3 2 2 2 2 2 V o l. 33, N o. 4 A p ril, 2008 　 文章编号: 1002 0640 (2008) 04 　 0044 04 火 力 与 指 挥 控 制 F ire Con tro l and Comm and Con tro l 　 　 第 33 卷　第 4 期 2008 年 4 月 仿真雷达组网方案生成方法 苏　伟, 罗雪山, 张耀鸿, 雷宏林 (国防科技大学C 4 ISR 技术国防科技重点实验室, 湖南　长沙　410073) 　　摘　要: 提出了一种基于仿真的雷达组网方案生成方法, 研究基于仿真的设计 (SBD ) 方法在雷达组网的分析、设计与评估 中的应用过程, 并建立了基于仿真的雷达组网方案分析设计一体化集成环境。 该方法针对雷达组网方案分析、设计的具体需 求, 以建模与仿真技术为支撑, 有助于对多任务条件、多种战术背景下的雷达组网方案进行分析、评估和优化, 为雷达指挥所 指挥员和作战参谋提供雷达组网方案的辅助分析, 提高指挥所在多种战术背景下的快速反应能力和整体作战指挥能力。 关键词: 雷达组网, 基于仿真的设计, 方案设计, 效能评估, 优化 中图分类号: T P391　　　　文献标识码: A Research on Sim ula tion-ba sed Radar Net Schem e Genera tion SU W ei, LU O Xue shan, ZHAN G Yao hong, L E I Hong lin (K ey L abora tory of C 4 IS R T echnology , N a tiona l U n iv ersity of D ef ense T echnology , C hang sha 410073, C h ina) 　　Abstract: T h is p ap er p resen ts a sim u lation based radar net schem e generation m ethod, discu sses the p rocess of app lication of sim u lation based design (SBD ) m ethod to analysis, design and evaluation of the radar net and an in tegrated environm en t of radar net schem e analysis and design based on sim u lation is th is m ethod can be u sed in analysis, con structed evaluation and op tim ization of radar net schem e under m u ltip le m ission and m u ltip le tactical backgrounds T he m ethod p rovides aided design and analysis of netted radar schem e fo r radar comm anders and op eration officers to im p rove rap id respon se cap ab ility and overall op erational comm and cap ab ility of comm and po st W ith the suppo rt of m odeling and sim u lation (M &S) , Key words: radar net, SBD , p ro ject design, efficiency evaluation, op tim ization 引　言 雷达组网是近年来发展的最新技术, 也是对付 A RM 、抗干扰、反隐身的一种有效措施。威力覆盖区 互有重叠的雷达组网会带来很多好处: 首先是提高 了发现概率和数据率; 二是航迹起始更早、更可靠; 三是当一部雷达出现故障时, 组网改善了系统的重 新组合能力。组网可增强整个网的抗摧毁、反隐身和 抗干扰能力。 