佟立飛 李洪梅

(1.92493部隊(duì) 葫蘆島 125000)(2.江蘇自動(dòng)化研究所 連云港 222006)

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區(qū)域預(yù)警探測體系作戰(zhàn)能力評(píng)估*

佟立飛 李洪梅

(1.92493部隊(duì) 葫蘆島 125000)(2.江蘇自動(dòng)化研究所 連云港 222006)

分析區(qū)域預(yù)警探測體系特點(diǎn),構(gòu)建了以體系探測能力為主的指標(biāo)體系,且將預(yù)警探測體系在對(duì)抗過程中的動(dòng)態(tài)特性,以空情信息因子形式引入了指標(biāo)建模,使模型更貼合實(shí)際戰(zhàn)術(shù)需求;最后給出了工程應(yīng)用中在該指標(biāo)體系下的作戰(zhàn)能力評(píng)估結(jié)果。

預(yù)警探測體系; 作戰(zhàn)能力; 指標(biāo)體系

Class Number TN974

1 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭的勝負(fù)取決于戰(zhàn)場攻防雙方的體系對(duì)抗能力,在信息、火力和機(jī)動(dòng)性等領(lǐng)域形成壓倒性的體系對(duì)抗優(yōu)勢是軍事強(qiáng)國奪取戰(zhàn)場優(yōu)勢的最優(yōu)先考慮。區(qū)域預(yù)警探測體系是突防導(dǎo)彈和航空兵部隊(duì)的重要對(duì)抗手段,尤其在未來大規(guī)模聯(lián)合作戰(zhàn)中,對(duì)戰(zhàn)略方向中關(guān)鍵目標(biāo)的保護(hù)是預(yù)警探測體系在聯(lián)合作戰(zhàn)中的重要使命,而這需要科學(xué)、高效和適用的體系作戰(zhàn)能力分析的支持。

本文以聯(lián)合火力打擊為背景,圍繞體系對(duì)抗作戰(zhàn)指導(dǎo)思想建立區(qū)域預(yù)警探測體系作戰(zhàn)能力評(píng)估的指標(biāo)體系,分析了預(yù)警體系的邏輯層和通信層在對(duì)抗過程中的動(dòng)態(tài)特性,以空情信息因子形式引入指標(biāo)建模,使作戰(zhàn)能力分析過程更能突出不同作戰(zhàn)背景應(yīng)用的廣適性。

2 指標(biāo)體系構(gòu)建

2.1 區(qū)域預(yù)警探測體系

區(qū)域預(yù)警探測體系[1]是一種雷達(dá)組網(wǎng)而成的區(qū)域級(jí)作戰(zhàn)系統(tǒng),本文主要針對(duì)地面固定式警戒雷達(dá)、機(jī)動(dòng)雷達(dá)與融合中心組網(wǎng)。主要作戰(zhàn)任務(wù)是探測戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈、中高空、低空突防以及隱身突防的作戰(zhàn)飛機(jī)等目標(biāo),為指揮控制系統(tǒng)和武器系統(tǒng)提供空情信息。

區(qū)域預(yù)警探測體系的一般結(jié)構(gòu)視圖如圖1所示,主要包括三類節(jié)點(diǎn):信息處理節(jié)點(diǎn)(情報(bào)處理中心、融合中心等)、信息傳輸節(jié)點(diǎn)(雷達(dá)信息接收站、指揮節(jié)點(diǎn))和傳感器節(jié)點(diǎn)(各類型地面雷達(dá))。從圖1中可以看出,當(dāng)空情信息傳輸節(jié)點(diǎn)和空情信息處理節(jié)點(diǎn)在受到火力摧毀后,會(huì)導(dǎo)致空情信息無法傳輸和處理,大大降低了預(yù)警探測體系的探測能力。因此,在考察預(yù)警探測能力時(shí),需要考慮信息傳輸節(jié)點(diǎn)和信息處理節(jié)點(diǎn)的影響,本文定義了雷情有效性因子Ci,在空情信息傳輸和處理過程中,當(dāng)與第i部雷達(dá)相關(guān)的信息傳輸節(jié)點(diǎn)和信息處理節(jié)點(diǎn)被火力摧毀,無法傳輸或處理該雷達(dá)空情時(shí),則認(rèn)為該雷達(dá)上報(bào)的空情無效,不作處理。本文考慮信息傳輸質(zhì)量對(duì)預(yù)警探測能力的影響,信息處理質(zhì)量對(duì)預(yù)警探測能力的影響則主要通過融合檢測能力來體現(xiàn)。

