重点。2.4评估采备消耗的功能(1)训练电磁环境评估层作战行动分析评判功能主要是对模拟仿真的作战行动进行综合分析,分析的内容包括作战的任务目的、作战的过程、作战的结果。在分析中,对作战过程的分析是作战行动分析评判的重点,因为复杂电磁环境对作战行动的影响体现在作战的过程中,只有通过对作战过程的分析,才能更好地展现在作战过程中为应对复杂电磁环境而采取的各种应对措施的运用情况、才能更好地检验、评估作战行动的效能及战法优劣,并找出其薄弱环节,才能让人更好地认识复杂电磁环境及其对作战行动的影响。复杂电磁环境下作战行动效能评估,主要用于度量部队复杂电磁环境下的作战行动效能,对影响作战行动效能的因素进行分析。依据高层评估指导低层评估,低层评估支持高层评估的原则,复杂电磁环境下作战行动效能评估体系自下而上依次分为训练电磁环境评估层、用频装备作战效能评估层和作战行动效能评估与结果分析层三个层次,如图2所示。训练电磁环境评估层主要任务是对训练电磁环境的复杂性特征指标和复杂度进行评估,它是作战行动效能评估体系的基础。在作战行动效能评估体系中,进行复杂电磁环境定量评估可以支持战场电磁环境态势的显示,让用频装备操控人员和各级指挥员更好地认识训练电磁环境;并通过对复杂电磁环境的定量评估,可以验证训练电磁环境是否满足预定的要求;对于作战行动效能评估结果分析而言,进行复杂电磁环境定量评估是分析与评估复杂电磁环境对作战行动效能影响的前提,是进行复杂电磁环境下训练成绩模糊综合评判的基础。训练电磁环境评估层相对于作战行动效能评估与结果分析层是一种支持关系,作战行动效能评估与结果分析层相对于训练电磁环境评估层是一种指导关系,即评估结果分析的基本数据之一是训练电磁环境的复杂度,训练电磁环境复杂度评估的内容在一定程度上取决于评估结果分析的需求。用频装备作战效能反映的是复杂电磁环境下用频装备被用来执行规定任务时所能达到预期可能目标的程度。对应复杂电磁环境对训练的影响机理分析,用频装备与复杂电磁环境联系最为紧密,容易受到复杂电磁环境的直接影响,其效能受到影响又会导致作战行动效能的变化。根据复杂电磁环境下部队作战训练用频装备的种类,用频装备作战效能可分为通信装备的作战效能、雷达装备的作战效能、光电装备的作战效能和电子对抗装备的作战效能。从总体上看,用频装备作战效能评估层相对于作战行动效能评估与结果分析层是一种支持关系,即作战行动效能评估与结果分析的基本数据是用频装备作战效能指标评估结果。作战行动效能评估与结果分析层主要包括两部分:一是作战行动效能评估。作战行动效能,是指在复杂电磁环境下,作战行动被用来执行规定任务时所能达到预期可能目标的程度。对应复杂电磁环境对训练的影响机理分析,作战行动效能容易受到复杂电磁环境的间接影响,其效能取决于包括作战行动影响要素或用频装备作战效能在内的多个指标的效能。二是作战行动效能评估结果分析。作战行动效能评估结果分析的主要工作是对训练电磁环境评估层评估结果、用频装备作战效能评估层结果和作战行动效能评估结果进行分析,它是作战行动效能评估体系的落脚点。根据作战行动效能评估的目的,作战行动效能评估结果分析包括训练成绩模糊综合评判和训练成绩辅助分析两部分。训练成绩模糊综合评判指的是利用训练电磁环境评估结果、用频装备作战效能评估结果和作战行动效能评估结果,对作战行动所涉及到的评估对象的训练水平进行综合分析和评判,给出评估对象训练成绩的过程。训练成绩辅助分析是一种“自上而下”的分析过程,目的是得到影响评估对象训练成绩的主要因素,结合训练的实际情况,进而可找到评估对象训练中的薄弱环节。(2)评估指标之间的相对独立性作战行动效能评估指标体系包括三部分:电磁环境评估指标体系、用频装备作战效能评估指标体系、作战行动效能评估指标体系和效能评估结果分析指标体系。作战行动效能评估各层指标之间既有相对独立性,又有一定的关联性。首先,电磁环境评估指标,主要用于对作战训练中电磁环境情况的评估,反映的是训练电磁环境的复杂性特性及复杂度。其次,用频装备作战效能评估指标可用来度量用频装备复杂电磁环境下的作战效能,是作战行动效能指标评估的基础。再次,作战行动效能评估指标主要用于度量部队复杂电磁环境下的作战行动效能。效能评估结果分析指标,反映的是结合复杂电磁环境评估结果的用频装备作战效能、作战行动影响要素效能和作战行动效能。作战行动效能指标体系如图3～6所示。3系统结构与模拟过程之间的关系3.1联邦控制成员根据对仿真模拟系统的需求分析和系统功能分析,设计的复杂电磁环境对抗仿真模拟系统的体系结构如图7所示。仿真模拟系统包括五个成员:仿真资源成员,任务是提供对抗仿真的基础数据支撑。该成员包括基础数据库、模型数据库和预案数据库。联邦控制成员是仿真模拟系统的控制中心、管理中心,其作用是进行联邦开发和控制仿真过程的运行;主要充当仿真导演的作用,控制整个仿真运行的流程起止和仿真的速度。综合态势成员:该成员利用图形平台实时显示仿真过程,目的是提供一个动态的作战行动过程,以及在作战过程中电磁态势的变化情况,并根据不同的需求对电磁态势进行的分层次、多视角显示。仿真结束后,通过对各种作战过程数据和结果数据的分析,对作战行动进行评判。红方成员:红方成员的作用是显示红方部队相关的态势和对红方部队行动过程的演示,同时提供红方各作战动作的命令接口。蓝方成员:蓝方成员的作用是显示蓝方部队相关的态势和对蓝方部队行动过程的演示,同时提供蓝方各作战动作的命令接口。3.2仿真推演阶段系统仿真模拟工作流程主要分为4个阶段。前期准备阶段:联邦控制成员根据演示分析需求,生成想定方案,并将想定方案保存到仿真资源成员指定的数据库中。仿真初始阶段:综合态势成员从仿真资源成员读取对抗双方初始战场态势数据并显示,红方和蓝方成员分别从仿真资源成员读取己方的初始战场电磁态势