雷达组网在军用和民用系统中已经获得广泛的 43 战术防空系统、罗马地区的 应用, 如美国的 T PS 　收稿日期: 2006 07 14　　　修回日期: 2006 11 25 基金项目: 国防预研基金资助项目 (514060103KG01) 　作者简介: 苏　伟 (1979 　) , 男, 山东嘉祥人, 博士研究 生, 主要研究方向: C 4 ISR 系统分析与设计, 系 统建模与仿真。 交通管制系统、德国的西门子低空防御系统等都是 利用多部雷达组网, 从而提高了整体的情报保障能 力。 但目前世界上各国对空情报雷达网大部分只有 情报处理中心, 而缺少统一的控制能力, 不能提供雷 达组网辅助决策支持。 在传统的组网防空任务执行 过程中, 通常由参谋人员根据经验、任务和雷达状况 以及气象和干扰等情况组织相应的雷达开机, 这种 方式的雷达情报保障一是不可靠, 受人的主观因素 的影响; 二是效率低, 速度慢, 不适应多任务、多目标 的复杂空情保障, 同时也不能充分发挥现有雷达网 的作战潜能。 本文中采用的基于仿真的雷达组网方案生成与 优化方法, 改变了传统的雷达组网初始方案的生成 方式, 根据雷达对目标航迹上各点探测概率的分析 和防空任务的具体要求, 使用一定的初始雷达方案 生成算法得出雷达初始方案。 对雷达初始方案进行 

Ù 建模与仿真, 按照防空任务要求设定仿真条件和参 数, 检验组网方案完成防空任务的能力, 并根据仿真 结果对方案进行修改和完善, 可以得到最终的雷达 组网实施方案, 即: 一定的雷达开机序列。 雷达指控 系统根据此雷达开机序列实现作战过程中参与作战 的各部雷达的自动化的开关机。 最终实施的组网方 案可以存入组网方案数据库, 以备再次使用。相对于 传统的组网的人工调整方式, 根据雷达组网方案自 动 的通过C 4 ISR 系统组织相应的雷达开关机, 该方 法更加高效、准确, 实现了组网对指挥中心的辅助决 策支持, 提高了快速反应能力和灵活组织能力。 1　雷达组网的结构和功能 1 1　雷达组网的结构 雷达组网技术是通过对多部不同体制、不同频 段、不同极化方式的雷达站按一定的配置方法进行 部署, 不同的雷达可以从不同的方向对目标进行探 测和跟踪、并把各雷达站获得的目标信息实时互通。 目标信息呈“网状”收集和传递, 并由中心站综合处 理、控制和管理, 从而形成一个有机的整体。 网内各 雷达站的信息 (原始视频、点迹、航迹等) 汇集至中心 站综合处理, 得出雷达网覆盖范围内的情况信息和 战略态势。 雷达组网从结构上可分为三种形式[ 1 ]。 (1) 单基地雷达组网, 这是众所周知的组网概 念。 这种组网形式将各自相互独立的多部雷达系统 通过组网技术, 构成一个有机整体, 使网内雷达工作 方 式灵活多变。 不同雷达空间位置分离, 在对付 A RM 、抗干扰、反隐身方面具有一定的优势, 当某部 雷达与网中心失去联系时, 也可独立完成部分工作。 单基地多雷达系统的组网方式在国内外军用C 3 I 系 统和民用空中交通管制系统中已有较多应用, 并在 提高预警探测系统的整体效能方面现实可行, 本文 重点研究的就是该种组网形式。 按照数据处理方式的不同, 单基地雷达组网还 可以为分布式和集中式两类。 分布式结构的特点是 每个雷达站都配有一个点迹 航迹数据独立的计时 器, 将本站航迹综合起来向上级站传输; 而集中式结 构则使用一台共用的数据处理器以获得多雷达航 迹。从理论上集中式由于不丢失信息, 因而可获得最 佳航迹。 但在这种情况下, 点迹数据的处理复杂, 计 算量大, 而且对通信速率要求很高, 所以实现起来有 较大的困难。 (2) 多基地雷达组网, 是从双基地雷达组网的基 多基地 础上发展而来的。这种组网可以充分利用双 苏　伟, 等: 仿真雷达组网方案生成方法 ·54· (总第 33- 0481) 　　　　 空间分集的特性, 适应复杂的电子干扰环境, 有效地 对抗A RM 、隐身目标以及低空突防。由于多基地雷 达技术要求复杂, 关于多基地雷达组网系统的研究 目前国内外仍处于实验和理论性能评估的阶段。 (3) 单基地、双 多基地雷达混合组网。这种组网 形式具有上述两种方式的共同优点, 其工作方式灵 活多变, 还可以在单基地雷达与双基地接收机之间 构成“搭便式”双基地。 2　雷达组网的功能 1 图 1 中 描 述 了 单 基 地 雷 达 组 网 进 行 反 空 袭 作 战的情形。组网中 的 3 个雷达站 (也 可 能 有 更 多 的 雷 达站) 将在不同位 置、不同角度获得 的 目 标 信 息 分 别 进行融合处理, 然 后 将 生 成 的 目 标 航 迹 信 息 上 报 到 雷 达 网 融 合 控 制 中心, 形成更为丰富、准确的目标航迹与位置信息。 