【深度】复杂电磁环境下通信与通信对抗训练效能评估研究
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今日荐文的作者为中国电子科技集团公司第三十六研究所专家施京，陈伟明，王宇辉，陈鼎鼎。本篇节选自论文《复杂电磁环境下通信与通信对抗训练效能评估研究》，发表于《中国电子科学研究院学报》第12卷第6期。
摘 要：本文提出了一种复杂电磁环境下通信与通信对抗训练效能评估方法，通过建立对抗双方效能评估体系、评估模型和评估信息要素采集，对通信达成、对抗实施、效果评判等方面进行统计分析和效能评估，从而得出对抗双方在对抗过程中存在的问题和后续改进建议，用以提升对抗双方的技术训练水平。
关键词：复杂电磁环境；通信与通信对抗；训练效能评估；评估要素采集
引 言
在各类通信系统和通信对抗装备实际训练中，往往要进行训练效能评估，常规的方法是在训练过程人工记录各类事件信息，事后再进行人工统计分析，根据分析对效能进行评估，这样的方法要统计的数据量很大，统计的要素很多，很难快速、准确地评估出双方对抗情况、训练效果和训练效能，难以满足训练完成后马上进行的事后讲评、在线会商等新需求。
在训练效能评估中，对通信系统需要重点关注的事项有：通信双方多长时间达成通信？通信过程中有哪些因素影响了通信效果？在受到各类干扰时，采取了哪些抗干扰措施？哪种措施最为有效？通信中断后多长时间恢复了通信？在训练期间通信建立和中断等总的统计情况？
对通信对抗系统需要研究的重点事项是：如何在短时间内快速截获通信信号？采取哪些干扰方式和干扰参数实现了有效干扰？整个训练过程中干扰发起和停止的统计情况？
对通信和通信对抗综合训练需要研究的重点事项是：训练双方的预案设置是否合理？训练过程中对抗双方的行动是否匹配？对抗的时机选择是否合适？整体训练达到了何种效能？
针对以上这些问题，都需要作出客观地评估。
通信训练和通信对抗训练，一般在复杂电磁环境下进行。复杂电磁环境，是指在一定的空域、时域和频域上，电磁辐射源种类多，辐射强度大，信号分布密集，信号样式多样，对作战行动、武器装备运用产生严重威胁和影响的电磁环境。由于电磁环境的复杂性，给通信达成、信号侦察发现、通信干扰判断等带来了很多不确定因素，大大增加了通信和通信对抗训练效能评估时评估因子的可信度和复杂度。
据公开资料，至今为止还没有一种方法（一套系统）能够自动做出客观的整体性评估。而这种评估结果恰恰是对抗双方急需掌握和了解，并通过这种有效评估来改进提高双方的工作方式和训练模式，这就是本文研究的主要内容和关键所在。
为了更好地理解复杂电磁环境下通信与通信对抗的效能评估，下面首先简要介绍一下通信训练、通信对抗训练的目的和内容。
1 通信训练目的和内容
现代信息化战争中，指挥、控制、情报、监视和侦察等都必须使用通信网进行信息的传输和交换，通信网的畅通和安全与否，是决定现代战争胜负的关键因素。
通过通信训练，可以提高对通信设备的掌握程度，发现通信系统使用过程中可能存在或出现的各种问题，在今后的实战过程中可以有效地避免这些问题的重复发生，达到充分发挥通信设备的功能和性能的目的。通信训练可以单独进行，但如果与通信对抗训练结合在一起进行对抗性的训练，能更好地提高训练效果。通信训练主要包括以下几个阶段：
准备阶段：根据训练计划和训练区域，事先进行通信系统的部署；根据通信网特点，事先制订通信预案（计划）；针对训练中可能出现的各种受扰情况，事先制订抗扰预案。
