通信对抗中的协同攻击仿真技术研究

刘丙涛，王莉珍，张万玉

(1.中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081；2.陆军装备部装备项目管理中心，北京 100071)

0 引言

目前，电子对抗已经从单一设备间的对抗发展成系统级别乃至体系级别间的对抗[1-2]。而体系级别的对抗问题是典型的复杂系统问题，其复杂性体现在：涉及的作战实体种类、数量众多；各作战实体分别可执行多种多样的战术动作；作战实体间存在复杂的相互作用关系；各作战实体均具有一定智能性，其行为模式不能准确预测[3]。目前对于对敌联合作战环境下的通信对抗协同攻击技术的研究，尚存在协同手段缺乏、实时目标任务规划能力不足以及缺乏在线效果评估手段等问题，难以适应联合作战需求[4]。

为了解决此类问题，首先通过整个复杂环境和动态通信、干扰方案的设计，构建出协同攻击仿真实验框架，其次对不同数据链类型和不同协同攻击方案进行动态仿真实验，利用实时的实验结果对攻击效果进行在线评估和调整。对这些实验数据进行梳理和对比，对通信对抗协同攻击策略的制定和选择做出了展望性研究。

1 仿真系统设计

1.1 面向威胁的协同探测感知技术

准确实时的态势感知能力是联合作战的制胜关键。联合作战战场上目标通信系统是战场电磁态势的重要组成部分，对目标通信系统进行分析是战场电磁态势分析评估的重要内容，战场态势分析的准确程度，会直接影响作战任务规划和作战效果[5]。

多平台联合探测感知技术通过多平台联合侦察、对多平台数据进行综合处理来提高对战场态势感知的完整准确度，通过对战场目标信号的感知，获取重点目标，为制定干扰方案提供支撑数据。多平台联合探测感知技术主要包括联合侦察方案设计和联合侦察数据综合分析。其中联合侦察数据综合分析包括通信目标分析、通信网络分析、目标平台分析及重点目标分析等关键技术[6]。

1.2 分布式协同电子攻击技术

现代联合作战战场上，信号种类多、频带宽且范围广，传统各平台独立为战的攻击方式难以对一体化综合防空系统取得良好效果。因此，针对联合作战战场需要研究体系作战、多平台多系统多手段的联合协同攻击方法，通过合理的任务规划，合理利用多套通信对抗系统协同对目标进行侦察、攻击，从而提高作战效能。

根据作战对象通信信号的分布区域、工作频段及信号类型等条件的不同，通信对抗系统可以采取的协同方式有频域协同和空域协同等方法[7-9]。

联合作战通信对抗协同攻击仿真系统主要组成如图1所示。

图1 电子对抗协同攻击仿真系统

1.3 联合侦察数据综合分析处理

综合分析处理利用辐射源信号参数数据，进行辐射源参数数据预处理和归并等综合处理，形成辐射源参数信息；利用辐射源参数信息进行关联、位置获取等处理与分析，获取通信目标辐射源情报；利用辐射源参数信息以及通信目标辐射源情报进行关联和拓扑结构分析等处理与分析，形成通信网络情报；利用通信目标辐射源情报、雷达对抗侦察情报、海空情和资料情报信息等进行综合关联、印证和判别等处理与分析，形成通信目标平台情报；利用通信目标辐射源情报、通信目标平台情报以及通信网络情报进行态势处理并综合显示[10-12]。

1.4 协同电子攻击在线评估技术

联合攻击效果在线评估就是要对攻击方案进行效果预测，对联合攻击的实际效果进行在线的实时分析，其主要目的是根据联合攻击的进展情况，调整制定下一步攻击策略，为联合攻击过程的顺利实施提供决策支持[13]。

攻击效果评价准则是联合攻击效果在线评估的基础。在干扰评估过程中，目标网络的最大资源评价、既定攻击方案的攻击效果预测、最终效果评价以及攻击过程的方案决策都是建立在该准则的基础之上[14-16]。通过对联合攻击目标、目的和评估策略进行深入分析，兼顾评价指标的直观性，在线评估指标体系如图2所示[17]。