防空指挥所根据雷达网融合控制中心提供的目标信 息下达作战命令, 对目标实施空中、地面拦截。 雷达组网的效能不仅是网内所有雷达效能的叠 加, 而是有质上的较大飞跃。 对一般防空雷达网而 言, 从配置上说, 雷达网应有高、中、低空、超低空立 体式的观察能力; 从任务上来说, 雷达网应具有预 警、引导、干扰、目标指示和指挥控制等功能; 从技术 上来说, 应实现各单部雷达系统信息的相关处理、以 及网内雷达资源的共享。 1 3　雷达组网分析设计的需求 雷达组网的分析与设计是一个复杂的过程, 对 于一些基础性的数据, 如地理数据 (在雷达架设时要 计算高度, 遮敝角, 反射面)、雷达技战术性能指标数 据等依赖较多, 而这些数据是易变的且不容易得到。 另外, 由这些数据计算空间任意一点的雷达探测概 率运算量很大, 需要存贮的数据也很多, 要用如此浩 繁的数据来支持作战指挥, 对数据的管理要求很高。 还有, 即使是同一部雷达在实际使用中威力也是不 同的, 如测高雷达可以定在某个方位。某些雷达天线 是可以俯仰的, 水平方向也有扇扫和圆周扫描之分, 主瓣中强线的角度不同, 在空间各点的发现概率也 完全不同。还有一些多发射机雷达, 在使用时并不是 

·64· 　　 (总第 33- 0482) 火 力 与 指 挥 控 制 2008 年　第 4 期 同时加高压, 只是部分加高压, 这样该雷达的威力图 又会不一样。正因为上述原因, 雷达组网目前还只是 停留在理论研究。 本文力图从作战实际出发, 一方面使雷达组网 与雷达的技术性能以及实际作战使用结合起来, 使 雷达组网的数据能充分而方便地为指挥人员所用。 另一方面, 利用先进的系统分析设计方法 基于仿真 对雷达组网进行辅助分析设计, 根据作 的设计方法 战任务和具体的作战环境得出雷达组网方案, 为指 挥人员提供决策支持。 2　SBD 方法的应用过程 2 1　雷达组网方案生成与优化过程 如 1 3 节中提到的, 雷达组网的分析与设计是 一个复杂的过程, 其依赖的数据繁多、数据运算量 大, 并且在实际应用过程中受到很多不确定因素的 影响。那么在已有雷达组网系统的基础上, 如何对现 有组网系统进行有效的利用和调配, 实现指挥中心 对雷达系统快速、准确的指挥与控制, 充分发挥现有 组网系统的效能, 提高雷达组网的快速反应能力和 灵活组织能力, 是一个非常重要的问题。 建模与仿真技术在雷达组网方案生成与优化过 程中的应用分为训练和应用两个阶段。 在训练阶段 (如图 2 所示) , 建模与仿真技术主要用于雷达组网 系统的建模、组网方案的生成、效能分析与评估, 主 要内容包括: (1) 对雷达组网系统进行建模, 包括雷 达模型、目标模型、干扰模型、任务处理模型等。 (2) 组网探测概率计算。 根据预先设定的可能的目标航 迹, 计算航迹上各点在雷达威力区域内的探测概率, 并根据不同的任务要求确定是否需要增开雷达以提 高探测概率。 比如, 对于重要空情或目标信息, 或由 于干扰因素, 在目标航迹上需要同时开启多部雷达 形成威力重叠区域, 以提高目标的发现概率和探测 精度。(3) 组网仿真。通过概率计算形成的雷达组网 方案表现为组网内各部雷达的开关机序列, 以及雷 达的仰角、方位等信息, 根据组网方案建立仿真工程 并对防空过程进行仿真。 (4) 对仿真的结果进行分 析、效能评估与优化, 判断防空过程是否达到预期的 作战要求。通过设定不同的雷达组网方案进行仿真, 可以比较不同方案的优劣。 最终得出的优化方案存 入方案数据库, 以备调用。 应用阶段 (如图 3 所示) 的主要内容是根据不同 的防空任务调用相应的雷达组网方案, 根据具体情 况对方案进行调整, 并将生成的雷达开机序列传送 给雷达组网指挥控制系统, 实现对雷达组网的自动 控制。执行防空任务过程中应用的组网方案、产生的 目标数据、雷达探测数据等可以充实到相应的数据 库中, 并根据实际的应用对已有的数据进行修改和 优化, 提高组网模型和仿真实验的可信度。 2 2　雷达组网效能分析与评估技术 雷达组网的效能分析与评估是人们在雷达组网 的分析与设计研究过程中的一个热点问题, 但由于 雷达组网系统本身的复杂性以及应用过程中环境的 易变性、影响因素的多样性, 使得对雷达组网效能进 行准确的预测和评估是一件很困难的事情。 