战场复杂信息环境体系仿真研究
战场复杂电磁环境的仿真与构建方法研究
境 也 随之 复 杂多 变 。存 一 定 的作 战 时空 内 ，战 场 复
模 拟器 仿 真 构建 法 ，主要 是用 信 号 辐射 源模 拟
杂 电磁 环境主 要指人 为 电磁发 射 和 自然 电磁 现象 的 电磁信 号 ，构 建 出复杂 电磁环 境 。利用模 拟 器 ，产 生
收稿日期 ：２０１Ｏ－０５—１０ 作者简介 ：丁潇（１ ９８６一 ），男 ，河南信阳人 ，硕 士研 究生，主要从 事电磁场仿真与效应评估技术研究 。
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装 备 环 境 丁 程
焦 点 ，所 以取 得制 电磁 权对 获 得 战争 主 动权 至 关重 １．２ 模 拟 器 仿 真构 建法
关键词 ：电磁 环境 ；仿 真 ；战 场 中 图分 类 号 ：ＴＰ３９１．９；０４４１ 文献标 识码 ：Ａ 文章编 号 ：１６７２—９２４２（２０１１）０１—００３３—０５
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃ０ｎｓｔｒｕｃｔｉ０ｎ Ｍ ｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｃｏｍ ｐｌｅｘ Ｂａｔｔｌｅｆｉｅｌｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｍ ａｇｎｅｔｉｃ Ｅｎｖｉｒｏｎｍ ｅｎｔ
Ｄ ＩＮＧ Ｘｉａｏ ＣＨ ＥＮ Ｙａ—ｚｈｏｕ （Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒ０ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５０００３，Ｃｈｉｎａ）
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｔｔｌｅ ｆｉｅｌｄ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｈａｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｓｅｃｕｒ ｉｔｙ ａｎｄ ｆ ｉｇｈｔｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｗｅａｐｏｎ， ａｎｄ ａｌｓｏ ｈａｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｍ ｅａｎｉｎｇ ｔｏ ｉｎｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ—ｂａｓｅｄ ｗａｒ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｘａｍ ｉｎｅ ｔｈｅ ｓｕｒｖｉｖａｌ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｗ ｅａｐｏｎ ｕｎｄｅｒ ｃｏｍ ｐｌｅｘ ｅｌｅｃｔｒｏｍ ａｇｎｅｔｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍ ｅｎｔ，ｉｔ ｉｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｔｏ ｃａｒｒｙ ｏｎ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍ ｐｌｅｘ ｅｌｅｃｔｒｏｍ ａｇｎｅｔｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍ ｅｎｔ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｏｍｐｌｅｘ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｎ ｉｎｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ—ｂａｓｅｄ ｗａｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｍ ｅｔｈｏｄ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍ ａｇｎｅｔｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍ ｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ｃｅｒｔａｉｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ． Ｒｅｖｅｒｂｅｒａｔｉｏｎ ｃｈａｍ ｂｅｒ ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｖｅｉｌｆｙ ｔｏ ｔｈｅ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｅｄ ｔｈａｔ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍ ｐｌｅｘ ｅｌｅｃｔｒｏｍ ａｇｎｅｔｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍ ｅｎｔ ｉｓ ｖａｌｉｄ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｌｅ．Ｔｈｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ ａ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｆｕｒｔｈｅｒ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃｏｍ ｐｌｅｘ ｅｌｅｃｔｒｏｍ ａｇｎｅｔｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍ ｅｎｔ ｏｎ ｗｅａｐｏｎ．
战场环境与仿真论文
基于虚拟现实技术的战场环境仿真---学员一旅十三队苑金梁3952008013 战争具有很强的实践性特点，指战员的指挥艺术和作战能力，都需要在一定的战争环境中得到锻炼和提高。
战争年代，这种能力可以通过真正的战争实践得以积累，但这种实践是不可重演、不可试验的，其代价也十分高昂。
因此，即使在战争年代，非战时的训练也成为决胜的关键，指导训练的标准就是战争实践本身。
和平时期，军事演习是一种普遍的训练方法，驾驭战争实践的能力是通过各种作战样式的试验来积累和提高。
由于缺少实际战争的检验，各训练样式也就规定着未来作战的样式。
自人类历史上出现战争以来，人们对军事训练的研究都是以对战争规律的学习和探讨为目的，并在训练领域逐渐形成了“作战模拟”这一特殊的研究主题。
作战模拟是对包括战争规律和战争指导规律两个方面在内的战争本质规律的模拟，其首要的一点就是要创造一个贴近实战的训练环境，使得各类受训人员能够在此环境中得到恰如其分的训练。
战场环境是敌对双方作战活动的空间，在现代作战模拟中，要营造一个贴近实战的训练环境，首先就要根据仿真原理来建立一个符合特定的作战训练科目需要的数字化的战场环境，这就是战场环境仿真（Battlefield Environment Simulation）。
战场环境仿真在内容上包括战场感知虚拟现实是二十世纪90年代末出现的一种十分有效的仿真技术，本文将重点讨论如何运用虚拟现实技术来实现战场环境仿真。
一、战场环境的构成战场环境是指作战空间中除人员与武器装备以外的客观环境。
从战争所涉及的客观因素来分析，战场环境应该包含战场地理环境、气象环境、电磁环境和核化环境。
也许，随着网络信息战的形成，战场网络环境也将成为战场环境的一个重要的组成部分。
战场环境具有多维性、互动性的特点。
多维性的含义是：①战场环境是由多个具有自身变化规律的客观环境构成的，上述的四个环境分属于不同的学科领域；②这些客观环境的空间形态是随作战过程而演变的。
海战场环境仿真系统的三维建模与实时仿真
ｓ ｅ ｉｌｅ ｅ ｔ ．Ｉ Ｓ ｐ ｒ ｒ ａ ｃ ｅｅ ｍｉｅ ｄ ｌ ｙ ａ ｄ ｃ ｅ ｉ ｉ ｔ ｆ ｒ ｒ ｉ ｌｔ ｎ ｓ ｓ ｍ ｆ ｏ ａｉ ｎ ｏ ｉ ｓ ｐ ｃ ａ ｆ ｃｓ ｔ ｅ ｏ ’ ｆ ｍ ｎ ｅ ｄ ｔｒ ｎ ｓｆ ｅｉ ｎ ｒ ｄｂ ｌ ｏ ｆ ｅ ｓｍｕ ａｉ ｙ ｔ ｏ ｒ ｔ ｆ ｈ ｐ ． ｉ ｔ ｉ ｙ ｗａ ａ ｏ ｅ ｆｍ ｏ ｓ
