机载导弹复合末制导系统实战效能评估模型

谢晓阳，洪东跑，赵晓宁，周国峰

（中国运载火箭技术研究院，北京，100076）

机载导弹复合末制导系统实战效能评估模型

谢晓阳，洪东跑，赵晓宁，周国峰

（中国运载火箭技术研究院，北京，100076）

针对机载导弹主被动雷达复合末制导系统的特点，在机载导弹典型实战任务剖面分析的基础上，综合考虑末制导主要性能参数、可靠性参数、实战环境条件等因素，建立基于ADC模型的复合末制导系统实战效能模型。通过对实战任务剖面下的主被动雷达复合末制导可用性、可信性和能力进行分析，实现对复合末制导系统实战效能的评估。以某机载导弹复合末制导系统为对象进行评估。结果表明，该模型综合考虑实战任务剖面、打击目标和实战环境，较好地满足了末制导作战效能评估的需求，可为机载导弹武器系统的效能评估提供有效支撑。

机载导弹；复合末制导；实战效能评估；ADC模型

0 引 言

机载武器在射程和生存力等方面具有诸多优势，正逐渐成为当今世界国防的重要力量。随着高新技术的发展，采用复合末制导的高超声速飞行导弹成为机载导弹的主要发展趋势，特别是主被动雷达复合末制导，综合了主动雷达与被动雷达的优势，有效提升了机载导弹对时间敏感目标的精确打击能力，进一步提高机载导弹在现代战争中的作用和地位。鉴于机载导弹的重要性和现代战争的特点，往往需要对其作战效能进行综合评价[1,2]。机载导弹作战效能是指机载导弹在典型实战任务剖面下，完成规定任务的能力，是衡量机载导弹作战系统在规定作战环境和作战模式条件下完成规定作战任务的能力。由于它能够全面反映机载导弹在规定作战环境条件下的整体技术水平和综合作战能力，因而已成为世界各军事强国对机载导弹进行综合评价的有效手段，以及机载导弹系统发展和应用中的重要决策依据。

末制导系统作为新型机载导弹的重要组成部分，对其效能评估的准确与否直接影响到整个武器系统的效能分析。然而，由于主被动雷达复合末制导系统的作战流程复杂，工作模式较多，容易受到敌方干扰，难以对其效能做出准确、合理的评价。目前，关于作战效能的研究主要集中在导弹武器系统[3～5]、捕捉概率、跟踪概率等末制导技术指标作为导弹武器系统作战能力的组成部分，用于分析导弹武器系统的作战能力，尚未提出实战条件下复合末制导系统的作战效能评估模型与方法。为此，本文结合机载导弹主被动雷达复合末制导系统的特点，在机载导弹典型实战任务剖面分析的基础上，综合考虑末制导主要性能参数、可靠性参数、实战环境条件等因素，建立基于ADC模型的复合末制导系统实战效能模型，用以定量评估机载导弹复合末制导系统的实战效能。

1 末制导系统实战任务剖面分析

1.1 末制导系统组成

主被动雷达复合末制导系统利用主、被动雷达进行双模探测，二者的探测信息经融合处理后送制导系统使用，因此，末制导系统一般由主动雷达、被动雷达和信息融合处理器组成，如图1所示。

从图1可知，主动雷达既能提供角度信息，又能提供距离信息，但容易受到干扰；被动雷达本身不发射电磁波，具有探测距离远、隐蔽性好等优点，能够提取弹目视线角、目标属性信息，但不能测距。信息融合处理器对主动雷达和被动雷达信息进行综合处理，充分发挥主动雷达和被动雷达的互补性，提高末制导系统的抗干扰能力和生存能力[6]。

1.2 末制导作战模式

机载导弹典型作战模式为导弹在地面自检正常后，载机挂弹起飞，按照导弹发射流程，完成上电自检、诸元装订、传递对准等操作；当满足投放条件后，载机发射导弹，导弹在惯性制导或惯性/卫星的组合制导模式下，按照预定的方案和控制规律进行中制导飞行；到达预定末制导开机点后，末制导系统开机，弹上控制系统接收末制导系统提供的导弹与目标相对运动信息，按预定的导引规律控制导弹飞向目标。因此，机载导弹的作战模式可概括为挂机伴飞阶段、自控飞行阶段和自导飞行阶段。相应地，末制导系统分别工作于 3个阶段：挂机伴飞阶段，末制导系统完成自检以及相关诸元参数装订；自控飞行阶段，末制导系统处于待机状态，等待开机指令；自导飞行阶段，末制导系统开机工作，探测目标并输出制导信息。

1.3 末制导作战流程

末制导系统主要在自导飞行阶段工作，其作战流程包括定位阶段、搜索阶段、截获阶段和跟踪阶段，如图2所示。

定位阶段，被动雷达利用敌方雷达辐射信号进行目标分选和识别，通过无源自主定位估计目标位置；搜索阶段，根据被动雷达给出的目标位置信息，主动雷达进行目标检测和识别；截获阶段，主动雷达确定打击目标，并进行目标截获；跟踪阶段，主动雷达锁定并跟踪，直至导弹击中目标。