训练阶段：按照训练计划开展通信训练，在有限的时间内尽快达成通信；在通信受扰情况下，根据训练计划预案，采取各种抗扰措施，以达到恢复通信的目的。抗扰措施主要有换频、换工作模式、换通信体制、采取佯动手段等。
总结阶段：汇总通信训练过程中的各种问题和出现的各种情况，形成通信训练阶段总结报告，为下一次的训练提供经验和参考借鉴。
2 通信对抗训练目的和内容
通信对抗是指为削弱和破坏敌方的无线电通信系统的效能而采取的措施和行动，其实质是敌对双方在战场通信领域内为争夺无线电频谱的控制权而展开的电磁斗争。
通过通信对抗训练，可以提高对通信对抗设备的掌握程度，充分发挥通信对抗设备的功能和性能，发现通信对抗系统在使用中可能存在或出现的各种问题，对存在的问题可以及时进行解决，对出现的问题采取整改措施，在今后的实战过程中可以有效地避免这些问题的重复发生。通过通信对抗训练，可以提高通信侦察、通信测向定位和通信干扰等各方面的能力。
通信对抗训练一般不单独进行，而是与通信训练一起进行对抗性的训练。类同通信训练，通信对抗训练主要包括以下几个阶段：
准备阶段：制定训练计划和训练内容；制定实现快速侦察的方法和方案；在对抗时，分析通信系统可能采取的措施，制订预设的应对方案，破坏对方通信；
试验阶段：通过对敌方无线电信号的侦察分析，获取有关敌方通信设备的技术参数；通过对敌方通信内容的侦听，获取敌方兵力部署和作战意图等有效情报；通过对通信辐射源的测向定位获取敌方军力部署等信息等；基于侦察结果的支援，对敌方通信系统进行干扰压制，使其在关键时刻通信中断，从而造成敌方指挥控制失灵，战机贻误。
总结阶段：汇总通信对抗训练过程中的各种问题和出现的各种情况，形成通信对抗训练总结报告，为下一次的训练提供经验和参考借鉴。
3 训练想定、评估指标和评估方法
通信训练和通信对抗训练的试验设计（训练想定）是以训练目的为牵引，根据训练任务和训练要求制定形成训练方案和训练想定。想定，是对敌我双方作战企图和行动的设想，是诱导战术演习和集团作业的训练文书。通过设想的作战情况研练战役、战斗组织指挥的一种训练方法。训练想定的内容根据企图立案、训练目的和受训者的水平而拟制。
训练想定的主要内容包括基本情况、训练内容、训练条件和附件。其中基本情况主要包括对抗双方的企图、态势和海上、地面、空中的情况。训练内容是与训练科目直接相关的情况，是训练想定的主要部分。需要明确受训者以何种身份进行何种科目的训练，熟悉训练想定的范围并明确训练前应做的准备工作，明确训练科目具体内容和训练时序、相关配训设备情况等。训练条件主要是为受训者提供训练时能够提供的条件，如对抗双方的作战特点、编制装备、训练区域范围等。附件主要是指不便于以文字表达的图、表等，如评估的对抗双发态势图、编制装备情况表、训练数据采集表等。
为了解释某个事物的本质，反映它的真实属性，需要设立指标。评估指标是为了规范性地进行训练评估，根据训练内容建立的一套指标要求。主要包括评估要素、指标要求等。评估方法是为了完成评估指标的测试而建立的一套科学的、行之有效的方法。主要包括评估模型的建立、评估所需信息采集输入、评估解算算法、合格判据等内容。简单来说，训练想定、评估指标和评估方法三者之间的关系是：根据训练任务和训练要求制定训练方案和训练想定，然后根据训练想定的内容确定评估的指标要求，根据评估指标要求，研究一套科学的评估方法。
建成后的通信与通信对抗效能评估系统，在各型实装设备的支撑配合下，通过接收通信和通信对抗的各类训练数据，使用研究得出的评估方法，实现通信达成情况、通信受扰情况、对抗实施情况、干扰和抗干扰整体情况、通信与通信对抗效果评判等方面的统计分析和效能评估，检测是否达到评估指标的要求，满足训练想定的效果。从中得出对抗双方在对抗过程中可能存在的问题和后续改进建议，用以提升对抗双方的技术训练水平。