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Ｔ ｅ ｐ ｐ ｒｉ ｔ ｄ ｃ ｄ ｔ ｅ ｆ ｎ ｔ ｎ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｆｔｅ ＨＬ —Ｂ ｓ ｄ Ｅｎ ｉ ｎ ｎ ｉ ｌ ｔ ｎ Ｓ ｓｅ ｏ ｅ ａ ｔ — ｈ ａ ｅ ｎ ｒ ｕ ｅ ｈ ｕ ｃ ｉ ｎ ｏ ｏ ｅ ｔ Ａ ｏ ｏ ｏ ｈ ａ ｅ ｖ ｒ ｍｅ ｔＳ ｍｕ ａｉ ｙ ｔ ｍ ｆＳ ａ Ｂ ｔ ｅ ｏ ｏ ｌ ｉ ｄ ｆ ｓｌ ｈ ｎ ｔ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｉ ｌｔ ｄ ｌ ａ ｒ ｓ ｎ ｅ ｆ ｌ ｒｔ ，ｔ ｅ ｈ ｒ ｃ ｓ ｆｓｍｕ ａ ｉｎ ｍｏ ｅ ｉｇ ｗ ｓ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ，ｔ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓｏ ｅ ｌ ａｉ ｎ ｗａ ｒ ｕ ｈ ｏ ｗ ｒ ， ｅ ｉ ｙ ｏ ｎ ｈ ｒｃ ｓ ｆｒ ａｉ ｔ ｓｂ ｏ ｇ ｔｆ ｒ ａ ｄ ｚ ｏ ａ ｄ ｋ ｙ ｔｃ ｎ ｃ ａ ｄ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｉｕ ｌ ａｉｎ ｐａ ｏ ｓｅ ｐ ａｎ ｄ ｎ ｅ ｅ ｈ ｉ ｎ ｒ ｃ ｓ ｆ ｓ ａ ｉ ｔ ｌｔ ｒ ｗａ ｘ ｌｉ ｅ ．Ｆ ｎ ｌ ｅ ｌ ｅ Ｄ ｖｓ ａｉａｉ ｎ ｓ ｓｅ ｔ ａ ｖ ｚ ｏ ｆｍ ｉａ ｌ ｗｅｒ ａ ｉ ｄ ３ ｉｕ ｌ ｔ ｙ ｔｍ ｈ ｔ ｙ ｚ ｚ ｏ ｓ ｔ ｆ ｄ ｔ ｅ ｒ ａ ｉ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔｏ ｅ Ｐ ’ ｇａ ｈ ｓａｉ ｎ ａｉｉ ｈ ｅ ｌ ｍｅ ｒｑ ｉｅ ｎ ｎ ｔ Ｃ Ｓ ｒ ｐ ｔｔ ． ｓｅ ｔ ｈ ｏ ＫＥＹＷ ＯＲＤＳ： ｖ ｌ ｔ ｅ Ｓ ｍｕ ａｉ ｎ Ｄ ｍｏ ｅ ｉｇ；Ｖｉｕ ｉａｉ ｎ ｓｍｕ ａｉ ｎ Ｎａ ａ ｔ ｉ ｌ ｔ ；３ ｄ ｌ Ｂａ ｌ ｏ ｎ ｓ ａ ｚ ｔ ｉ ｌｔ ；ＨＬ ｌ ｏ ｏ Ａ
信息化战场条件下复杂电磁环境仿真建模技术
收稿日期 : 2 008 年 1 月 22 日 ,修回日期 : 2 008 年 3 月 4 日 作者简介 :程健 庆 ,男 ,研 究员 ,研究方向 : 系统仿真 、 分布交互仿真 、 环境建模与仿 真技术 。余云 智 ,男 ,高级 工程师 , 研究方向 :仿真 测试 技术 、 试验技术 、 信号模拟技术 。
2 信息化战场条件下复杂电磁环境
2008 年第 8期 舰 船 电 子 工 程 15 3
另外 , 电子设备对电磁频谱的感知各异 。
5 )电磁环境影响指挥控制稳定性 在未来作战中 , 受复杂电磁环境的影响 , 可能 导致侦察预警系统听不清 、 看不远、 辨不明 , 全面影 响各级指挥员和作战人员判断决策的准确性 。在 复杂电磁环境下 , 由于无线电通信在参与形成战场 电磁环境的同时 , 也将严重受到多方面影响 , 不仅 降低了信息感知和传输能力 , 使指挥机构难以做出 正确判断和指挥 , 同时也会严重影响指挥控制活动 的稳定性。 目前 , 未来战场电磁环境正在加速向多维空间 和更深层次渗透发展 , 其所蕴藏的巨大战场能量必 将对传统信息化作战带来新的挑战 。
1 引言
由于军事领域电磁应用的日趋广泛 , 使得战争 环境发生了重大改变 , 出现了与传统战场并重的新 要素 - 电磁环境。所谓复杂电磁环境 , 是指在一定 的战场空间内 , 由空域 、 时域 、 频域、 能量上分布的 数量繁多 、 样式复杂 、 密集重叠、 动态交迭的电磁信 号构成的电磁环境 , 其形成与发展及其对信息化战 争的影响 , 当前十分引人关注 。 复杂性是战场电磁环境最本质的特性描述 , 它 直接表现为在特定的作战时间和空间内 , 为完成特 定的作战任务 , 在自然电磁辐射影响的基础上 , 由 各种电子设备产生的电磁辐射和信号密度的总体 状态 。作战及其指挥活动中电磁环境的复杂性主 要表现在以下几个方面 : 1 )电磁频谱种类数量上的多样性 。 “ 多” 是战 场复杂电磁环境最明显的特性 。信息化战场上的
复杂电磁环境的分析与建模
第1章绪论1.1 课题背景及意义任何作战行动都在一定的空间和环境中进行。
作战空间和作战环境是一个时代的科学技术、武器装备、作战方式和自然因素有机结合的产物。
