謝曉陽，洪東跑，趙曉寧，周國峰

（中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京，100076）

機(jī)載導(dǎo)彈復(fù)合末制導(dǎo)系統(tǒng)實戰(zhàn)效能評估模型

謝曉陽，洪東跑，趙曉寧，周國峰

（中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京，100076）

針對機(jī)載導(dǎo)彈主被動雷達(dá)復(fù)合末制導(dǎo)系統(tǒng)的特點(diǎn)，在機(jī)載導(dǎo)彈典型實戰(zhàn)任務(wù)剖面分析的基礎(chǔ)上，綜合考慮末制導(dǎo)主要性能參數(shù)、可靠性參數(shù)、實戰(zhàn)環(huán)境條件等因素，建立基于ADC模型的復(fù)合末制導(dǎo)系統(tǒng)實戰(zhàn)效能模型。通過對實戰(zhàn)任務(wù)剖面下的主被動雷達(dá)復(fù)合末制導(dǎo)可用性、可信性和能力進(jìn)行分析，實現(xiàn)對復(fù)合末制導(dǎo)系統(tǒng)實戰(zhàn)效能的評估。以某機(jī)載導(dǎo)彈復(fù)合末制導(dǎo)系統(tǒng)為對象進(jìn)行評估。結(jié)果表明，該模型綜合考慮實戰(zhàn)任務(wù)剖面、打擊目標(biāo)和實戰(zhàn)環(huán)境，較好地滿足了末制導(dǎo)作戰(zhàn)效能評估的需求，可為機(jī)載導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的效能評估提供有效支撐。

機(jī)載導(dǎo)彈；復(fù)合末制導(dǎo)；實戰(zhàn)效能評估；ADC模型

0 引 言

機(jī)載武器在射程和生存力等方面具有諸多優(yōu)勢，正逐漸成為當(dāng)今世界國防的重要力量。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，采用復(fù)合末制導(dǎo)的高超聲速飛行導(dǎo)彈成為機(jī)載導(dǎo)彈的主要發(fā)展趨勢，特別是主被動雷達(dá)復(fù)合末制導(dǎo)，綜合了主動雷達(dá)與被動雷達(dá)的優(yōu)勢，有效提升了機(jī)載導(dǎo)彈對時間敏感目標(biāo)的精確打擊能力，進(jìn)一步提高機(jī)載導(dǎo)彈在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的作用和地位。鑒于機(jī)載導(dǎo)彈的重要性和現(xiàn)代戰(zhàn)爭的特點(diǎn)，往往需要對其作戰(zhàn)效能進(jìn)行綜合評價[1,2]。機(jī)載導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能是指機(jī)載導(dǎo)彈在典型實戰(zhàn)任務(wù)剖面下，完成規(guī)定任務(wù)的能力，是衡量機(jī)載導(dǎo)彈作戰(zhàn)系統(tǒng)在規(guī)定作戰(zhàn)環(huán)境和作戰(zhàn)模式條件下完成規(guī)定作戰(zhàn)任務(wù)的能力。由于它能夠全面反映機(jī)載導(dǎo)彈在規(guī)定作戰(zhàn)環(huán)境條件下的整體技術(shù)水平和綜合作戰(zhàn)能力，因而已成為世界各軍事強(qiáng)國對機(jī)載導(dǎo)彈進(jìn)行綜合評價的有效手段，以及機(jī)載導(dǎo)彈系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用中的重要決策依據(jù)。

