地面防空混编群电磁协同控制系统研究

地面防空混编群电磁协同控制系统研究

0地面高空混编群电磁协同在信息国防领域，电气源是一个重要的环境因素，与传统的战场环境类似。己方电磁不兼容和敌方电子干扰是造成复杂电磁环境不利影响的主要原因。地面防空混编群电磁协同,就是为克服群内己方电磁互扰和敌方电子干扰而采取的一系列与电磁活动有关的协调配合行动。它是信息化条件下防空作战协同的重要方面和显著标志,是防空作战协同层面上解决战场电磁兼容的基本措施,是应对敌方干扰的有效手段。电磁协同的概念,是基于复杂电磁环境对防空作战影响的综合考虑提出的,将丰富传统防空作战协同的内容和方法。1干扰地面防空的基本任务是电气干扰组的基本任务(1)群战役装备地空导弹各种辐射源是形成战场电磁环境的主要因素,对群主战装备地空导弹而言,主要辐射源包括各类雷达、通信设备等。要将如此多的用频设备配置在有限空间内,没有合理的协同计划是不可能的。(2)实时控制辐射源工作群内用频设备多,工作状态复杂,各种辐射源工作在什么频段、辐射方向如何、何时开关机等都属于电磁协同范畴。(3)严格检测战场上的磁环建立全空域、全频域、全时域的战场电磁环境监测网,建立并保持更新群电磁环境数据库。(4)有效组织对抗日制支的干扰除提高武器系统单站对抗能力外,还可通过雷达组网,合理配置各用频设备的频谱范围,增大敌干扰难度,充分发挥体系对抗优势。2性和动态性与调控其他作战协同行动相比,组织群电磁协同的时效性和动态性要求更高,实施难度更大,对电磁协同效果的影响也更强。因此,必须建立一种动态分布式电磁协同控制系统,对群内分散、动态用频设备实施高效管理。2.1合理规划用频设备使用方案群电磁协同控制系统主要功能是监测战场内用频情况,从空域、时域和频域合理规划用频设备使用方案,高效控制群全局电磁协同任务的完成。其系统结构如图1所示,功能节点描述如下5点。(1)中央决策机构群决策Agent,根据分析专家Agent分析结果及火力单元决策Agent提供的参考计划,运用协同模型,调控群全局电磁协同;(2)决定活动作战单元决策Agent,根据分析专家Agent的结果,运用协同模型,做出电磁协同方案;(3)分析专家具有分析处理电磁数据的功能,各Agent分别负责完成与电磁兼容、干扰分析、频率规划等工作;(4)磁强监测装置实时了解群内电磁资源使用状况和战场电磁环境状况,添加到相应数据库,为规避各类干扰提供数据支持;(5)磁强计根据决策Agent的命令快速控制设备用频情况。2.2数据库如环境数据库、协同机制数据及时域电磁环境数据库见图2为使群电磁协同控制系统有效运行,需建立基础数据库。数据库包括战场电磁环境数据库、协同机制数据库两个基本模块,为协调群内电磁资源及有效抗敌干扰,能提供己方可用频段、用频设备辐射功率、电磁兼容指标和敌方用频情况、战场电磁波传播环境等数据支持。具体构成如图2所示。2.3信号频率的合理分配群电磁协同,首先应保证频率上的分割,避免自扰和互扰;如受敌有意干扰,避开干扰频率,达到与敌干扰信号频率的分割。如不能满足频率上的要求,尽量保证空间上的错开,如己方多个设备工作在同一频段,尽量保证设备在空间上划分,避免相互影响;当受敌积极干扰而无法避开频率时,应尽量在空间上躲避,避免干扰。上诉要求均无法满足,则尽量采取时间上的规避措施,使用频设备交替工作,协同控制基本流程如图3所示。3地面防空混合组的电磁协议机制模型地面防空混编群主要用频设备为搜索雷达和制导雷达,这里主要建立群雷达协同机制模型。3.1磁体磁体空间协调机制的模型3.1.1干扰及协同机制群雷达空域协同是对给定数量、种类的雷达恰当部署,利用组网雷达的空域优势,在尽可能大的探测范围内提高空间分辨力和目标发现概率,同时降低敌方反雷达措施的效果。协同机制如下:原则1基于现有资源实现尽可能大的探测范围;原则2适当的空域覆盖冗余,提高“四抗”能力;原则3频率有重叠的雷达,彼此距离不能太近,避免同频干扰;原则4同一空间雷达重叠不能太多,以避免资源浪费;原则5相邻雷达间距不能太远,有顶空补盲能力;原则6考虑实际的地理限定及通信条件。