天波超视距雷达作战效能综合评估研究∗

陈 辉,雷 霆,闫达亮

(95980部队，湖北襄阳441021)

0 引言

天波超视距雷达利用电离层对电磁波的反射作用，实现对飞机、舰船和导弹等目标的超视距检测，具有监视范围大、单位面积成本低、防低空突袭、能探测隐身目标等突出优点，近年来受到广泛关注[1]。天波超视距雷达是实现远程战略预警最为经济、有效的手段，已成为各大国战略预警体系中的重要装备[2-3]。因此，研究天波超视距雷达作战效能对装备的论证使用和规划部署国防预警探测体系具有重要意义。

近年来，国内对天波超视距雷达作战效能开展了广泛研究。文献[4-5]针对单一性能参数法和评价指标的模糊性特点，分别采用ADC法和模糊综合评判法对天波超视距雷达作战效能进行了评估;文献[6]在考虑装备保障系统的基础上，研究了天波超视距雷达对海探测能力;文献[7]采用层次分析法从探测能力和对抗能力两个方面对天波超视距雷达的作战效能进行了综合评估。然而，以上文献所建立的评估指标针对性不强，未有效关联天波超视距雷达的系统构成和工作原理，大多数仅仅考虑装备本身的固有能力，而没有从装备全系统的角度出发，往往忽视了数据处理、指挥控制以及装备综合保障性等因素对雷达作战效能的影响。鉴于以上问题和不足，本文结合天波超视距雷达的战技术性能特点，综合考虑不同因素对系统作战效能的影响，将评估对象由装备扩展到装备全系统，建立一种基于模糊层次决策的天波超视距雷达作战效能评估模型，从而对天波超视距雷达作战效能进行准确评估。

1 评估指标的建立与分析

1.1 评估指标体系的建立

天波超视距雷达系统不仅包括天波超视距雷达主装备，还包括使主装备能发挥作用的相关保障系统。因此，本文从装备全系统的角度出发，综合考虑作战效能评估各种影响因素，运用层次分析法对评估总目标进行多层次分解，依据雷达系统工作实际，通过广泛的调查研究和专家咨询，经过多次反复修改、补充和完善，建立了一套新的天波超视距雷达作战效能综合评估指标体系，如图1所示。

图1 天波超视距雷达作战效能综合评估指标体系层次分析模型

1.2 评估指标分析

由图1可知，该指标体系可分为三个层次:第一层是目标层(A层)，即天波超视距雷达作战效能总体评估;第二层是准则层(B层)，包括探测性能、数据处理能力、生存能力、指挥控制能力和综合保障性等6个指标;第三层是指标层(C层)，包括探测作用距离、有效探测扇区、探测精度等22个评估指标，具体分析如下:

1)探测性能(B1)

探测性能是指雷达在干扰环境下探测目标的能力，由探测作用距离、探测有效扇区、探测精度、系统可用度和抗干扰能力进行描述。其中，探测作用距离、有效探测扇区反映了天波超视距雷达的探测威力范围;探测精度反映雷达探测目标的定位能力;抗干扰能力是天波超视距雷达探测性能的一个重要指标，这是因为天波超视距雷达工作在短波波段，工作频段决定了其干扰背景比常规微波雷达恶劣得多，如雷电、海杂波、流星尾迹，尤其是短波电台干扰，其频段密集且功率较强。系统可用度是衡量天波超视距雷达探测性能的一个重要指标。在作战上，系统可用度越高越好。系统可用度受电离层影响较大，由于电离层是变化的，存在着许多不稳定现象，会造成天波超视距雷达系统的不可用或部分性能下降。

2)数据处理能力(B2)