实战过程中，导弹面临着舰载有源、无源和复合干扰，这使目标检测、跟踪和识别环节受到制约[7]。其中，末制导系统在搜索阶段主要面临着敌舰的压制式、冲淡式等干扰[8]，在跟踪阶段主要面临着敌舰的角度欺骗及距离拖引干扰[9]。

2 实战效能评估模型

2.1 基本模型

评估武器系统作战效能的方法较多，主要包括专家评定法、试验统计法、作战模拟法、指数法、解析法、SEA方法、问卷调查评价法、参数效能法等，其中WSEIAC模型（亦称ADC模型）是工程中最常用的模型[1]。该模型将武器系统效能定义为系统的可用性、可行性和能力的函数，表示为

式中 ET为系统效能行向量；AT为可用度行向量，是系统在开始执行任务时所处状态的度量；D为可信度矩阵，是在开始工作时系统所处状态已知情况下，系统在执行任务过程中所处状态的度量；C为能力列向量，表示在执行任务过程中系统所处的状态已知时，系统完成规定任务能力的度量。

ADC系统效能模型更清晰、更易理解，得到了广泛应用。本文主要基于ADC模型对机载导弹复合末制导实战效能进行分析。

2.2 可用性分析

根据末制导系统的作战流程，定义可用度为末制导系统在开机时刻处于可用状态的概率。复合末制导系统通过信息融合可以实现在某一模式失效时，仍可输出可用的制导信息。因此，系统开始使用时包含 4种状态：两模信息可用、主动信息可用、被动信息可用和故障。记主动雷达、被动雷达和融合处理器处于可用状态的概率分别为azd，abd和arh，可用度向量可表示为

由机载导弹末制导系统的任务剖面分析可知，末制导系统在载机起飞后无法维修，主动雷达、被动雷达和融合处理器处于可用状态的概率主要由挂机伴飞阶段和自控飞行阶段的可靠性决定，故azd，abd，arh可表示为

式中gfT为挂机伴飞阶段飞行时间；zkT为自控飞行阶段飞行时间；λzd0，λbd0和λrh0分别为主动雷达、被动雷达和融合处理器在挂机伴飞阶段的失效率；λzd1，λbd1和λrh1分别为主动雷达、被动雷达和融合处理器在自控飞行阶段的失效率。

2.3 可信度分析

复合末制导系统的可信度为已知在开始执行任务时系统处于可工作状态，在任务完成时系统能工作的概率，可信度矩阵为

若主动雷达、被动雷达或融合处理器在开机时发生故障，则在执行任务过程中将始终处于故障状态，即21d，23d，31d，32d，41d ，42d ，43d皆为0。

主动雷达、被动雷达和融合处理器在自导飞行阶段的可靠性分别为zdK ，bdK 和rhK，经过分析计算可得到可信度矩阵为

式中

其中，zdT为自导飞行阶段飞行时间；zd2λ，bd2λ和rh2λ分别为主动雷达、被动雷达和融合处理器在自导飞行阶段的失效率。

2.4 能力分析

末制导系统的能力向量为

末制导系统的作战能力除与本身的性能相关外，还与目标特性和战场环境密切相关。针对被动雷达，可按照目标是否对外辐射电磁信号，将目标分为辐射源目标和非辐射源目标。战场环境主要包括地/海杂波、雨雪等自然环境和电磁干扰环境，在实战条件下，一般只考虑电磁干扰环境的影响。

下面针对末制导系统在执行任务过程中的3种状态，分析其在不同作战环境下打击两类目标的能力：

a）主被动信息可用。

针对辐射源目标，被动雷达首先对目标进行无源定位，为主动雷达搜索提供概略位置，主动雷达只需进行小范围搜索，进而完成目标截获和跟踪。因此，对辐射源目标的作战能力表示为

式中 pdw为无源定位的概率；pxs为小范围搜索发现目标的概率；pjh为截获目标的概率；pgz为稳定跟踪目标的概率。

针对非辐射源目标，被动雷达无法探测目标，主动雷达需进行大范围搜索，进而完成目标截获和跟踪。因此，对非辐射源目标的作战能力表示为

式中 pds为大范围搜索发现目标的概率。

b）主动信息可用。

不管是辐射源目标还是非辐射源目标，由于被动雷达不可用，主动雷达均需进行大范围搜索，进而完成目标截获，转入跟踪模式。因此，末制导系统的作战能力表示为

c）被动信息可用。

针对辐射源目标，被动雷达全程工作，对目标进行无源定位，并输出较低精度的制导信息。因此，对辐射源目标的作战能力表示为

式中 pdy为被动导引命中目标的概率。

针对非辐射源目标，复合末制导系统失效，作战能力表示为

被动雷达作用距离远，不对外辐射信号，敌方很难实施干扰，而主动雷达搜索阶段和跟踪阶段工作时间长，容易被敌方监测并采取干扰措施；截获阶段工作时间短，由导弹自主选择截获目标，敌方也很难采取有效的干扰措施。因此，干扰环境主要影响pds，pxs和pgz。同时，由于干扰和抗干扰机理的不同，针对箔条干扰、压制干扰等不同干扰，末制导系统的pds，pxs和pgz也有差别。针对不同作战环境，将对应的技术指标代入能力计算公式，即可得到末制导系统的实战能力。

