考虑目标攻击信号的一种变权威胁评估方法

李 涛,刘进忙

(空军工程大学防空反导学院,西安 710051)

考虑目标攻击信号的一种变权威胁评估方法

李 涛,刘进忙

(空军工程大学防空反导学院,西安 710051)

针对现有目标威胁评估方法普遍利用常权评估,且忽略目标攻击信号而导致评估结果出现不合理情况的问题,提出了一种考虑目标攻击信号的变权威胁评估方法。在分层建立目标威胁评估体系的基础上,基于变权理论,考虑权值与各因素之间的关系以及目标攻击信号对权值的影响,引入变权因子,使权值根据各因素和战场实际的变化动态调整。仿真结果表明:所设计的威胁评估方法杜绝了不合理评价结果的发生,更加切合战场实际。

威胁评估;目标攻击信号;变权因子

0 引言

未来防空反导作战环境愈加复杂,防空系统面临来自不同方向,不同层次的大规模袭击。科学的分析和研究空中目标威胁是防空作战指挥的重要环节,决定了后续作战环节的有效进行,也是对我方防空兵力进行正确部署、增强抗击效果和完成各种防空任务的前提。过高估计目标的威胁,会大大增加防空作战的成本,甚至无法实现;相反,过低估计目标的威胁和性能,则构建的防空体系无法应付敌方空袭。

现有的空袭目标威胁评估方法,大多采用固定权值的方法[1-2],无论各因素组态如何,权系数都保持不变,这往往会导致不合理的威胁评判结果[3]。且在现有的目标威胁评估方法中,无论是常权还是变权,都是简单的对各因素的隶属度函数进行赋权相加,没有考虑权值与各因素之间的关系[3-9]。同时忽略了目标进入攻击航路[5]前的强机动所显现出的强烈的攻击信号以及这种攻击信号对威胁评估结果造成的影响。

曹可劲等[3]利用李洪兴提出的变权模型,通过构造均衡函数,实现了变权目标威胁评估。但这种变权算法中均衡函数的构造,主要是基于专家对因素权值变化情况的分析,受到人的主观影响比较大。徐则中在汪培庄、李洪兴等人研究的基础上,对变权理论进行了进一步的拓展[10]:引入一个变权因子,构造变权公式,从而实现对综合决策结果的均衡性或激励性偏好要求。

文中在变权理论[10-11]的基础上,引入变权因子,考虑权值与各因素之间的关系和目标的攻击信号,提出了一种考虑目标攻击信号的变权威胁评估方法,使得目标威胁评估中各层次各因素的权重随着战场态势不断发生变化,更好的反映战场的真实情况。

1 威胁评估体系及隶属度函数

将目标威胁因素按作战能力和攻击意图分为两个方面,并考虑目标的进攻信号,得到如图1所示的目标威胁评估体系。

图1 目标威胁评估体系

1.1 目标作战能力

1)目标类型。空中目标类型不同,其功能和战术特性也有区别,对我方要地的威胁程度也不同。从作战能力的角度对不同类型目标的威胁度进行分类[2],得到如表1所示的结果。

表1 目标类型威胁度量化值

2)速度。不同威胁目标在各自速度范围内的速度越快,作战能力越强,突破我方防御的可能性就越高,就越有可能对我方造成威胁。一般认为目标速度与目标威胁程度呈线性增函数关系。

(1)

式中,vmin、vmax为各类目标的最小速度和最大速度。

3)电子干扰能力。释放电子干扰是敌空袭突击典型的对抗手段之一。从近期几次局部战争来看,空袭兵器往往通过释放干扰来提高自身的突防能力。因此,空袭目标电子干扰能力也是衡量其作战能力的重要指标,其值可按表2选取[12]。

表2 干扰能力的威胁量化值

1.2 目标攻击意图

1)飞行高度。飞行高度越低,目标被发现的概率越低。现代空袭兵器经常采用低空突防的方式实施打击,因此,目标的飞行高度可以一定程度反映出敌方的攻击意图。飞行高度的攻击意图隶属度函数[12]可用偏小型降半正态分布函数表示。

(2)

