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武器装备复杂电磁环境适应性试验与评估能力建设

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武器装备复杂电磁环境适应性试验与评估能力建设

蔡小斌1,张东波1,王  2,陈  2

(1.中国航空工业集团有限公司科技委,北京  1000122. 中国航天科工集团8511研究所,江苏南京  210094

摘要:针对武器装备复杂电磁环境下适应性试验与评估能力建设的需求,从全域(时域、频域、空间域、能量域)的角度提出了水声、通信、雷达、光电4个重点专业,天基、空基、陆基、海基4个平台,强电磁干扰与防护以及天地一致数据链等10个重点建设领域,并以电子对抗装备体系、技术体系为输入,提出了武器装备复杂电磁环境适应性试验与评估能力建设的体系,为武器装备试验鉴定条件建设提供指导。

关键词:复杂电磁环境适应性;电子对抗;水声/通信/雷达/光电干扰与对抗;试验测试与评估

 

引言

信息化条件下的作战是以电子技术和信息技术为基础的全维对抗。各种电子设备的大量使用,使战场的电磁环境十分复杂,而复杂电磁环境反过来又会对参与其中信息化武器装备的性能和作战效能产生影响。提高新一代武器装备在复杂电磁干扰环境下的适应性,并充分有效地利用电磁环境、控制电磁环境、夺取并保持电磁优势,是打赢信息化战争的重要前提。

武器装备“能打仗、打胜仗”的一个重要评价条件就是武器装备在复杂电磁环境下的适应性或复杂电磁环境效应试验测试与评估,其本质是模拟武器装备的干扰与对抗,摸清其电子对抗能力底数,对武器装备的复杂电磁环境效应性能进行评估,保证武器装备在战场环境下作战效能的充分发挥。本文通过10余年的研究积累,从全域(时域、频域、空间域、能量域)的角度提出了水声、通信、雷达、光电4个重点专业,天基、空基、陆基、海基4个平台,强电磁干扰与防护以及天地一致数据链等10个重点建设领域,并以电子对抗装备体系、技术体系为输入,提出了武器装备复杂电磁环境适应性试验与评估能力建设的体系,为武器装备试验鉴定条件建设提供指导。

1  美国发展现状

以美国为首的西方军事强国开始高度重视武器装备在复杂电磁环境下的适应性试验,并广泛开展了面向复杂电磁环境的武器装备试验与评价技术研究和能力建设,制定/修订了一系列相关的标准、规范和程序。在F-22、EA-18G等一系列先进装备服役的同时,美国又着手建立起面向战场复杂电磁环境下的多兵种联合作战的联合任务环境试验能力,正在不断加以完善。美国复杂电磁环境试验能力发展情况如图1所示。

 

图1  美国复杂电磁环境试验能力发展情况

1.1  按照作战环境,构建面向工程研制阶段的复杂电磁环境试验能力

美国按照“将外场试验搬进实验室”的思路,构建了大量的内场复杂电磁环境适应性试验能力,极大地减少了后期外场验证工作,缩短了研制周期,提高了研制效率。早在1999年,美国为F-22战斗机电子战设备实验室集成和试验设计开发了先进动态射频仿真系统(ADRS),如图2所示。该系统采用内场注入式半实物测试验证方式,通过模拟武器装备在典型作战场景下的作战环境,生成复杂电磁信号,注入被测武器装备接收机前端,实现了等效于武器装备在实际战场环境下的作战效能评估。

图2  先进动态射频仿真系统([美]ADRS)

1989年,美国开始在爱德华兹空军基地建设电子战系统试验用的微波暗室,现为世界上最大的暗室,能模拟自由空间的电磁特性,对综合电子战设备和航空电子设备进行系统级试验。该暗室可以产生具有复杂特征的电磁信号,能够模拟红/蓝/灰(敌方/友方/未知)对抗环境。可以实现大型航空装备的测试,能够用来评估电子战系统、电子设备等机载设备安装于载机平台后的作战效能。该暗室能满足25万磅(112吨)以下的各种轰炸机、战斗机和运输机复杂电磁环境试验需要,可以测试评估绝大多数欧美国家研制的大型武器装备,如F-22、C-130、NC-130H、MC-130、F-16、B-1、X-43A、X51和C-17等。多机协同性评估试验如图3所示。

图3  多机协同性评估试验

1.2  构建“怎么打,怎么验”的设计定型阶段复杂电磁环境试验能力

美军至少建有20个大型复杂电磁环境试验场,有 8个试验场担负着电子战装备的试验任务,提供逼真的电子对抗训练环境。如爱德华空军基地空军飞行试验中心的空军电子战鉴定模拟器(AFEWES)可在安全的设施内生成高密度的信号环境,并在试验与鉴定期间利用人工控制的威胁模拟器对电子干扰技术进行试验。该基地的内利斯综合发射场配有电子战试验设施,美军主要利用该发射场进行“绿旗”和“红旗”演习。其中“绿旗”演习为专门的电子战演习。

