李文鹏 冯 涛 蔡 啸

（中国洛阳电子装备试验中心 洛阳 471003)

1 引言

训练电磁环境是对战场电磁环境的模拟，构设与未来实战完全一致的复杂电磁环境既不切实际，也无法操作［1］。当前，任务筹划中，基于“战场移位、等效缩比”思想所确定的配训装备配置位置是一个固定的点位置，而实际构设时，受训练场区大小、位置、地形条件以及基地现有装备条件、保障条件等因素客观限制，满足通视等基本要求的配训装备实际部署位置可能需要在所确定的点位置周围一定区域范围内选择，从而导致实际构设的训练电磁环境对战场电磁环境的理论逼真度是一个未知量，且常因实际配置距离偏近或偏远而降低了训练电磁环境对战场电磁环境的实际逼真度。

针对此问题，本文从相似系统角度，基于相似理论基本原理和相似度计算基本方法，结合距离压缩构设思想，考虑在“场区受限、功率有限”背景下的基地训练电磁环境构设基本步骤，重点分析满足一定逼真度的配训装备配置位置区间确定方法，以期能方便配训装备配置位置的灵活选取，提高训练电磁环境对战场电磁环境的实际逼真度。

2 相似系统基本理论及相似度计算公式分析

相似性科学是研究系统间相似程度及其应用的新兴学科，在工程科学、仿真科学等诸多领域有着广泛应用［2］。从仿真建模角度看，若视战场电磁环境为原型系统，训练电磁环境为仿真系统，则构设训练电磁环境等同于构设以战场电磁环境为原型系统的仿真系统，评估训练电磁环境的逼真度等同于评估仿真系统对原型系统的置信度［3］。因此，参考仿真建模基本经验，笔者认为：为提高训练电磁环境构设效率和逼真度，可首先选取战场电磁环境若干关键特征作为模拟的重点，然后以选定的关键特征作为相似要素评估训练电磁环境的逼真度。因此，相似系统基本原理及其应用的相关文献对本文研究有着直接指导意义。

2.1 相似理论基本原理及应用

相似系统基本原理包括序结构原理、信息原理、同源性原理和共适性原理等，这些原理反映了相似系统的形成和演变规律。

其中，序结构原理认为任何系统都有一定的序结构，系统的特性取决于系统的时间序、空间序、功能序和结构序，当两个系统存在相似性时，系统间的相似程度大小取决于各种序结构的共同性程度；信息原理认为系统序结构的形成和演化与系统中的信息作用有关，由要素构成的系统在信息作用下，各要素间相互联系、相互配合，最终使系统内各要素相互协调、富有规律性。

因此，作为战场电磁环境的仿真系统（或相似替代系统)，要想提高训练电磁环境对战场电磁环境的相似程度，在训练电磁环境构设之初，就应考虑如何以某种形式、最大程度地反映战场电磁环境的序结构，并努力使所构设的训练电磁环境与战场电磁环境在信息作用内容、作用形式、信息场强度及其分布规律等方面尽可能接近。为此，笔者认为，训练电磁环境构设要努力实现以下几个方面相似：

1)装备相似：配训装备辐射信号的类型、波段、体制、样式等特性要与模拟的敌方装备相似。

2)信号及其能量相似：参训装备位置处的电磁信号环境、特别是各信号的能量等，要与战场上我方装备位置处的电磁信号环境相似、信号能量相似。

3)战术相似：参训装备和配训装备要模拟实战部署，训练电磁环境态势要反映战场战术变化。

4)时间相似：带有演习背景的训练各阶段时间安排和结点转化要与真实的作战过程具有可比性。

2.2 相似度计算基本公式分析

假定系统A和B 之间共有n（n≤min（k，l))个相似元，若用qn表示要素数量对系统相似度的影响（要素相似度)，qu表示全部相似元对系统相似度的影响（系统相似度)，q表示系统的整体相似度，则［4～7］：

其中，q（ui)为第i个相似元的相似度，βi为基于相似元对系统相似度影响大小不同而取的权重系数。由式（1)～式（3)可见，系统A和B 的相似度大小取决于系统组成要素的数量、相似元的相似度和各相似元的权重系数。

系统组成要素数量和各相似元权重系数取值与评价目的和评价实施者有关，具有一定主观性，不同评价目的和评价实施者得出的结果数值差别可能较大。因此，从切实提高系统整体相似度角度看，提高系统A对B的整体相似度关键在于提高每一个具体相似元的相似度q（ui)，对应于训练电磁环境构设，即应努力从战场电磁环境的每一个关键特征上去逼真模拟。