当今时代，信息技术的迅猛发展及其在军事领域的广泛应用，孕育了新的战争形态——信息化战争，信息化战争中，交战双方大量使用电子信息装备，不仅数量庞大、体制复杂、种类多样，而且功率大，在激烈对抗条件下所产生的多类型、全频谱、高密度的电磁辐射信号，以及己方大量使用电子设备引起的相互影响和干扰，造成在电磁信号时域上突发多变、空域上纵横交错、频域上拥挤重叠。
即信息化战争开辟了与陆海空天相并列的“第五维战争空间”——电磁空间，形成了与传统的社会、地理、气象、水文等并重的新的战场环境——战场电磁环境。
随着军队信息化进程的加快，战场电磁环境日益复杂，电磁空间的斗争空前加剧，并对军事活动产生着深刻的影响。
使得战场感知难、指挥控制难、支援保障难以及信息化装备作战效能难。
因此夺取制电磁权，成为夺取制信息权，进而夺取战争主动权的关键。
深入研究复杂战场电磁环境，对掌握信息化战争的主动权，打赢信息化战争具有重要意义。
1.2战场复杂电磁环境的相关研究现状战场电磁环境对于世界而言还是个全新的学科，各国对于战场电磁环境的认识与研究还有无限的提升的空间。
美国国防部认为，电磁环境(EME)是存在于防护区内的一个或若干个射频场战场，在2009年指出战场电磁环境是军队、系统或平台在指定的作战环境中执行作战任务时，可能遇到的在不同频段辐射或传导的电磁发射体的功率与时间分布的作用结果。
前苏联军事百科全书中指出，电磁环境是影响无线电装置或其部件工作的电磁辐射环境。
美、俄(苏)军方对于电磁环境概念的表述不仅限于一定区域内的电磁现象总和，更有时域、频域、空域、能量域“四域”特征方面的认识。
我国对战场电磁环境相关问题的研究起步较晚，且战场电磁环境概念在学术界还未统一。
其中具有代表性的观点是：战场电磁环境，就是指在一定的战场空间内，由空域、时域、频域、能量上分布的数量繁多、样式复杂、密集重叠、动态交迭的电磁信号构成的战场电磁环境。
未尔科技_VREM E3Xpert战场复杂电磁环境仿真解决方案
图 1-1 复杂电磁环境场景构建
1.1 系统组成
VREM E3Xpert 具有战场复杂电磁环境的建模与仿真能力，以高精度的地理信息 系统（GIS）为基础，融入强大的数据库引擎，能够结合武器平台用装备的信息、设备 参数、地形地貌等基础资源库，使用多种功能强大的传播模型进行计算，完成频谱规 划与管理、无线通信链路干扰预测、雷达对抗模拟、半实物仿真测试等功能。 VREM E3Xpert 主要由想定模块、基础资源库、电磁计算引擎、性能计算及评估 模块以及分布式架构模块组成，软件组成框图如下：
功能应用 ............................................................................................................................... 6 2.1 2.2 2.3 2.4 频谱管理......................................................................................................................... 6 无线通信链路预测........................................................................................................... 7 雷达对抗模拟.................................................................................................................. 8 半实物仿真测试 .............................................................................................................. 9
复杂电磁环境模型及仿真框架的构建
Ｋｅ ｒ ｓ ｃ ｍｐｅ ｌｃｒ ｍａ ｎ ｔｃｒｕ ｔｎ ｅ ｉｆ ｒ ｔ ｎｃ ｍｂ ｔ ｓｍｕａｉｎ ｙｗｏｄ ：ｏ ｌｘ ｅｅ ｔｏ ｇ ｅ ｉ ｍｓａ ｃ ；ｎｏ ｍａｉ ｏ ａ ； ｉ ｌｔ ｃ ｏ ｏ
ｌ 引 言
在 高 技 术 条 件 下 的 战 争 中 ， 夺 取 制 信 息 权 而 进 为
例如 ， 国潜艇都 力 图通 过 降 低 自身 的 噪声 和 磁 场来 各 减小被 敌发 现 的可 能 ， 时又 通 过 增 大声 纳 基 阵 的敏 同
一
上提 出 了一种 信息 对抗 仿真框 架 的构建 方式 。
