天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能綜合評估研究?

陳 輝,雷 霆,閆達(dá)亮

(95980部隊，湖北襄陽441021)

0 引言

天波超視距雷達(dá)利用電離層對電磁波的反射作用，實現(xiàn)對飛機(jī)、艦船和導(dǎo)彈等目標(biāo)的超視距檢測，具有監(jiān)視范圍大、單位面積成本低、防低空突襲、能探測隱身目標(biāo)等突出優(yōu)點，近年來受到廣泛關(guān)注[1]。天波超視距雷達(dá)是實現(xiàn)遠(yuǎn)程戰(zhàn)略預(yù)警最為經(jīng)濟(jì)、有效的手段，已成為各大國戰(zhàn)略預(yù)警體系中的重要裝備[2-3]。因此，研究天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能對裝備的論證使用和規(guī)劃部署國防預(yù)警探測體系具有重要意義。

近年來，國內(nèi)對天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能開展了廣泛研究。文獻(xiàn)[4-5]針對單一性能參數(shù)法和評價指標(biāo)的模糊性特點，分別采用ADC法和模糊綜合評判法對天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能進(jìn)行了評估;文獻(xiàn)[6]在考慮裝備保障系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研究了天波超視距雷達(dá)對海探測能力;文獻(xiàn)[7]采用層次分析法從探測能力和對抗能力兩個方面對天波超視距雷達(dá)的作戰(zhàn)效能進(jìn)行了綜合評估。然而，以上文獻(xiàn)所建立的評估指標(biāo)針對性不強(qiáng)，未有效關(guān)聯(lián)天波超視距雷達(dá)的系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理，大多數(shù)僅僅考慮裝備本身的固有能力，而沒有從裝備全系統(tǒng)的角度出發(fā)，往往忽視了數(shù)據(jù)處理、指揮控制以及裝備綜合保障性等因素對雷達(dá)作戰(zhàn)效能的影響。鑒于以上問題和不足，本文結(jié)合天波超視距雷達(dá)的戰(zhàn)技術(shù)性能特點，綜合考慮不同因素對系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的影響，將評估對象由裝備擴(kuò)展到裝備全系統(tǒng)，建立一種基于模糊層次決策的天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能評估模型，從而對天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能進(jìn)行準(zhǔn)確評估。

1 評估指標(biāo)的建立與分析

1.1 評估指標(biāo)體系的建立

天波超視距雷達(dá)系統(tǒng)不僅包括天波超視距雷達(dá)主裝備，還包括使主裝備能發(fā)揮作用的相關(guān)保障系統(tǒng)。因此，本文從裝備全系統(tǒng)的角度出發(fā)，綜合考慮作戰(zhàn)效能評估各種影響因素，運用層次分析法對評估總目標(biāo)進(jìn)行多層次分解，依據(jù)雷達(dá)系統(tǒng)工作實際，通過廣泛的調(diào)查研究和專家咨詢，經(jīng)過多次反復(fù)修改、補(bǔ)充和完善，建立了一套新的天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能綜合評估指標(biāo)體系，如圖1所示。

圖1 天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能綜合評估指標(biāo)體系層次分析模型

1.2 評估指標(biāo)分析

由圖1可知，該指標(biāo)體系可分為三個層次:第一層是目標(biāo)層(A層)，即天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能總體評估;第二層是準(zhǔn)則層(B層)，包括探測性能、數(shù)據(jù)處理能力、生存能力、指揮控制能力和綜合保障性等6個指標(biāo);第三層是指標(biāo)層(C層)，包括探測作用距離、有效探測扇區(qū)、探測精度等22個評估指標(biāo)，具體分析如下:

1)探測性能(B1)

探測性能是指雷達(dá)在干擾環(huán)境下探測目標(biāo)的能力，由探測作用距離、探測有效扇區(qū)、探測精度、系統(tǒng)可用度和抗干擾能力進(jìn)行描述。其中，探測作用距離、有效探測扇區(qū)反映了天波超視距雷達(dá)的探測威力范圍;探測精度反映雷達(dá)探測目標(biāo)的定位能力;抗干擾能力是天波超視距雷達(dá)探測性能的一個重要指標(biāo)，這是因為天波超視距雷達(dá)工作在短波波段，工作頻段決定了其干擾背景比常規(guī)微波雷達(dá)惡劣得多，如雷電、海雜波、流星尾跡，尤其是短波電臺干擾，其頻段密集且功率較強(qiáng)。系統(tǒng)可用度是衡量天波超視距雷達(dá)探測性能的一個重要指標(biāo)。在作戰(zhàn)上，系統(tǒng)可用度越高越好。系統(tǒng)可用度受電離層影響較大，由于電離層是變化的，存在著許多不穩(wěn)定現(xiàn)象，會造成天波超視距雷達(dá)系統(tǒng)的不可用或部分性能下降。