关于相似元相似度q（ui)的确定方法有多种，针对可以定量表示的组成要素所对应的相似元，目前较常见的计算方法如下［4～7］：

在仿真系统置信度评估中，yr为原型系统的实际数值，ys为仿真系统的仿真数值，对应于训练电磁环境构设，yr可认为是对战场电磁环境中第i个关键特征的估计值，ys是所生成的训练电磁环境在第i个关键特征上对战场电磁环境的模拟值。

3 基于相似系统理论的训练电磁环境距离压缩构设基本步骤

当前，围绕训练电磁环境构设，相关学者纷纷开展了卓有成效的研究。例如：文献［8］将训练电磁环境构设方法分为外场全实物、外场半实物、信号注入式和全数字计算机仿真模拟等四种；文献［9］将训练电磁环境构设方法分为区域以小带大、背景等效模拟、频率限制使用、辐射加大强度、干扰抵近配置等五种。综合上述研究成果可见，训练电磁环境构设通常综合运用实装构设、器材模拟、信号注入等手段和全面构设法、重点构设法、距离压缩构设法、复合替代构设法、定点构设法、伴随构设法等方法进行，其中，距离压缩构设法是在演习区域受限或者装备器材的性能达不到模拟目标的功率性能时，适当靠近被干扰对象布设装备器材的方法。

实际上，“演习区域受限、装备器材性能达不到”是训练基地开展实战化基地训练时普遍面临的客观基础，近年来多数训练基地在承担大型训练演练任务时，基于自身场区条件和装备基础，采用“战场移位、等效缩比”等手段所构设的训练电磁环境，一定意义上即是对“距离压缩构设法”的自觉运用。因此，在前文分析基础上，本节探讨基于相似系统理论的训练电磁环境距离压缩构设基本步骤。

受领任务后，在基本情况分析（包括参训部队基本情况、作战对手基本情况、参训部队训练需求、基地现有训练条件和能力)基础上，笔者认为，基于相似系统理论的训练电磁环境距离压缩构设可参照以下步骤进行：

1)确定想定战场及其序结构和信息作用，依据作战进程划分作战阶段，选择典型作战阶段所对应的典型电磁环境作为训练中着力构建的重点，详细内容包括：

· 确定战略战役背景、双方力量编成、基本对抗态势和作战行动构想等；

· 确定战场敌我用频装备的种类、数量、组网方式，各装备的战技指标、工作体制、信号特征及相互间的信息作用等；

· 根据作战行动构想划分作战阶段，分析各阶段特点及敌我用频装备运用规律，包括分布规律、机动规律、用时规律、用频规律及相互间信息作用规律等；

· 依据各阶段电磁环境特点分析，选定有代表性、可扩展的典型作战阶段所对应的电磁环境作为训练中着力构设的重点；

· 瞄准典型阶段对应的典型电磁环境，确定典型电磁环境中战场总体电磁态势随时间的变化规律，以及各具体辐射源的分布及其辐射活动随时间的变化；

2)基于相似理论基本原理，以装备相似为基础，以信号相似为目的，选定与敌方装备类型、工作波段、工作体制、信号样式以及电磁辐射特性等基本相同的基地装备（或协调装备)作为配训装备，综合采用复合替代等方法模拟敌方装备；

3)采用距离压缩构设，以实现信号能量相似为目的，基于敌方装备和配训装备的发射脉冲功率和天线增益，考虑传输损耗等因素，确定配训装备距参训装备的配置距离，根据模拟需求和战场战术要求，确定配训装备的配置数量及其配置间隔；

4)根据场区地形条件，在满足通视等基本要求的区域，按所确定的距离和间隔部署参训装备和配训装备；

5)基于相似系统基本理论，以战术相似为目的，以时间相似为依据，按作战进程，依次选取各典型作战阶段所对应的典型战场电磁环境的关键特征作为模拟重点并尽力逼真模拟之，依次生成反映作战进程的典型训练电磁环境；

6)在电磁环境监测的基础上，评估所生成的各阶段典型电磁环境对战场电磁环境的逼真度，若逼真度满足要求则完成构设，若否，则需调整装备的部署位置或辐射方向，直至生成满足逼真度要求的训练电磁环境为止。