感 度来 发现 对手 的 噪 声 。这 种基 于声 、 的对抗 可 称 磁
为声波 、 场对抗 。又 例如 热 成 像 追踪 器 通 过 对 喷气 磁 机尾焰 的红 外光 波进 行 追 踪 ， 些 隐 身 飞机 就 将尾 喷 一 口安置 在背 向地 面一侧 。这种基 于光 波 的对 抗 可称为 光 电对 抗 。经 由电波 进 行 的 雷达 对 抗 、 信 对抗 的例 通
础 模 型 。探 讨 了在 作 战 仿 真 中 信 息 对 抗 仿 真 的 实现 方 式 ， 出信 息 对 抗 仿 真 子 系统 框 架 的 构 提 建 方 式 以及 运 行 流 程 。 对 电磁 分 量 在 仿 真 系统 内 的 传 输 方 式 和 如 何 仿 真 信 息 对 抗 装 备 进 行 了
４ ０
航天 电子 对抗
第２ ５卷第 ６期
复 杂 电 磁 环 境 模 型 及 仿 真 框 架 的 构 建
李炳 伟 ， 万 福 ， 爱 民 吴 （ 军指 挥 学 院， 苏 南京 海 江 ２１０ ） １ ８ ０
摘 要 ： 分 析 了战 场 电磁 空 间 的 构 成 ， 用 Ｃ＋＋类 建 立 了仿 真 战 场 空 间 中 某 点 的 电磁 基 并
面向复杂战场环境的三维作战概念图仿真系统设计与实现
面向复杂战场环境的三维作战概念图仿真系统设计与实现作者：马宁蒉露超来源：《科学导报·学术》2020年第20期摘要：在传统的二维战场态势可视化中，对作战场景的表达存在着细节表达能力差、无法多视角展示等问题。
针对这一问题，在以计算机图形学为基础的三维可视化的前提下，开发了一套三维作战概念图可视化仿真系统，能够实现概念图在三维地理空间中快速生成、实时交互编辑、多视角展现，通过实例证明了该系统良好的可视化效果，有效地为指挥信息系统态势显示提供了支撑。
关键词：虚拟仿真;三维态势;场景编辑引言目视显示作为最直观的展示方式，在战场指挥决策中能够提供最有效和最可靠的信息[1]。
因而，可视化战场环境仿真在作战决策系统中有着重要的作用。
而传统的二维战场态势可视化方法虽然有着完整的军标符号体系，易于理解等很多优点[2];但随着需求的不断提高，二维态势显示的方式就显得不足了，比如二维态势显示中的无法展现第三维的信息，从而无法充分表达作战区域中的细节，同时二维矢量地图无法及时跟新战场军事情况信息，时效性差，这样就会对指挥决策精确性分析造成较大的影响[3]。
与之相比，三维战场态势可视化具有很多优点[4]。
首先三维可视化符合人体固有的视觉习惯，表达直观明了，便于人们理解[5];其次，它可以实现对战场环境的多角度观察，方便从多个方向观察战场态势;最后对于高空目标，三维可视化可以有效的避免军标符号的重叠现象[6]。
鉴于三维可视化对于态势信息的表达有着较好的可行性，所以三维可视化已经逐渐取代二维作战态势显示成为可视化仿真系统的主流显示方式[7]。
有鉴于此，本系统紧扣三维作战概念图编辑软件应用需求，围绕高可靠、智能化要求，密切跟踪新技术、新方法等发展动向，参照业界先进技术，结合现有研究基础，重点研究作战概念图在三维地理空间场景中的快速生成、交互编辑、能力展现、管理维护等方面的技术实现。
1.系统体系架构作战概念图编辑软件围绕核心构件、插件集成框架和数据通信服务，构建灵活、可扩展的软件体系结构。
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2009年8月第20卷第4期装备指挥技术学院学报Journal o f the Academy of Equipment Command &T echnolog y A ug ust 2009V ol.20 N o 4收稿日期:2009-02-18作者简介:张 斌,男,讲师,博士研究生.主要研究方向:战争模拟系统与环境,复杂系统建模与仿真,武器装备体系分析.胡晓峰,男,教授,博士生导师.战场复杂信息环境体系仿真研究张 斌1,2, 胡晓峰1, 姜忠钦1, 胡润涛1(1.国防大学信息作战与指挥训练教研部,北京100091; 2.装备指挥技术学院基础部,北京101416)摘 要:战场复杂信息环境仿真是战场体系仿真的重要组成部分。
针对战场复杂信息环境中的通信网络环境和复杂电磁环境,提出了基于多层次建模的通信网络环境仿真和基于效能评估的复杂电磁环境探索性仿真方法,进行的仿真实验验证了二者可以有效地对战场复杂信息环境的抽象特征进行分析。
