雷達對抗偵察裝備作戰(zhàn)能力的ANP冪指數(shù)評估方法*

呂可，鄭威，趙嚴(yán)冰

（1.解放軍91336部隊，河北秦皇島066326；2.解放軍91404部隊，河北秦皇島066000）

雷達對抗偵察裝備作戰(zhàn)能力的ANP冪指數(shù)評估方法*

呂可1，鄭威2，趙嚴(yán)冰1

（1.解放軍91336部隊，河北秦皇島066326；2.解放軍91404部隊，河北秦皇島066000）

針對雷達對抗偵察裝備綜合作戰(zhàn)能力對電磁環(huán)境的依賴性，提出一種基于網(wǎng)絡(luò)層次分析法（Analytic Network Process，ANP）的雷達對抗偵察裝備在不同電磁環(huán)境下作戰(zhàn)能力的冪指數(shù)評估方法。通過對雷達對抗偵察裝備作戰(zhàn)任務(wù)及復(fù)雜電磁環(huán)境下的表現(xiàn)進行分析，確定裝備作戰(zhàn)能力指標(biāo)；利用ANP分析各指標(biāo)間的相互關(guān)系，計算出指標(biāo)相對的權(quán)重；把該權(quán)重作為各指標(biāo)的冪指數(shù)，計算雷達對抗偵察裝備在不同電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)能力指數(shù)；最后結(jié)合某型裝備多次不同環(huán)境下試驗的數(shù)據(jù)，對該裝備的綜合作戰(zhàn)能力進行評估。

雷達對抗，作戰(zhàn)能力評估，網(wǎng)絡(luò)層次分析法，冪指數(shù)

0 引言

雷達對抗偵察裝備是艦艇電子戰(zhàn)系統(tǒng)中的重要組成部分，通過接收雷達發(fā)射的電磁波對目標(biāo)進行探測，實現(xiàn)搜索、截獲、測量、分選、分析、識別、定位敵方雷達、攜帶雷達的武器平臺，以及獲取雷達制導(dǎo)武器系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)和軍事部署情報，具有偵察作用距離遠、獲取目標(biāo)信息多而準(zhǔn)、預(yù)警時間長、隱蔽性好等優(yōu)點，是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的重要電子對抗裝備之一。傳統(tǒng)的雷達對抗裝備試驗和鑒定工作主要致力于對其主要單項性能參數(shù)的檢驗，試驗鑒定結(jié)論用來判定裝備是否達到了設(shè)計性能要求，或與設(shè)計的性能要求存在多大差距，這種性能試驗的方法無法體現(xiàn)裝備的真實作戰(zhàn)能力。另外雷達對抗裝備以電磁空間作為主要作戰(zhàn)空間，與常規(guī)武器裝備試驗相比，電磁空間的對抗有著較多的不確定性，最終的作戰(zhàn)能力與外部環(huán)境的差異性、各項性能的綜合性等因素直接相關(guān)。

針對雷達對抗裝備，國內(nèi)很多研究機構(gòu)對其戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)體系［1］、偵察能力的衡量［2］、作戰(zhàn)效能評估［3-6］等作了深入細致的研究分析，但對偵察裝備受到電磁環(huán)境影響的量化鮮有涉及；對于作戰(zhàn)能力評估方法有很多，包括WSEIAC模型［5］、系統(tǒng)效能分析SEA方法、指數(shù)方法［8］等，其中WSEIAC模型和SEA方法側(cè)重于研究在整個作戰(zhàn)過程中的系統(tǒng)表現(xiàn)。本文旨在研究雷達偵察裝備在不同復(fù)雜度的電磁環(huán)境中的系統(tǒng)運行狀態(tài)，假設(shè)在某一特定的電磁環(huán)境中系統(tǒng)表現(xiàn)穩(wěn)定，在能力指標(biāo)體系建立完成后，用指數(shù)方法中的冪指數(shù)來進行作戰(zhàn)能力的評估計算。

1 用ANP法計算裝備作戰(zhàn)能力指標(biāo)間的權(quán)重

1.1 網(wǎng)絡(luò)層次分析法（ANP）

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP），是對多個方案多個指標(biāo)系統(tǒng)進行分析，對各個方案的優(yōu)劣和指標(biāo)的重要性進行比較的一種層次化、結(jié)構(gòu)化決策方法。AHP方法的核心是將系統(tǒng)劃分層次，且只考慮上層元素對下層元素的支配作用，同層元素被認為是彼此獨立的。然而，在許多實際問題中，各層內(nèi)部元素往往是依存的，低層元素對高層元素亦有支配作用，即存在反饋，此時系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更類似于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)層次分析法（Analytic Network Process，ANP）隨之被提出來。ANP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遠比層次遞階結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多，但它更能合理地反映復(fù)雜系統(tǒng)的功能特點和內(nèi)部關(guān)系，因此，ANP能夠克服AHP的單向性和對指標(biāo)或準(zhǔn)則獨立性等限制性要求［9］。

