基于探索性分析的电子对抗作战方案评估方法

耿松涛 刘雅奇

(电子工程学院，安徽 合肥230037)

1 引言

作战方案评估是作战筹划辅助决策的重要内容。电子对抗作战方案由目标选择、任务区分、作战手段、兵力规模与配置等多个决策要素组成，且受各种不确定性因素的影响。要科学合理地评估电子对抗方案，必须结合战术背景和对抗环境，综合分析各种不确定因素的影响。这样的评估结果对指挥员的决策活动更有参考价值。

探索性分析为电子对抗方案评估提供了很好的思路。其基本思路是考察不确定性想定条件下各种方案的不同结果，观察不确定性因素对想定问题的影响，全面把握各种关键要素，理解和发现复杂现象背后变量之间重要的关系，寻求满意解以及后续调整方案［1，2］。目前探索性分析方法在很多领域得到了应用和研究，有文献提到探索性分析可以应用于作战策略的研究［2］，但还没有具体应用探索性分析方法研究作战方案评估问题的相关文献。本文提出基于探索性分析的电子对抗作战方案评估，以空中进攻作战中对防空预警系统的电子对抗作战为例，重点研究了方案评估探索空间、多层级指标体系、多分辨率模型、方案评估框架等问题。

2 对防空预警系统的电子对抗作战想定

空中进攻作战中，航空兵编队战斗出航阶段，对防空预警系统的电子对抗作战，任务是掩护空袭编队出航，目的是缩短防空预警系统对空袭编队的发现距离，缩短预警时间，以达成空袭编队突击行动的突然性和隐蔽性。

作战对象是:预警机的机载预警雷达，地面警戒雷达，地面管报中心的空地情报通信接收站(接收预警机的探测情报)等。作战手段是:地面干扰站对机载预警雷达的远距离支援干扰，干扰飞机对地面警戒雷达的远距离支援干扰，无人机对地面警戒雷达的反辐射压制和摧毁，干扰飞机对管报中心情报通信接收站的远距离支援干扰，共计四种，作战过程中单独或综合使用这四种作战手段。作战原则是:在主攻方向上，集中优势电子对抗力量，综合使用多种手段压制敌防空预警系统，缩短其发现距离和预警时间。

3 方案评估探索空间

3.1 方案评估的内容

确定电子对抗作战方案的评估内容，应当以作战方案要素为着眼点，把作战方案要素作为方案评估的核心内容。通常情况下，电子对抗作战方案的要素主要包括电子对抗企图、电子进攻的重要目标和时机、作战部署及作战手段，有时还包括完成作战准备的时限、协同动作的方法及各种保障等［3］。其中，电子对抗作战目标选择、作战手段选择、投入兵力规模等要素，是电子对抗作战方案的重点内容，对电子对抗作战效能有重要影响。论文选择这三个要素作为电子对抗作战方案评估的重点内容，其研究方法也适用于对其他要素的评估。

3.2 方案评估的变量设定

作战方案中每一个决策要素都是依据现实情况具体设定的，所以决策要素对应的变量的取值比较复杂。使用备选方案的方法来解决决策变量设定问题，基本思路是:首先把方案分成多个决策要素，为每个决策要素提供一系列备选方案，各要素的备选方案组合起来就形成了完整作战方案，全部方案的集合就是方案评估探索空间。

关于探索空间的优化，因为作战方案难以量化，通用优化方法难以适用［2］，但是可以研究出一些针对具体方案行之有效的优化办法。基于这个理念，本文提出基于方案合理性的探索空间优化办法，主要思想是:针对具体的方案，考察其合理性，对于明显不合理的方案，从方案空间中删除。对于防空预警系统的电子对抗作战，因为防空预警系统是一个整体，从体系对抗角度出发，目标选择方案中应包含各类作战对象中威胁程度较高的几个个体，仅这一策略可以排除大量不合理方案。例如:设防空预警系统有m个预警雷达，n个警戒雷达，q个情报通信接收站，且每类对象中，对空袭编队威胁程度较高、必须予以对抗的个体大约有那么至少包含个预警雷达个警戒雷达个空地情报通信接收站的目标选择方案才算合理，其他不合理方案不予评估。这个优化策略使方案数量减少为原来的左右。

3.3 构建方案评估探索空间

本文方案评估内容包括目标选择、作战手段、兵力规模三个要素，每个决策要素都有多个备选方案。为方便说明，假设预警雷达、警戒雷达和情报通信接收站数量分别为m、n、q。

目标选择的备选方案是目标组合，每个作战对象都可能被选进目标组合。按3.2节的优化策略，则目标选择的备选方案大约有2m+n+q-3个。

作战手段选择的过程，实际上也包含任务区分的过程。根据作战想定，电子对抗作战手段有四种，预警雷达和情报通信接收站与作战手段的关系是一对一的，而对警戒雷达的作战手段有两种，所以备选的方案就有三种，如果目标选择阶段选定的警戒雷达数目为，那么备选方案大约有个。