本文在 研究中借助基于仿真的设计方法, 按照防空任务要 求设置不同的仿真条件和参数进行仿真实验, 以检 验组网方案完成防空任务的能力, 并根据仿真结果 比较不同方案的优劣, 对方案进行修改和完善。 同 时, 将基于仿真的设计方法与特定的效能分析与评 价方法相结合, 利用系统分析与评价中的方法对仿 真结果进行分析, 为雷达组网的效能分析与评估提 供一种定性与定量相结合的手段。 目前常用的效能 分析与评估方法有 SEA 方法、层次分析法、ADC 效 能分析方法以及模糊综合评价方法等[ 2 ]。 ( 1 ) SEA ( System Effectiveness A nalysis ) 方 法[ 3 ]。 SEA 方法是一种系统有效性分析方法, 通过 把系统能力和使命要求在同一公共属性空间进行比 较, 得到有效性评定的若干参量, 适当的组合这些参 量即得到系统评价的总的度量。SEA 方法常常用于 对整个C 3 I 系统的效能评价, 但对于作为C 3 I 系统的 预警探测部分的雷达组网也同样适用。 (2) 层次分析法 (A nalytic H ierarchy P rocess) , 是系统工程中对非定量事件做定量分析的一种有效 方法。近年来, 层次分析法作为一个有效的多准则决 

1 3 苏　伟, 等: 仿真雷达组网方案生成方法 ·74· (总第 33- 0483) 　　　　 策方法, 已受到人们越来越多的重视。由于A H P 方 法需要通过专家打分或统计的方法确定权重, 受主 观因素影响较大, 因此在运用A H P 方法对雷达组网 进行效能评估时需要对其进行改进, 主要体现在权 重的确定以及对原始指标数据的处理上。 (3)ADC 效能分析方法, 美国工业界武器系统 效能咨询委员会建立的W SE IA C 模型 (E= ADC) 被 认为是一种有效、通用的模型。在武器装备系统效能 评估领域有着广泛的应用, 并在实践中针对不同的 情况提出了很多修正模型。 3　支持环境的设计 根据基于仿真的雷达组网方案生成方法及其在 雷达组网的方案分析、设计与生成中的应用过程, 本 文建立了基于仿真的雷达组网方案生成与优化一体 化集成环境。 该系统是一个由几个分系统组成的集 成 环 境, 能 够 在 W indow sN T、W indow s2000 上 运 行, 具备基础数据管理、雷达组网方案生成与编辑、 雷达组网方案仿真分析、雷达组网仿真演示、雷达组 网仿真结果分析等功能。通过本系统, 用户可以设置 一定的目标航迹或防空作战任务, 系统根据目标航 迹或防空作战任务自动生成雷达组网初始方案, 用 户可以对方案进行仿真, 并对仿真结果进行分析与 评估。雷达组网方案存入基础数据库中以备使用, 雷 达组网仿真过程及仿真结果可以进行可视化演示。 图 4　集成环境总体结构 如图4 所示为雷达组网方案分析设计与优化系 统的总体结构, 系统由 5 个子系统构成, 分别完成雷 达组网方案的生成与编辑、仿真、评估、仿真过程演 示以及基础数据的维护与管理等功能。 3 1　雷达组网方案编辑系统 该子系统是一个集图形和文本编辑于一体的可 视化编辑环境, 主要完成目标航迹的管理、防空任务 的设定和雷达组网方案的生成等功能。在该环境中, 不同型号的雷达分布于某地图区域内, 雷达具有侦 察半径、发现概率、开关机时间等属性, 可以对雷达 属性进行编辑并设置雷达开机序列以实现不同时间 段内的雷达自动开关机。 方案编辑人员根据不同组 网防空作战任务输入相应的目标航迹信息, 包括目 标的类型、速度、起飞时间、位置信息等等。系统根据 一定的雷达组网方案生成算法, 生成雷达组网初始 开机序列方案。 方案编辑人员可以对生成的组网方 案进行编辑和调整, 以满足特殊的作战需求和重点。 生成的雷达组网初始方案保存在组网方案库中。 3 2　雷达组网方案仿真系统 该子系统用于将基本的模型组件集成到仿真环 境中, 实现模型之间的仿真交互以及仿真数据的采 集。 在调入组网方案库中的方案并对模型进行初始 化配置之后, 该系统可以对雷达组网方案进行仿真, 并将仿真过程中采集的数据存入实验数据库中。 系 统可以提供单机本地运行、多机分布式运行、嵌入式 运行 (HLA ) 3 种仿真运行模式。 3 3　雷达组网方案评估系统 设置雷达组网的效能指标如探测效能、抗干扰 效能、反隐身效能等指标值, 并根据此指标值对从实 验数据库中提取的仿真结果数据进行分析和评估。 