3.1.2雷达空域协同模型原则1描述的是整个雷达网的探测能力,即其空域有效覆盖范围大小,可用空域覆盖系数ρ描述ρ=[(Ν∪i=1Si)∩S]/Sρ=[(∪i=1NSi)∩S]/S(1)式中:S为给定责任区域;Si为第i部雷达的探测区域;ρ为N部雷达所覆盖的有效责任区域占总责任区域的比重,取值范围为[0,1]。原则2描述的是责任区雷达网空间重叠覆盖程度。对同一区域,雷达覆盖数量越多,抗干扰能力越强。但过多冗余会造成总探测范围减少和资源浪费,易发生同频干扰,因此该原则受到原则1、3、4制约。可用空域重叠系数σ描述式中:S为给定责任区域;Si为第i部雷达的探测区域;Si∩Sj为第i部雷达和第j部雷达的空域重叠区域;σ表示责任区域中至少有2部雷达可以覆盖的区域占总责任区域的比重,取值范围为[0,1]。原则3需要考虑相邻雷达间的电磁兼容程度,与雷达的频域重叠大小及其空域重叠大小有关,可用雷达间的电磁兼容度Φ描述,Φ取值范围为[0,1]。原则4主要是对原则1、2的补充和约束,如果认为2部雷达同时覆盖某一区域是合理的,3部及以上同时覆盖为浪费,那么原则4可以这样描述式中:Si∩Sj∩Sk表示第i,j,k部雷达重叠覆盖区域的大小,即τ考虑的是3部及3部以上雷达所覆盖区域占总区域的大小,取值范围为[0,1]。原则5要求相邻雷达间距离不能太远,能相互补盲。有专用补盲雷达时,该约束可取消。描述为r(ki,kj)<rij(4)式中:r(ki,kj)表示第i、j部雷达间距离;rij为考虑到雷达i、j各自探测距离而确定的适当距离间隔。可取rij=min(ri,rj),其中ri,rj为雷达i,j探测距离。原则6考虑的是布站中地理约束情况,实际使用时可作为约束条件处理。原则1～4考虑了雷达主要功能即实现大探测范围并有效利用雷达网在“四抗”方面的优势,应作为雷达空域协同模型的主体,原则5、6强调站与站的距离及实际地理条件,可作为约束条件处理,这样就得到雷达空域协同模型minF(X)=[f1(X),f2(X),f3(X),f4(X)]Τs.t.gi(X)≤0,i=1,2,⋯,l,X=[(x1,y1),(x2,y2),⋯,(xn,yn)]ΤminF(X)=[f1(X),f2(X),f3(X),f4(X)]Ts.t.gi(X)≤0,i=1,2,⋯,l,X=[(x1,y1),(x2,y2),⋯,(xn,yn)]TX∈Rn,X∈Ω(5)式中:f1(X)为空域覆盖系数ρ;f2(X)为空域重叠系数σ;f3(X)为雷达间电磁兼容度Φ;f4(X)为雷达覆盖区域冗余度τ,描述了3部及3部以上雷达重叠区占总区域的大小;gi(X)为雷达优化部署的各种约束条件,包括原则5、6的要求;X表示一个解向量,由n部雷达的横、纵坐标组成。将部署区域以坐标系形式表示,(xj,yj)表示雷达j的坐标,Ω表示雷达可部署区域。3.2磁体激励模型主要用于磁体领域的协调机制3.2.1进行雷达的频域协同群雷达频域协同,指群雷达间,利用各自不同频段的有效协作,减小敌方电子干扰影响,保证雷达稳定跟踪空袭目标的行动。当作战区域内的主战雷达遭敌电子干扰,由于自身频段限制,无法有效反敌电子干扰,需群其他具备射击条件的雷达进行频域上的协同,辅助抗击空中目标。进行制导雷达的频域协同,在雷达可用频段、部署位置受约束的条件下,一般应遵循以下原则:原则1辅助雷达自卫距离要大于发现目标必需的距离;原则2辅助雷达跟踪稳定度要达到制导导弹有效攻击目标的要求;原则3在满足原则1、2前提下,辅助雷达要尽量远离敌方干扰频段,减小再次受干扰概率。原则1是雷达能有效制导导弹拦截目标的最基本条件,可直接用雷达自卫距离同发现目标必需距离的比值描述;原则2中雷达跟踪稳定度可以用雷达的有效信干比来描述;原则3可用雷达的频率与干扰频率远离度表征。