2)數(shù)據(jù)處理能力(B2)

數(shù)據(jù)處理能力是描述天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能的重要指標(biāo)，它能反映規(guī)定作戰(zhàn)任務(wù)下系統(tǒng)對探測的目標(biāo)信號與數(shù)據(jù)的處理與運用能力，數(shù)據(jù)處理能力的高低直接影響著天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能的發(fā)揮程度。因此本文選取數(shù)據(jù)處理容量、數(shù)據(jù)處理速度、數(shù)據(jù)處理精度、目標(biāo)識別能力和目標(biāo)跟蹤能力等作為數(shù)據(jù)處理能力指標(biāo)。其中，數(shù)據(jù)處理容量、數(shù)據(jù)處理速度、數(shù)據(jù)處理精度是情報信息處理的基本能力指標(biāo)，而目標(biāo)識別能力和目標(biāo)跟蹤能力是天波超視距雷達(dá)情報數(shù)據(jù)處理的重要功能，也是反映天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能的關(guān)鍵指標(biāo)。

3)生存能力(B3)

生存能力是指天波超視距雷達(dá)在作戰(zhàn)環(huán)境下抗軟、硬殺傷的能力。天波超視距雷達(dá)天線陣地一般很大且是固定的，沒有機(jī)動性可言，所以站址選擇一定要合理。對天波超視距雷達(dá)來說，抗ARM攻擊具有先天的優(yōu)勢，因此，抗ARM攻擊的效能指標(biāo)一般不予考慮或者權(quán)值很低，考慮到科學(xué)簡化評估指標(biāo)體系的原則，本文認(rèn)為天波超視距雷達(dá)的系統(tǒng)生存能力由站址選擇合理性、抗毀能力和抗偵察能力三個指標(biāo)聚合而成。

4)指揮控制能力(B4)

天波超視距雷達(dá)的指揮控制能力指標(biāo)主要由態(tài)勢顯示能力、指令控制能力、輔助決策能力、情報分發(fā)能力、電離層監(jiān)控能力和信息查證能力六個指標(biāo)聚合而成。其中，態(tài)勢顯示能力指標(biāo)是基礎(chǔ)，指令控制能力、輔助決策能力以及情報分發(fā)能力是指揮控制能力得以體現(xiàn)的重要內(nèi)容，而電離層監(jiān)控能力和信息查證能力是體現(xiàn)指揮控制能力的重要前提，也是天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能得以有效發(fā)揮的關(guān)鍵。

5)綜合保障性(B5)

天波超視距雷達(dá)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的發(fā)揮，既取決于系統(tǒng)的戰(zhàn)技術(shù)性能，也取決于裝備的綜合保障性。從系統(tǒng)工程的角度來說，裝備綜合保障性主要來源于其可靠性、維修性和保障性等裝備重要質(zhì)量特性設(shè)計的好壞[8]。因此，本文選取可靠性、維修性、保障性作為天波超視距雷達(dá)的綜合保障性指標(biāo)。

2 基于模糊層次決策的作戰(zhàn)效能綜合評估模型

天波超視距雷達(dá)系統(tǒng)是一個龐大復(fù)雜的系統(tǒng)，其作戰(zhàn)效能是一個綜合性指標(biāo)，包含多種技術(shù)因素和不確定性，對系統(tǒng)的評估也是一項復(fù)雜的工作，涉及許多難以量化的因素。在上述評估指標(biāo)分析中，主要涉及到兩類指標(biāo):一是定量指標(biāo)，可以直接進(jìn)行定量計算;二是定性指標(biāo)，可以通過專家知識經(jīng)驗進(jìn)行評定。因而天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能評估的原則是基于定量計算和定性分析相結(jié)合的多屬性綜合決策評估過程。為此，本文提出層次分析法(AHP)與模糊數(shù)學(xué)相結(jié)合的方法對天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能進(jìn)行綜合評估，具體步驟如下。

2.1 建立評價因素層次結(jié)構(gòu)