3 4　雷达组网仿真演示系统 通过提取实验数据库中的仿真过程数据, 将仿 真过程进行重现。 3 5　雷达组网数据维护系统 对整个雷达组网基础数据库进行管理和维护, 如删除、添加、拷贝、查询、存储等。基于仿真的雷达 组网方案生成与优化一体化集成环境应用到雷达组 网 指挥控制系统中, 可以作为雷达C 4 ISR 系统的一 部分, 为指挥所指挥员提供雷达指挥作战的支持。系 统在实际训练和作战中的应用主要包括: 多任务条件下的雷达组网仿真分析。雷达组 网在完成一个任务的同时可能不时接到其他任务, 这时要考虑针对每一个防空任务和整体防空任务的 组网方案最优问题。 支持反干扰和抗电子侦察的雷达组网仿真 分析。 反干扰要求根据干扰强度和干扰类型组织相 应的雷达开机, 抗电子侦察要求在保障任务的同时 开机最少, 并且开机的雷达和开机序列要时常变化。 支持反隐身的雷达组网仿真分析。根据目标 的飞行姿态和雷达对目标不同侧面的发现概率确定 雷达的开机序列。 支持抗反辐射导弹的雷达组网仿真分析。根 据反辐射导弹对不同雷达威胁程度的不同确定哪些 雷达应该开机或关闭。 (下转第 60 页) 

1 1 1 1 1 1 Inpu ts 2 1 1 2 2 1 2 1 2 ·06· 　　 (总第 33- 0496) 火 力 与 指 挥 控 制 2008 年　第 4 期 [ 3 ] 黄　　, 刘荣忠 末敏弹系统效能灵敏度分析[J ] 兵工学报, 2001, 22 (1) : 412 415 [ 4 ] 王京鸣, 高树滋, 汪卫华 牵引火炮系统效能的灵敏 南京理工大学学报, 2000, 24 (4) : 314 度分析 [J ] 317 O ak ley J E, O ’H agan A P robab ilistic Sen sitivity A nalysis of Com p lex M odels: a B ayesian A pp roach [J ] Royal Statistical Society, 2004, 66 (3) : 751 69 Sam p ling H elton J and Sen sitivity A nalysis[A ] M odel O u tpu t [C ] 2005 B ased M ethods fo r U ncertain ty Sen sitivity A nalysis of [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] Kah ram an Y R Robu st Sen sitivity A nalysis fo r A ttribu te D eterm in istic H ierarch ical V alue Patterson A ir Fo rce B ase: M u lti M odels [D ] A ir Fo rce In stitu te of T echno logy, 2002 W righ t A R eview of Sen sitivity A nalysis [ 8 ] H am by M D T echn iques (U ) [R ] 93 [ 9 ] M akow sk i D , N aud C, M onod H , W SRC M S 576, 1993 et al Global Sen sitivity A nalysis fo r Calcu lating T he Con tribu tion of Genetic Param eters V ariance of C rop M odel P rediction to T he [A ] Kennethm eds Sen sitivity A nalysis of M odel O u tpu t [C ] H an son and F ran ism H em ez 2004 [ 10 ] M o rris M D Inpu t Screen ing : F inding the (上接第 47 页) 4　总结和展望 雷达组网的分析与设计是一个复杂的过程, 其 依赖的数据繁多、数据运算量大, 并且在实际应用过 程中受到很多不确定因素的影响, 这使得很多关于 雷达组网的研究还处于理论研究阶段。 本文提出的 基于仿真的雷达组网方案生成方法, 为雷达组网的 分析与设计提供了一个定性与定量分析相结合的手 段。