區域預警探測體系作戰能力評估*

佟立飛 李洪梅

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

?

區域預警探測體系作戰能力評估*

佟立飛 李洪梅

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

分析區域預警探測體系特點,構建了以體系探測能力為主的指標體系,且將預警探測體系在對抗過程中的動態特性,以空情信息因子形式引入了指標建模,使模型更貼合實際戰術需求;最后給出了工程應用中在該指標體系下的作戰能力評估結果。

預警探測體系; 作戰能力; 指標體系

Class Number TN974

1 引言

現代戰爭的勝負取決于戰場攻防雙方的體系對抗能力,在信息、火力和機動性等領域形成壓倒性的體系對抗優勢是軍事強國奪取戰場優勢的最優先考慮。區域預警探測體系是突防導彈和航空兵部隊的重要對抗手段,尤其在未來大規模聯合作戰中,對戰略方向中關鍵目標的保護是預警探測體系在聯合作戰中的重要使命,而這需要科學、高效和適用的體系作戰能力分析的支持。

本文以聯合火力打擊為背景,圍繞體系對抗作戰指導思想建立區域預警探測體系作戰能力評估的指標體系,分析了預警體系的邏輯層和通信層在對抗過程中的動態特性,以空情信息因子形式引入指標建模,使作戰能力分析過程更能突出不同作戰背景應用的廣適性。

2 指標體系構建

2.1 區域預警探測體系

區域預警探測體系[1]是一種雷達組網而成的區域級作戰系統,本文主要針對地面固定式警戒雷達、機動雷達與融合中心組網。主要作戰任務是探測戰略彈道導彈、巡航導彈、中高空、低空突防以及隱身突防的作戰飛機等目標,為指揮控制系統和武器系統提供空情信息。

區域預警探測體系的一般結構視圖如圖1所示,主要包括三類節點:信息處理節點(情報處理中心、融合中心等)、信息傳輸節點(雷達信息接收站、指揮節點)和傳感器節點(各類型地面雷達)。從圖1中可以看出,當空情信息傳輸節點和空情信息處理節點在受到火力摧毀后,會導致空情信息無法傳輸和處理,大大降低了預警探測體系的探測能力。因此,在考察預警探測能力時,需要考慮信息傳輸節點和信息處理節點的影響,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,當與第i部雷達相關的信息傳輸節點和信息處理節點被火力摧毀,無法傳輸或處理該雷達空情時,則認為該雷達上報的空情無效,不作處理。本文考慮信息傳輸質量對預警探測能力的影響,信息處理質量對預警探測能力的影響則主要通過融合檢測能力來體現。

圖1 預警探測體系一般結構圖

2.2 指標體系構建

本文主要研究區域預警探測體系在復雜的戰場環境下[2～4]對不同目標類型的預警探測能力。

預警探測能力是評價預警探測體系作戰能力的主要指標,它反映了區域預警探測體系完成可能賦予的作戰任務的能力度量,主要用于考量區域預警探測體系對彈道導彈、巡航導彈和高空突防、低空突防以及電子干擾掩護下的作戰飛機的探測能力。預警探測能力的評估指標要能夠依據對區域預警探測體系內的雷達目標實施火力打擊和電子干擾方案,評估整體預警體系預警探測能力的下降程度,從而評價火力打擊和電子干擾方案的合理性,并為選取合理的雷達目標提供依據,本文以區域預警探測體系的威力區以及對特定目標的預警時間作為預警探測能力的主要評估指標[4～8]。

目標檢測能力反映區域預警探測體系內預警探測裝備的綜合發現概率和虛警概率。

圖2 區域預警探測體系作戰能力評估指標體系

根據以上對預警探測體系作戰能力評估的分析,區域預警探測體系作戰能力評估指標體系如圖2所示。指標體系分為三層,第一層是能力層,該層將預警探測體系按照系統功能分為預警探測能力、目標檢測能力;第二層指標層,該層的各指標用于量化能力層的作戰能力,可以根據具體的作戰運用研究選取不同的評估指標評估能力層的各種能力;第三層是單裝作戰能力指標層。

根據建立的預警探測體系作戰能力評估指標體系,對第二層指標層進行描述,結合空情信息,建立了預警探測體系探測威力區模型、融合檢測能力模型、預警時間模型等。

3 預警探測體系探測能力模型

3.1 預警探測體系探測威力區模型

單個預警探測裝備的探測威力區直觀地描述了其探測能力的好壞,它的大小與其本身性能、目標特性等因素有關。不同的目標高度、不同的目標截面積以及不同的發現概率下的探測威力區大小是不同的,如果受到干擾,探測威力區會發生明顯的變化。整個體系的探測威力區是體系中所有單個裝備威力區的合成,即求并集而成;所以預警探測體系探測區定義為網內雷達探測區的并集。具體描述如下。

單裝的探測威力區:

預警體系的綜合威力區:

(1)

