作战方案仿真推演中的雷达侦察设备建模*
张高峰 吉玉洁
(中国人民解放军91336部队 秦皇岛 066326)
摘要 分析了在作战方案推演应用背景下的舰载雷达侦察设备建模需求。引入仿真实体的概念,将建模需求对应到实体的属性、行为和交互三个方面,采用UML和IDEF0图进行描述。从实体功能、静态结构和初始化数据三个方面开展了实体属性建模;重点针对雷达信号截获和识别过程,建立了雷达侦察设备行为模型;通过明确雷达侦察设备实体与其他实体间的交互关系和交互内容,完成了实体交互建模。建模成果应用于某仿真推演系统的模型开发中,显著提高了模型研制效率和质量。
关键词 仿真推演;雷达侦察设备;雷达信号截获;统一建模语言(UML);行为建模
1 引言
海战场战术演习作战方案仿真推演系统用于演习方案预演、研讨和优化,以及指挥所人员作战指挥过程训练[1]。该推演系统是一套基于仿真模型的全数字分布式仿真系统,红蓝方作战平台、武器装备、对抗效果均由仿真模型实现,作战指挥人员通过平台显控软件进行兵力指挥和武器控制,可通过导调方式人工干预硬武器毁伤效果,软武器对抗效果则完全由模型计算得出。舰载电子对抗系统是水面舰艇防御作战的重要软武器,其中雷达侦察设备作为电子对抗系统的重要传感器之一,需要从密集、交迭、宽频谱的海战场电磁信号中准确识别出威胁目标,并引导电子干扰[2~3],雷达侦察设备建模是仿真推演系统建设的重要环节。
本文重点研究在作战方案推演应用背景下的舰载雷达侦察设备建模方法,首先分析了雷达侦察设备的建模需求,然后采用统一建模语言UML(Unified Modeling Language)[4]和图形化建模语言IDEF0(ICAM Definition 0)[5]对雷达侦察设备的属性、行为和交互特征进行了描述。
2 雷达侦察设备模拟需求
研究舰载雷达侦察设备的模拟需求,需要将其置于海战场战术演习的作战过程中和相应仿真推演系统的运行过程中去分析。
在海战场战术演习过程中,水面舰艇的主要任务是攻击敌方海上兵力和岸上目标,为保证自身安全,防空反导是贯穿水面舰艇整个作战过程的一项重要作战任务[6]。对敌方机载搜索雷达和导弹末制导雷达实施电子干扰是舰艇软武器防空反导的重要环节,有效的电子干扰建立在准确的雷达信号侦收和识别基础上。
在作战方案仿真推演系统中,雷达侦察设备模型主要用于电子对抗作战运用推演环节。设置不同的作战条件,在敌我双方电子武器装备型号和性能确定的前提下,利用仿真模型准确模拟敌我双方电子武器的技术性能、作战流程和对抗效果,在仿真对抗的过程中不断优化电子对抗方案,不断强化指挥员对作战指挥过程的熟悉程度,使得电子对抗方案更趋合理,也使得指挥员在外场实际演习过程中能做到心中有数、从容应对,是作战方案仿真推演系统在电子对抗作战运用推演环节的主要目的[7]。另外,根据推演需求,雷达侦察设备模型需要能够根据临机导调指令改变自身生存状态和开关机状态。
根据上述对雷达侦察设备模型应用环境的分析,结合实际装备的功能、工作方式、显控需求和环境影响因素,可得出如下具体模拟需求:
1)需要模拟雷达侦察设备的主要战术功能和工作过程,包括对雷达信号的截获、识别、威胁判断、告警和干扰引导。
2)需要模拟指定型号雷达侦察设备的技术指标,如信号侦收频段、灵敏度、动态范围、测频测向精度、告警反应时间等。
3)需要能够显示雷达信号接收、识别和告警等情况,能够响应导调控制指令。
4)需要体现自然环境对设备工作过程的影响,如:大气传输衰减和地球曲率对雷达信号侦收的影响,海情对设备工作稳定性的影响等。
通过上述需求分析,基于相似性原理和适当简化的考虑,应将雷达侦察设备模型的粒度定位在功能机理级。可按照具体功能模块来组织模型结构,而没有必要严格按照实装组成对信号接收天线、测频测向接收机、信号处理机、显控台等进行逐一精细模拟。不同型号雷达侦察设备的战术功能和工作流程大致相同,因此对于不同型号雷达侦察设备的模拟,可通过为通用模型装订不同性能参数的方式来实现。另外,需要开发显示控制软件,用于设备开关机控制和信号显示。本文主要对除显控软件外的模拟内容的建模方法进行探讨,侧重于逻辑建模。
