天波超視距雷達作戰效能綜合評估研究?

陳 輝,雷 霆,閆達亮

(95980部隊，湖北襄陽441021)

0 引言

天波超視距雷達利用電離層對電磁波的反射作用，實現對飛機、艦船和導彈等目標的超視距檢測，具有監視范圍大、單位面積成本低、防低空突襲、能探測隱身目標等突出優點，近年來受到廣泛關注[1]。天波超視距雷達是實現遠程戰略預警最為經濟、有效的手段，已成為各大國戰略預警體系中的重要裝備[2-3]。因此，研究天波超視距雷達作戰效能對裝備的論證使用和規劃部署國防預警探測體系具有重要意義。

近年來，國內對天波超視距雷達作戰效能開展了廣泛研究。文獻[4-5]針對單一性能參數法和評價指標的模糊性特點，分別采用ADC法和模糊綜合評判法對天波超視距雷達作戰效能進行了評估;文獻[6]在考慮裝備保障系統的基礎上，研究了天波超視距雷達對海探測能力;文獻[7]采用層次分析法從探測能力和對抗能力兩個方面對天波超視距雷達的作戰效能進行了綜合評估。然而，以上文獻所建立的評估指標針對性不強，未有效關聯天波超視距雷達的系統構成和工作原理，大多數僅僅考慮裝備本身的固有能力，而沒有從裝備全系統的角度出發，往往忽視了數據處理、指揮控制以及裝備綜合保障性等因素對雷達作戰效能的影響。鑒于以上問題和不足，本文結合天波超視距雷達的戰技術性能特點，綜合考慮不同因素對系統作戰效能的影響，將評估對象由裝備擴展到裝備全系統，建立一種基于模糊層次決策的天波超視距雷達作戰效能評估模型，從而對天波超視距雷達作戰效能進行準確評估。

1 評估指標的建立與分析

1.1 評估指標體系的建立

天波超視距雷達系統不僅包括天波超視距雷達主裝備，還包括使主裝備能發揮作用的相關保障系統。因此，本文從裝備全系統的角度出發，綜合考慮作戰效能評估各種影響因素，運用層次分析法對評估總目標進行多層次分解，依據雷達系統工作實際，通過廣泛的調查研究和專家咨詢，經過多次反復修改、補充和完善，建立了一套新的天波超視距雷達作戰效能綜合評估指標體系，如圖1所示。

圖1 天波超視距雷達作戰效能綜合評估指標體系層次分析模型

1.2 評估指標分析

由圖1可知，該指標體系可分為三個層次:第一層是目標層(A層)，即天波超視距雷達作戰效能總體評估;第二層是準則層(B層)，包括探測性能、數據處理能力、生存能力、指揮控制能力和綜合保障性等6個指標;第三層是指標層(C層)，包括探測作用距離、有效探測扇區、探測精度等22個評估指標，具體分析如下:

1)探測性能(B1)

探測性能是指雷達在干擾環境下探測目標的能力，由探測作用距離、探測有效扇區、探測精度、系統可用度和抗干擾能力進行描述。其中，探測作用距離、有效探測扇區反映了天波超視距雷達的探測威力范圍;探測精度反映雷達探測目標的定位能力;抗干擾能力是天波超視距雷達探測性能的一個重要指標，這是因為天波超視距雷達工作在短波波段，工作頻段決定了其干擾背景比常規微波雷達惡劣得多，如雷電、海雜波、流星尾跡，尤其是短波電臺干擾，其頻段密集且功率較強。系統可用度是衡量天波超視距雷達探測性能的一個重要指標。在作戰上，系統可用度越高越好。系統可用度受電離層影響較大，由于電離層是變化的，存在著許多不穩定現象，會造成天波超視距雷達系統的不可用或部分性能下降。

2)數據處理能力(B2)

數據處理能力是描述天波超視距雷達作戰效能的重要指標，它能反映規定作戰任務下系統對探測的目標信號與數據的處理與運用能力，數據處理能力的高低直接影響著天波超視距雷達作戰效能的發揮程度。因此本文選取數據處理容量、數據處理速度、數據處理精度、目標識別能力和目標跟蹤能力等作為數據處理能力指標。其中，數據處理容量、數據處理速度、數據處理精度是情報信息處理的基本能力指標，而目標識別能力和目標跟蹤能力是天波超視距雷達情報數據處理的重要功能，也是反映天波超視距雷達作戰效能的關鍵指標。

