复杂作战试验环境下军用雷达作战效能评估

赵志宏 张晓慧 夏宏森 郭 志

(炮兵防空兵学院士官学校 沈阳 110867)

0 引言

随着现代战争的不断发展，军用雷达作战环境日益复杂，装备的作战使用效能一方面要受到自然环境中的风、雨、地杂波、海杂波等各种气象因素和干扰因素的影响；同时各种拦截武器和电子干扰装备也对雷达的生存与使用带来极大威胁，可以说，在雷达作战全过程、全时段都面临各种威胁。可见，对于信息化程度日益提高的军用雷达装备来说，影响其作战效能的因素已不能简单地归结于装备本身性能，而需要从作战全过程分析雷达装备与战场环境的交互关系，从战术应用的角度挖掘雷达的作战潜力[1]。

作战效能分析是达成军用雷达装备发展目标的有效辅助决策手段，是实现雷达系统优化设计、结构调整、作战能力评估、优化配置部署和科学作战运用的重要依据，基于复杂作战试验环境对军用雷达作战效能进行准确合理评估，可使指挥员深入了解军用雷达的工作能力、特点及作战使用过程中存在的问题，明确雷达在侦察体系中的战略位置，为作战中下定决心、做出决策，以及为雷达装备的发展、改进提供重要依据。

1 构建雷达评估指标体系

军用雷达作战效能评估是一个多指标综合评价的问题，多指标综合评价是将反映雷达不同属性的多个指标的信息联合起来，得到一个综合指标，由此来反映雷达的整体作战效能。为了能够客观全面地对雷达效能进行评估，必须建立起相应的评估指标体系。评估指标体系的建立应基于对雷达战技性能的深入研究与分析，只有在充分了解雷达技术性能及战术运用特性情况下，才能构建出客观反映雷达属性的效能评估指标体系，指标体系构建过程如图1所示。建立军用雷达评估指标体系可以从评估目的入手，采用层次分析法由上至下进行层层分析[2]，依次类推即可得到该系统效能评估指标体系中的所有指标。

图1 雷达效能评估指标体系构建流程

2 评估指标效能

指标效能评估是基于一定作战试验环境与阵地配置条件下的评估，同一雷达，所处的作战试验环境不同，阵地选择数据不同，其指标效能就不同。因此，军用雷达指标效能评估应是充分考虑多种条件和因素的定量分析与定性分析相结合的评估。对于每一个评估指标，既要根据指标本身具有的技术特性，采用公式或一定规则对其进行定量分析，同时还要结合战术使用特点及作战试验环境对其进行定性分析。因此，指标效能评估是结合指标技术特点与战术运用特性的分析，其分析结果既体现了雷达的技术特点，同时也体现了不同作战试验环境及装备作战运用方式对雷达各个评估指标的影响。

2.1 阵地选择对指标效能的影响

军用雷达各指标效能与阵地选择的合理性有着直接的关系，良好的阵地选择是雷达发挥各个指标作战效能的基础与前提条件。军用雷达阵地选择重点考虑两个条件，即阵地的效率条件和阵地的约束条件。效率条件包括：通视条件、距离条件和方向条件；约束条件可细化为：隐蔽条件、掩蔽条件、独立程度、幅员条件和道路条件。雷达阵地选择系数中的权值，应根据每个条件对具体指标效能的影响程度分别进行分别评估，最后得出对应评估指标的阵地选择系数M。

则军用雷达阵地选择系数M为

(1)

Wi为第i个阵地选择条件因素的权重，针对不同的评估指标特性，可对每个阵地选择条件设定不同的权重值，即可得到相应指标的阵地选择系数M。

2.2 战场环境对指标效能的影响

战场环境对指标效能的影响主要包括地形条件的影响及天候条件的影响，针对不同地形地貌环境及天候环境，分析其影响雷达作战效能的方面与程度，从而得到不同战场环境影响不同指标效能评估程度的环境系数Q。

采用专家打分一致性处理的方式，分别得到不同的环境因素对雷达的探测能力、目标跟踪能力、炸点校射能力、情报处理能力、生存能力和维修保障能力的影响系数Q与影响权重W，则军用雷达战场环境系数Q为

(2)

Wi为第i个地形条件与天候条件对雷达侦察、校射、机动、保障能力影响的权重，针对不同的评估指标特性，设定不同的权重值，即可得到相应指标的战场环境系数Q。

3 评估指标权重

在构造出一个能真实反映军用雷达作战效能的评估指标体系以及对指标体系进行量化后，应计算模型中最底层各指标的相对权重。

3.1 构造判断矩阵

上下层次间的隶属关系确定后，以上一层指标为准则，支配的下一层指标就相应确定，则按照准则的相对权重赋予下一层指标相应的权重，如果评估指标没有确定的定量关系，则需要针对准则由专家组打分哪个重要，并按1～9比例标度对其重要性程度赋值。