图2 攻击效果评估指标

2 仿真系统流程设计

执行协同攻击任务，应设联合指挥控制系统、综合态势分析系统。整个作战过程可分为侦察阶段和干扰阶段，协同攻击工作流程如图3所示。

图3 协同攻击工作流程

在侦察阶段，对于通信对抗系统需要确定通信方节点数量、每个节点的链路数量和链路参数(频段和信号样式)等，进而确定各节点价值等级和重点目标，据此可制定干扰方案[18-19]。侦察阶段具体步骤如下：

① 开始执行任务，指挥控制系统根据作战目的、先期情报，制定作战计划。为每个子系统制定作战任务，并将任务下发给各系统。

② 各系统按照任务规划，运动到指定任务区域，对区域内信号进行搜索、参数分析和测向定位。将侦察结果上报给态势分析系统，态势分析系统将各雷达对抗子系统、通信对抗子系统及光电对抗子系统等侦察数据进行融合分析，获取初步战场态势图，进行威胁评估、确定重点目标；上报指挥控制系统。

③ 指挥控制系统根据态势图及先期情报进行分析对比，判断是否需要进行补充侦察。如果需要，则制定补充侦察任务，下发给各子系统；重复步骤②和步骤③。

在干扰阶段，对确定的链路进行干扰。同时，进行协同侦察，分析干扰效果，及时调整干扰资源。干扰阶段具体步骤如下：

① 指挥控制系统根据侦察结果进行干扰任务规划，并下发给各子系统；

② 各子系统对指定目标进行干扰；

③ 干扰同时进行协同侦察，并将侦察结果上报态势分析系统，态势分析系统对干扰效果进行分析，分析结果上报指挥系统；

④ 指挥系统根据干扰效果，及时调整干扰资源。

3 关键技术研究

3.1 面向威胁的协同探测感知技术

对敌通信系统进行分析是战场电磁态势分析评估的重要内容，战场态势分析的准确程度，会直接影响作战任务规划，影响作战效果。单平台由于受部署区域、作用范围和设备能力等因素的影响，获取信息受限，难以得到准确完整的战场态势。通过将跨平台、跨系统的侦察信息进行融合，获取尽可能完整、准确的战场态势。

(1)多平台联合侦察

联合作战中，对战场态势的联合侦察感知方式可以分为空域协同、频域协同和空域频域协同等方式。

(2)空域协同侦察

联合作战的战场可能覆盖上百km，同时受天线波束方向等因素影响，单个侦察平台难以迅速对战场上敌方通信信号进行全面侦察，获取准确态势。此时，需要发挥联合作战优势，合理部署分配我方侦察力量，将作战区域划分成几个子区域，分配给各侦察系统，各侦察系统分别对各自负责的作战区域内的敌方信号进行搜索侦察分析，并将侦察结果上报处理中心。处理中心对各分区域的侦察结果进行综合处理获取较完整的战场态势。

(3)频域协同侦察

当一个侦察系统的侦察工作频段不能覆盖作战区域内敌方通信信号的频段时，需要为该区域内分配2个或多个侦察系统，对作战区域内敌方通信信号进行联合侦察。每个侦察系统负责对分配给自己工作频段内的信号进行搜索检测分析，并将侦察结果上报给处理中心，处理中心对各分系统的侦察结果进行综合处理获取较完整的战场态势。

(4)多平台联合对辐射源定位

利用多架飞机对目标进行定位，提高侦察速度和精度。相关研究表明，相较于传统的单平台辐射源定位方法，采用多节点组网协同的时差和频差等辐射源定位方法，其定位收敛时间将大大缩短、定位精度达到0.5%量级或更高，综合定位效能大大提高。

3.2 联合侦察数据重点目标分析处理

首先对多个侦察平台获取的通信辐射源侦察数据进行去重复处理、一致性检验处理；形成统一表征格式的通信辐射源活动信息；融合到已知通信目标或建立新的通信目标。其次对多个侦察平台获取的通信辐射源侦察数据等活动情况进行通联关系分析，获得通信网络中通信辐射源之间的通联关系；获得通信网络节点属性和网络拓扑结构等活动信息，形成统一表征格式的通信网络活动信息；利用通信网络活动信息进行通信网络识别处理，融合到已知通信网络或建立新的通信网络。最终为最大化作战效能，对战场目标态势进行分析，分析目标的重要等级，并据此合理分配作战资源。具体关系如图4所示。