利用AHP對評價因素進(jìn)行分析時，首先要將其分組，每組作為一個層次，由左至右按最頂層、中間層和最低層的形式排列，構(gòu)建層次模型如圖1所示。其中，最頂層為目標(biāo)層，表示要解決問題的目標(biāo);中間層為準(zhǔn)則層，表示采取某種措施來實現(xiàn)預(yù)定總目標(biāo)所涉及到的中間環(huán)節(jié);最底層為指標(biāo)層，它是最終影響天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)能力的評價指標(biāo)集。

2.2 確定評語集

評語集是以判斷者對評判對象可能出現(xiàn)的各種評判結(jié)果為元素組成的集合。設(shè)評語集V={V1，V2，…，V n}，V j(j=1，2，…，n)代表各種可能的總評判結(jié)果。

2.3 確定指標(biāo)權(quán)重集

在天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能評估中，各級評估指標(biāo)權(quán)重的確定是至關(guān)重要的，其反映了各個因素對天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能影響的程度。確定權(quán)重的方法很多，如專家評判法、層次分析法和相關(guān)系數(shù)法等。本文在結(jié)合專家意見的條件下，通過AHP的方法確定各評估因素的權(quán)重。

1)構(gòu)造比較判斷矩陣

根據(jù)圖1所建立的評估指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)，使用成對比較和專家咨詢法來構(gòu)造判斷矩陣A=[a ij](表示同一層各指標(biāo)相對重要性的標(biāo)度值，判斷標(biāo)準(zhǔn)采用層次分析法常用的1～9標(biāo)度法)。

2)計算指標(biāo)權(quán)重

指標(biāo)權(quán)重的計算可歸納為求解判斷矩陣A最大特征值λmax對應(yīng)的特征向量，即AW=λmaxW的特征向量W=(w1，w2，…，w n)T。在 AHP方法中，計算特征向量常用的近似方法有求和法、平方根法等，本文采用判斷矩陣首行求和并歸一化來求解特征向量，從而得到各指標(biāo)的權(quán)重。

3)一致性檢驗

由于天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能評估過程中影響因素的復(fù)雜性和決策者對這些因素主觀判斷具有不穩(wěn)定性，以及不同決策者偏好也不同，因此難以將同一準(zhǔn)則下的因素差異度量的十分準(zhǔn)確，通過兩兩比較的判斷矩陣不一定滿足一致性條件。因而實際操作時，引入變量一致性比例CR=CI/RI來檢驗一致性，當(dāng)CR＜0.1時，判斷矩陣具有一致性，否則就不滿足一致性。其中CI=(λmax-n)/(n-1)為一致性指標(biāo)，RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，根據(jù)矩陣階數(shù)而取值。

2.4 構(gòu)建模糊評判矩陣

由于天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)多為定性評估指標(biāo)，具有較強(qiáng)的模糊性和不確定性，因此，采用專家打分的方法來確定各評估指標(biāo)的對評語集的隸屬度。專家打分法的基本原理為:聘請n名專家對各指標(biāo)進(jìn)行評定，假如對指標(biāo)u i有m名專家評定為v1，則模糊隸屬度r i1=m/n，所有r ij值即構(gòu)成模糊評判矩陣R。

為確保專家打分的客觀性和可靠性，擬選定的專家應(yīng)包括科研院所的裝備設(shè)計人員、廠方的制作人員、部隊作戰(zhàn)使用人員、院校教學(xué)人員以及駐廠軍代表等。

式中，r ij為第i個評價指標(biāo)對第j級評語的隸屬度。

2.5 確定綜合評價模型

天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能評價是一個多級因素構(gòu)成的評判指標(biāo)體系，采用多級評判的方法，對每一級因素子集從不同的角度分別進(jìn)行一級綜合評判，設(shè)所得的模糊綜合評價集分別為

由于僅僅由～B1，～B2，…，～B s的其中之一作為評判指標(biāo)可能有片面性，因此記為二級評判指標(biāo)，也作為上一級各指標(biāo)的模糊綜合評價矩陣:

根據(jù)層次分析法得出上一級各指標(biāo)權(quán)重向量W=(w1，w2，…，w s)和評判矩陣R0，利用復(fù)合運算便可求出綜合評判結(jié)果，即

式中，B為模糊綜合評判向量，b i為綜合考慮所有影響因素的影響時評判對象對應(yīng)于評語集中第i個元素的隸屬度大小。

3 實例應(yīng)用及分析

以某型天波超視距雷達(dá)為例進(jìn)行實例驗證。采用本文模型對該天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能進(jìn)行綜合評估，具體如下。

3.1 建立層次分析模型

經(jīng)分析，可以得到影響因素集，其層次結(jié)構(gòu)如圖1所示的天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能綜合評估層次分析模型。