1.3  构建联合任务环境试验能力(JMETC),实现跨地域的多武器装备的复杂电磁环境适应性联合试验能力

2005 年12 月,美国国防部设立联合任务环境试验能力(JMETC)投资计划,为在网络中心环境下实现武器系统采办、试验与训练的联合提供使能工具。

JMETC可跨实验、工程、试验和训练领域开展联合的系统验证。这种能力通过跨地域的环境模拟器和威胁系统来产生各种复杂电磁环境,使武器装备在研制和部署中,能够按照军队实际作战的方式开展试验和训练。它是一种效率更高、更经济有效地开展试验与评估的方式,借助美国已有的保密“研究与工程网”,将国防部分散的试验设施、仿真资源及工业部门的试验资源连接起来,形成网络化分布式试验能力,可以应用于武器装备从需求生成直至工程研制、设计定型和使用与保障等全寿命周期的所有阶段,支持武器装备体系面向战场复杂电磁环境的研制和试验,以及互操作性认证。

近年来,美国国防部已建立起的联合任务环境试验能力,支持了大量的分布式试验与训练活动,如“广域海上监视系统环境集成”、“空海一体战能力开发”等。截至2010年前,专用网上已激活77个试验基础设施节点,另有12个已列入激活计划。

1.4  建立完整面向复杂电磁环境的武器装备研制程序、标准、指南,指导武器装备复杂电磁环境效应的全寿命系统工程工作

美国国防部高度重视复杂电磁环境对武器装备的影响,防务采办指南和试验与评价管理指南都将电磁环境效应(E3)作为武器装备研制程序和试验验证工作中必须考虑的一个重要因素,在武器装备发展的方案论证、研制开发、鉴定定型和作战使用各阶段均要求对其加以重点考虑。美军已经建立了一整套完整的战场电磁环境效应设计、试验与管理流程,如图4所示。推出了电磁环境效应标准,编制了一系列预防电磁环境效应设计、指导电磁环境效应试验和采办的手册,实现了对武器装备电磁环境效应的全寿命期管理。

图4  美军战场电磁环境效应的设计、试验与管理流程

2  国内发展现状

我国已建立起了电子对抗的水声、通信、雷达和光电的专业化研究单位,从20世纪80年代开始,航天工业部成立了“航天电子对抗专家联络员小组”,同年创办《航天电子对抗》杂志。其中,导弹武器复杂电磁环境适应性试验与评估方面具有较好的研究基础。

随着武器装备抗干扰性能的重要性和迫切性日益突出,科工局2010年开始在基础科研计划中,对技术体系进行了梳理,并安排了相关的科研项目。在此基础上,国内进一步开展了武器装备复杂电磁环境适应性能力建设的规划研究工作,通过几年的建设已有了一定的改善,但是离武器装备“能打仗、打胜仗”的评估能力还有较大的差距。

3  复杂电磁环境分析

武器装备在复杂电磁环境下的试验与评估是指在装备指标细化及分解、方案设计、研制生产及摸底测试、科研试验、鉴定试验和在役考核等全寿命周期,通过等效、模拟、实装等手段,构建可重复、可标定、贴近真实的战场电磁环境,在此环境中对被试装备的稳态/动态/瞬态电磁环境效应实施摸底、考核和鉴定。复杂电磁环境包括背景电磁环境和威胁电磁环境,如图5所示。武器装备复杂电磁环境适应性重点在威胁电磁环境下进行考核。

图5  复杂电磁环境分类

4  重点建设领域分析

从武器装备的体系化作战考虑,从全域(时域、频域、空间域、能量域)的角度规划其复杂电磁环境适应性试验与评估条件的建设。

① 时域方面:重点考虑静态和动态试验与评估条件。

② 频域方面:重点考虑专业的试验与评估条件,如图6所示,从电子战装备干扰与对抗的角度可归纳为水声、通信、雷达、光电4大专业。

图6  武器装备的频谱分布图

③空间域方面:重点考虑武器装备平台的试验与评估条件,主要包括天基平台(卫星、航天器等)、空基(各类飞机)、陆基(地面各类战略战术武器和电子信息装备)、海基(水面舰艇和潜艇)4大平台。

④能量域方面:即强电磁干扰与防护,如自然环境下的雷电防护、高功率微波、强电磁脉冲干扰等。

⑤从体系化装备的信息干扰与防护方面考虑,重点考虑天地一致数据链的干扰与防护。

5  规划思路

按照装备的发展战略和发展体系、装备的技术体系和装备的试验验证条件4个层次进行规划,确定武器装备复杂电磁环境适应试验与评估的条件,如图7~图9所示。

 

6  结束语

该规划的实施推动了我国军工企业复杂电磁环境相关的能力建设工作,随着新形势下对武器装备在复杂电磁环境下的适应性考核要求不断提高,本文中提出的4个专业、4个平台、1根“针”(强电磁干扰)、1根“线”(天地一致数据链)的重点建设领域还需进一步扩展,以满足武器装备在战场环境下适应性能力不断提升的需求。

 

致谢

感谢戎建刚、孟建、王明皓、张宝珍、石磊、阎巍等各位专家对本文的大力支持。

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