一对多(OVA)拆分策略:将多分类问题进行拆分,若样本具有M个类别,则将数据集划分为M部分,每一部分为一个类别,与OVO不同的是,使用训练时的分类器数目与参与训练的数据不同。OVA只需要M个训练器,即只形成M个二分类任务,因此参与训练的数据与OVO不同,它是依次分别以每一类别为正类,其余类别的数据集统一带上负类的标签,也就是将其余数据集的标签重新打上。若最终各个分类器的预测结果出现一正多负的情形,则将最终的预测类别附上所在正类的样本标签;若出现结果为多正多负的情形,则最终的预测类别为置信度最高的正类样本的标签。
1996年至2013年,谢晖主政自治区劳教、监狱系统达17年之久。该两局虽是新疆自治区司法厅下属的二级局,但在人、财、物等方面长期独立于司法厅之外,致使在谢晖任职期间被打造成了“独立王国”。在担任监狱管理局党委书记、局长近三年时间里,谢晖更是疯狂以权谋私,造成十分恶劣影响。
在建模过程中,我们采用实体的概念,将建模需求对应到雷达侦察设备实体的属性、行为和交互三个方面,并采用UML和IDEF0图进行描述。
3 实体属性建模
从实体功能、实体静态结构和实体初始化数据三个方面来描述雷达侦察设备实体的属性。
想与网上商城形成竞争优势,就必须跟它有差异化,打造出让客户在网上不能体验的效果。现在同质化经营普遍很严重,模仿式经营层出不穷,导致很多实体商业出现发展瓶颈,甚至有的已经出现亏损而不得不将商店关门的状态,因此必须调整销售途径,注重差异化运营模式。比如有些名贵物品在网上交易后,后期邮寄过程中难以得到较好的保护,不可避免地会产生一些碰撞,会影响物品的完好性,所以实体商店可以利用此点,转变自身销售途径,基于现存的标准系统,加强物品的售后服务,解决消费者的顾虑。
3.1 实体功能
2)能域截获算法
雷达侦察设备实体的战术功能主要包括:
雷达侦察设备实体完成初始化后,实时接收舰艇综合导航信息和雷达信号信息,从综合导航信息中获取搭载平台位置和自然环境信息;判断设备生存状态和工作状态正常后,进行雷达信号的截获、识别和告警处理。雷达侦察设备实体总体行为流程如图2所示。雷达侦察设备实体的核心作战行为为雷达信号截获和雷达信号识别[13],下面重点对这两个子行为及涉及算法进行介绍。
1)能够完成雷达信号截获。能够从复杂电磁信号中分选出独立的雷达信号,基于雷达侦察设备的技术指标参数和雷达信号特征,判定能否截获该雷达信号,并对截获后的雷达信号建批[9]。
2)能够完成雷达信号识别。能够针对已截获的雷达信号,采用数据库匹配或分析计算方式,得出雷达信号的威胁等级等识别信息。
若雷达与侦察设备之间的实际距离R小于通视距离Rsr时,认为该雷达信号符合空域截获条件,否则判断不能被截获。
雷达侦察设备实体的仿真功能主要包括:
1)能够完成仿真初始化。能够利用从仿真平台接收到的初始化数据完成作战想定数据和设备性能参数的初始化。
2)能够完成信息接收和存储。能够从仿真平台接收外部信息并进行存储。
以SPSS 19.0统计学软件统计计算数据。肺部感染、泌尿系统感染、胃肠综合征等术后并发症情况以及护理满意度以(%)形式表示,进行 χ2检验;切口拆线时间、住院时间、血糖水平以(±s)形式表示,进行 t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。
3)能够完成数据库加载。能够加载用于信号识别的雷达情报数据库。
4)能够完成信息发送。能够按照模型对外输出接口要求,完成对输出信息的数据组织、结构拼接和信息发送。
进入文本,是为走出文本,是想寻找问题、提出问题、解决问题,也是为寻找消解困惑的方式、方法。愿景虽好,但效果未必佳。时间一久,我倒也有些执拗,所谓“确信”似乎又与西西佛斯的做法有点类似。不管那么多了,还是阅读吧。以下提到的十个短篇小说,是我印象中的2018年度短篇小说十佳,可以看作一个人的短篇小说排行榜。
1)仅模拟雷达侦察部分,不模拟情报侦察部分。
2)采用功能级仿真方式,仅对雷达侦察设备进行工作机理级仿真,不进行设备结构级和信号级仿真。
3)不考虑海杂波对雷达信号截获的影响。
但是这种保护与建立模式,需要学校和老师的正确指导与引领,如果一味交由学生建设与管理,则很容易涣散并失去建立的初衷,最终导致相应校园文化的变形、失传。这意味着,这种模式的保护与建立工作,难以由学生自发组织并长久维持乃至发展传承,需要学校投入一定数量的经历和人员进行管理和监督工作。