打分专家组应由具有深厚军用雷达专业理论基础，及丰富雷达实装操作经验的专业人员组成，可为雷达厂家技术研发工程师、从事军用雷达装备教学的院校教员或部队多年从事该型号雷达操作使用的雷达站长、技师。

3.2 计算指标的权重向量

在同一准则下，对专家判断矩阵进行群组决策处理，求得指标权重的步骤如下：

1)检验每一个专家判断矩阵的一致性，剔除非一致性矩阵，剩余有效判断矩阵的数量设为S个；

2)根据第k个专家判断矩阵，求出其对应的排序向量(即权重)

ωjk,j=1,2,…,n；k=1,2,…,S；

4)根据前述分析求出相应矩阵的加权几何平均综合排序向量ωj,j=1,2,…,n。

据此可得同一准则下各指标对应的加权平均综合排序向量，即权重向量为

W=(ω1,ω2,…,ωn)T

(3)

3.3 计算组合权重

假设已经计算出第k-1层元素相对总体效能的组合权重向量为

Wk-1=(ω1k-1,ω2k-1,…,ωnk-1)T

(4)

根据权重向量计算公式，求得第k-1层j元素作为准则下第k层元素的权重向量为

(5)

Wk=BkWk-1

(6)

假定k层为递阶层次结构的最底层，则Wk的分量就是最底层指标元素相对总体性能的组合权重。

4 采用ADC效能评估模型评估

军用雷达作战效能评估主要采用了ADC效能评估模型，基于雷达指标效能分析，在满足雷达装备有效性、可靠性条件下，当雷达装备处于不同作战试验环境时，对完成某项作战任务的能力进行分析。

4.1 确定可用度矩阵A

考虑军用雷达仅仅只有工作状态和故障状态两种情况[3]。在这种情况下，可用度向量A只有两个分量a1和a2，即

A=[a1，a2]

(7)

a1表示雷达在任意时间处于可工作状态的概率；a2表示雷达在任意时间处于故障状态(修理状态)的概率。

若故障率λ和修复率μ为已知，当雷达装备处于稳定状态时

(8)

其中MTBF为雷达装备平均故障间隔时间；MTTR为雷达装备平均修复时间。

4.2 确定可信度矩阵D

根据前面的假设，若雷达装备只有两个状态，可信度矩阵有4个元素构成[4]：

(9)

其中：

d11为开始执行任务时雷达处于可工作状态，在完成任务时雷达处于可工作状态的概率；

d12为开始执行任务时雷达处于可工作状态，在完成任务时雷达处于故障状态的概率；

d21为在开始执行任务时雷达处于故障状态，在完成任务时雷达处于可工作状态的概率；

d22为在开始执行任务时雷达处于故障状态，在完成任务时雷达处于故障状态的概率。

对于可修理的武器系统，当平均无故障工作时间和平均修复时间都服从指数分布时，故障率λ和修复率μ均为常数，T为任务持续时间，则上述矩阵的元素表示为

(10)

4.3 确定固有能力矩阵C

计算固有能力矩阵C，主要取决于军用雷达的任务[5]。确定固有能力矩阵可在建立评估指标体系框架后，根据指标体系框架中的层次，采用层次分析法由下至上逐层计算每个子指标因素的指标效能值，详细过程见前述指标效能评估。不同指标效能的评估应基于不同作战试验环境及阵地配置条件，最终得到最顶层指标效能值，通过专家打分评判，对顶层指标权重进行量化确定，根据指标权重量化结果，不考虑雷达装备正常工作概率及雷达战斗行动事件概率性，可以确定军用雷达作战效能S为

(11)

4.4 计算雷达作战效能

雷达装备状态不同、作战试验环境数据不同，作战试验中阵地配置合理性都会影响雷达指标效能的评估进而影响到雷达装备效能评估。

5 某类军用雷达作战效能评估

为更好的对某类军用雷达在不同作战试验环境下的作战效能进行深入分析，采用上述作战效能评估方法，对某类军用雷达中的P型与P改型两种型号雷达在特定作战试验环境与阵地配置下进行作战效能评估，根据评估结果对两种型号雷达作战效能进行分析对比。

假设P改型与P型雷达作战试验环境为北方春季平原地带，晴朗天气，阵地道路进出方便，幅员开阔，高程15 m，四周无建筑物及其他遮蔽物，利用效能模型E=ADC分析P改型雷达与P型雷达装备状态完好情况下作战10 h的系统效能。

