陆战场空域环境分析与仿真

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2024年5月11日发(作者：)

陆战场空域环境分析与仿真

发布时间：2022-03-24T01:20:28.385Z 来源：《科学与技术》2021年9月25期 作者： 官俊蒙

[导读] ：对陆战场空域环境因素进行分类分析，

官俊蒙

（北方自动控制技术研究所，太原 030000）

摘 要：对陆战场空域环境因素进行分类分析，从飞行气象环境、空域电磁环境、限制性区域方面分析了环境因素的特性与对飞行器飞

行安全的影响，最后使用生成威胁势场的方法仿真生成空域环境态势图。

关键词：陆战场空域；气象环境；电磁环境；威胁势场

Environmental Analyze and Simulate of Land Battlefield

Abstract: Analyze the airspace environment factors of the land battlefield, analyzed the characteristics of environmental factors and their influence on

the flight safety of the aircraft from the aspects of flight meteorological environment, airspace electromagnetic environment, and restricted areas, and at

last use the method by generating threat potential field to simulate the airspace environment situation map.

key words: land battlefield airspace; meteorological environment; electromagnetic environment; threat potential field

引 言

陆战场空域指供演习训练与作战任务的需要划设的一定范围的空间[1]，空域用户包括各类航空器、炮弹、导弹等各类飞行器，空域中

存在各种限制性区域，空域环境异常复杂。空域环境指空域空间的广度和深度以及空间内存在因素的表现形式和变化过程的总括[2]。对陆

战场空域环境进行分析，能够有效保障陆战场用空安全，加快空域规划速度。

本文对陆战场环境进行分类研究，分析各因素与陆战场特定的区域的特定和它们对飞行器的影响，而后生成威胁势场对陆战场空域进

行划分，将环境因素在地图上进行展现。

1.陆战场空域环境因素分类

陆战场空域的划定要满足作战任务的需求[3]，对陆战场环境因素的分析除了环境自身特性外还要考虑对环境因素对作战任务执行与飞

行器飞行安全的影响。对作战有影响的环境主要包括气象环境、电磁环境以及一些为特殊目的所划设的区域。

其中气象因素属于动态变化因素，不可控制但能够预测；电磁环境因素主要考虑我方和敌方的电子干扰，我方电子干扰区域会随着任

务进行调整，但我方飞行器有一定的手段获取相关信息，敌方电子干扰属于动态变化的不可控因素；陆战场空域中划设的特定作战空域属

于人为规划的环境因素，其属性需要根据具体定义与用途细分。陆战场各环境因素间并不是相互孤立的，可能会有一定的交叉重叠，下面

先对各环境因素单独分析。

2.气象环境分析

气象环境因素是指表示大气状态和现象的各类因素[4]，对飞行器有影响的气象因素包含雾、低云、雷雨、风、积冰等，陆战场飞行器

主要为各类炮弹、导弹、直升机、无人机等，综合考虑气象因素的影响，主要对风、雾、雷暴气象因素进行分析。

2.1风响应分析

风环境会影响到陆战场飞行器飞行性能与飞行安全，包含大气湍流效应和风切变对飞行器的影响[5]。

大气湍流是有规律的层流在流速很大的情况下失稳所形成的，地球表面对气流拖曳造成的风速剪切、太阳辐射对地球表面不同位置加

热的差异或地表热辐射导致的热对流、包含热量释放的相变过程（沉积、结晶）造成的温度和速度场的改变等，是一种不规则的大气运

动。在大风经过山岭或风垂直切变时还可能产生晴空湍流。大气湍流会造成大气信道介质的折射率不均匀，从而影响一些激光引信武器的

制导；对于航空器会造成一定程度的颠簸，影响航空器的平稳飞行。大气湍流效应还会形成大小不等、方向不同的漩涡，从而引起阵风

[6]。阵风作用于航空器上会产生参数随时间变化的气动力与力矩，影响航空器飞行。大气湍流可以通过无线电探空仪、VHF/UHF雷达、激

光雷达等设备进行探测[7]，飞行员在遭遇大气湍流时可以采取减速或变化高度的方式应对。

在发射导弹、火箭弹或固定翼飞机高空飞行时还应该考虑高空风。高空风会对飞行器产生气动载荷，包含风载荷、风切变、风振和阵

风，通常以两种以上的效应作用于飞行器[8]，在顺风时若其他条件不变会增大与地面的相对速度，逆风时则相反，侧风时需要对飞行器航

向进行修正。需要对高空风建立相应的检测系统与评估机制，依此确定和规划相应的作战任务。

2.2雾影响分析

雾是指存在大量水汽凝结成细微的水滴或冰晶悬浮在空中的自然天气现象，按其成因，可分为发射雾、平流雾、蒸发雾、和锋面雾等

[9]。

雾会干扰飞行员的视野，影响航空器目视飞行，在起降阶段，雾会影响飞行员寻找参考点、跑道，在飞行阶段，在航空器状态需要改