补充说明的是：笔者认为，战场电磁环境关键特征可区分专业（雷达、通信、光电等)，区分科目（电子干扰、侦察探测、指挥控制、导航定位、制导火控、敌我识别等)，从信号层的相关指标中进行提取，如信号的频率范围、辐射功率、信号带宽、调制样式、信号类型等。

4 基于相似度计算的配训装备配置位置区间确定方法

以雷达装备为例，在使用距离压缩构设法确定配训装备距参训装备的配置距离时，基于相似系统理论、满足一定逼真度的配训装备配置位置区间可采用如下方法确定：

由相似元相似度计算式（4)可知，要使训练中到达参训装备位置处的信号辐射功率（实际辐射功率)S2与想定战场环境中参训装备处的信号辐射功率（预期辐射功率)S1具有90%以上的相似度，则S1和S2应满足式（5)：

假定，敌方威胁装备距我作战装备的空间距离为R1公里，威胁装备的脉冲发射功率Pt1，天线增益为Gt1，模拟威胁装备的配训装备的脉冲发射功率为Pt2，天线增益为Gt2，则由距辐射源R公里处的雷达发射信号功率密度计算式（7)可知：

采用距离压缩法构设训练电磁环境时，要使训练电磁环境与战场电磁环境在组成要素“辐射功率”上具有90%以上相似度，配训装备距参训装备的实际配置位置R2可由式（8)确定：

亦即：满足与战场电磁环境在关键特征“辐射功率”上具有90%以上理论相似度的配训装备配置位间、在各限制因素的制约下选择；当实际配置位置在区域选择时，预期辐射功率与实际辐射功率满足S1≥S2；当 实际配置位置在距参训装备辐射功率与实际辐射功率间满足S1＜S2。

式（8)中A为损耗因子，表征因大气对电磁波的吸收和散射、电磁波绕过地球表面或障碍物的绕射等因素所造成的传输损耗。实地构设中，考虑到训练气象、地形条件与战场气象、地形条件可能存在的差异，反映电磁波传输损耗的损耗因子A1和A2可依据相关经验取值，取值范围可参考文献［10］。

基于上述方式确定配训装备的配置位置区间并实地完成训练部署后，即可转入前文所述训练电磁环境构设的第（5)～（6)步：基于相似系统基本理论，依次选取典型战场电磁环境的若干关键特征作为模拟的重点，并尽力逼真模拟之；然后再在逼真度评估的基础上，调整装备部署位置或辐射方向，逐步提高各训练电磁环境的实际逼真度。

需要说明的是，依托实体装备或模拟器材构设的训练电磁环境与真实战场电磁环境一样，具有热效应、强电场效应、电磁干扰效应和磁效应［1］。应考虑参训兵力对训练电磁环境的响应，设计合理的电磁应力，防止因信号过载、场强过强对参训人员和装备造成损伤［1］。因此，使用距离压缩构设法构设训练电磁环境时，不能无限制的压缩装备之间的配置距离，反而应当设定必要的安全距离或限制装备的峰值功率。即：在参训装备和人员可承受的电磁应力范围内，确定各装备之间的配置位置和配置间距。当因训练地域受限，装备之间的配置距离较近时，应限制各装备的电磁辐射功率，以防止复杂电磁环境效应对参训装备或人员的损害。

5 结语

距离压缩构设法是基地训练电磁环境构设中的常用方法，提高训练电磁环境的逼真度是开展实战化基地训练必须解决的重要问题。本文基于相似系统基本理论，结合基地训练电磁环境构设实践，分析了训练电磁环境构设应努力实现的几个相似原则，提出了基于相似系统理论的训练电磁环境距离压缩构设基本步骤，给出了基于相似度计算、满足一定逼真度要求的参训装备配置区间确定方法，可为降低训练电磁环境构设的盲目性，提高训练电磁环境对战场电磁环境的逼真度提供参考和借鉴。

训练电磁环境构设是一个复杂的系统工程，实际构设中要考虑方方面面的因素，本文基于相似系统理论，给出的训练电磁环境距离压缩构设基本步骤和满足一定逼真度要求的配训装备配置位置区间确定方法是粗浅和带有尝试性的，后续还要在相似系统理论指导下，深入研究战场电磁环境的描述方法、训练电磁环境的构设方法和训练电磁环境的逼真度评估方法，以完善训练电磁环境构设全过程研究，提高所构设的训练电磁环境的逼真度。

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