式中:Anet為預警探測體系合成探測區;Ai為第i部雷達探測區;n為網內雷達數;Ci為第i部雷達空情有效因子,其取值如下所示:

在空情信息傳輸和處理過程中,當與第i部雷達相關的信息傳輸節點和信息處理節點被火力摧毀,無法處理該雷達空情時,則認為該雷達上報的空情無效,不作處理。

3.2 預警探測體系預警時間模型

對于預警探測體系,盡早發現目標是系統的首要任務,因此,防空系統的預警時間成為預警探測體系的重要作戰能力指標之一。考慮到雷達的作戰任務是保衛重要目標,引導火力單元摧毀來襲目標。所以將組網雷達的預警時間定義為目標飛行時雷達能探測到的最早暴露點,飛行至火力單元能摧毀目標最后位置點所需的時間。因此,預警探測體系的預警時間不僅與目標特性有關,而且還與布站方式、被保衛目標地理位置、火力單元摧毀目標最后位置點等有關。

圖3 目標空襲示意圖

如圖3所示,假設某預警探測體系由N部雷達組成,被保衛目標位于O點,空襲目標飛行航跡為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,摧毀空襲目標所需的最后位置點為P,P的水平投影為Q,則預警探測體系的預警水平距離可表示為EO與探測區A水平投影邊界的交點F到被火力單元能摧毀目標最后位置點P的水平投影Q點的距離FQ。所以防空系統的預警時間可表示為

(2)

式中:探測區A是整個預警探測體系有效探測區(已引入空情信息),Ta為預警時間;FQ為目標航跡水平投影位于雷達探測區內的一段;Vt為目標速度在航跡上的投影。

3.3 融合檢測能力模型

預警探測體系發現概率的大小由預警探測體系融合檢測算法和體系內雷達對目標的發現概率決定,該指標還可以衡量預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的雷達集合;S1為Di(i=1,2,…,2N)中判H1的雷達集合;D為判決空間;R(D)為融合判定規則;Pds為第S部雷達檢測概率。

預警探測體系虛警概率的大小由預警探測體系融合檢測算法和系統內雷達對目標的虛警概率決定,該指標還可以衡量預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的雷達集合;S1為Di(i=1,2,…,2N)中判H1的雷達集合;D為判決空間;R(D)為融合判定規則;Pfi為第i部雷達虛警概率。

式(3)～式(4)中得到融合判定規則可采用“或”融合檢測方法,再引入空情信息因子Ci,經過“或”方法融合檢測后,預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 預警探測體系作戰能力評估結果

作戰想定一:設置五部地面雷達組網的預警探測體系,單部雷達發射功率25000W,發射增益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組成,干擾機功率2000W,發射增益10dB;來襲目標為飛機:雷達截面積5m2,飛行高度4000m,飛行速度250m/s。

該作戰想定下的預警體系探測能力結果如下(圖中方塊代表雷達站,圓點代表干擾機:箭頭表示干擾波束主瓣方向)。

圖4 無干擾時雷達網探測區域

圖5 干擾下雷達網的探測區域

圖4、圖5中的陰影區域是目標暴露邊界,即目標到達陰影邊界處就能被雷達探測到。圖4、圖5分別是整個雷達網在有/無干擾下有效探測區域效果圖。其中圖5是三部干擾機共同作用于網內每部雷達,在每部雷達的探測區域下,由融合算法形成的探測網即不規則的綜合探測區域。

令來襲目標的毀傷目標為雷達網的信息處理中心,上述預警體系的在不同來襲目標下的預警時間結果如表1所示。

表1 預警時間結果

作戰想定二:設置不同的預警體系,檢驗預警探測的融合檢測能力,如表2所示。

表2 融合檢測能力結果

5 結語

本文以區域預警探測體系為評估對象,以聯合作戰為背景,構建了以探測能力為主的指標能力體系,并通過實例分析證明了其為作戰決策提供支撐的能力。

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

[2] 張昶.武器裝備作戰效能通用分析評估框架的設計和實現[D].北京:北京郵電大學碩士學位論文,2011.

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

[4] 王玉明,譚志良,畢軍建.復雜電磁環境對雷達與指控系統的影響[J].裝備環境工程,2013,10(3):12-20.

[5] 黃希利,杜紅梅.綜合電子對抗系統作戰能力評估[J].兵工自動化,2010,29(2):58-60.

[6] 成科平.基于改進ADC模型的電子對抗系統作戰效能評估[J].電子科技,2013,26(1):30-33.

[7] 楊誠,劉澤平.基于信息系統的體系作戰指揮控制能力評估研究[J].計算機工程與設計,2013,34(3):1087-1091.

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

[9] 趙志超,饒彬,王濤,等.雷達網檢測概率計算及性能評估[J].現代雷達,2010,32(7):7-10.

[10] 方學立,楊永祥.雷達與雷達網的目標檢測威力模型[J].現代雷達,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,高級工程師,研究方向:信息融合。

TN974

10.3969/j.issn1672-9730.2015.03.008