变时会影响飞行员对飞机的调整。雾天气存在时管制员通常需要适当增加航空器间的安全间隔来保障飞行安全。

2.3 雷暴影响

雷暴属于强对流性质的恶劣天气，空气中发生强烈对流运动可能会导致的雷暴的发生[10]。雷暴通常会伴随着阵风、冰雹等其他气象因

素，对航空器飞行安全的影响极大，一般将雷暴区域划为飞行活动的禁区。目前关于雷暴的研究主要集中在对雷暴的预测和对雷暴影响区

域的研究，通常会在雷暴区域周围配置一定的安全余度，来保障航空器飞行安全。

3.陆战场空域电磁环境分析

电磁环境指指定场所内电磁现象的总和，陆战场电磁环境可以认为是陆战场空间内的电磁环境，包含人为电磁环境和自然电磁环境

[11]。陆战场上不但存在各种雷达、通信设备产生电磁波，而且还有敌我双方的电子干扰设备，电磁环境十分复杂。复杂的电磁环境可能会

使通信受阻，甚至机载的电子设备和系统，造成损坏，从而影响飞行安全。所以需要对陆战场空域电磁环境进行分析，保障飞行器飞行安

全。

文献[11]中指出，敏感电路电平较低，输入电压峰值在0.005V到2V之间，在电磁辐射强度中等时就容易发生故障；集成电路因为尺寸

的原因对电场的干扰更为敏感；芯片对电、磁场的干扰都十分敏感。人为电磁环境中，各类电子对抗武器产生的电磁波会影响航空器飞行

安全，电子对抗武器干扰类型包含压制干扰和欺骗干扰，压制干扰通过模拟噪声信号，使信号接收设备的信噪比降低；欺骗干扰通过制造

虚假的信号，使接收设备获得错误的信息。电子对抗武器的干扰范围由武器的干扰距离，干扰方向，水平、俯仰干扰角度决定，通常航空

器需要尽量避开存在电子干扰的空域。

4.限制性区域

陆战场空域中还存在各种因人为因素产生的限制性区域，与区域无关的航空器需要根据空域管控规则或进行绕飞，或在规定时间、规

定空间范围内穿行，来保障飞行安全。陆战场典型的限制作战区域有防空区域，火力相关区域，特定作战空域等，下面分别进行分析。

4.1 防空区域

防空区是供防空部队使用以提升识别、探测和跟踪敌方空中威胁和导弹威胁效能而设立的防御措施，防空区范围根据防空任务、防空

火力的部署和性能确定。在防空区中存在一定的防止误伤措施，如专门为我方航空器划设的穿越走廊与敌我识别设施，但对未经批准进入

空域的我方航空器有造成误伤的可能，风险等级较高。

对于单个的高炮的用空范围，可以用半球来等效，分析高炮威胁时存在有效杀伤距离和射程2个范围参数，可以认为在有效杀伤距离内

高炮对航空器威胁极高，从有效杀伤距离到高炮射程范围对航空器威胁依距离增大而减小，在射程外对航空器飞行安全没有影响，量化后

的对航空器影响程度与距离的关系如下图所示。

图1 高炮威胁与相对距离关系示意图

4.2 对地火力影响范围区域

对地火力影响范围区域包含火力区与对地火力弹道的覆盖空域。火力区是根据打击目标位置和火力影响范围划设的一个区域，由边界

坐标、有效时间来确定，火力区的划设用于禁止我方低空飞行航空器进入，航空器与火力区至少要保持1500米的垂直安全间隔。

对地火力弹道覆盖空域是对地火力打击武器发射和投放弹药时所形成的火力覆盖空域，是一个伴随火力的产生而形成的临时空间，由

对地火力的武器类型、阵地部署、目标位置、打击方式、打击时间、射击参数等确定。通常在规划空中走廊和航线时会绕开这片区域，但

为确保作战任务的顺利完成，在紧急情况下可能会划设弹道下空中走廊，用于穿越火力覆盖空域，但在划设走廊时要确保火力弹道对航空

器威胁最小。

4.3 特定作战空域

特定作战空域是为特定行动保留的空域，包含电子干扰区、巡飞攻击区、烟幕施放区、特种作战区、空投场、着陆区等区域，与特定

作战空域无关的飞行器进入特定作战空域可能会产生空域冲突或影响作战任务，所以与特定行动无关的飞行器未经协调一般禁止进入特定

作战空域。

5.陆战场空域环境建模

采用生成威胁势场的方法对陆战场空域环境进行建模，采用电势的高低代表对飞行器威胁程度的大小，可以较为直观的反应空域中的

安全区域，便于规划航迹与预测航空器飞行意图。假设陆战场环境局部地图如图2所示。

图2 陆战场环境

图中所选范围为40km×40km，G代表防空高炮部署，P代表炮兵武器部署，假设所部署的防空高炮的最大射程8km，有效射程4km，炮

兵武器正在对目标实施火力打击。对于低空，还需要考虑地形影响，即需要绕开一些山脉或高层建筑。对于一些形状不规则的区域，采用

网格化近似的方法进行表示。炮兵弹道范围根据部署位置、目标位置与射高用抛物线对弹道进行近似处理，将威胁势场划分为四个等级，

不同来源的威胁势场采用线性叠加的形式，最大值不超过所定义的最高电势，所得的威胁势场图如图3所示。

图3 低空威胁势场图

图中颜色深浅代表势场大小，即对航空器飞行安全威胁的大小。对于中高空，高炮威胁范围变小，地形因素不再产生威胁，所得的威

胁势场图如图4所示。

图4 中高空威胁态势图

由图中可以看出，随着高度升高，高炮主要威胁范围减小，弹道的主要威胁范围有所变化。

6.总结

本文对陆战场环境中空域的影响因素进行综述性分析，然后采用生成威胁势场的方法对陆战场空域环境中各因素对飞行器飞行安全的

影响程度进行建模。采用该方法能够比较直观地反映各区域位置与影响程度大小，便于航空器航迹的规划，但建模较为粗略，不同因素的

影响采用的是在不超过最大范围时线性叠加的方法，关于各影响因素间的，有待进一步深究。

参考文献

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本文标签： 空域影响环境航空器战场