3 算例分析

假设，某型机载导弹挂飞时间为2 h，自控飞行阶段工作时间为20 min，自导飞行阶段工作时间为3 min。主动雷达、被动雷达以及融合处理器的失效率相同，各个工作阶段失效率受工作使用环境条件影响而不同。挂机伴飞阶段为 0.000 2，自控飞行阶段为0.000 25，自导飞行阶段为0.000 5。被动定位概率、截获概率均为0.99；被动雷达导引命中概率为0.6。针对不同的干扰以及末制导系统相应的搜索概率和跟踪概率，按照本文给出的模型进行效能分析，结果见表1。

表1 效能计算结果

从表1可看出，在无干扰的环境下，末制导系统打击两类目标的作战效能较高。当战场中有干扰时，末制导系统的作战效能有明显下降，特别是在组合干扰环境下，针对辐射源和非辐射源目标，作战效能分别下降了30.2%和38.2%，说明末制导系统的实战效能仍有较大提升空间。在冲淡箔条干扰情况下，相比于辐射源目标，对非辐射源目标的作战效能下降了28.4%，这主要是由于打击非辐射源类目标时，被动雷达无法探测，主动雷达需进行大范围搜索，受到干扰的几率更大。

4 结 论

在分析机载导弹主被动雷达末制导系统作战使用剖面的基础上，采用ADC模型，综合考虑末制导主要性能参数、可靠性参数、实战环境条件等因素，建立了实战效能评估模型，有效地改善了实战条件下效能评估精度。结合算例分析表明，该模型实用性强，可在不同的任务剖面下对末制导系统的实战效能进行有效评估，进而为机载导弹系统的效能评估提供支撑。

[1] 方洋旺, 伍友利, 方斌. 机载导弹武器系统作战效能评估[M]. 北京: 国防工业出版社, 2010.

[2] 解江, 刘如钢, 闫威, 李学文. 机载导弹武器系统效能评估方法研究[J].导弹与航天运载技术, 2004(5): 9-13.

[3] 张永芳, 张安, 张莉, 汤志荔, 史志富. 对抗条件下防区外发射飞机武器系统综合效能评估[J]. 系统工程与电子技术, 2006, 28(7): 1027-1030.[4] 刘维国, 湛志兵, 黄灿. 反舰导弹武器系统效能评估[J]. 舰船电子对抗,2009, 32(3): 93-95.

[5] 鞠巍, 童幼堂, 王泽. 基于改进的 ADC法的反舰导弹武器系统效能评估模型[J]. 战术导弹技术, 2010(3): 19-22.

[6] 葛致磊, 周军. 主/被动雷达导引头信息融合方法研究[J]. 西北工业大学学报, 2007, 25(1): 149-152.

[7] 赵晶, 刘义, 来庆福, 冯德军, 王雪松. 反舰导弹攻防对抗仿真系统[J].系统仿真学报, 2012, 24(10): 2108-2112.

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[9] Tan T H. Effectiveness of off-board active decoys against anti-shipping missiles[D]. Monterey: Naval Postgraduate School, 1997.

Operational Effectiveness Evaluation Model of Composite Terminal Guidance System for Airborne Missile

Xie Xiao-yang, Hong Dong-pao, Zhao Xiao-ning, Zhou Guo-feng
(China Academy of Launch Vehicle Technology, Beijing, 100076)

According to the features of active-passive composite terminal guidance system and the operational pattern of airborne missile, an operational effectiveness evaluation model was established to describe the influence of the performances of terminal guidance system, reliability index and battle circumstance on the operational effectiveness. Effectiveness of composite terminal guidance system can be evaluated by the analysis of availability, dependability and capability. The instance analysis shows that the model is possible for engineering application. As the model reflects the real conditions of battle-field, it meets the requirements of composite terminal guidance system evaluation, and provides support for effectiveness evaluation of airborne missile.

Airborne missile; Composite terminal guidance; Operational effectiveness evaluation; ADC model

V335

A

1004-7182(2017)05-0054-04

10.7654/j.issn.1004-7182.20170513

2016-09-26；

2017-07-01

谢晓阳（1985-），男，工程师，主要研究方向为末制导总体设计、电气系统总体设计