3.2.2指标量化模型(1)干扰消除因子式中:Pt为雷达发射机的脉冲功率/W;Gt为雷达发射天线的增益;λ为雷达工作波长;σ为目标散射截面积;D为雷达抗干扰改善因子;F(α)为目标到雷达之间的传播损失;(LFKTBs)为雷达接收机噪声功率;S为接收信号功率,J为干扰信号功率。制导雷达发现目标后需经一段准备时间才能发射导弹,称之为发现目标必需距离式中:Dzy为迎击杀伤区远界斜距;tzy为导弹与目标在远界遭遇时间;tzhb为射击准备时间;Vm为目标速度;P为目标航路捷径H为目标飞行高度。(3)导雷达间的频域协同模型式中:fx为雷达中心频率;fg为干扰频段中心频率。综合上述3条频率协同原则,群制导雷达间的频域协同模型如下Fy=sgn⌊Rz/Rm⌋⋅sgn⌊J/SD⌋⋅Νmaxi=1{|fix-fg|}Fy=sgn⌊Rz/Rm⌋⋅sgn⌊J/SD⌋⋅maxi=1N{|fix−fg|}(10)式中:Fy为协同雷达中心频率远离度;N为群可用雷达数。3.3磁体空间协调机制的模型3.3.1目标状态判断群雷达时域的协同,指在一定区域内为避免相互干扰,经过对搜索、跟踪、射击等条件分析后,多部雷达根据其对攻击目标态势的优劣,采取分时段工作的方法。主要分2种情况考虑:搜索状态和跟踪状态。搜索状态指雷达未发现目标,或目标距火力单位较远尚未达到抗击条件时的状态;跟踪状态指雷达发现目标,已满足射击条件,火力单位进入抗击目标状态,这时雷达主要工作是跟踪目标,并引导导弹攻击目标。雷达时域协同机制如下:步骤1:状态判断,根据上级敌情通报,及自身对空搜索情况,掌握本火力单位周围空域目标的状况,判断此时是搜索状态还是跟踪状态。搜索状态转入步骤2,跟踪状态转入步骤5;步骤2:雷达搜索效能评估,根据雷达搜索的各项指标,通过效能评估的方法,评估出相互干扰的雷达的搜索效能;步骤3:根据雷达搜索效能高低,确定主力雷达,制定雷达分时工作策略。可将整个作战时间分成多个周期,每周期内给主力雷达分配更多的工作时间,其它雷达分配较少工作时间,相互干扰的雷达交替工作,每个周期依次循环;步骤4:随着目标临近,逐渐满足抗击条件,此时工作状态由搜索状态转为跟踪状态;步骤5:目标威胁评估,将每个火力单位受到空域内各目标的威胁度相加,可得出该火力单位受到的总威胁度;步骤6:火力抗击效能评估,在跟踪状态,看重的是火力的抗击效能,而不是搜索效能,所以这里进行抗击效能评估;步骤7:火力抗击指数判定,反映了火力单位进行抗击的必要程度,包含2个方面:(1)火力受到目标威胁的程度;(2)火力的抗击效能。火力受威胁程度越高,其进行抗击的必要程度越高;火力的抗击效能越高,其进行抗击的必要程度越高;步骤8:跟踪状态雷达分时工作策略,根据火力抗击指数判定出抗击时的主要火力,主要火力雷达开机,其他雷达等待支援;步骤9:目标状态判断,对空中目标进行判断,如所属空域内目标全部被击落,整个过程结束。还有目标存在,转步骤1,具体流程如图4所示。3.3.2指标量化模型(1)指标组合赋权向量评估指标一般情况下应该有搜索范围R,搜索速率L,协同程度I,搜索方向重要度D,尽早发现程度S,雷达抗干扰能力M。指标权重的确定有很多方法,如层次分析法、主成分分析法、相邻比较法、熵值法等。设雷达属性矩阵为C,根据上面的指标权重计算方法,得出指标组合赋权向量Wc。可得相互干扰雷达的搜索效能为(2)由不同目标的防卫效能抗击指数,表示火力单位需要进行抗击的必要程度,由雷达受到空袭目标的威胁程度和雷达所属火力单位对目标的抗击效能组成。抗击指数越高,表明该火力单位越应该作战。抗击指数γ(k)为式中:H(k)为雷达k所属火力单位抗击效能;U(k)为雷达k所属火力单位受其火力范围内所有目标的威胁度式中:Sj指目标j的位置;S(k)指火力单位k的火力范围;uj(k)为雷达k火力范围内目标j的威胁度。4混编群的电磁协同自动化控制理论信息化条件下防空战场态势瞬息万变,传统定性的手工电磁管理模式已不能满足快节奏、高强度的防空作战电磁协同要求