4 训练效能评估的内容和意义
随着以信息优势为先导的新军事革命的到来，通信对抗的作战目标不再局限于单一的电台或单一的通信系统，而是整个战场信息网络和作战指挥控制系统。因此通信对抗效能的评估也不再局限于对某个通信系统的影响，需要涵盖整个信息系统。涉及到侦察系统、测向和定位系统、干扰系统的效能评估。近年来，随着侦察和干扰技术的发展，新的装备不断出现，并应用于实战。为了更好地研究、更有效地运用这些技术和装备，必须对其效能进行合理的、有效的评估。
为了实现复杂电磁环境下的训练效能评估，需要了解复杂电磁环境中空域、时域、频域、能域对战场态势的影响，掌握信息作战的基本理论，强化复杂电磁环境下作战意识。应加强复杂电磁环境下作战训练基本问题的研究，弄清电磁传播原理、战场电磁环境基本特征以及对武器装备作战效能和部队作战行动的影响；弄清作战对手电子战装备的基本性能和作战运用；弄清不同战略方向未来作战面临的电磁环境；弄清复杂电磁环境下作战训练的特点规律和部队开展复杂电磁环境下作战训练的要求。
通过通信训练和通信对抗训练，可以锻炼提高参训部队指挥员和装备职手在复杂电磁环境下的个人技战术基础能力；可以提高参训部队复杂电磁环境下的全维感知、指挥控制、信息对抗、多维防护等整体作战能力；可以提高参训部队作战编组基于信息系统的体系作战能力。
通过训练效能评估，可以检验评估参训主战武器装备复杂电磁环境下的作战效能；可以检验验证参训部队复杂电磁环境下的信息作战战法和训法。训练效能评估可分为实时评估和事后分析评估两种模式。由于评估方可以获取到对抗双方的相关数据，所以可以通过相关手段，及时、有效地发现训练过程中对抗双方存在的不足并反馈给对抗双方，使对抗双方能够根据评估结果和建议快速改进训练方法，提高训练水平。同时训练评估本身也可以根据通信与通信对抗系统不同的要求和发展，不断地进行完善、升级，以达到更好地适应操作训练评估的目的。
从前面的描述可以看出，无论是通信训练还是通信对抗训练，传统的训练评估模式都是独立性较强的训练评估模式，缺少二者结合的整体性训练效能评估。因此研究实现对通信训练和通信对抗训练进行整体效能评估的方法有较为重要的意义和必要性。
5 训练效能评估的实现
现有的训练效能评估体系通过人工的方式获取评估数据和内容，然后使用人工统计的方法，形成分析报表。从实际使用来看，这种方法存在三方面的问题。其一是大部分工作基于人工完成，效率很低；其二是由于可以利用的数据有限，且数据的时效性不强，评估结果的准确性难以保证。因为时间是评估中一个非常重要的指标，许多内容的评估需要基于时间来比照进行，因此如果时间不准确将难以得到准确的评估结果；其三是采用人工的方法难以支持大数据量信息的采集，采集后的数据录入等又需要大量的时间，在评估时效性方面就难以达到用户需求。
为了解决上述问题，提高训练效能评估的准确性和实时性，根据对通信与通信对抗训练效能评估需求的综合分析，可以通过构建一套完整的通信与通信对抗训练效能评估系统来实现对M个待评估对象的效能评估。该系统的组成示意图如图1所示，主要包括前端信息采集设备设备（N个）、信息综合处理中心（1套，含多个服务器组成的云服务器及配套设备）、后台显控单元（K个云终端）。
图1 训练效能评估系统示意图