式中:β1为1 km;k1为对应的衰减参数,它反映了目标的攻击意图变化趋势和范围,根据飞行高度对目标攻击意图隶属函数影响,取k1=1 km-2。

2)剩余时间。威胁目标到达火力单元的发射近界的剩余时间是衡量目标威胁和攻击意图的一个非常重要的因素。剩余时间越短,对我方的威胁越大;目标对不同要地的剩余时间也能反映出目标的攻击意图。剩余时间的隶属度函数可用偏小型降半正态分布函数[12]来表示。

μ5(t)=e-k2t2

(3)

式中k2取4×10-6s-2。

3)航路捷径。当我方目标在敌方目标的威胁范围内时,航路捷径越小,威胁度越高,攻击意图越明显,超出目标的攻击范围,攻击意图可以忽略,可用中间型半正态分布函数[12]来描述攻击意图,其隶属度函数为:

μ6(P)=e-k3P2

(4)

式中:P为航路捷径(km);k3反映了目标的杀伤威胁范围,一般取值5×10-3km-2。

1.3 目标进攻信号

威胁目标运动状态的突然变化,往往是即将进行攻击的信号。目标空袭我方要地时,一般会伴随着拉升、盘旋、俯冲等一系列的机动动作。下面以战斗驼峰俯冲攻击[13]为例,说明一般作战样式,如图2所示。

图2 战斗驼峰俯冲攻击示意图

图中的攻击圈为己方估测的目标武器攻击范围。为躲避雷达,目标一般以低空、超低空的姿态接近我方要地,距离一定范围时开始爬高,过顶点后稳定一小段时间进入攻击圈,实施俯冲攻击,而后逃离。因此,一旦发现威胁目标在近距离有类似机动情况,认为目标即将进行攻击。根据一般作战样式,对其机动显现出的进攻信号进行量化赋值,结果如表3所示。

表3 机动情况攻击意图量化值

2 基于变权理论的威胁评估方法

变权理论是相对于常权而言的。利用层次分析法得出的各因素的权值一定程度反映了其影响事物的相对次序,然而无论实际各因素的取值状况如何,各个权值都保持不变,往往会造成不合理的评估结果。因此,文中引入变权因子,在层次分析法所得到的权值的基础上,根据实际情况,构造变权向量,动态的调整各个因素的权值,使得威胁评估的结果更加符合实际。

2.1 变权向量的构造

考虑专家意见、实际战场环境和变权理论的要求,引入变权因子,构造因素j(j=1,2,…,N)的变权向量为:

(5)

当α=0时,不进行变权,为普通的常权计算。

当α<0时,为混合型变权。若μx0<μx,因素j的权值随μx单调上升;若μx0>μx,因素j的权值随μx单调下降。

将因素j的变权向量进行归一化可得变权之后的权值为:

(6)

构造的变权函数满足变权理论的3个公理化条件和可加型综合函数的3个公理化的定义[10]。

2.2 基于变权理论的威胁评估法

由战场实际分析可知:目标威胁度评估过程中,在目标到达要地的剩余时间较长、距离较远的情况下,目标的机动情况对其威胁度评估意义不大,其威胁度主要与其作战能力和攻击意图有关。随着目标的攻击意图逐渐明确,其在目标威胁评估中的重要性逐渐下降,权值也应当随之降低。在没有信号显示目标即将进攻之前,目标的作战能力更值得关注,也应当在威胁评估中占据更大的比重。但是,一旦在近距离检测到目标进行大幅度的机动,则认为目标即将进入攻击航路,此时无论敌方目标作战能力强弱,都可能会对我方要地造成破坏,其威胁度应该急剧升高。

基于以上对目标威胁评估中各因素关系的分析可知,目标作战能力的权值与攻击意图和攻击信号的威胁隶属度函数有关,攻击意图的权值与其本身的隶属度函数值有关,其变权向量为:

(7)

式中,μyt和μj分别为攻击意图和攻击信号的威胁隶属度函数。

变权以后目标作战能力和攻击意图的权值分别为:

(8)

在目标作战能力的评价因素中,无论战场态势如何变化,目标类型和电子干扰能力一经确定,不会随目标运动发生变化;目标速度的大小对作战能力的评价有一定影响,但不会引起作战能力的剧烈变化。因此,对目标作战能力因素的权值不采用变权处理,可直接由层次分析法求得。