末制導(dǎo)系統(tǒng)作為新型機(jī)載導(dǎo)彈的重要組成部分，對其效能評估的準(zhǔn)確與否直接影響到整個武器系統(tǒng)的效能分析。然而，由于主被動雷達(dá)復(fù)合末制導(dǎo)系統(tǒng)的作戰(zhàn)流程復(fù)雜，工作模式較多，容易受到敵方干擾，難以對其效能做出準(zhǔn)確、合理的評價。目前，關(guān)于作戰(zhàn)效能的研究主要集中在導(dǎo)彈武器系統(tǒng)[3～5]、捕捉概率、跟蹤概率等末制導(dǎo)技術(shù)指標(biāo)作為導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)能力的組成部分，用于分析導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力，尚未提出實戰(zhàn)條件下復(fù)合末制導(dǎo)系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能評估模型與方法。為此，本文結(jié)合機(jī)載導(dǎo)彈主被動雷達(dá)復(fù)合末制導(dǎo)系統(tǒng)的特點(diǎn)，在機(jī)載導(dǎo)彈典型實戰(zhàn)任務(wù)剖面分析的基礎(chǔ)上，綜合考慮末制導(dǎo)主要性能參數(shù)、可靠性參數(shù)、實戰(zhàn)環(huán)境條件等因素，建立基于ADC模型的復(fù)合末制導(dǎo)系統(tǒng)實戰(zhàn)效能模型，用以定量評估機(jī)載導(dǎo)彈復(fù)合末制導(dǎo)系統(tǒng)的實戰(zhàn)效能。

1 末制導(dǎo)系統(tǒng)實戰(zhàn)任務(wù)剖面分析

1.1 末制導(dǎo)系統(tǒng)組成

主被動雷達(dá)復(fù)合末制導(dǎo)系統(tǒng)利用主、被動雷達(dá)進(jìn)行雙模探測，二者的探測信息經(jīng)融合處理后送制導(dǎo)系統(tǒng)使用，因此，末制導(dǎo)系統(tǒng)一般由主動雷達(dá)、被動雷達(dá)和信息融合處理器組成，如圖1所示。

從圖1可知，主動雷達(dá)既能提供角度信息，又能提供距離信息，但容易受到干擾；被動雷達(dá)本身不發(fā)射電磁波，具有探測距離遠(yuǎn)、隱蔽性好等優(yōu)點(diǎn)，能夠提取彈目視線角、目標(biāo)屬性信息，但不能測距。信息融合處理器對主動雷達(dá)和被動雷達(dá)信息進(jìn)行綜合處理，充分發(fā)揮主動雷達(dá)和被動雷達(dá)的互補(bǔ)性，提高末制導(dǎo)系統(tǒng)的抗干擾能力和生存能力[6]。

1.2 末制導(dǎo)作戰(zhàn)模式

機(jī)載導(dǎo)彈典型作戰(zhàn)模式為導(dǎo)彈在地面自檢正常后，載機(jī)掛彈起飛，按照導(dǎo)彈發(fā)射流程，完成上電自檢、諸元裝訂、傳遞對準(zhǔn)等操作；當(dāng)滿足投放條件后，載機(jī)發(fā)射導(dǎo)彈，導(dǎo)彈在慣性制導(dǎo)或慣性/衛(wèi)星的組合制導(dǎo)模式下，按照預(yù)定的方案和控制規(guī)律進(jìn)行中制導(dǎo)飛行；到達(dá)預(yù)定末制導(dǎo)開機(jī)點(diǎn)后，末制導(dǎo)系統(tǒng)開機(jī)，彈上控制系統(tǒng)接收末制導(dǎo)系統(tǒng)提供的導(dǎo)彈與目標(biāo)相對運(yùn)動信息，按預(yù)定的導(dǎo)引規(guī)律控制導(dǎo)彈飛向目標(biāo)。因此，機(jī)載導(dǎo)彈的作戰(zhàn)模式可概括為掛機(jī)伴飛階段、自控飛行階段和自導(dǎo)飛行階段。相應(yīng)地，末制導(dǎo)系統(tǒng)分別工作于 3個階段：掛機(jī)伴飛階段，末制導(dǎo)系統(tǒng)完成自檢以及相關(guān)諸元參數(shù)裝訂；自控飛行階段，末制導(dǎo)系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，等待開機(jī)指令；自導(dǎo)飛行階段，末制導(dǎo)系統(tǒng)開機(jī)工作，探測目標(biāo)并輸出制導(dǎo)信息。