對于雷達對抗偵察裝備來講，衡量其作戰(zhàn)能力的各個指標(biāo)也不是相互孤立并列的。比如雷達對抗偵察裝備的目標(biāo)正確識別率與多信號分選正確率、干擾下信號的丟批率和增批率有關(guān)；裝備的信號分選能力又依賴于裝備本身的頻率、方向、脈寬和重周的測量精度；威脅目標(biāo)的正確告警建立在對目標(biāo)正確識別的基礎(chǔ)上等等?？紤]到以上系統(tǒng)各個指標(biāo)間的影響關(guān)系，本文利用網(wǎng)絡(luò)層次分析法進行雷達對抗偵察裝備作戰(zhàn)能力指標(biāo)權(quán)重的計算。

1.2 雷達對抗偵察裝備作戰(zhàn)能力指標(biāo)的確定

國內(nèi)外艦載雷達對抗偵察裝備普遍具備頻域?qū)掗_、方位寬開、大動態(tài)范圍、高截獲概率等技術(shù)特點，具備實時雷達輻射源信號分選和輻射源綜合識別功能，具備實時引導(dǎo)軟硬武器對抗的功能。同時既要實現(xiàn)頻率寬開接收，又要有很高頻率測量精度；既要瞬時覆蓋全方位范圍，又要有很高方位測量精度；既要靈敏度很高，又要能夠適應(yīng)對近距離大信號的偵收；既要有很強的分析能力和快速反應(yīng)能力，又要能夠適應(yīng)很大的環(huán)境密度。換言之，艦載雷達對抗偵察裝備既要更好地利用電磁環(huán)境這一媒介，提供實時的情報支援保障，又要盡量降低電磁環(huán)境中不利因素的影響，具備較強的電磁環(huán)境適應(yīng)能力，實現(xiàn)作戰(zhàn)能力整體需求的綜合平衡。

本文根據(jù)雷達對抗偵察裝備作戰(zhàn)的特點，在雷達對抗裝備試驗經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過參考有關(guān)文獻，主要對雷達對抗偵察裝備作戰(zhàn)任務(wù)及復(fù)雜電磁環(huán)境下的表現(xiàn)進行分析，建立了如表1所示的雷達對抗偵察裝備作戰(zhàn)能力指標(biāo)體系：

表1 復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達偵察裝備作戰(zhàn)能力指標(biāo)

1.3 雷達偵察裝備作戰(zhàn)能力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型

Super Decision（SD）超級決策軟件基于ANP理論，將ANP的計算程序化，大大簡化了人工計算過程，下面應(yīng)用ANP對指標(biāo)權(quán)重的計算借助SD軟件進行。對于上節(jié)中建立的復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達偵察裝備作戰(zhàn)能力指標(biāo)體系，根據(jù)偵察裝備的原理和工作流程，通過對各影響因素進行分析與比較，建立起雷達偵察裝備作戰(zhàn)能力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，如下頁圖1所示。

在圖1中，連線表示元素間的關(guān)系包括內(nèi)、外依賴關(guān)系和反饋關(guān)系，箭尾元素組中的元素受箭頭所指向元素組中的元素影響。電磁環(huán)境適應(yīng)能力元素組中存在內(nèi)部反饋。

1.4 確定指標(biāo)間的權(quán)重

首先進行兩兩元素的比較。在構(gòu)造比較矩陣并進行賦值時，為使兩個元素比較量化，ANP也采用1～9標(biāo)度賦值法（標(biāo)度值1、3、5、7、9分別表示兩個元素相比，前者比后者同等、稍微、明顯、強烈、極端重要；2、4、6、8為上述相鄰判斷的中間值；倒數(shù)表示后者比前者的重要性標(biāo)度）。

圖1 雷達偵察裝備作戰(zhàn)能力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型

以復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達偵察裝備作戰(zhàn)能力為準(zhǔn)則，利用專家打分的方法，考慮各元素組C1～C5按其對雷達偵察裝備作戰(zhàn)能力的影響力大小進行間接優(yōu)勢度比較，可構(gòu)造如表2所示的判斷矩陣。

表2 各元素組在目標(biāo)元素下的判斷矩陣

下面用同樣的方法，分別對各元素組中對目標(biāo)元素及其他各元素有影響的指標(biāo)，其影響力的大小進行比較。通過運用SD軟件順次得出目標(biāo)雷達偵察裝備作戰(zhàn)能力準(zhǔn)則下的無權(quán)重超矩陣、加權(quán)超矩陣、極限超矩陣，穩(wěn)定極限超矩陣的每一列即為各元素相對于目標(biāo)的相對權(quán)重，最終結(jié)果如表3所示。