5.1 建立评估指标体系

首先，明确某类军用雷达的作战任务是侦察地面、海上、低空运动目标，校正己方火炮射击，获取飞机、车辆、单兵、舰船、炸点等目标的信息。因此，从其作战任务这一方面进行分析，其效能主要体现在探测能力、目标跟踪能力、炸点校射能力、情报处理能力、生存能力和维修保障能力六大方面。其中，探测能力包括探测范围、目标定位精度及目标识别能力；情报处理能力包括雷达侦察校射时的数据率及通信传输能力；雷达的生存能力包括反侦察能力、抗有源及无源干扰能力、雷达的抗摧毁能力和机动能力；雷达的维修保障能力则包括雷达的可靠性与可维修性。

最后，对预建立的效能评估指标体系进行结构优化和合理性检验，最终可得到如图2所示的某类军用雷达效能评估指标体系。

5.2 评估指标效能与指标权重

某类军用雷达指标效能评估基于不同作战试验环境及雷达阵地选择对雷达各指标的影响进行分析。因此对每一指标的评估应在具体作战试验环境与雷达阵地配置条件下进行,应充分考虑影响该指标的各种地形、天候及雷达阵地配置合理性的影响。

以探测能力指标效能分析为例，雷达的探测能力是指在一定作战试验环境内，在规定的目标反射面积、发现概率、虚警概率、扫描周期条件下，雷达作战覆盖的探测空间。对探测能力的评估可以通过评估探测范围、目标定位精度、目标识别能力三个子因素完成，评估时应充分考虑作战试验中地形、天候、电磁环境及目标特性的影响，同时还应考虑雷达阵地配置的影响。因此，评估模型为

B1=λ11B11M11Q11+λ12B12M12Q12+
λ13B13M13Q13

(12)

其中，λ11、λ12、λ13为探测范围、目标定位精度、目标识别能力在评估雷达探测能力中所占的权重，λ11+λ12+λ13=1；M11、M12、M13分别为探测范围、目标定位精度、目标识别能力的阵地选择系数;Q11、Q12、Q13分别为探测范围、目标定位精度、目标识别能力的战场环境系数。

根据上述指标效能评估方法，得到p改型雷达与p型雷达在平原地带各指标效能如表1和表2所示。

图2 某类军用雷达作战效能评估指标体系

表1P改型雷达北方春季平原作战指标效能

探测能力目标跟踪能力炸点校射能力情报处理能力生存能力维修保障能力0.90.80.90.80.70.9

表2P型雷达北方春季平原作战指标效能

探测能力目标跟踪能力炸点校射能力情报处理能力生存能力维修保障能力0.70.50.60.50.50.6

根据专家打分排序，采用指标效能分析中权重值的计算方法可以算出，指标权重向量为

W=(0.2，0.2，0.2，0.1，0.2，0.1)T

(13)

5.3 采用ADC效能评估模型评估

P改型雷达可用度矩阵A

(14)

a2=1-a1=0.01

(15)

故可用度矩阵

A=[0.99，0.01]

(16)

P型雷达可用度矩阵A

(17)

a2=1-a1=0.01

(18)

故可用度矩阵

A=[0.99，0.01]

(19)

已知雷达工作时间t=10h，则

(20)

d12=1-d11=0.06

(21)

由于系统在执行任务过程中，对发生的故障不能修复，故障状态不能向工作状态转移，所以

d21=0；d22=1

(22)

故P型与P改型雷达可信度矩阵

(23)

P改型雷达工作状态C1为

(24)

故P改型雷达能力矩阵

(25)

P型雷达工作状态C1为

(26)

故P型雷达能力矩阵

(27)

由上述三步计算我们可得出P改型雷达作战时的系统效能为

E=A·D·C=[0.99,0.01]

(28)

(29)

P型雷达作战时的系统效能为

(30)

由以上分析可知，P型雷达在北方春季平原地带，天气晴朗，阵地位置适宜通视条件良好的情况下，雷达工作10 h的作战效能为0.53，而P改型雷达在同样作战环境下的作战效能为0.77，这说明在平原地带，天候条件良好，阵地位置选择合理时P改型雷达作战效能优于P型雷达。从两型雷达的指标效能分析我们可了解到，P改型雷达的探测能力、目标跟踪、炸点校射等能力普遍优于P型雷达，因此当作战环境完全一致时，P改型雷达作战效能明显优于P型雷达。但是，当两型号雷达作战环境不同时，P改型雷达指标效能会根据不同作战环境与阵地配置而相应改变，则其作战效能未必优于P型雷达。

6 结束语

本文深入研究了在不同作战环境与雷达配置情况下军用雷达作战效能分析方法，通过对某类军用雷达战技特性及雷达作战能力分析，结合影响某类军用雷达作战效能的作战试验环境因素，与作战试验中雷达阵地选择合理性，利用层次分析法，确定了可靠、可信的评估指标体系，提出了各指标效能定量评估模型。在假定装备状态良好前提下采用ADC效能分析模型进行分析评估，综合考虑了装备的初始状态及装备工作中可能进入的故障状态，更为全面的对雷达装备作战效能进行分析评估。