3)生存能力(B3)

生存能力是指天波超視距雷達在作戰環境下抗軟、硬殺傷的能力。天波超視距雷達天線陣地一般很大且是固定的，沒有機動性可言，所以站址選擇一定要合理。對天波超視距雷達來說，抗ARM攻擊具有先天的優勢，因此，抗ARM攻擊的效能指標一般不予考慮或者權值很低，考慮到科學簡化評估指標體系的原則，本文認為天波超視距雷達的系統生存能力由站址選擇合理性、抗毀能力和抗偵察能力三個指標聚合而成。

4)指揮控制能力(B4)

天波超視距雷達的指揮控制能力指標主要由態勢顯示能力、指令控制能力、輔助決策能力、情報分發能力、電離層監控能力和信息查證能力六個指標聚合而成。其中，態勢顯示能力指標是基礎，指令控制能力、輔助決策能力以及情報分發能力是指揮控制能力得以體現的重要內容，而電離層監控能力和信息查證能力是體現指揮控制能力的重要前提，也是天波超視距雷達作戰效能得以有效發揮的關鍵。

5)綜合保障性(B5)

天波超視距雷達系統作戰效能的發揮，既取決于系統的戰技術性能，也取決于裝備的綜合保障性。從系統工程的角度來說，裝備綜合保障性主要來源于其可靠性、維修性和保障性等裝備重要質量特性設計的好壞[8]。因此，本文選取可靠性、維修性、保障性作為天波超視距雷達的綜合保障性指標。

2 基于模糊層次決策的作戰效能綜合評估模型

天波超視距雷達系統是一個龐大復雜的系統，其作戰效能是一個綜合性指標，包含多種技術因素和不確定性，對系統的評估也是一項復雜的工作，涉及許多難以量化的因素。在上述評估指標分析中，主要涉及到兩類指標:一是定量指標，可以直接進行定量計算;二是定性指標，可以通過專家知識經驗進行評定。因而天波超視距雷達作戰效能評估的原則是基于定量計算和定性分析相結合的多屬性綜合決策評估過程。為此，本文提出層次分析法(AHP)與模糊數學相結合的方法對天波超視距雷達作戰效能進行綜合評估，具體步驟如下。

2.1 建立評價因素層次結構

利用AHP對評價因素進行分析時，首先要將其分組，每組作為一個層次，由左至右按最頂層、中間層和最低層的形式排列，構建層次模型如圖1所示。其中，最頂層為目標層，表示要解決問題的目標;中間層為準則層，表示采取某種措施來實現預定總目標所涉及到的中間環節;最底層為指標層，它是最終影響天波超視距雷達作戰能力的評價指標集。

2.2 確定評語集

評語集是以判斷者對評判對象可能出現的各種評判結果為元素組成的集合。設評語集V={V1，V2，…，V n}，V j(j=1，2，…，n)代表各種可能的總評判結果。

2.3 確定指標權重集

在天波超視距雷達作戰效能評估中，各級評估指標權重的確定是至關重要的，其反映了各個因素對天波超視距雷達作戰效能影響的程度。確定權重的方法很多，如專家評判法、層次分析法和相關系數法等。本文在結合專家意見的條件下，通過AHP的方法確定各評估因素的權重。

1)構造比較判斷矩陣

根據圖1所建立的評估指標體系結構，使用成對比較和專家咨詢法來構造判斷矩陣A=[a ij](表示同一層各指標相對重要性的標度值，判斷標準采用層次分析法常用的1～9標度法)。

2)計算指標權重

指標權重的計算可歸納為求解判斷矩陣A最大特征值λmax對應的特征向量，即AW=λmaxW的特征向量W=(w1，w2，…，w n)T。在 AHP方法中，計算特征向量常用的近似方法有求和法、平方根法等，本文采用判斷矩陣首行求和并歸一化來求解特征向量，從而得到各指標的權重。

3)一致性檢驗

由于天波超視距雷達作戰效能評估過程中影響因素的復雜性和決策者對這些因素主觀判斷具有不穩定性，以及不同決策者偏好也不同，因此難以將同一準則下的因素差異度量的十分準確，通過兩兩比較的判斷矩陣不一定滿足一致性條件。因而實際操作時，引入變量一致性比例CR=CI/RI來檢驗一致性，當CR＜0.1時，判斷矩陣具有一致性，否則就不滿足一致性。其中CI=(λmax-n)/(n-1)為一致性指標，RI為平均隨機一致性指標，根據矩陣階數而取值。