3.2 確定評語集

評語集的確定可以用定性評語法和定量評分法給出，本文將評語等級分為4級，即評語集V={V1，V2，V3，V4}={優(yōu)，良，一般，差}。

3.3 構(gòu)建比較判斷矩陣并確定指標(biāo)權(quán)重

通過對準(zhǔn)則層影響因素進(jìn)行兩兩比較可以得到準(zhǔn)則層B相對于目標(biāo)層A的判斷矩陣，并由前述的方法求得相對權(quán)重向量、最大特征值λAmax以及一致性指標(biāo)CI和一致性比例CR，計算結(jié)果如表1所示。

表1 準(zhǔn)則層B相對于目標(biāo)層A的判斷矩陣

指標(biāo)層C相對于準(zhǔn)則層B1的權(quán)重向量以及相應(yīng)的最大特征值λB1max、一致性指標(biāo)CI1和一致性比例CR1，如表2所示。

表2 指標(biāo)層C相對于準(zhǔn)則層B1的判斷矩陣

同理，可分別計算指標(biāo)層C相對于準(zhǔn)則層B2，B3，B4，B5層次排序向量以及相應(yīng)的最大特征值、一致性指標(biāo)和一致性比例，如下:

3.4 構(gòu)造模糊評判矩陣

模糊評判矩陣(R)的確定采用專家打分的方法確定各評估指標(biāo)的對評語集的隸屬度。聘請20位評審專家對20個三級指標(biāo)進(jìn)行了評定。設(shè)該雷達(dá)作戰(zhàn)效能評估的第二級模糊評判矩陣為R0，第三級模糊評判矩陣為R i(i=1，2，3，4，5)。對于各指標(biāo)因素的評價采用“優(yōu)、良、一般、差”四級劃分法，各等級都看成一個模糊向量，然后對各指標(biāo)評判結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計并規(guī)范化處理，得到模糊評判矩陣如下:

3.5 模糊綜合評判

采用常規(guī)矩陣乘法規(guī)則，計算單級指標(biāo)綜合評估值(i=1，2，3，4，5)。首先對指標(biāo)B1計算其綜合評估值，即0.2905，0.0398)。

同理，再分別對B2，B3，B4，B5二級指標(biāo)計算綜合評估值形成二級模糊評估的隸屬關(guān)系矩陣R0，即

根據(jù)上述求得的和R0可以計算得出該天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能綜合評估隸屬度向量B，即

按照最大隸屬度法，該雷達(dá)作戰(zhàn)效能綜合評估結(jié)果應(yīng)取b0=max(0.203 0，0.378 5，0.371 8，0.046 6)=0.378 5，即該雷達(dá)作戰(zhàn)效能的綜合評估結(jié)果為良好。

3.6 綜合評估結(jié)果分析

式(7)中R0的第一行到第五行數(shù)據(jù)分別表示探測性能、數(shù)據(jù)處理能力、生存能力、指揮控制能力和綜合保障性等指標(biāo)的評估結(jié)果。根據(jù)最大隸屬度原則，可知該天波超視距雷達(dá)探測性能方面的評估結(jié)果為“良”，數(shù)據(jù)處理能力方面的評估結(jié)果為“一般”，生存能力方面的評估結(jié)果為“優(yōu)”，指揮控制能力方面的評估結(jié)果為“一般”，綜合保障性方面的評估結(jié)果為“良”。同時，由上述計算結(jié)果可知，綜合評估結(jié)果“良”與“一般”對應(yīng)的隸屬度值分別為0.378 5和0.371 8，二者相差很小，這說明該天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能勉強(qiáng)達(dá)到良好的標(biāo)準(zhǔn)，因此還需要對其進(jìn)行一定的改進(jìn)優(yōu)化，才能達(dá)到更好的作戰(zhàn)水平，這也與實際情況相符。綜上分析，建議從以下幾個方面進(jìn)行雷達(dá)改進(jìn)，將對雷達(dá)的綜合作戰(zhàn)效能有很大的提升。

(1)加強(qiáng)對自適應(yīng)選頻及信道特性預(yù)測技術(shù)的研究，優(yōu)化電波環(huán)境自適應(yīng)診斷相關(guān)算法，實時準(zhǔn)確預(yù)測電離層狀態(tài)，提高系統(tǒng)可用度，并增強(qiáng)自適應(yīng)選頻的精確度，從而提高雷達(dá)探測性能，對雷達(dá)作戰(zhàn)效能綜合評估結(jié)果具有一定的提高。