3.2 实体静态结构
实体静态结构描述雷达侦察设备实体的内部逻辑结构,采用IDEF0图进行描述,如图1所示。
图1 雷达侦察设备实体内部逻辑结构
依据战术功能和仿真功能要求,雷达侦察设备实体由初始化部件、信息接收存储部件、共享数据存储区部件、状态解算部件、雷达信号截获解算部件、雷达目标识别解算部件和报文组织拼接发送部件等七个功能模块组成[10]。
3.3 实体初始化数据
实体初始化数据包括想定初始化数据和性能初始化数据。想定初始化数据与作战想定设置相关,随作战想定的不同而不同,如搭载平台、敌我属性和初始位置等参数,见表1。
表1 想定初始化数据示例
性能初始化数据与设备型号相关,它描述了不同型号雷达侦察设备的技术性能指标。将性能参数与模型分离,在每次仿真初始化时进行指定,可有效提高模型的重用性[11]。雷达侦察设备性能初始化数据示例见表2。
表2 性能初始化数据示例
4 实体行为建模
实体行为是实体为实现战术功能和仿真功能而进行决策、行动的过程,是实体状态转移变化的动因和依据[12]。实体行为描述要素包括实体动作、执行顺序、触发条件和实现算法,以及实体内部各部件间的协作流程等,采用UML活动图和顺序图进行描述。
4.1 总体行为
近年来,我国航空用金属材料发展迅猛,使得航空产品快速更新换代,反过来也对材料本身提出了更新和更高的要求。我国一方面主张持续改进传统金属材料,另一方面则更加强调航空金属材料的产业化与技术转移的新趋向。本文主要通过对国内外航空用金属材料行业的发展研究,以及国内外航空用金属材料标准和标准体系的对比分析研究,提出个人观点及相关建议,希望能为我国航空用金属材料标准体系的建设与完善增添助力。
图2 雷达侦察设备总体行为
4.2 雷达信号截获子行为
图3 雷达信号截获子行为
雷达侦察设备实体在接收到雷达信号后,将触发雷达信号截获子行为,该行为过程主要是依据雷达侦察设备的性能参数、雷达信号参数和相对位置关系,从频域、能域和空域三个维度综合判定某雷达信号是否能够被侦察机截获,并对截获后的雷达信号建批,如图3所示。
雷达侦察设备实体的基本假定主要包括:
雷达信号截获子行为涉及到的主要算法包括频域截获算法、能域截获算法和空域截获算法。
1)频域截获算法
当雷达辐射源的工作频率(射频)在雷达侦察设备侦察频段上下限之间时,认为该雷达信号频域上可被截获,否则判断不能被截获[14]。
实体功能包括战术功能、仿真功能和基本假定三个方面。战术功能来源于建模需求,侧重描述雷达侦察设备在作战过程中发挥的作用;仿真功能来源于仿真平台对模型的调用、维护和交互支持的需求,侧重描述实体在仿真环境中正常运行所必须具备的功能[8];基本假定是对模型简化处理的主要方面的描述。
式中,Lf 为频率衰减因子,Lr 为距离衰减因子,其计算公式分别见式(2)和式(3):
电磁波在传输过程中有一定的损耗,因此到达雷达侦察接收机的信号能量要小于雷达辐射源处的能量[15]。自由空间传输损耗Lbf 为
式中,f 为雷达辐射源的工作频率(MHz),R 为雷达与侦察设备间的距离(km)。
雷达侦察设备接收机输入的脉冲功率Pr为
式中,Pb 为衰减前的雷达辐射源脉冲功率。
若Pr 大于侦察设备的灵敏度,并小于侦察设备的灵敏度与动态范围的和,认为该雷达信号能域上可被截获,否则判断不能被截获[16]。
3)空域截获算法
雷达辐射电磁波在空间是近似直线传播的,地球表面的弯曲会使雷达与雷达侦察设备之间的通视距离受到限制。通视距离Rsr为
骷髅们的动作幅度更加剧烈,似乎正在一点一点地活过来,同时,刚刚被唐飞霄丢进去的那块大石,“嗖”地从洞口飞了出来,以更加猛烈地势头,朝着他飞撞过来。他躲避不及,忙用两只节足交叉横于胸前。大石与节足相碰,他只觉一股巨力涌来,急忙四足离地,借力向后飘退。
式中,Ha 为雷达天线高度(m),Ht 为雷达侦察设备天线高度。
3)能够完成威胁目标告警。能够根据信号识别结果,确定威胁目标,并将威胁雷达信号参数实时上报电子对抗显控设备,用于支持干扰决策和引导。
4.3 雷达信号识别子行为
雷达侦察设备实体在判定某雷达信号可截获后,将触发雷达信号识别子行为,该行为过程主要是通过情报数据库匹配方式或参数计算方式得出目标雷达的用途、搭载平台类型、威胁等级和推荐干扰样式等识别信息[17]。雷达信号识别子行为如图4所示。