1.3 末制導(dǎo)作戰(zhàn)流程

末制導(dǎo)系統(tǒng)主要在自導(dǎo)飛行階段工作，其作戰(zhàn)流程包括定位階段、搜索階段、截獲階段和跟蹤階段，如圖2所示。

定位階段，被動雷達(dá)利用敵方雷達(dá)輻射信號進(jìn)行目標(biāo)分選和識別，通過無源自主定位估計目標(biāo)位置；搜索階段，根據(jù)被動雷達(dá)給出的目標(biāo)位置信息，主動雷達(dá)進(jìn)行目標(biāo)檢測和識別；截獲階段，主動雷達(dá)確定打擊目標(biāo)，并進(jìn)行目標(biāo)截獲；跟蹤階段，主動雷達(dá)鎖定并跟蹤，直至導(dǎo)彈擊中目標(biāo)。

實戰(zhàn)過程中，導(dǎo)彈面臨著艦載有源、無源和復(fù)合干擾，這使目標(biāo)檢測、跟蹤和識別環(huán)節(jié)受到制約[7]。其中，末制導(dǎo)系統(tǒng)在搜索階段主要面臨著敵艦的壓制式、沖淡式等干擾[8]，在跟蹤階段主要面臨著敵艦的角度欺騙及距離拖引干擾[9]。

2 實戰(zhàn)效能評估模型

2.1 基本模型

評估武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的方法較多，主要包括專家評定法、試驗統(tǒng)計法、作戰(zhàn)模擬法、指數(shù)法、解析法、SEA方法、問卷調(diào)查評價法、參數(shù)效能法等，其中WSEIAC模型（亦稱ADC模型）是工程中最常用的模型[1]。該模型將武器系統(tǒng)效能定義為系統(tǒng)的可用性、可行性和能力的函數(shù)，表示為

式中 ET為系統(tǒng)效能行向量；AT為可用度行向量，是系統(tǒng)在開始執(zhí)行任務(wù)時所處狀態(tài)的度量；D為可信度矩陣，是在開始工作時系統(tǒng)所處狀態(tài)已知情況下，系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)過程中所處狀態(tài)的度量；C為能力列向量，表示在執(zhí)行任務(wù)過程中系統(tǒng)所處的狀態(tài)已知時，系統(tǒng)完成規(guī)定任務(wù)能力的度量。

ADC系統(tǒng)效能模型更清晰、更易理解，得到了廣泛應(yīng)用。本文主要基于ADC模型對機(jī)載導(dǎo)彈復(fù)合末制導(dǎo)實戰(zhàn)效能進(jìn)行分析。

2.2 可用性分析

根據(jù)末制導(dǎo)系統(tǒng)的作戰(zhàn)流程，定義可用度為末制導(dǎo)系統(tǒng)在開機(jī)時刻處于可用狀態(tài)的概率。復(fù)合末制導(dǎo)系統(tǒng)通過信息融合可以實現(xiàn)在某一模式失效時，仍可輸出可用的制導(dǎo)信息。因此，系統(tǒng)開始使用時包含 4種狀態(tài)：兩模信息可用、主動信息可用、被動信息可用和故障。記主動雷達(dá)、被動雷達(dá)和融合處理器處于可用狀態(tài)的概率分別為azd，abd和arh，可用度向量可表示為

由機(jī)載導(dǎo)彈末制導(dǎo)系統(tǒng)的任務(wù)剖面分析可知，末制導(dǎo)系統(tǒng)在載機(jī)起飛后無法維修，主動雷達(dá)、被動雷達(dá)和融合處理器處于可用狀態(tài)的概率主要由掛機(jī)伴飛階段和自控飛行階段的可靠性決定，故azd，abd，arh可表示為

式中g(shù)fT為掛機(jī)伴飛階段飛行時間；zkT為自控飛行階段飛行時間；λzd0，λbd0和λrh0分別為主動雷達(dá)、被動雷達(dá)和融合處理器在掛機(jī)伴飛階段的失效率；λzd1，λbd1和λrh1分別為主動雷達(dá)、被動雷達(dá)和融合處理器在自控飛行階段的失效率。

