区域预警探测体系作战能力评估*

佟立飞 李洪梅

(1.92493部队 葫芦岛 125000)(2.江苏自动化研究所 连云港 222006)



区域预警探测体系作战能力评估*

佟立飞 李洪梅

(1.92493部队 葫芦岛 125000)(2.江苏自动化研究所 连云港 222006)

分析区域预警探测体系特点,构建了以体系探测能力为主的指标体系,且将预警探测体系在对抗过程中的动态特性,以空情信息因子形式引入了指标建模,使模型更贴合实际战术需求;最后给出了工程应用中在该指标体系下的作战能力评估结果。

预警探测体系; 作战能力; 指标体系

Class Number TN974

1 引言

现代战争的胜负取决于战场攻防双方的体系对抗能力,在信息、火力和机动性等领域形成压倒性的体系对抗优势是军事强国夺取战场优势的最优先考虑。区域预警探测体系是突防导弹和航空兵部队的重要对抗手段,尤其在未来大规模联合作战中,对战略方向中关键目标的保护是预警探测体系在联合作战中的重要使命,而这需要科学、高效和适用的体系作战能力分析的支持。

本文以联合火力打击为背景,围绕体系对抗作战指导思想建立区域预警探测体系作战能力评估的指标体系,分析了预警体系的逻辑层和通信层在对抗过程中的动态特性,以空情信息因子形式引入指标建模,使作战能力分析过程更能突出不同作战背景应用的广适性。

2 指标体系构建

2.1 区域预警探测体系

区域预警探测体系[1]是一种雷达组网而成的区域级作战系统,本文主要针对地面固定式警戒雷达、机动雷达与融合中心组网。主要作战任务是探测战略弹道导弹、巡航导弹、中高空、低空突防以及隐身突防的作战飞机等目标,为指挥控制系统和武器系统提供空情信息。

区域预警探测体系的一般结构视图如图1所示,主要包括三类节点:信息处理节点(情报处理中心、融合中心等)、信息传输节点(雷达信息接收站、指挥节点)和传感器节点(各类型地面雷达)。从图1中可以看出,当空情信息传输节点和空情信息处理节点在受到火力摧毁后,会导致空情信息无法传输和处理,大大降低了预警探测体系的探测能力。因此,在考察预警探测能力时,需要考虑信息传输节点和信息处理节点的影响,本文定义了雷情有效性因子Ci,在空情信息传输和处理过程中,当与第i部雷达相关的信息传输节点和信息处理节点被火力摧毁,无法传输或处理该雷达空情时,则认为该雷达上报的空情无效,不作处理。本文考虑信息传输质量对预警探测能力的影响,信息处理质量对预警探测能力的影响则主要通过融合检测能力来体现。

图1 预警探测体系一般结构图

2.2 指标体系构建

本文主要研究区域预警探测体系在复杂的战场环境下[2～4]对不同目标类型的预警探测能力。

预警探测能力是评价预警探测体系作战能力的主要指标,它反映了区域预警探测体系完成可能赋予的作战任务的能力度量,主要用于考量区域预警探测体系对弹道导弹、巡航导弹和高空突防、低空突防以及电子干扰掩护下的作战飞机的探测能力。预警探测能力的评估指标要能够依据对区域预警探测体系内的雷达目标实施火力打击和电子干扰方案,评估整体预警体系预警探测能力的下降程度,从而评价火力打击和电子干扰方案的合理性,并为选取合理的雷达目标提供依据,本文以区域预警探测体系的威力区以及对特定目标的预警时间作为预警探测能力的主要评估指标[4～8]。

目标检测能力反映区域预警探测体系内预警探测装备的综合发现概率和虚警概率。

图2 区域预警探测体系作战能力评估指标体系

根据以上对预警探测体系作战能力评估的分析,区域预警探测体系作战能力评估指标体系如图2所示。指标体系分为三层,第一层是能力层,该层将预警探测体系按照系统功能分为预警探测能力、目标检测能力;第二层指标层,该层的各指标用于量化能力层的作战能力,可以根据具体的作战运用研究选取不同的评估指标评估能力层的各种能力;第三层是单装作战能力指标层。

根据建立的预警探测体系作战能力评估指标体系,对第二层指标层进行描述,结合空情信息,建立了预警探测体系探测威力区模型、融合检测能力模型、预警时间模型等。

3 预警探测体系探测能力模型

3.1 预警探测体系探测威力区模型

单个预警探测装备的探测威力区直观地描述了其探测能力的好坏,它的大小与其本身性能、目标特性等因素有关。不同的目标高度、不同的目标截面积以及不同的发现概率下的探测威力区大小是不同的,如果受到干扰,探测威力区会发生明显的变化。整个体系的探测威力区是体系中所有单个装备威力区的合成,即求并集而成;所以预警探测体系探测区定义为网内雷达探测区的并集。具体描述如下。