图4 雷达信号识别子行为
雷达信号识别子行为涉及到的主要算法包括数据库信号匹配算法和基于雷达参数的威胁评估算法。这里重点介绍数据库信号匹配算法。
基于数据库的识别是指用接收到的雷达信号与雷达情报数据库中的情报数据进行参数匹配,如果一部信号在雷达情报数据库有匹配数据记录,则从该条数据记录中读取雷达识别信息[18~19]。通过计算雷达信号与数据库表中信号的隶属度的方式来进行信号匹配,需要分别针对信号射频值、重频值和脉宽值进行隶属度计算。
射频隶属度UF 为
重频隶属度UP 为
脉宽隶属度UW 为
式(6)~(8)中,CF 、PRI 、PW 分别为雷达信号的射频值、重频值和脉宽值,RF 、RP 、RW 分别为数据库中某部雷达信号的射频值、重频值和脉宽值。当UF 、UP 、UW 中任一值大于1时,取其倒数。
在霞浦进行拍摄,要考虑到潮汐带来的景色变化,随着潮水的褪去,滩涂才会显露出来,此时是拍摄的最佳时机。沙江是此行拍摄滩涂最为壮观的地点之一,本来期待拍摄落日的我们,虽然没有如期而遇地等到太阳,没有晚霞的绚丽色彩,索性使用黑白模式。这里众多插在滩涂上的竹竿形成的优美线条,错落有致地排列在“S”形的港湾水道两边,依然构成了一幅完美的滩涂风景。每当海带收获季节,来来往往的船只,在竿影间繁忙穿梭,水墨韵律更加美妙突出。
雷达信号的总隶属度U 为
离体消化的参数和离体消化程序参照赵峰的方法[7],胃蛋白酶和胰液素酶的消化时间3~4 h最佳,水解温度为38℃,胃蛋白酶水解的最适pH值为2~3,胰液素酶水解的最适pH值为6.6,胃蛋白酶(P7000)、胰液素(P7545-25G)不是肉鸭的特异性酶,其中饲料添加量、pH值等消化参数做了具体调整。
式中,δ 1、δ 2、δ 3分别为射频、重频、脉宽隶属的权重值,δ 1+δ 2+δ 3=1。
假设数据库中有N条记录,则可得到N个隶属度,取N个隶属度的最大值为U ,如果U 大于设定阈值,则信号匹配成功[20]。
4.4 部件协作流程
部件协作流程用于描述雷达侦察设备实体内部各部件间的数据传递关系和先后顺序,如图5所示。
我国持续遵守改革开放的发展原则,近些年积极参加和承办类似博鳌论坛等知识、技术研讨交流会,这为我国各地区农业机械技术的发展提供了有利途径,各地政府管理部门应当积极鼓励技术人员关注乃至参与技术交流会,一方面学习国内最前沿的科学技术,不使自身落后于整个行业,不为当地农业经济发展设限,另一方面也可以近距离接触国际相对前沿的科技和思想,为我国农业机械技术研发提供方向启发,为我国农业机械技术跟上世界发展脚步奠定基础,也为我国农业机械技术引领世界潮流提供帮助。
希望各出版社够增加英语原版书籍和音像材料的引进和出版,加大市场流通。尤其入门级英语原版童书绘本的市场细分需要加强和完善,以便给广大英语入门学习者提供充分地道的语言环境,为英语语言的灵活运用提供丰富的借鉴范本,为语言技能习得打好坚实的基础。
图5 实体内部件协作流程
在部件组件化开发过程中,部件协作流程图有助于模型开发人员清晰地定义各部件对于外来信息及内部信息的接收和生成能力。
5 实体交互建模
实体交互建模的主要任务是描述雷达侦察设备实体与其他关联实体间有顺序的交互,并精确定义交互内容。其中,实体交互时序采用UML顺序图进行描述,雷达侦察设备实体交互时序如图6所示。
图6 实体交互时序
根据交互更新方式的不同将实体交互分为信息和消息。其中,周期性更新的交互称为信息,事件触发更新的交互称为消息。以雷达侦察目标信息为例,对实体交互内容的描述方法进行介绍。表3列出了雷达侦察目标信息的交互说明。
表3 雷达侦察目标信息交互说明
雷达侦察目标信息的具体内容见表4。
总之,美国政治家在面对具体问题时,总要把外交决策置于精明的利益计算之上,任何时候都决不会脱离利己为先的盘算,这是美国外交的“现实主义”一面;但是,美国外交同时也要处理好现实利益与自由主义价值认同之间的关系,这是所谓“理想主义”一面。毫无疑问,现实主义国家利益观与自由主义价值认同感的有机结合,才是国际外交的“美国风格”。忽视相对独特的自由主义观念对美国外交的影响,显然是片面的。