至此，復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達偵察裝備作戰(zhàn)能力的指標(biāo)權(quán)重確定完成。從得到的結(jié)果看，威脅目標(biāo)告警反應(yīng)時間和告警正確率是衡量雷達偵察裝備在不同環(huán)境下作戰(zhàn)能力最主要的指標(biāo)；目標(biāo)正確識別是威脅目標(biāo)正確告警的前提，因此，目標(biāo)識別正確率占得比重較大；多信號分選正確率、丟批率和增批率是衡量雷達偵察裝備在復(fù)雜電磁環(huán)境下作戰(zhàn)能力的綜合指標(biāo)，因此，這幾個指標(biāo)也較為重要。

表3 復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達對抗偵察裝備作戰(zhàn)能力指標(biāo)權(quán)重

2 用冪指數(shù)法計算偵察裝備作戰(zhàn)能力指數(shù)

2.1 冪指數(shù)法簡介

武器裝備的能力（或效能）和它的各項技術(shù)性能之間，有著某種數(shù)量關(guān)系。也就是說，武器裝備的能力是其技術(shù)性能參數(shù)的函數(shù)［10］，用向量X=［x1，x2，…，xi，…，xn］表示某種武器裝備的N項性能指標(biāo)，用C表示該武器裝備的能力，則有C=F（X）。

定義：武器系統(tǒng)的能力指數(shù)F（X）是武器系統(tǒng)性能指標(biāo)向量X的函數(shù)。其元素定義域為正實數(shù)，簡記為X∈R+，F(xiàn)（X）的值域也為正實數(shù)，并滿足以下要求：

（1）連續(xù)性假設(shè)：F（X）可微；

（2）邊際效益遞減率：對任何X∈R+，X*∈R+，X*是和X在同一指標(biāo)體系下的另一組度量值，滿足

（3）量綱一致性要求

由于武器系統(tǒng)的性能是由多種指標(biāo)組成的，它們有不同的量綱，而由上面的分析可知，能力指數(shù)應(yīng)該是一個無量綱的值。設(shè)Y和Y*是所代表的武器系統(tǒng)性能指標(biāo)體系的另一種線性組合條件下的兩組度量值。要滿足量綱一致性，必須滿足

因此，滿足上述3個要求的F（X）的具體形式為：

其中F（X）為作戰(zhàn)能力函數(shù)X=（x1，x2，…，xn）；為n個武器裝備的性能指標(biāo)；冪指數(shù)μi分別表示武器裝備相應(yīng)的性能指標(biāo)對該武器裝備作戰(zhàn)能力指數(shù)的貢獻，可以把第i個性能指標(biāo)的冪指數(shù)μi稱為第i個性能指標(biāo)在武器裝備作戰(zhàn)能力指數(shù)中的重要度，即指標(biāo)權(quán)重；k為達到不同武器裝備之間能力指數(shù)的一致性，起著調(diào)整數(shù)量級的作用，因此，也稱為一致性調(diào)整系數(shù)［11-12］。

經(jīng)過ANP模型計算所得結(jié)果經(jīng)過歸一化處理，可得雷達對抗裝備作戰(zhàn)能力評估冪指數(shù)集中各冪指數(shù)，結(jié)合規(guī)范化的雷達對抗裝備作戰(zhàn)能力評估指標(biāo)體系，可以構(gòu)建雷達對抗裝備作戰(zhàn)能力冪指數(shù)評估模型。

2.2 雷達對抗偵察裝備作戰(zhàn)能力指數(shù)

由上節(jié)中確定的雷達對抗偵察裝備作戰(zhàn)能力指標(biāo)及其指標(biāo)間的權(quán)重，用冪指數(shù)法可以計算雷達對抗偵察裝備的作戰(zhàn)能力指數(shù)。

2.2.1 各單項作戰(zhàn)能力指數(shù)

（1）信號測量能力指數(shù)

其中YRF為頻率測量精度的規(guī)范化指標(biāo)，YAOA為角度測量精度的規(guī)范化指標(biāo)，YPW為脈寬測量精度的規(guī)范化指標(biāo)，YPRI為重周測量精度的規(guī)范化指標(biāo)，μ11、μ12、μ13、μ14分別為頻率測量精度、角度測量精度、脈寬測量精度和重周測量精度對信號測量能力的影響權(quán)重因子。

（2）信號識別能力指數(shù)

其中YSHB為目標(biāo)識別正確率的規(guī)范化指標(biāo)，μ21為目標(biāo)識別正確率對信號識別能力的影響權(quán)重因子。

（3）電磁環(huán)境適應(yīng)能力

其中YZQ為多信號分選正確率的規(guī)范化指標(biāo)，YWZQ為威脅信號分選正確率的規(guī)范化指標(biāo)，μ31、μ32分別為多信號分選正確率、威脅信號分選正確率對電磁環(huán)境適應(yīng)能力的影響權(quán)重因子。