在目标攻击意图的评价因素中,在剩余时间较长时,应当更多地关注目标的高度和航路捷径的变化,但当剩余时间的取值比较小时,火力单元的反应时间很短,剩余时间的变化应当更能显著影响目标的攻击意图。因此,随着剩余时间的减小,剩余时间所对应的权值应该相应的增加,其他因素的权重相应减小。剩余时间的权值与其本身的隶属度函数有关,同上可求得变权后的各因素权值。

得到各层次各因素的变权值后,重新计算目标的威胁值为:

T=w″zμz+w″ytμyt

(9)

3 仿真实验

为验证文中模型的有效性,通过实例对模型进行仿真验证。假设在我方要地为坐标原点的坐标系中,某一时刻发现一个目标沿X轴负方向飞行,目标识别结果为轰炸机,并且伴随较强的电子干扰,飞行速度0.2 km/s,高度500 m,航路捷径为50 km,根据其位置和速度估算出剩余时间为911 s。

跟踪一段时间后,目标突然调整航向,向我方要地快速靠近,目标水平速度变为0.42 km/h,高度爬升到1 km,航路捷径变为2.8 km,随后开始俯冲攻击并加速逃离。在轰炸机即将进行俯冲攻击的同时,雷达又发现另一目标朝我方要地飞来,识别为反辐射导弹,航路捷径为0,速度为0.7 km/s,剩余时间为100 s,高度5 km并逐渐降低,且伴随着较强的电子干扰。分别采用层次分析法和文中所论述的威胁评估方法计算这两个目标的实时威胁度,结果如图3～图5所示。

图3 目标运动轨迹

图4 目标剩余时间变化情况

图5 目标威胁度仿真结果

通过对以上仿真结果的分析可以得到以下几个结论:

1)在基于层次分析法的常权目标威胁评估方法中,反辐射导弹的威胁度始终高于轰炸机,即使轰炸机已经进入攻击航路也是如此,出现了不合理的评估结果。

2)使用文中所论述的变权目标威胁评估方法后,轰炸机在剩余时间较短的情况下,威胁度超过了剩余时间较长的反辐射导弹,符合战场的实际情况,杜绝了常权方法不合理的评估结果,增加了威胁评估的可信度。

3)文中所用的变权目标威胁评估方法考虑了敌方的攻击信号。从图3可以看出,当敌轰炸机在近距离突然机动时,其威胁度急剧增大,在威胁度曲线上表现为一个“突起”,明显的显示出了目标即将进行攻击的信号,为后续的火力分配和指挥员快速决策提供了一个重要信息。

4 结束语

文中首先对目标威胁评估因素进行了分析,并建立相应的目标威胁评估体系。针对常权目标威胁评估方法可能导致不合理的评估结果的问题,考虑了专家意见和实际战场环境中各因素的权值与其他因素之间的关系,引入变权因子,提出了一种基于变权理论的威胁评估方法。同时考虑了目标近距离的攻击机动对权值的影响,使得目标的威胁评估结果更加准确、可信。仿真结果表明:相比常权评估方法,利用文中方法得到的目标威胁评估结果更加符合战场的实际情况,可为后续的火力分配和指挥员决策提供更加准确合理的目标威胁信息,且计算方法简单可靠,满足防空作战威胁评估的简单性要求,有利于工程实现。

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A Kind of Variable Weight Threat Assessment Method Considering Target Attack Signal

LI Tao,LIU Jinmang

(Air and Missile Defense College, Air Force Engineering University, Xi’an 710051, China)

In view of the existing threat assessment methods commonly used constant weight evaluation, and ignored the problem that the unreasonable situation appeared in evaluation results caused by the target attack signal, an variable weight threat evaluation method considering the target attack signal was put forward. On the basis of hierarchically establishing the target threat evaluation system and the variable weight theory, considering the influence of target attack signal on weight and the relationship between weight and each factor, the variable weight factor was introduced to adjust the weight according to the factors and the actual changes of the battlefield. The simulation results showed that the design method of threat assessment could prevent the occurrence of unreasonable evaluation results, and it was more suitable for the actual battlefied.

threat assessment; target attack signal; variable weight factor

2016-03-10

李涛(1992-),男,山西河津人,硕士研究生,研究方向:指挥控制系统。

TP182

A