(2)進(jìn)一步提高雷達(dá)的抗干擾能力，從頻域、空域及時域單方面或同時采取相應(yīng)抗干擾措施，并利用現(xiàn)代抗干擾技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)及信號處理技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)增強(qiáng)雷達(dá)系統(tǒng)的抗干擾性能，從而提高復(fù)雜電磁環(huán)境下天波超視距雷達(dá)的預(yù)警探測能力，以此增大探測性能的權(quán)重。

(3)改進(jìn)優(yōu)化天波超視距雷達(dá)信號與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)計，在軟件上優(yōu)化信號處理和數(shù)據(jù)處理過程，提高目標(biāo)識別、目標(biāo)跟蹤以及情報信息處理的精度，從而增強(qiáng)雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理能力。

(4)升級改進(jìn)指揮控制終端系統(tǒng)，增強(qiáng)不同情報信息之間的作戰(zhàn)協(xié)調(diào)與輔助決策能力，提高系統(tǒng)指揮控制工作效率，同時加強(qiáng)作戰(zhàn)指揮人員的組織訓(xùn)練工作，增強(qiáng)對目標(biāo)的研判能力，從而提高雷達(dá)的作戰(zhàn)指揮控制能力，以此將促進(jìn)雷達(dá)作戰(zhàn)效能綜合評估結(jié)果的提高。

(5)提高裝備綜合保障性能，即在雷達(dá)研制階段全面考慮可靠性、維修性、保障性等關(guān)鍵的綜合保障要素，突出綜合保障性地位，開展綜合保障性分析與設(shè)計，并在裝備定型或驗收階段進(jìn)行綜合保障性鑒定，投入使用后做好綜合保障信息的收集與反饋工作，為及時改進(jìn)和提高裝備綜合保障性提供依據(jù)，最終確保雷達(dá)具有較高的綜合保障性，對提高雷達(dá)作戰(zhàn)效能綜合評估結(jié)果具有決定性貢獻(xiàn)。

4 結(jié)束語

本文從裝備全系統(tǒng)的角度出發(fā)，結(jié)合天波超視距雷達(dá)戰(zhàn)技術(shù)性能特點，建立了以探測性能、數(shù)據(jù)處理能力、生存能力、指揮控制能力和綜合保障性為指標(biāo)的天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能綜合評估指標(biāo)體系。在此基礎(chǔ)上，通過層次分析法和模糊綜合評判法相結(jié)合的方法對天波超視距雷達(dá)的作戰(zhàn)效能進(jìn)行綜合評估，使評估更加全面、合理、準(zhǔn)確。該方法不僅充分發(fā)揮了專家的作用，而且盡可能地減少了主觀認(rèn)識差異所帶來的決策片面性，為天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能的評估提供了理論基礎(chǔ)和決策依據(jù)，并對天波超視距雷達(dá)的研制、改進(jìn)、優(yōu)化部署以及作戰(zhàn)使用等方面具有重要的指導(dǎo)意義。

[1]許丁文，李會勇，胡進(jìn)峰，等.天波雷達(dá)電離層污染校正與海雜波抑制[J].雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)，2012，10(6):639-644.XU Ding-wen，LI Hui-yong，HU Jin-feng，et al.A Cascaded Method for Ionospheric Decontamination and Sea Clutter Suppression in OTH Radar[J].Radar Science and Technology，2012，10(6):639-644.(in Chinese)

[2]吳瑕，陳建文，鮑拯，等.新體制天波超視距雷達(dá)的發(fā)展與研究[J].宇航學(xué)報，2013，34(5):671-678.

[3]賈晶，劉九洲，盛文.天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能評估研究[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2013，35(4):10-14.

[4]孔勇，王小念，戴才彬，等.天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能評估模型[J].裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2006，17(1):94-96.

[5]張宣，陳云翔，朱榮昌.模糊綜合評定模型的天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能評估[J].火力與指揮控制，2008，33(1):70-74.

[6]王安毅，楊兆民.天波超視距雷達(dá)對海探測效能評估研究[J].空軍雷達(dá)學(xué)院學(xué)報，2012，26(3):199-201.[7]閆達(dá)亮，李俠，蔡萬勇，等.一種天波超視距雷達(dá)作戰(zhàn)效能評估方法[J].空軍雷達(dá)學(xué)院學(xué)報，2010，24(3):177-179.

[8]呂明春，王旭，張延坤，等.裝備綜合保障相關(guān)問題的探討[J].質(zhì)量與可靠性，2010(2):12-14.