数据处理能力是描述天波超视距雷达作战效能的重要指标，它能反映规定作战任务下系统对探测的目标信号与数据的处理与运用能力，数据处理能力的高低直接影响着天波超视距雷达作战效能的发挥程度。因此本文选取数据处理容量、数据处理速度、数据处理精度、目标识别能力和目标跟踪能力等作为数据处理能力指标。其中，数据处理容量、数据处理速度、数据处理精度是情报信息处理的基本能力指标，而目标识别能力和目标跟踪能力是天波超视距雷达情报数据处理的重要功能，也是反映天波超视距雷达作战效能的关键指标。

3)生存能力(B3)

生存能力是指天波超视距雷达在作战环境下抗软、硬杀伤的能力。天波超视距雷达天线阵地一般很大且是固定的，没有机动性可言，所以站址选择一定要合理。对天波超视距雷达来说，抗ARM攻击具有先天的优势，因此，抗ARM攻击的效能指标一般不予考虑或者权值很低，考虑到科学简化评估指标体系的原则，本文认为天波超视距雷达的系统生存能力由站址选择合理性、抗毁能力和抗侦察能力三个指标聚合而成。

4)指挥控制能力(B4)

天波超视距雷达的指挥控制能力指标主要由态势显示能力、指令控制能力、辅助决策能力、情报分发能力、电离层监控能力和信息查证能力六个指标聚合而成。其中，态势显示能力指标是基础，指令控制能力、辅助决策能力以及情报分发能力是指挥控制能力得以体现的重要内容，而电离层监控能力和信息查证能力是体现指挥控制能力的重要前提，也是天波超视距雷达作战效能得以有效发挥的关键。

5)综合保障性(B5)

天波超视距雷达系统作战效能的发挥，既取决于系统的战技术性能，也取决于装备的综合保障性。从系统工程的角度来说，装备综合保障性主要来源于其可靠性、维修性和保障性等装备重要质量特性设计的好坏[8]。因此，本文选取可靠性、维修性、保障性作为天波超视距雷达的综合保障性指标。

2 基于模糊层次决策的作战效能综合评估模型

天波超视距雷达系统是一个庞大复杂的系统，其作战效能是一个综合性指标，包含多种技术因素和不确定性，对系统的评估也是一项复杂的工作，涉及许多难以量化的因素。在上述评估指标分析中，主要涉及到两类指标:一是定量指标，可以直接进行定量计算;二是定性指标，可以通过专家知识经验进行评定。因而天波超视距雷达作战效能评估的原则是基于定量计算和定性分析相结合的多属性综合决策评估过程。为此，本文提出层次分析法(AHP)与模糊数学相结合的方法对天波超视距雷达作战效能进行综合评估，具体步骤如下。

2.1 建立评价因素层次结构

利用AHP对评价因素进行分析时，首先要将其分组，每组作为一个层次，由左至右按最顶层、中间层和最低层的形式排列，构建层次模型如图1所示。其中，最顶层为目标层，表示要解决问题的目标;中间层为准则层，表示采取某种措施来实现预定总目标所涉及到的中间环节;最底层为指标层，它是最终影响天波超视距雷达作战能力的评价指标集。

2.2 确定评语集

评语集是以判断者对评判对象可能出现的各种评判结果为元素组成的集合。设评语集V={V1，V2，…，V n}，V j(j=1，2，…，n)代表各种可能的总评判结果。

2.3 确定指标权重集

在天波超视距雷达作战效能评估中，各级评估指标权重的确定是至关重要的，其反映了各个因素对天波超视距雷达作战效能影响的程度。确定权重的方法很多，如专家评判法、层次分析法和相关系数法等。本文在结合专家意见的条件下，通过AHP的方法确定各评估因素的权重。

1)构造比较判断矩阵

根据图1所建立的评估指标体系结构，使用成对比较和专家咨询法来构造判断矩阵A=[a ij](表示同一层各指标相对重要性的标度值，判断标准采用层次分析法常用的1～9标度法)。