前端信息采集设备负责完成对抗双方（可以多组）各类信息的采集，通过无线或有线的通信传输网络，将采集到的信息传送到信息综合处理中心，由信息综合处理中心进行分类整理、格式转换、量纲统一、坐标变换、时间空间对准关联、平滑滤波等处理后，发送到数据管理软件，数据管理软件根据各后台显控单元订阅的信息内容，分发相关的采集信息数据。同时数据管理软件对接收到的数据信息进行分类存储，保存到数据库服务器中，用于支持事后分析的工作。
信息综合处理中心主要由多组服务器、大容量磁盘阵列和综合处理软件组成。多组服务器组成云服务器，以其高性能支持大数据的云计算；大容量磁盘阵列用来保存训练过程数据、评估过程数据和结果数据等内容；综合处理软件主要包括数据接收软件、协议适配软件、数据融合软件、数据分发软件、数据管理软件、效能评估模型软件等。
由于训练时间长、训练内容多，会导致大容量磁盘阵列保存的数据量非常大，因此需要考虑合适的方法来存储和处理这些数据。可以通过对数据进行分类的方法保存，如有的数据可以使用大型关系数据库管理系统（如ORACLE系统）进行保存和处理（可以按照时间、训练科目、训练对象、训练平台等实现快速检索查找），有的单种数据量很大且出现很频繁的数据（如侦察得到的数据）可以直接保存为磁盘文件的方式（通过事先约定格式的文件名来索引查找）。训练过程数据主要包括装备部署及位置采集信息、指令流水记录、装备状态采集信息、通信状态信息、通信参数采集信息、数据链参数采集信息、通信对抗目标信息、通信干扰机工作状态采集信息、数据链状态采集信息、通信训练启停采集信息、语音受扰等级采集信息、语音通信异常采集信息、数据链受扰等级采集信息、数据链通信异常采集信息、通信干扰活动采集信息、通信对抗训练启停采集信息、通信干扰发射采集信息、通信干扰停止采集信息、语音抗扰措施采集信息、语音反侦察行动采集信息等等；评估过程数据包括训练信息配置信息、通信状态信息、干扰状态信息、通信建链情况、通信断链情况、通信断链恢复情况、干扰断链情况等等；评估结果数据包括通信干扰效果、通信信息统计结果、通信干扰与抗干扰评估结果、通信干扰源匹配评估结果等等。
后台显控单元主要由专业态势软件、进程显示软件和效能评估软件组成。态势软件负责将各作战单位的工作状态显示在态势地图上；进程显示软件则直观地将各设备的工作进程通过图表、坐标等方式进行显示；效能评估软件是其中最重要的部分，通过收集各方面评估要素信息，对通信系统或通信对抗系统的效能进行分析评估、显示，并存储评估结果。
训练结束后，效能评估软件可调用通信与通信对抗保存在服务器数据库中的原始数据，同时结合事后人工编辑录入的数据，对训练中每一个进程和每一个动作进行详细地分析评估，得到更为精确的评估结果。同时，通信与通信对抗复盘分析软件也可以调用历史数据，并结合评估结果，将海量信息通过专业态势软件、进程显示软件和效能评估软件等进行复盘分析。
实现对抗双方的训练效能评估主要需要完成以下工作：
获取对抗双方的相关信息要素采集，采集的数据来源可以包括自动信息采集、人工采集（含手工记录）、其它信息来源；
建立各种现场评估模型，进行现场关键事件或行为的实时评估；
根据现场评估得出的各种统计结果，辅以图表、饼图等多种表现形式，得到初步的评估结果；
根据事后获取的各类信息，补充到信息采集数据库中，重新进行评估，形成综合评估报告。
其中，对抗双方的信息要素采集通过前端采集源采集设备实现，可以使用笔记本或平板电脑作为硬件平台，通过网络接入的方式，获取实装中相关的重要数据，或者人工录入重要事件数据。
信息采集系统需要从通信和通信对抗系统获取如下信息：
通信参数：主要包括通信频率（频段/频率集）、发射功率、带宽、跳速、信号调制样式、占空比、收发状态等；