单装的探测威力区:

预警体系的综合威力区:

(1)

式中:Anet为预警探测体系合成探测区;Ai为第i部雷达探测区;n为网内雷达数;Ci为第i部雷达空情有效因子,其取值如下所示:

在空情信息传输和处理过程中,当与第i部雷达相关的信息传输节点和信息处理节点被火力摧毁,无法处理该雷达空情时,则认为该雷达上报的空情无效,不作处理。

3.2 预警探测体系预警时间模型

对于预警探测体系,尽早发现目标是系统的首要任务,因此,防空系统的预警时间成为预警探测体系的重要作战能力指标之一。考虑到雷达的作战任务是保卫重要目标,引导火力单元摧毁来袭目标。所以将组网雷达的预警时间定义为目标飞行时雷达能探测到的最早暴露点,飞行至火力单元能摧毁目标最后位置点所需的时间。因此,预警探测体系的预警时间不仅与目标特性有关,而且还与布站方式、被保卫目标地理位置、火力单元摧毁目标最后位置点等有关。

图3 目标空袭示意图

如图3所示,假设某预警探测体系由N部雷达组成,被保卫目标位于O点,空袭目标飞行航迹为EP,速度为V,水平投影为EO,水平速度为Vt,火力单元位于M点,摧毁空袭目标所需的最后位置点为P,P的水平投影为Q,则预警探测体系的预警水平距离可表示为EO与探测区A水平投影边界的交点F到被火力单元能摧毁目标最后位置点P的水平投影Q点的距离FQ。所以防空系统的预警时间可表示为

(2)

式中:探测区A是整个预警探测体系有效探测区(已引入空情信息),Ta为预警时间;FQ为目标航迹水平投影位于雷达探测区内的一段;Vt为目标速度在航迹上的投影。

3.3 融合检测能力模型

预警探测体系发现概率的大小由预警探测体系融合检测算法和体系内雷达对目标的发现概率决定,该指标还可以衡量预警探测体系抗隐身能力和抗低空突防能力。

(3)

式中,S0为Di(i=1,2,…,2N)中判H0的雷达集合;S1为Di(i=1,2,…,2N)中判H1的雷达集合;D为判决空间;R(D)为融合判定规则;Pds为第S部雷达检测概率。

预警探测体系虚警概率的大小由预警探测体系融合检测算法和系统内雷达对目标的虚警概率决定,该指标还可以衡量预警探测体系抗隐身能力和抗低空突防能力。

(4)

式中,S0为Di(i=1,2,…,2N)中判H0的雷达集合;S1为Di(i=1,2,…,2N)中判H1的雷达集合;D为判决空间;R(D)为融合判定规则;Pfi为第i部雷达虚警概率。

式(3)～式(4)中得到融合判定规则可采用“或”融合检测方法,再引入空情信息因子Ci,经过“或”方法融合检测后,预警探测体系的检测概率Pd和虚警概率Pf[9～10]为

(5)

(6)

其中,“或”融合检测方法可表示为

4 预警探测体系作战能力评估结果

作战想定一:设置五部地面雷达组网的预警探测体系,单部雷达发射功率25000W,发射增益39dB,虚警概率为10-6,检测概率为0.8;干扰体系由三部干扰机组成,干扰机功率2000W,发射增益10dB;来袭目标为飞机:雷达截面积5m2,飞行高度4000m,飞行速度250m/s。

该作战想定下的预警体系探测能力结果如下(图中方块代表雷达站,圆点代表干扰机:箭头表示干扰波束主瓣方向)。

图4 无干扰时雷达网探测区域

图5 干扰下雷达网的探测区域

图4、图5中的阴影区域是目标暴露边界,即目标到达阴影边界处就能被雷达探测到。图4、图5分别是整个雷达网在有/无干扰下有效探测区域效果图。其中图5是三部干扰机共同作用于网内每部雷达,在每部雷达的探测区域下,由融合算法形成的探测网即不规则的综合探测区域。

令来袭目标的毁伤目标为雷达网的信息处理中心,上述预警体系的在不同来袭目标下的预警时间结果如表1所示。

表1 预警时间结果

作战想定二:设置不同的预警体系,检验预警探测的融合检测能力,如表2所示。

表2 融合检测能力结果

5 结语

本文以区域预警探测体系为评估对象,以联合作战为背景,构建了以探测能力为主的指标能力体系,并通过实例分析证明了其为作战决策提供支撑的能力。

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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

佟立飞,男,工程师,研究方向:指挥控制。李洪梅,女,硕士,高级工程师,研究方向:信息融合。

TN974

10.3969/j.issn1672-9730.2015.03.008