2)计算指标权重

指标权重的计算可归纳为求解判断矩阵A最大特征值λmax对应的特征向量，即AW=λmaxW的特征向量W=(w1，w2，…，w n)T。在 AHP方法中，计算特征向量常用的近似方法有求和法、平方根法等，本文采用判断矩阵首行求和并归一化来求解特征向量，从而得到各指标的权重。

3)一致性检验

由于天波超视距雷达作战效能评估过程中影响因素的复杂性和决策者对这些因素主观判断具有不稳定性，以及不同决策者偏好也不同，因此难以将同一准则下的因素差异度量的十分准确，通过两两比较的判断矩阵不一定满足一致性条件。因而实际操作时，引入变量一致性比例CR=CI/RI来检验一致性，当CR＜0.1时，判断矩阵具有一致性，否则就不满足一致性。其中CI=(λmax-n)/(n-1)为一致性指标，RI为平均随机一致性指标，根据矩阵阶数而取值。

2.4 构建模糊评判矩阵

由于天波超视距雷达作战效能评估指标多为定性评估指标，具有较强的模糊性和不确定性，因此，采用专家打分的方法来确定各评估指标的对评语集的隶属度。专家打分法的基本原理为:聘请n名专家对各指标进行评定，假如对指标u i有m名专家评定为v1，则模糊隶属度r i1=m/n，所有r ij值即构成模糊评判矩阵R。

为确保专家打分的客观性和可靠性，拟选定的专家应包括科研院所的装备设计人员、厂方的制作人员、部队作战使用人员、院校教学人员以及驻厂军代表等。

式中，r ij为第i个评价指标对第j级评语的隶属度。

2.5 确定综合评价模型

天波超视距雷达作战效能评价是一个多级因素构成的评判指标体系，采用多级评判的方法，对每一级因素子集从不同的角度分别进行一级综合评判，设所得的模糊综合评价集分别为

由于仅仅由～B1，～B2，…，～B s的其中之一作为评判指标可能有片面性，因此记为二级评判指标，也作为上一级各指标的模糊综合评价矩阵:

根据层次分析法得出上一级各指标权重向量W=(w1，w2，…，w s)和评判矩阵R0，利用复合运算便可求出综合评判结果，即

式中，B为模糊综合评判向量，b i为综合考虑所有影响因素的影响时评判对象对应于评语集中第i个元素的隶属度大小。

3 实例应用及分析

以某型天波超视距雷达为例进行实例验证。采用本文模型对该天波超视距雷达作战效能进行综合评估，具体如下。

3.1 建立层次分析模型

经分析，可以得到影响因素集，其层次结构如图1所示的天波超视距雷达作战效能综合评估层次分析模型。

3.2 确定评语集

评语集的确定可以用定性评语法和定量评分法给出，本文将评语等级分为4级，即评语集V={V1，V2，V3，V4}={优，良，一般，差}。

3.3 构建比较判断矩阵并确定指标权重

通过对准则层影响因素进行两两比较可以得到准则层B相对于目标层A的判断矩阵，并由前述的方法求得相对权重向量、最大特征值λAmax以及一致性指标CI和一致性比例CR，计算结果如表1所示。

表1 准则层B相对于目标层A的判断矩阵

指标层C相对于准则层B1的权重向量以及相应的最大特征值λB1max、一致性指标CI1和一致性比例CR1，如表2所示。

表2 指标层C相对于准则层B1的判断矩阵

同理，可分别计算指标层C相对于准则层B2，B3，B4，B5层次排序向量以及相应的最大特征值、一致性指标和一致性比例，如下:

3.4 构造模糊评判矩阵

模糊评判矩阵(R)的确定采用专家打分的方法确定各评估指标的对评语集的隶属度。聘请20位评审专家对20个三级指标进行了评定。设该雷达作战效能评估的第二级模糊评判矩阵为R0，第三级模糊评判矩阵为R i(i=1，2，3，4，5)。对于各指标因素的评价采用“优、良、一般、差”四级划分法，各等级都看成一个模糊向量，然后对各指标评判结果进行统计并规范化处理，得到模糊评判矩阵如下:

3.5 模糊综合评判

采用常规矩阵乘法规则，计算单级指标综合评估值(i=1，2，3，4，5)。首先对指标B1计算其综合评估值，即0.2905，0.0398)。

同理，再分别对B2，B3，B4，B5二级指标计算综合评估值形成二级模糊评估的隶属关系矩阵R0，即

根据上述求得的和R0可以计算得出该天波超视距雷达作战效能综合评估隶属度向量B，即

按照最大隶属度法，该雷达作战效能综合评估结果应取b0=max(0.203 0，0.378 5，0.371 8，0.046 6)=0.378 5，即该雷达作战效能的综合评估结果为良好。

3.6 综合评估结果分析

式(7)中R0的第一行到第五行数据分别表示探测性能、数据处理能力、生存能力、指挥控制能力和综合保障性等指标的评估结果。根据最大隶属度原则，可知该天波超视距雷达探测性能方面的评估结果为“良”，数据处理能力方面的评估结果为“一般”，生存能力方面的评估结果为“优”，指挥控制能力方面的评估结果为“一般”，综合保障性方面的评估结果为“良”。同时，由上述计算结果可知，综合评估结果“良”与“一般”对应的隶属度值分别为0.378 5和0.371 8，二者相差很小，这说明该天波超视距雷达作战效能勉强达到良好的标准，因此还需要对其进行一定的改进优化，才能达到更好的作战水平，这也与实际情况相符。综上分析，建议从以下几个方面进行雷达改进，将对雷达的综合作战效能有很大的提升。

(1)加强对自适应选频及信道特性预测技术的研究，优化电波环境自适应诊断相关算法，实时准确预测电离层状态，提高系统可用度，并增强自适应选频的精确度，从而提高雷达探测性能，对雷达作战效能综合评估结果具有一定的提高。

(2)进一步提高雷达的抗干扰能力，从频域、空域及时域单方面或同时采取相应抗干扰措施，并利用现代抗干扰技术、计算机技术及信号处理技术等先进技术增强雷达系统的抗干扰性能，从而提高复杂电磁环境下天波超视距雷达的预警探测能力，以此增大探测性能的权重。

(3)改进优化天波超视距雷达信号与数据处理系统的设计，在软件上优化信号处理和数据处理过程，提高目标识别、目标跟踪以及情报信息处理的精度，从而增强雷达的数据处理能力。

(4)升级改进指挥控制终端系统，增强不同情报信息之间的作战协调与辅助决策能力，提高系统指挥控制工作效率，同时加强作战指挥人员的组织训练工作，增强对目标的研判能力，从而提高雷达的作战指挥控制能力，以此将促进雷达作战效能综合评估结果的提高。

(5)提高装备综合保障性能，即在雷达研制阶段全面考虑可靠性、维修性、保障性等关键的综合保障要素，突出综合保障性地位，开展综合保障性分析与设计，并在装备定型或验收阶段进行综合保障性鉴定，投入使用后做好综合保障信息的收集与反馈工作，为及时改进和提高装备综合保障性提供依据，最终确保雷达具有较高的综合保障性，对提高雷达作战效能综合评估结果具有决定性贡献。

4 结束语

本文从装备全系统的角度出发，结合天波超视距雷达战技术性能特点，建立了以探测性能、数据处理能力、生存能力、指挥控制能力和综合保障性为指标的天波超视距雷达作战效能综合评估指标体系。在此基础上，通过层次分析法和模糊综合评判法相结合的方法对天波超视距雷达的作战效能进行综合评估，使评估更加全面、合理、准确。该方法不仅充分发挥了专家的作用，而且尽可能地减少了主观认识差异所带来的决策片面性，为天波超视距雷达作战效能的评估提供了理论基础和决策依据，并对天波超视距雷达的研制、改进、优化部署以及作战使用等方面具有重要的指导意义。

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