表4 雷达侦察目标信息内容示例
6 结语
本文所建立的舰载雷达侦察设备模型属于逻辑模型,可有效指导程序模型开发,该模型已应用于某仿真推演系统开发中,显著提高了模型研制效率和质量。对雷达侦察设备的建模在作战方案仿真推演系统的模型体系建设中具有典型代表性意义。本文采用的基于UML和IDEF0图的建模方法较为简单而清晰,可准确地表达建模对象的属性、行为和交互特征,特别适用于类似作战方案推演系统这样的大规模模型开发应用场景,具有一定的推广应用前景。后续还需进一步完善和优化模型设计方法,形成要素齐全、表述规范、普遍适用的装备实体建模标准。
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Modeling of Radar Reconnaissance Equipment in Simulation Deduction of Combat Plan
ZHANG Gaofeng JI Yujie
(No.91336 Troops of PLA,Qinhuangdao 066326)
Abstract The modeling requirements of shipborne radar reconnaissance equipment in the context of the application of combat plan deduction are analyzed.The concept of simulation entity is introduced,and the modeling requirements are mapped to the attributes,behaviors and interactions of the entity,which are described by UML and IDEF0 diagrams.The entity attribute modeling is carried out from three aspects:entity function,static structure and initialization data.The behavior model of radar reconnaissance equipment is established focusing on the process of radar signal interception and recognition.The entity interaction modeling is completed by clarifying the interaction relationship and content between the radar reconnaissance equipment entity and other entities.The modeling results are applied to the model development of a simulation deduction system,which significantly improves the efficiency and quality of model development.
Key Words simulation deduction,radar reconnaissance equipment,radar signal interception,unified modeling language(UML),behavior modeling
中图分类号 TP391.9
DOI: 10.3969/j.issn.1672-9730.2019.09.017
*收稿日期: 2019年3月14日,
修回日期: 2019年4月27日
作者简介: 张高峰,男,高级工程师,研究方向:系统建模与仿真。吉玉洁,女,硕士,工程师,研究方向:系统建模与仿真。
Class Number TP391.9
标签:仿真推演论文; 雷达侦察设备论文; 雷达信号截获论文; 统一建模语言(UML)论文; 行为建模论文; 中国人民解放军91336部队论文;