时间信息：主要包括下达通信建链命令时刻、建链成功时刻、开始通信时刻、结束通信时刻、链路断开时刻、链路恢复时刻；下达侦察指令时刻、侦察到目标时刻、截获目标参数时刻、下达侦察指令时刻、获取目标方位信息时刻；下达干扰指令时刻、开始干扰时刻、结束干扰时刻等；
干扰参数：主要包括干扰频率（频段/频率集）、干扰功率、干扰信号带宽、干扰信号调制样式、干扰信号样式、干扰信号跳速、干扰信号驻留时间、对抗设备灵敏度、天线类型、天线方向；
其它辅助信息：主要包括对抗双方的位置信息、通信效果信息等。
通信和通信对抗训练效能评估的主要功能包括通信组织效能评估、干扰环境下通信组网建链效能评估、通信干扰环境适应性效能评估、通信与抗干扰效能评估、目标发现效能评估、目标定位效能评估、目标干扰效能评估、通信对抗与通信抗干扰匹配定位效能评估、效能评估原始数据存储和效能评估结果存储、效能评估结果检索显示、效能评估复盘分析显示等。见图2。
图2 训练效能评估的主要功能组成示意图
在通信与通信对抗训练效能评估中，需要建立多种效能评估模型。通信对抗与通信抗干扰匹配定位效能评估模型就是其中一种典型模型，下面就此模型进行举例说明。
通信对抗与通信抗干扰匹配定位效能评估模型的主要评估要素是，通信方在应对通信对抗方使用某种干扰方式时，是否采用了正确的抗干扰通信方法；通信对抗方应对通信方采用的通信手段或抗干扰手段是否采用了正确的干扰方式。在存在多个干扰源的情况下，根据上报的各类数据来综合评估哪个设备干扰效果最佳，哪个通信方抗干扰效果最好。通信抗干扰有效性评估示意图见图3，通信对抗效能评估结果分析示意图见图4。
图3 通信抗干扰有效性评估示意图
图4 通信对抗效能评估结果分析示意图
训练效能评估的数学模型为各评估因子和权重乘积总和，见下式所示：
式中：
Es——效能评估结果，百分制；
n ——效能评估因子数量，不同模型可以取不同值，如上图中值为4；
E(i)——第i个评估因子，百分比；
R(i)——第i个评估因子权重，各权重总和为100。
通信与通信对抗效能评估因子并非是简单叠加，而是一种复杂的“耦合”或“相关”关系。上例中已考虑了能量压制、频域、时域、空域等因素的影响，还可以增加干扰样式等其它因素的影响。因此在具体应用中，应该根据实际评估的对象，结合数据采集情况和电磁环境的复杂度情况，通过选择调整评估因子的内容（数量）、修改各要素的权重和各因子吻合度的具体算法（本文略），找到较为合理的评估参数，才能得到正确的效能评估结果。
6 结 语
本文对复杂电磁环境下通信与通信对抗训练效能评估进行了探讨和研究，给出了一种技术实现的途径。同时还举例介绍了典型的训练效能评估模型和实现方法。总的来说，通信与通信对抗训练效能评估目前还处于一种探索阶段，要得到一个真实有效的评估结果，需要有完整的评估体系、评估模型、真实有效的数据、符合实际的权重等，且缺一不可；并且还需要通过大量的试验和作战经验等综合考虑才能取得。
训练过程中保存和积累的大量数据，可以用于事后分析评估，还可以通过大数据挖掘技术对多次的训练情况进行汇总和统计分析，总结出其中有规律性的、可量化的内容，为后续的评估研究积累素材和提供参考借鉴。
本研究对实现通信与通信对抗训练效能评估具有较强的工程指导意义，目前已经在某工程中得到了具体的应用，取得了较好的实战效果。本文也可为研究其它电子战领域的效能评估提供借鉴。
（参考文献略）
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