圖1 預(yù)警探測體系一般結(jié)構(gòu)圖

2.2 指標(biāo)體系構(gòu)建

本文主要研究區(qū)域預(yù)警探測體系在復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境下[2～4]對(duì)不同目標(biāo)類型的預(yù)警探測能力。

預(yù)警探測能力是評(píng)價(jià)預(yù)警探測體系作戰(zhàn)能力的主要指標(biāo),它反映了區(qū)域預(yù)警探測體系完成可能賦予的作戰(zhàn)任務(wù)的能力度量,主要用于考量區(qū)域預(yù)警探測體系對(duì)彈道導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈和高空突防、低空突防以及電子干擾掩護(hù)下的作戰(zhàn)飛機(jī)的探測能力。預(yù)警探測能力的評(píng)估指標(biāo)要能夠依據(jù)對(duì)區(qū)域預(yù)警探測體系內(nèi)的雷達(dá)目標(biāo)實(shí)施火力打擊和電子干擾方案,評(píng)估整體預(yù)警體系預(yù)警探測能力的下降程度,從而評(píng)價(jià)火力打擊和電子干擾方案的合理性,并為選取合理的雷達(dá)目標(biāo)提供依據(jù),本文以區(qū)域預(yù)警探測體系的威力區(qū)以及對(duì)特定目標(biāo)的預(yù)警時(shí)間作為預(yù)警探測能力的主要評(píng)估指標(biāo)[4～8]。

目標(biāo)檢測能力反映區(qū)域預(yù)警探測體系內(nèi)預(yù)警探測裝備的綜合發(fā)現(xiàn)概率和虛警概率。

圖2 區(qū)域預(yù)警探測體系作戰(zhàn)能力評(píng)估指標(biāo)體系

根據(jù)以上對(duì)預(yù)警探測體系作戰(zhàn)能力評(píng)估的分析,區(qū)域預(yù)警探測體系作戰(zhàn)能力評(píng)估指標(biāo)體系如圖2所示。指標(biāo)體系分為三層,第一層是能力層,該層將預(yù)警探測體系按照系統(tǒng)功能分為預(yù)警探測能力、目標(biāo)檢測能力;第二層指標(biāo)層,該層的各指標(biāo)用于量化能力層的作戰(zhàn)能力,可以根據(jù)具體的作戰(zhàn)運(yùn)用研究選取不同的評(píng)估指標(biāo)評(píng)估能力層的各種能力;第三層是單裝作戰(zhàn)能力指標(biāo)層。

根據(jù)建立的預(yù)警探測體系作戰(zhàn)能力評(píng)估指標(biāo)體系,對(duì)第二層指標(biāo)層進(jìn)行描述,結(jié)合空情信息,建立了預(yù)警探測體系探測威力區(qū)模型、融合檢測能力模型、預(yù)警時(shí)間模型等。

3 預(yù)警探測體系探測能力模型

3.1 預(yù)警探測體系探測威力區(qū)模型

單個(gè)預(yù)警探測裝備的探測威力區(qū)直觀地描述了其探測能力的好壞,它的大小與其本身性能、目標(biāo)特性等因素有關(guān)。不同的目標(biāo)高度、不同的目標(biāo)截面積以及不同的發(fā)現(xiàn)概率下的探測威力區(qū)大小是不同的,如果受到干擾,探測威力區(qū)會(huì)發(fā)生明顯的變化。整個(gè)體系的探測威力區(qū)是體系中所有單個(gè)裝備威力區(qū)的合成,即求并集而成;所以預(yù)警探測體系探測區(qū)定義為網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)探測區(qū)的并集。具體描述如下。

單裝的探測威力區(qū):

預(yù)警體系的綜合威力區(qū):

(1)

式中:Anet為預(yù)警探測體系合成探測區(qū);Ai為第i部雷達(dá)探測區(qū);n為網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)數(shù);Ci為第i部雷達(dá)空情有效因子,其取值如下所示:

在空情信息傳輸和處理過程中,當(dāng)與第i部雷達(dá)相關(guān)的信息傳輸節(jié)點(diǎn)和信息處理節(jié)點(diǎn)被火力摧毀,無法處理該雷達(dá)空情時(shí),則認(rèn)為該雷達(dá)上報(bào)的空情無效,不作處理。

3.2 預(yù)警探測體系預(yù)警時(shí)間模型

對(duì)于預(yù)警探測體系,盡早發(fā)現(xiàn)目標(biāo)是系統(tǒng)的首要任務(wù),因此,防空系統(tǒng)的預(yù)警時(shí)間成為預(yù)警探測體系的重要作戰(zhàn)能力指標(biāo)之一?？紤]到雷達(dá)的作戰(zhàn)任務(wù)是保衛(wèi)重要目標(biāo),引導(dǎo)火力單元摧毀來襲目標(biāo)。所以將組網(wǎng)雷達(dá)的預(yù)警時(shí)間定義為目標(biāo)飛行時(shí)雷達(dá)能探測到的最早暴露點(diǎn),飛行至火力單元能摧毀目標(biāo)最后位置點(diǎn)所需的時(shí)間。因此,預(yù)警探測體系的預(yù)警時(shí)間不僅與目標(biāo)特性有關(guān),而且還與布站方式、被保衛(wèi)目標(biāo)地理位置、火力單元摧毀目標(biāo)最后位置點(diǎn)等有關(guān)。

圖3 目標(biāo)空襲示意圖

如圖3所示,假設(shè)某預(yù)警探測體系由N部雷達(dá)組成,被保衛(wèi)目標(biāo)位于O點(diǎn),空襲目標(biāo)飛行航跡為EP,速度為V,水平投影為EO,水平速度為Vt,火力單元位于M點(diǎn),摧毀空襲目標(biāo)所需的最后位置點(diǎn)為P,P的水平投影為Q,則預(yù)警探測體系的預(yù)警水平距離可表示為EO與探測區(qū)A水平投影邊界的交點(diǎn)F到被火力單元能摧毀目標(biāo)最后位置點(diǎn)P的水平投影Q點(diǎn)的距離FQ。所以防空系統(tǒng)的預(yù)警時(shí)間可表示為

(2)

式中:探測區(qū)A是整個(gè)預(yù)警探測體系有效探測區(qū)(已引入空情信息),Ta為預(yù)警時(shí)間;FQ為目標(biāo)航跡水平投影位于雷達(dá)探測區(qū)內(nèi)的一段;Vt為目標(biāo)速度在航跡上的投影。

3.3 融合檢測能力模型

預(yù)警探測體系發(fā)現(xiàn)概率的大小由預(yù)警探測體系融合檢測算法和體系內(nèi)雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率決定,該指標(biāo)還可以衡量預(yù)警探測體系抗隱身能力和抗低空突防能力。

(3)

式中,S0為Di(i=1,2,…,2N)中判H0的雷達(dá)集合;S1為Di(i=1,2,…,2N)中判H1的雷達(dá)集合;D為判決空間;R(D)為融合判定規(guī)則;Pds為第S部雷達(dá)檢測概率。

預(yù)警探測體系虛警概率的大小由預(yù)警探測體系融合檢測算法和系統(tǒng)內(nèi)雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的虛警概率決定,該指標(biāo)還可以衡量預(yù)警探測體系抗隱身能力和抗低空突防能力。

(4)

式中,S0為Di(i=1,2,…,2N)中判H0的雷達(dá)集合;S1為Di(i=1,2,…,2N)中判H1的雷達(dá)集合;D為判決空間;R(D)為融合判定規(guī)則;Pfi為第i部雷達(dá)虛警概率。

式(3)～式(4)中得到融合判定規(guī)則可采用“或”融合檢測方法,再引入空情信息因子Ci,經(jīng)過“或”方法融合檢測后,預(yù)警探測體系的檢測概率Pd和虛警概率Pf[9～10]為

(5)

(6)

其中,“或”融合檢測方法可表示為

4 預(yù)警探測體系作戰(zhàn)能力評(píng)估結(jié)果

作戰(zhàn)想定一:設(shè)置五部地面雷達(dá)組網(wǎng)的預(yù)警探測體系,單部雷達(dá)發(fā)射功率25000W,發(fā)射增益39dB,虛警概率為10-6,檢測概率為0.8;干擾體系由三部干擾機(jī)組成,干擾機(jī)功率2000W,發(fā)射增益10dB;來襲目標(biāo)為飛機(jī):雷達(dá)截面積5m2,飛行高度4000m,飛行速度250m/s。