关 键 词:战场复杂信息环境;战场通信网络环境;复杂电磁环境;多层次建模中图分类号:TP 391.9文章编号:1673-0127(2009)04-0094-05文献标识码:ADOI:10.3783/j.issn.1673-0127.2009.04.022System of Systems Simu lation of Battlefield Complicated In formation Environmen tZH ANG Bin1,2, H U Xiao feng 1, JIANG Zhongqin 1, H U Runtao1(1.Departmen t of Information Operation &Command T raining,NDU of PLA,Beijing 100091,Ch ina;2.Departm ent of Bas ic Th eories,th e Academy of Equipm ent Com man d &T echnology,Beijing 101416,China)Abstract:Battlefield com plicated inform ation enviro nm ent simulation is an im po rtant part of the simulatio n of sy stem of systems sim ulation.T he paper presents mult-i level m odeling based battlefield com munication netw o rks simulatio n method and effectiveness ev aluatio n based simulatio n metho d fo r com plicated electromag netic environment exploratory analysis.The ex periments pro ve the methods ar e effectiv e.Key words:battlefield complicated inform ation env ironment;battlefield co mmunication netw or ks environment;complicated electrom ag netic enviro nment;m ult-i level modeling 战场复杂信息环境仿真是战场体系对抗仿真的重要组成部分,要符合体系建模与仿真分析的基本要求,要能够满足战场信息环境分析的需要,并推动战争复杂系统分析理论与方法的研究。
依托战场信息环境展开的各类信息活动是形成战场体系的前提条件,离开了这些包括电磁环境和通信、指控网络环境在内的信息环境支撑, 体系 便无从谈起,因此研究体系对抗仿真问题必须要研究战场信息环境仿真这个子问题。
围绕体系对抗仿真的观点和该领域的具体仿真需求,有4个方面的问题需要深入研究:第1,战场信息环境内在结构是信息网络,要突破传统的、基于单个信息装备的建模与仿真研究思路,形成面向信息网络的建模仿真方法;第2,战场信息环境演化过程具有典型的不确定性,要改善局部分析、静态分析等分析手段,形成面向整体的分析方法;第3,战场复杂信息环境的重点是复杂电磁环境和战场网络环境,针对不同的研究内容,要给出适合的方法;第4,战场信息环境仿真的研究背景是体系对抗,要结合体系对抗中的具体问题,将信息环境仿真问题融入体系对抗仿真过程当中,形成对体系对抗问题分析的支持。
EBI(entity,behavior,interaction)建模框架、基于Ag net的体系建模方法和基于复杂网络的体系建模[1]方法,从体系仿真中的共性问题出发,给出了体系建模的基本途径,具有很强的指导意义,但针对环境系统建模方法,特别是面向通信指控网络等环境的建模方法还需进一步摸索;探索性分析和数据耕耘方法[2-3],给出了复杂系统整体性分析的研究思路,但适用和实用的工具较缺乏。
电磁环境建模、通信网络建模[4-6]等信息环境重点内容的研究现状,存在着对单个装备的信号级仿真较多,不能充分反映网络条件下的战场信息环境特点,一些网络仿真也多是以对通信网络本身进行研究,而缺少对作战因素的考虑。
本文针对体系分析需求下的战场复杂信息环境仿真中通信网络环境和复杂电磁环境2个问题的整体分析,提出了基于多层次建模的战场通信环境仿真和基于效能评估的复杂电磁环境探索性分析方法,而具体的装备效能分析不是本文的重点。
结合体系对抗相关问题进行了仿真实验,验证了方法的实用性。
1 战场复杂信息环境的建模与仿真分析1.1 基于多层次建模战场通信环境仿真与分析1.1.1 多层次的战场通信环境建模框架传统的基于单个装备通信建模主要涉及:无线电通信有效辐射功率建模、通信链路计算建模、包括散射损耗和大气损耗在内的传播损耗建模等内容。