选定了作战手段之后，也就明确了概略的任务区分关系，下一步就是进行兵力规模的决策。一般情况下一套普通(单一波束)干扰装备能一定程度地干扰压制一部对应的雷达，所以对选为作战目标的雷达，记分配一套干扰装备为小规模兵力，记分配两套干扰装备为中等规模兵力，记分配三套干扰装备为大规模兵力。兵力规模备选方案包括小规模、中等规模、大规模三种，也就是说对应每一个作战手段方案，兵力规模的备选方案有3个。

已知作战方案是多阶段决策的产物，而决策树是描述和研究多阶段决策的有效手段，所以方案库或方案评估探索空间可以采用结构化的决策树来表示。根据上述三个作战方案要素的分析，建立方案评估探索空间，从根节点到叶节点的一条路径表示一个作战方案，应用XML格式存贮在数据库中，在探索性分析时，可以从中读出方案，输入仿真系统。图1是一个示意性电子对抗方案决策树，其中作战对象有:两个预警雷达，记为Ⅰ、Ⅱ;四个警戒雷达，记为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ;两个情报通信接收站，记为Ⅶ、Ⅷ。作战手段:A表示地面干扰装备对机载预警雷达的远距离支援干扰，B表示干扰飞机对地面警戒雷达的远距离支援干扰，C表示无人机对地面警戒雷达的反辐射压制和摧毁，D表示干扰飞机对情报通信接收站的远距离支援干扰。力量规模记为小、中、大三级。“Ⅱ-A”就表示用作战手段A对抗目标Ⅱ，“Ⅱ-A-小”就表示使用小规模兵力的作战手段A对抗目标Ⅱ。

图1 电子对抗作战方案决策树示意图

图2 方案评估的多层级指标体系和多分辨率模型示意图

4 方案评估多层级指标体系

探索性分析方法的一个重要思想就是对考察系统进行层次化抽象，形成多层级指标体系。最底层指标是探索性分析的研究对象描述指标;中间层指标是描述系统的一系列核心效能评价指标;最后对中间层指标进行聚合，建立最高层的聚合指标。指标的选取和建立应遵循可测性、系统性、独立性、客观性、灵敏性、一致性等原则。

为电子对抗作战方案评估建立三级指标体系。最底层是方案描述指标，包括目标选择、作战手段、兵力规模三个要素。然后结合电子对抗各分系统的具体情况，建立中间层的电子对抗效能评价指标，包括(空袭编队战斗出航航路上，下同)对预警雷达压制距离、(空袭编队战斗出航航路的指定距离上，下同)对预警雷达压制区宽度、对警戒雷达压制距离、对警戒雷达压制区宽度、通信系统误码率。最后建立最高层的聚合指标，记为方案效能指数，该指标取值与方案优劣性成正比。图2是方案评估的多层级指标体系和多分辨率模型示意图。

5 方案评估多分辨率模型

多分辨率建模是探索性分析方法解决问题的重要手段。通常是在底层建立实体仿真模型，利于考察复杂系统、不确定性问题，充分展现不确定性因素的效能;在高层建立指标模型，实际就是一个多属性决策模型，利于体现决策偏好，且能简化探索问题。如图2所示，通过多分辨率模型，实现多层级指标的向上聚合，达到探索性分析的目的。

5.1 方案评估整体模型

方案评估的问题，实际上是根据所获知的作战过程中的各种不确定性因素，基于使命任务需求，评估各个方案的优劣，并期望以一个数值来反映优劣程度。建立基于探索性分析的方案评估问题的描述模型:

式(1)中，Y是聚合指标，即方案效能指数;A是电子对抗作战方案;T是使命任务需求向量，表示电子对抗作战中一系列的使命任务度量指标，是根据作战任务得出的;Q是状态变量，表示决策者有所了解而不能控制的不确定性因素。

5.2 高分辨率模型

根据描述模型，依照自下而上解决问题的思路，首先建立底层的高分辨率模型，是仿真系统的形式，输入是作战方案，输出是效能评价指标，可以表示为:

式(2)中，X=(X1，X2，X3，X4，X5)T是效能评价指标向量，表示对防空预警系统各种电子对抗效果的度量指标，X1、X2分别表示对预警雷达的压制距离、压制区宽度。X3、X4分别表示对警戒雷达的压制距离、压制区宽度，X5表示通信系统误码率;A是电子对抗作战方案，A=(目标选择方案，作战手段方案，兵力规模方案);Q是不确定性因素的状态变量，包括两部分，一部分是战场环境，另一部分是敌方的态势和行动。

按应用需求，电子对抗效能仿真分三类:电子对抗技术效能仿真、单武器装备对抗效能仿真和系统对抗效能仿真［6］，本文方案评估用到的仿真系统是系统对抗效能仿真。利用研制的电子对抗仿真系统研究作战方案对防空预警系统各分系统的影响关系，计算电子对抗效能评价指标，为高层指标模型提供数据支持。

5.3 低分辨率模型

高层的低分辨率模型是聚合模型，为解析式形式，输入是效能评价指标，输出是方案效能指数，可以表示为:

式(3)中，Y是聚合指标;X=(X1，X2，X3，X4，X5)T是效能评价指标向量;T=(T1，T2，T3，T4，T5)是使命任务需求向量，T1、T2分别表示对预警雷达的压制距离、压制区宽度，T3、T4分别表示对警戒雷达的压制距离、压制区宽度，T5表示干扰后地面管报中心空地情报通信接收站的误码率。为避免歧义和方便说明问题，本文的“压制距离”是指探测系统受干扰后形成的盲区距离。

构建模型时要考虑到以下四点:第一，方案优劣标准应着眼于使命任务完成情况;第二，假定在战役(或战斗)开始之前最高指挥权归地面指挥中心，战役(或战斗)开始后把部分防空指挥权交给预警机上指挥机构，所以对抗预警机情报系统应包括预警雷达和空地情报通信;第三，必须对地面警戒雷达实施有效干扰，其情报通信一般为有线方式;第四，根据指挥员的决策意志和偏好设定权系数。基于这四点，建立聚合模型如下:

式(4)中，X1、X2、X3、X4、X5是效能评价指标;T1、T2、T3、T4、T5是使命任务需求指标;ω1是对抗预警雷达探测效能的影响权重，ω2是对抗预警机与地面管报中心的空地情报通信效能的影响权重，ω1+ω2=1;γ是兵力规模惩罚因子，表示作战方案使用过大兵力规模的惩罚因子，兵力规模越大，γ越小。

实际情况中，往往对预警雷达和警戒雷达提出同样的预期压制效果，要求T1=T3，T2=T4。记Tα表示对预警探测系统的压制距离，Tβ表示在指定距离上的压制区宽度。对预警探测系统的实际等效压制距离和压制区宽度为预警雷达和警戒雷达的相关指标中的较小值，修正式(4)得到式(5):

式(6)中，ω3、ω4、ω5、ω6是四种电子作战手段对兵力规模惩罚因子的影响权重，ω3+ω4+ω5+ω6=1;m、n、q是预警雷达、警戒雷达和情报通信接收站的数量;si表示对第i个预警雷达实施有源干扰的兵力规模，si=1，2，3;sj表示对第j个地面警戒雷达实施有源干扰的兵力规模，sj=1，2，3;sk表示对第k个地面警戒雷达实施反辐射压制和摧毁的兵力规模，sk=1，2，3;sl表示对第l个情报通信接收站实施远距离支援干扰的兵力规模，sl=1，表示对第i个预警雷达实施有源干扰的兵力规模为中等适度规模，记为=2同理。

图3 作战方案评估框架示意图

6 基于探索性分析的方案评估框架

探索性分析是一种解决问题的思想，实施起来并没有固定的模式和步骤，要视具体问题而定。根据方案评估的特点和探索性分析的思想，研究基于探索性分析的方案评估框架，用以指导整个研究的实施，力求使评估过程规范统一，方便研究方法推广应用。图3为方案评估框架示意图。

归纳起来包括八个步骤，涉及八个活动及其工作产品，八个活动包括:建立方案评估指标体系、构建方案评估探索空间、编制实验想定、建立仿真系统、实施仿真实验、建立聚合模型、解算聚合指标、数据分析;对应的工作产品分别是:多层级指标体系、方案库或方案评估探索空间、实验想定库、仿真系统软件、实验数据库、解析式聚合模型、聚合指标数值库、方案评估报告。

在数据分析环节需要注意把握探索性分析的特点，广泛地试探各种条件下所可能产生的结果，理解不确定性因素对于想定问题的影响，分析不同方案要素对结果的影响，注重把握系统内部的规律。

7 结束语

采用探索性分析方法研究方案评估，考虑了作战方案评估问题的复杂性、系统性、不确定性、多维性等特点，为电子对抗作战方案评估提供了一个科学合理、灵活有效的研究方法。该方法还可以探索能力指标，进行基于使命任务需求的作战能力需求分析;探索环境不确定性因素，评估环境因素对作战效能的影响。

1 曾宪钊，蔡游飞，黄谦，等.基于作战仿真和探索性分析的海战效能评估［J］.系统仿真学报，2005，17(3):763-766.

2 胡剑文，吴曦，杨镜宇，等.探索性分析框架EAF的设计［J］.系统仿真学报，2005，17(11):2793-2800.

3 安宗旭，汪亚夫，刘雅奇.电子战作战决心方案评估方法研究［J］.军事运筹与系统工程，2007，21(4):31-35.

4 PAUL K DAVIS，RICHARD HILLESTAD.Exploratory analysis for strategy problems with massive uncertainty［R］.RAND Corporation，2000.

5 DAVID A SHLAPAK，DAVID T ORLETSKY，BARRY A WILSON.Dire strait?Military aAspects of the China-Taiwan confrontation and options for U.S.policy［M］.http://www.rand.org/pubs/monograph_reports/MR1217.html，2000.

6 李华，曾艳丽.电子对抗系统效能仿真支撑环境研究［J］.系统仿真学报，2007，19(9):1954-1958.