2.4 構建模糊評判矩陣

由于天波超視距雷達作戰效能評估指標多為定性評估指標，具有較強的模糊性和不確定性，因此，采用專家打分的方法來確定各評估指標的對評語集的隸屬度。專家打分法的基本原理為:聘請n名專家對各指標進行評定，假如對指標u i有m名專家評定為v1，則模糊隸屬度r i1=m/n，所有r ij值即構成模糊評判矩陣R。

為確保專家打分的客觀性和可靠性，擬選定的專家應包括科研院所的裝備設計人員、廠方的制作人員、部隊作戰使用人員、院校教學人員以及駐廠軍代表等。

式中，r ij為第i個評價指標對第j級評語的隸屬度。

2.5 確定綜合評價模型

天波超視距雷達作戰效能評價是一個多級因素構成的評判指標體系，采用多級評判的方法，對每一級因素子集從不同的角度分別進行一級綜合評判，設所得的模糊綜合評價集分別為

由于僅僅由～B1，～B2，…，～B s的其中之一作為評判指標可能有片面性，因此記為二級評判指標，也作為上一級各指標的模糊綜合評價矩陣:

根據層次分析法得出上一級各指標權重向量W=(w1，w2，…，w s)和評判矩陣R0，利用復合運算便可求出綜合評判結果，即

式中，B為模糊綜合評判向量，b i為綜合考慮所有影響因素的影響時評判對象對應于評語集中第i個元素的隸屬度大小。

3 實例應用及分析

以某型天波超視距雷達為例進行實例驗證。采用本文模型對該天波超視距雷達作戰效能進行綜合評估，具體如下。

3.1 建立層次分析模型

經分析，可以得到影響因素集，其層次結構如圖1所示的天波超視距雷達作戰效能綜合評估層次分析模型。

3.2 確定評語集

評語集的確定可以用定性評語法和定量評分法給出，本文將評語等級分為4級，即評語集V={V1，V2，V3，V4}={優，良，一般，差}。

3.3 構建比較判斷矩陣并確定指標權重

通過對準則層影響因素進行兩兩比較可以得到準則層B相對于目標層A的判斷矩陣，并由前述的方法求得相對權重向量、最大特征值λAmax以及一致性指標CI和一致性比例CR，計算結果如表1所示。

表1 準則層B相對于目標層A的判斷矩陣

指標層C相對于準則層B1的權重向量以及相應的最大特征值λB1max、一致性指標CI1和一致性比例CR1，如表2所示。

表2 指標層C相對于準則層B1的判斷矩陣

同理，可分別計算指標層C相對于準則層B2，B3，B4，B5層次排序向量以及相應的最大特征值、一致性指標和一致性比例，如下:

3.4 構造模糊評判矩陣

模糊評判矩陣(R)的確定采用專家打分的方法確定各評估指標的對評語集的隸屬度。聘請20位評審專家對20個三級指標進行了評定。設該雷達作戰效能評估的第二級模糊評判矩陣為R0，第三級模糊評判矩陣為R i(i=1，2，3，4，5)。對于各指標因素的評價采用“優、良、一般、差”四級劃分法，各等級都看成一個模糊向量，然后對各指標評判結果進行統計并規范化處理，得到模糊評判矩陣如下:

3.5 模糊綜合評判

采用常規矩陣乘法規則，計算單級指標綜合評估值(i=1，2，3，4，5)。首先對指標B1計算其綜合評估值，即0.2905，0.0398)。

同理，再分別對B2，B3，B4，B5二級指標計算綜合評估值形成二級模糊評估的隸屬關系矩陣R0，即

根據上述求得的和R0可以計算得出該天波超視距雷達作戰效能綜合評估隸屬度向量B，即

按照最大隸屬度法，該雷達作戰效能綜合評估結果應取b0=max(0.203 0，0.378 5，0.371 8，0.046 6)=0.378 5，即該雷達作戰效能的綜合評估結果為良好。