图4 联合侦察数据重点目标分析处理示意

3.2.1 通信目标平台分析

首先对多个侦察平台获取的通信辐射源侦察数据进行去重复处理、一致性检验处理；形成统一表征格式的通信辐射源活动信息；然后利用通信辐射源活动信息进行通信目标识别处理，融合到已知通信目标或建立新的通信目标。

3.2.2 通信网络分析

对多个侦察平台获取的通信辐射源侦察数据等活动情况进行通联关系分析，获得通信网络中通信辐射源之间的通联关系；获得通信网络节点属性、网络拓扑结构等活动信息，形成统一表征格式的通信网络活动信息；利用通信网络活动信息进行通信网络识别处理，融合到已知通信网络或建立新的通信网络。

3.2.3 重点目标(威胁)分析

为最大化作战效能，首先需要对战场目标态势进行分析，分析目标的重要等级，并据此合理分配作战资源。评估目标的重要等级首先需要根据作战任务，制定相应的重要等级规则。作战时根据侦察得到的目标态势，依据威胁分级规则，利用威胁算法，对目标威胁等级进行分析[20]。

4 仿真分析

4.1 协同作战仿真方案设计

根据通信目标分布、对抗装备部署情况的不同，需要进行联合干扰的情况有以下几种：

(1)由于飞机运动路线的限制，一个干扰系统不能全时段压制敌方通信。

飞行路线规划如图5所示，规划2个飞机的飞行方案，使得1号飞机在位置1、2号飞机在位置2时，由1号飞机发射干扰信号；当1号飞机飞到位置2即飞机拐弯时，2号飞机的机身朝向目标区域，控制2号飞机发射干扰信号，从而实现了对目标区域的全时段覆盖干扰。

图5 飞行路线规划

(2)一个干扰系统的干扰功率不足以压制敌方通信。

此时需要一个或多个系统同时进行干扰。协同方式有频域协同和功率协同2种。

① 频域协同方式：每个干扰系统负责一部分频点。

② 功率协同方式：每个干扰系统都对全部频点进行干扰。需要协同干扰的干扰机同时向目标发射干扰信号，不做其他约束。

通过上述分析可以看出，频域协同方式干扰功率没有损失，因此该种方式较优。

(3)一个干扰系统的干扰波束不能覆盖作战区域内需要压制的目标。

当一个干扰系统的干扰波束不能覆盖作战区域的目标时，需要2个或若干个干扰系统，分部负责对一部分区域内的目标进行干扰，多系统联合达到作战目标。

4.2 验证结果

通信场景设置为：通信方飞机速度700 km/h，跑道为长100 km、宽3 km的长方形，通信天线为全向天线，通信发射功率200 W；干扰方1#机，2#机：速度300 km/h，跑道为长50 km、宽2 km的长方形，干扰方在机身两侧分别有一副天线，瞬时波束宽度为15°，波束可扫描覆盖范围±45°，干扰功率1.2 MW。

从图6～图8可以看出，随着干扰机与被干扰设备的运动，其干信比发生变化，误码率、丢帧率也随之相应变化。根据图8丢帧率仿真结果可知，当干信比大于-1 dB时，丢帧率大于5%，认为此时链路断。从图6的整个仿真时段干信比结果可以看出，大约有20%的时间干信比小于-1 dB，且最低的干信比为-2.2 dB。因此要保证100%的压制效果，需要增加干扰机功率或个数，或者使干扰飞机靠近被干扰目标。

图6 通信方1#机、通信方1#舰干信比曲线

图7 通信方1#机、通信方1#舰误码率曲线

图8 通信方1#机、通信方1#舰丢帧率曲线

5 结束语

在通信干扰背景下，信号环境复杂，难以进行信号参数的精确分析，尤其是在考虑工程实际实现时存在难度，分析结果可能得不到可信/理想的评估结果。同时，配合进行侦察干扰效果的设备，其部署位置会直接影响分析结果。通过仿真实验，对不同通信对抗场景下的不同通信链路的协同攻击效果进行在线评估，可以构建策略数据库，为紧急情况下的快速决策提供有力依据。