但在体系条件下或者说在网络条件下,依托传统建模基础,多层次异质战场通信网络建模的重点发生了改变,特别是刻画基于网络类型和网络协议等导致了通信网络行为逐渐成为建模的重点。
如图1所示,多层次战场通信环境建模框架分为4个基本层次:通信系统建模、单结构同质通信网络模型、多结构异质通信网络模型(网络的网络)以及战场环境模型。
通信系统(sy stem)模型是构成通信网络仿真的最小仿真单元,刻画了通信系统的能力和属性,通信系统模型主要包括:发射(接收)设备类型、发射(接收)功率、天线指向与天线增益等内容。
这些内容一直是传统通信建模的重点,可参考相关文献。
同质单结构通信网络(netw ork)模型是由通信系统模型按照一定的军事组织形式和组织结构所构成的网络。
相对于通信系统建模中强调对设备能力层次的描述,单通信网络模型要着重刻画比较典型的网络行为,包括:刻画了网络的连接模式的网络协议建模,描述整个网络接收、处理和分发信息能力的网络流量和有效负载计算模型,以及在大规模通信系统网络仿真中,被逐步放大的网络延时评估模型等。
图1 多层次异质战场通信环境建模框架异质多结构通信网络(netw or ks)模型是随着作战体系的形成与完善而出现的。
战场通信网络的结构由单一的有线通信模式演化为多结构的异质战场通信网络,包括了有线网络、无线网络和卫星通信等多种通信方式。
刻画战场通信网络必须要在能够刻画同质单结构网络的通信能力的基础上,支持由不同通信方式连接所构成的异质结构的多通信网络,在这一层次上包括了对网络类型、网络协议、网络延时和网络容量等内容的建模问题。
战场环境(battlefield)模型是战场通信网络模型进行通信时的应用背景,环境因素对通信连接的质量和效率具有很大的影响。
相关的战场环境主要包括战场电磁环境,特别是复杂电磁环境对通信网络通信能力的影响;地形数据模型,地形特征会对通信链路产生明显的遮蔽影响;大气和气象损耗模型会对通信在传播过程中产生损耗进行评估。
1.1.2 多层次战场通信环境仿真分析战场通信环境具有典型的复杂网络特征。
如果结点按照某种(自)组织原则方式连线,将演化成各种不同的网络,称为复杂(complex)网络。
战场通信网络正是按照一定的军事需求和作战目的来进行组织与实施的一类网络,特别是在信息化数字战场中,通信网络的节点和连接链路都呈95第4期 张 斌,等:战场复杂信息环境体系仿真研究现了大规模的特征,一个中等规模的作战方案中通信设备的数量达到105数量级,对于更大规模的方案中使用的各种通信设备则要达到106数量级[7],这些通信设备在战场中以特定的组织原则和方式进行通信和结构演化,具备了复杂网络的概念特征。
处理战场通信网络的复杂网络特征要采用符合复杂网络问题的方法。
采用相关的复杂网络分析算法在大规模通信网络中寻找核心:关键节点、强连通片(连通度较高的通信子网)。
通过对关键节点和强连通片的分析,来寻找体系重要组分及其关联的体系脆弱性。
Ko saraju算法,Tarjan算法与Gabow算法都可用来进行强连通片计算。
1.2 基于效能评估的复杂电磁环境探索性仿真方法1.2.1 电磁对抗分析建模武器装备效能评估中的复杂电磁环境研究是通过对电磁环境的分析来进行效能评估。
因此,该领域内电磁环境建模的重点是对电磁对抗对武器装备效能影响进行建模。
通过围绕电磁领域对武器装备产生的电磁对抗行为,建立精细的分析模型,用来评估电磁对抗对装备效能的影响。
王梦麟等人提出的面向应用的电磁环境分析模型体系结构把复杂电磁环境分析模型分为背景分析模型、近场分析模型和远场分析模型3部分。
参考该体系结构,我们认为这些分析模型具体应该包括:地形遮蔽影响、杂波影响、雷达反射截面积影响、战场干扰影响等等。
1.2.2 基于效能的电磁空间可视化电磁环境可视化[8]问题一般可以分为3种可视化表现形式:信号特征的可视化表现形式、武器装备性能可视化表现形式以及电磁对抗影响下的装备效能表现形式。
以雷达探测效能为例,信号特征表现反映的是战场电磁环境的物理特征指标,不能展示出体系效能的大小;性能参数的表现反映了在理想状态下雷达的基本探测能力,未考虑各种战场电磁对抗因素对能力的影响,该表现形式适合示意性的说明而不适合精细的分析。
武器装备效能分析中的复杂电磁环境研究是围绕电磁对抗对武器装备效能的影响展开的,其可视化问题,应以电磁对抗分析建模的结果作为表现内容,通过提供直观的、易于理解的表达形式,辅助进行效能评估。
1.2.3 复杂电磁环境的探索性分析探索性分析是面向不确定性的有力分析手段[9]。