3.6 綜合評估結果分析

式(7)中R0的第一行到第五行數據分別表示探測性能、數據處理能力、生存能力、指揮控制能力和綜合保障性等指標的評估結果。根據最大隸屬度原則，可知該天波超視距雷達探測性能方面的評估結果為“良”，數據處理能力方面的評估結果為“一般”，生存能力方面的評估結果為“優”，指揮控制能力方面的評估結果為“一般”，綜合保障性方面的評估結果為“良”。同時，由上述計算結果可知，綜合評估結果“良”與“一般”對應的隸屬度值分別為0.378 5和0.371 8，二者相差很小，這說明該天波超視距雷達作戰效能勉強達到良好的標準，因此還需要對其進行一定的改進優化，才能達到更好的作戰水平，這也與實際情況相符。綜上分析，建議從以下幾個方面進行雷達改進，將對雷達的綜合作戰效能有很大的提升。

(1)加強對自適應選頻及信道特性預測技術的研究，優化電波環境自適應診斷相關算法，實時準確預測電離層狀態，提高系統可用度，并增強自適應選頻的精確度，從而提高雷達探測性能，對雷達作戰效能綜合評估結果具有一定的提高。

(2)進一步提高雷達的抗干擾能力，從頻域、空域及時域單方面或同時采取相應抗干擾措施，并利用現代抗干擾技術、計算機技術及信號處理技術等先進技術增強雷達系統的抗干擾性能，從而提高復雜電磁環境下天波超視距雷達的預警探測能力，以此增大探測性能的權重。

(3)改進優化天波超視距雷達信號與數據處理系統的設計，在軟件上優化信號處理和數據處理過程，提高目標識別、目標跟蹤以及情報信息處理的精度，從而增強雷達的數據處理能力。

(4)升級改進指揮控制終端系統，增強不同情報信息之間的作戰協調與輔助決策能力，提高系統指揮控制工作效率，同時加強作戰指揮人員的組織訓練工作，增強對目標的研判能力，從而提高雷達的作戰指揮控制能力，以此將促進雷達作戰效能綜合評估結果的提高。

(5)提高裝備綜合保障性能，即在雷達研制階段全面考慮可靠性、維修性、保障性等關鍵的綜合保障要素，突出綜合保障性地位，開展綜合保障性分析與設計，并在裝備定型或驗收階段進行綜合保障性鑒定，投入使用后做好綜合保障信息的收集與反饋工作，為及時改進和提高裝備綜合保障性提供依據，最終確保雷達具有較高的綜合保障性，對提高雷達作戰效能綜合評估結果具有決定性貢獻。

4 結束語

本文從裝備全系統的角度出發，結合天波超視距雷達戰技術性能特點，建立了以探測性能、數據處理能力、生存能力、指揮控制能力和綜合保障性為指標的天波超視距雷達作戰效能綜合評估指標體系。在此基礎上，通過層次分析法和模糊綜合評判法相結合的方法對天波超視距雷達的作戰效能進行綜合評估，使評估更加全面、合理、準確。該方法不僅充分發揮了專家的作用，而且盡可能地減少了主觀認識差異所帶來的決策片面性，為天波超視距雷達作戰效能的評估提供了理論基礎和決策依據，并對天波超視距雷達的研制、改進、優化部署以及作戰使用等方面具有重要的指導意義。

[1]許丁文，李會勇，胡進峰，等.天波雷達電離層污染校正與海雜波抑制[J].雷達科學與技術，2012，10(6):639-644.XU Ding-wen，LI Hui-yong，HU Jin-feng，et al.A Cascaded Method for Ionospheric Decontamination and Sea Clutter Suppression in OTH Radar[J].Radar Science and Technology，2012，10(6):639-644.(in Chinese)

[2]吳瑕，陳建文，鮑拯，等.新體制天波超視距雷達的發展與研究[J].宇航學報，2013，34(5):671-678.

[3]賈晶，劉九洲，盛文.天波超視距雷達作戰效能評估研究[J].現代雷達，2013，35(4):10-14.

[4]孔勇，王小念，戴才彬，等.天波超視距雷達作戰效能評估模型[J].裝備指揮技術學院學報，2006，17(1):94-96.

[5]張宣，陳云翔，朱榮昌.模糊綜合評定模型的天波超視距雷達作戰效能評估[J].火力與指揮控制，2008，33(1):70-74.

[6]王安毅，楊兆民.天波超視距雷達對海探測效能評估研究[J].空軍雷達學院學報，2012，26(3):199-201.[7]閆達亮，李俠，蔡萬勇，等.一種天波超視距雷達作戰效能評估方法[J].空軍雷達學院學報，2010，24(3):177-179.

[8]呂明春，王旭，張延坤，等.裝備綜合保障相關問題的探討[J].質量與可靠性，2010(2):12-14.