雷达组网方案的实施, 即雷达指控系统根据数据 库中提供的雷达组网方案确定雷达开机序列, 进而 实现作战过程中参与作战的各部雷达的自动化的开 关机, 这也是本项研究成果的重要特色之一。实现了 从方法到实际操作和应用的过渡, 提高了雷达组网 指控系统的快速反应能力和灵活组织能力。 关于下 一步的工作还有很多, 如构造完整、准确的雷达组网 仿真模型、建立一套反映实际作战应用特点的指标 体系和评估算法等, 是今后进一步研究的重点。 Im po rtan t on a B udget [A ] Kennethm eds Sen sitivity A nalysis of M odel O u tpu t [C ] H an son and F ranco ism H em ez 2004 [ 11 ] M on tgom ery C D ( T h ird experim en ts W iley&Son s, Inc, 1991 D esign and A nalysis of Edition ) [ M ] John [ 12 ] Saltelli A , T aran to la S, Chan K A Q uan titative independen t M ethod fo r Global Sen sitivity T echnom etrics, 1999, M odel A nalysis of M odelO u tpu t [J ] 41 (1) : 39 56 [ 13 ] T aran to la A S O n the R elative Im po rtance of Inpu t in M athem atical M odels: Facto rs A ssessm en t fo r N uclear W aste D ispo sal[J ] Jou rnal the Am erican Statistical A ssociation, 2002, 97 Safety of (459) : 702 9 [ 14 ] R atto M , T aran to la S, Saltelli A , et al A ccelerated E stim ation of Sen sitivity D ependen t Param eter M odels [ A ] A nalysis of M odelO u tpu t [C ] L abo rato ry, 2005 Indices U sing State Sen sitivity L o s A lam o s N ational [ 15 ] Jacques J , L avergne C, D evicto r N Sen sitivity A nalysis in P resence of M odel U ncertain ty and Co rrelated Inpu ts[A ] O u tpu t [C ] Sen sitivity A nalysis ofM odel 2004 参考文献: [ 1 ] 郭冠斌 雷达组网在对抗“四大威胁”中的作用[J ] 现代雷达, 1997, 22 (3) : 15 16. [ 2 ] 高　尚, 娄寿春 武器系统效能评定方法综述[J ] 系统工程理论与实践, 1998, 18 (7) : 109 114. [ 3 ] 周智超, 吴晓锋 析中的应用 SEA 方法及其在 C 3 I 系统效能分 系统工程理论与实践, 监视模型 [J ] 1999, 19 (1) : 61 68. [ 4 ] 阀渭焰 雷达组网系统小目标跟踪方法的研究[D ] 北京: 清华大学电子工程系, 1997, 22 23. [ 5 ] 丁大勇, 华中和 电子战环境下雷达探测模型建立 方法[J ] [ 6 ] 吴小飞 空军雷达学院学报, 2000 (2) : 38 41. 多雷达组网的情报自动综合处理[J ] 现代 雷达, 2001, 26 (6) : 20 23. [ 7 ] 黄小毛 战术条件下搜索雷达抗干扰性能的评估模 型[J ] 雷达与对抗, 2001 (4) : 15 20. [ 8 ] 潘志丽, 唐　燕, 张宏科 雷达探测效能评估与仿真 技术研究[J ] 系统仿真学报, 2002, 14 (4) : 464 466.