2.3 可信度分析

復(fù)合末制導(dǎo)系統(tǒng)的可信度為已知在開始執(zhí)行任務(wù)時系統(tǒng)處于可工作狀態(tài)，在任務(wù)完成時系統(tǒng)能工作的概率，可信度矩陣為

若主動雷達(dá)、被動雷達(dá)或融合處理器在開機(jī)時發(fā)生故障，則在執(zhí)行任務(wù)過程中將始終處于故障狀態(tài)，即21d，23d，31d，32d，41d ，42d ，43d皆為0。

主動雷達(dá)、被動雷達(dá)和融合處理器在自導(dǎo)飛行階段的可靠性分別為zdK ，bdK 和rhK，經(jīng)過分析計算可得到可信度矩陣為

式中

其中，zdT為自導(dǎo)飛行階段飛行時間；zd2λ，bd2λ和rh2λ分別為主動雷達(dá)、被動雷達(dá)和融合處理器在自導(dǎo)飛行階段的失效率。

2.4 能力分析

末制導(dǎo)系統(tǒng)的能力向量為

末制導(dǎo)系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力除與本身的性能相關(guān)外，還與目標(biāo)特性和戰(zhàn)場環(huán)境密切相關(guān)。針對被動雷達(dá)，可按照目標(biāo)是否對外輻射電磁信號，將目標(biāo)分為輻射源目標(biāo)和非輻射源目標(biāo)。戰(zhàn)場環(huán)境主要包括地/海雜波、雨雪等自然環(huán)境和電磁干擾環(huán)境，在實戰(zhàn)條件下，一般只考慮電磁干擾環(huán)境的影響。

下面針對末制導(dǎo)系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)過程中的3種狀態(tài)，分析其在不同作戰(zhàn)環(huán)境下打擊兩類目標(biāo)的能力：

a）主被動信息可用。

針對輻射源目標(biāo)，被動雷達(dá)首先對目標(biāo)進(jìn)行無源定位，為主動雷達(dá)搜索提供概略位置，主動雷達(dá)只需進(jìn)行小范圍搜索，進(jìn)而完成目標(biāo)截獲和跟蹤。因此，對輻射源目標(biāo)的作戰(zhàn)能力表示為

式中 pdw為無源定位的概率；pxs為小范圍搜索發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的概率；pjh為截獲目標(biāo)的概率；pgz為穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)的概率。

針對非輻射源目標(biāo)，被動雷達(dá)無法探測目標(biāo)，主動雷達(dá)需進(jìn)行大范圍搜索，進(jìn)而完成目標(biāo)截獲和跟蹤。因此，對非輻射源目標(biāo)的作戰(zhàn)能力表示為

式中 pds為大范圍搜索發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的概率。

b）主動信息可用。

不管是輻射源目標(biāo)還是非輻射源目標(biāo)，由于被動雷達(dá)不可用，主動雷達(dá)均需進(jìn)行大范圍搜索，進(jìn)而完成目標(biāo)截獲，轉(zhuǎn)入跟蹤模式。因此，末制導(dǎo)系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力表示為

c）被動信息可用。

針對輻射源目標(biāo)，被動雷達(dá)全程工作，對目標(biāo)進(jìn)行無源定位，并輸出較低精度的制導(dǎo)信息。因此，對輻射源目標(biāo)的作戰(zhàn)能力表示為

式中 pdy為被動導(dǎo)引命中目標(biāo)的概率。

針對非輻射源目標(biāo)，復(fù)合末制導(dǎo)系統(tǒng)失效，作戰(zhàn)能力表示為

被動雷達(dá)作用距離遠(yuǎn)，不對外輻射信號，敵方很難實施干擾，而主動雷達(dá)搜索階段和跟蹤階段工作時間長，容易被敵方監(jiān)測并采取干擾措施；截獲階段工作時間短，由導(dǎo)彈自主選擇截獲目標(biāo)，敵方也很難采取有效的干擾措施。因此，干擾環(huán)境主要影響pds，pxs和pgz。同時，由于干擾和抗干擾機(jī)理的不同，針對箔條干擾、壓制干擾等不同干擾，末制導(dǎo)系統(tǒng)的pds，pxs和pgz也有差別。針對不同作戰(zhàn)環(huán)境，將對應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)代入能力計算公式，即可得到末制導(dǎo)系統(tǒng)的實戰(zhàn)能力。