（4）告警反應(yīng)能力

其中YGJT為告警反應(yīng)時間的規(guī)范化指標(biāo)，YGJ為威脅目標(biāo)告警正確率的規(guī)范化指標(biāo)，μ41、μ42為告警反應(yīng)時間和威脅目標(biāo)告警正確率對告警反應(yīng)能力的影響權(quán)重因子。

（5）電磁防護能力

其中YDP為多信號丟批率的規(guī)范化指標(biāo)，YZP為多信號增批率的規(guī)范化指標(biāo)，μ51、μ52分別為多信號丟批率、增批率對電磁環(huán)境適應(yīng)能力的影響權(quán)重因子。

2.2.2 雷達偵察裝備自身作戰(zhàn)能力指數(shù)

雷達偵察裝備自身作戰(zhàn)能力指數(shù)計算公式如下：

其中WPDW為信號測量能力指數(shù)，WSHB為信號識別能力指數(shù)，WADAP為電磁環(huán)境適應(yīng)能力指數(shù)，WGJ為告警反應(yīng)能力指數(shù)，WGR為電磁防護能力指數(shù)；μ1、μ2、μ3、μ4、μ5分別為信號測量能力、信號識別能力、電磁環(huán)境適應(yīng)能力、告警反應(yīng)能力、電磁防護能力對雷達偵察裝備自身作戰(zhàn)能力的影響權(quán)重因子。

3 實例分析

根據(jù)已經(jīng)建立的雷達偵察裝備作戰(zhàn)能力指數(shù)模型，即可對雷達偵察裝備在不同態(tài)勢下的作戰(zhàn)能力進行計算并評估。對某型偵察裝備試驗了3個不同的態(tài)勢，每次態(tài)勢試驗兩次，得出的各項指標(biāo)結(jié)果如下頁表4所示。

最理想的作戰(zhàn)能力指數(shù)為1。由上表可以看出，在不同態(tài)勢即不同的電磁環(huán)境下，該型裝備的作戰(zhàn)能力指數(shù)在0.853 12～0.888 04之間，表現(xiàn)良好，相對較為穩(wěn)定。

4 結(jié)論

本文提出了一種基于ANP的雷達對抗偵察裝備作戰(zhàn)能力冪指數(shù)評估方法，旨在評估雷達對抗偵察裝備在不同電磁環(huán)境中的作戰(zhàn)能力。衡量雷達對抗偵察裝備的作戰(zhàn)能力不是單純地依靠一些孤立的技術(shù)指標(biāo)，而是由與作戰(zhàn)相關(guān)的多個指標(biāo)的表現(xiàn)共同決定。實例結(jié)果表明，在不同電磁環(huán)境中，雷達對抗偵察裝備的作戰(zhàn)能力表現(xiàn)是一個區(qū)間值，該區(qū)間的大小、范圍都是衡量該裝備能力的因素。另外根據(jù)雷達對抗偵察裝備本身的裝載平臺、技術(shù)實現(xiàn)和作戰(zhàn)任務(wù)需求的不同，指標(biāo)及其權(quán)重都可進行相應(yīng)的調(diào)整。本文提出的方法具有一定的通用性，可以擴展應(yīng)用到其他裝備的作戰(zhàn)能力評估中。

表4 某型裝備多個態(tài)勢試驗結(jié)果

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Method for Operational Capability Evaluation of Radar Reconnaissance System Based on ANP and Power Index

LYU Ke1，ZHENG Wei2，ZHAO Yan-bing1
（1.Unit 91336 of PLA，Qinhuangdao 066326，China；2.Unit 91404 of PLA，Qinhuangdao 066000，China）

In the view of the radar reconnaissance equipment integrated combat capability of electromagnetic environment dependence，a power index method used for operational capability evaluation of radar reconnaissance system in different electromagnetic envionment based on Analytic Network Process（ANP）is proposed.Through the analysis of radar contermeasure reconnaissance equipment’s mission and performance under complex electromagnetic environment，the indexes of equipment’s combat capability is established.By use of ANP，the relationship between indexes is analyzed，the relative weights of the indexes is calculated.The weights as the exponent of indexes，the radar reconnaissance equipment’s combat capability factor in different electromagnetic environment is calculated.Finally，combined with a certain type of equipment’s test data in different environment，the integrated capability of this certain type of equipment is estimated.

radar reconnaissance，combat capability evaluation，ANP，power index method

TN974

A

1002-0640（2016）12-0059-05

2015-11-11

2015-12-28

“十二五”裝備預(yù)先研究基金資助項目（513040203）

呂可（1987-），女，山東菏澤人，碩士研究生。研究方向：雷達對抗仿真。