該作戰(zhàn)想定下的預(yù)警體系探測能力結(jié)果如下(圖中方塊代表雷達(dá)站,圓點(diǎn)代表干擾機(jī):箭頭表示干擾波束主瓣方向)。

圖4 無干擾時(shí)雷達(dá)網(wǎng)探測區(qū)域

圖5 干擾下雷達(dá)網(wǎng)的探測區(qū)域

圖4、圖5中的陰影區(qū)域是目標(biāo)暴露邊界,即目標(biāo)到達(dá)陰影邊界處就能被雷達(dá)探測到。圖4、圖5分別是整個(gè)雷達(dá)網(wǎng)在有/無干擾下有效探測區(qū)域效果圖。其中圖5是三部干擾機(jī)共同作用于網(wǎng)內(nèi)每部雷達(dá),在每部雷達(dá)的探測區(qū)域下,由融合算法形成的探測網(wǎng)即不規(guī)則的綜合探測區(qū)域。

令來襲目標(biāo)的毀傷目標(biāo)為雷達(dá)網(wǎng)的信息處理中心,上述預(yù)警體系的在不同來襲目標(biāo)下的預(yù)警時(shí)間結(jié)果如表1所示。

表1 預(yù)警時(shí)間結(jié)果

作戰(zhàn)想定二:設(shè)置不同的預(yù)警體系,檢驗(yàn)預(yù)警探測的融合檢測能力,如表2所示。

表2 融合檢測能力結(jié)果

5 結(jié)語

本文以區(qū)域預(yù)警探測體系為評(píng)估對(duì)象,以聯(lián)合作戰(zhàn)為背景,構(gòu)建了以探測能力為主的指標(biāo)能力體系,并通過實(shí)例分析證明了其為作戰(zhàn)決策提供支撐的能力。

[1] Sergei A. Vakin, Lev N. Shustov.電子戰(zhàn)基本原理[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.

[2] 張昶.武器裝備作戰(zhàn)效能通用分析評(píng)估框架的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[D].北京:北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文,2011.

[3] 常朝穩(wěn),李敬輝.電子戰(zhàn)效果評(píng)判方法研究[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),1999,21(5):28-31.

[4] 王玉明,譚志良,畢軍建.復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)雷達(dá)與指控系統(tǒng)的影響[J].裝備環(huán)境工程,2013,10(3):12-20.

[5] 黃希利,杜紅梅.綜合電子對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)能力評(píng)估[J].兵工自動(dòng)化,2010,29(2):58-60.

[6] 成科平.基于改進(jìn)ADC模型的電子對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估[J].電子科技,2013,26(1):30-33.

[7] 楊誠,劉澤平.基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)指揮控制能力評(píng)估研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2013,34(3):1087-1091.

[8] 孫成松.電子對(duì)抗指揮決策效能評(píng)估問題[J].火力與指揮控制,2012(8):170-172.

[9] 趙志超,饒彬,王濤,等.雷達(dá)網(wǎng)檢測概率計(jì)算及性能評(píng)估[J].現(xiàn)代雷達(dá),2010,32(7):7-10.

[10] 方學(xué)立,楊永祥.雷達(dá)與雷達(dá)網(wǎng)的目標(biāo)檢測威力模型[J].現(xiàn)代雷達(dá),2008,30(7):18-20.

Evaluation of Combat Capability for Ground Early Warning Detection System

TONG Lifei LI Hongmei

(1. No. 92493 Troops of PLA, Huludao 125000)(2. Jiangsu Automation Research Institute, Lianyungang 222006)

The characteristic of ground early warning detection system are analyzed, and index system which gives priority to detection ability is constructed, and air gene is used for index construction on based of dynamic characteristic of ground early warning detection system, which help to index model application. An evaluation method of combat capability in application is presented lastly.

early warning detection system, combat capability, index system

2014年9月4日,

2014年10月29日

佟立飛,男,工程師,研究方向:指揮控制。李洪梅,女,碩士,高級(jí)工程師,研究方向:信息融合。

TN974

10.3969/j.issn1672-9730.2015.03.008