3 算例分析

假設(shè)，某型機(jī)載導(dǎo)彈掛飛時間為2 h，自控飛行階段工作時間為20 min，自導(dǎo)飛行階段工作時間為3 min。主動雷達(dá)、被動雷達(dá)以及融合處理器的失效率相同，各個工作階段失效率受工作使用環(huán)境條件影響而不同。掛機(jī)伴飛階段為 0.000 2，自控飛行階段為0.000 25，自導(dǎo)飛行階段為0.000 5。被動定位概率、截獲概率均為0.99；被動雷達(dá)導(dǎo)引命中概率為0.6。針對不同的干擾以及末制導(dǎo)系統(tǒng)相應(yīng)的搜索概率和跟蹤概率，按照本文給出的模型進(jìn)行效能分析，結(jié)果見表1。

表1 效能計算結(jié)果

從表1可看出，在無干擾的環(huán)境下，末制導(dǎo)系統(tǒng)打擊兩類目標(biāo)的作戰(zhàn)效能較高。當(dāng)戰(zhàn)場中有干擾時，末制導(dǎo)系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能有明顯下降，特別是在組合干擾環(huán)境下，針對輻射源和非輻射源目標(biāo)，作戰(zhàn)效能分別下降了30.2%和38.2%，說明末制導(dǎo)系統(tǒng)的實戰(zhàn)效能仍有較大提升空間。在沖淡箔條干擾情況下，相比于輻射源目標(biāo)，對非輻射源目標(biāo)的作戰(zhàn)效能下降了28.4%，這主要是由于打擊非輻射源類目標(biāo)時，被動雷達(dá)無法探測，主動雷達(dá)需進(jìn)行大范圍搜索，受到干擾的幾率更大。

4 結(jié) 論

在分析機(jī)載導(dǎo)彈主被動雷達(dá)末制導(dǎo)系統(tǒng)作戰(zhàn)使用剖面的基礎(chǔ)上，采用ADC模型，綜合考慮末制導(dǎo)主要性能參數(shù)、可靠性參數(shù)、實戰(zhàn)環(huán)境條件等因素，建立了實戰(zhàn)效能評估模型，有效地改善了實戰(zhàn)條件下效能評估精度。結(jié)合算例分析表明，該模型實用性強(qiáng)，可在不同的任務(wù)剖面下對末制導(dǎo)系統(tǒng)的實戰(zhàn)效能進(jìn)行有效評估，進(jìn)而為機(jī)載導(dǎo)彈系統(tǒng)的效能評估提供支撐。

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Operational Effectiveness Evaluation Model of Composite Terminal Guidance System for Airborne Missile

Xie Xiao-yang, Hong Dong-pao, Zhao Xiao-ning, Zhou Guo-feng
(China Academy of Launch Vehicle Technology, Beijing, 100076)

According to the features of active-passive composite terminal guidance system and the operational pattern of airborne missile, an operational effectiveness evaluation model was established to describe the influence of the performances of terminal guidance system, reliability index and battle circumstance on the operational effectiveness. Effectiveness of composite terminal guidance system can be evaluated by the analysis of availability, dependability and capability. The instance analysis shows that the model is possible for engineering application. As the model reflects the real conditions of battle-field, it meets the requirements of composite terminal guidance system evaluation, and provides support for effectiveness evaluation of airborne missile.

Airborne missile; Composite terminal guidance; Operational effectiveness evaluation; ADC model

V335

A

1004-7182(2017)05-0054-04

10.7654/j.issn.1004-7182.20170513

2016-09-26；

2017-07-01

謝曉陽（1985-），男，工程師，主要研究方向為末制導(dǎo)總體設(shè)計、電氣系統(tǒng)總體設(shè)計