考慮目標(biāo)攻擊信號(hào)的一種變權(quán)威脅評(píng)估方法

李 濤,劉進(jìn)忙

(空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院,西安 710051)

考慮目標(biāo)攻擊信號(hào)的一種變權(quán)威脅評(píng)估方法

李 濤,劉進(jìn)忙

(空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院,西安 710051)

針對(duì)現(xiàn)有目標(biāo)威脅評(píng)估方法普遍利用常權(quán)評(píng)估,且忽略目標(biāo)攻擊信號(hào)而導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果出現(xiàn)不合理情況的問(wèn)題,提出了一種考慮目標(biāo)攻擊信號(hào)的變權(quán)威脅評(píng)估方法。在分層建立目標(biāo)威脅評(píng)估體系的基礎(chǔ)上,基于變權(quán)理論,考慮權(quán)值與各因素之間的關(guān)系以及目標(biāo)攻擊信號(hào)對(duì)權(quán)值的影響,引入變權(quán)因子,使權(quán)值根據(jù)各因素和戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)際的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整。仿真結(jié)果表明:所設(shè)計(jì)的威脅評(píng)估方法杜絕了不合理評(píng)價(jià)結(jié)果的發(fā)生,更加切合戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)際。

威脅評(píng)估;目標(biāo)攻擊信號(hào);變權(quán)因子

0 引言

未來(lái)防空反導(dǎo)作戰(zhàn)環(huán)境愈加復(fù)雜,防空系統(tǒng)面臨來(lái)自不同方向,不同層次的大規(guī)模襲擊?？茖W(xué)的分析和研究空中目標(biāo)威脅是防空作戰(zhàn)指揮的重要環(huán)節(jié),決定了后續(xù)作戰(zhàn)環(huán)節(jié)的有效進(jìn)行,也是對(duì)我方防空兵力進(jìn)行正確部署、增強(qiáng)抗擊效果和完成各種防空任務(wù)的前提。過(guò)高估計(jì)目標(biāo)的威脅,會(huì)大大增加防空作戰(zhàn)的成本,甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn);相反,過(guò)低估計(jì)目標(biāo)的威脅和性能,則構(gòu)建的防空體系無(wú)法應(yīng)付敵方空襲。

現(xiàn)有的空襲目標(biāo)威脅評(píng)估方法,大多采用固定權(quán)值的方法[1-2],無(wú)論各因素組態(tài)如何,權(quán)系數(shù)都保持不變,這往往會(huì)導(dǎo)致不合理的威脅評(píng)判結(jié)果[3]。且在現(xiàn)有的目標(biāo)威脅評(píng)估方法中,無(wú)論是常權(quán)還是變權(quán),都是簡(jiǎn)單的對(duì)各因素的隸屬度函數(shù)進(jìn)行賦權(quán)相加,沒(méi)有考慮權(quán)值與各因素之間的關(guān)系[3-9]。同時(shí)忽略了目標(biāo)進(jìn)入攻擊航路[5]前的強(qiáng)機(jī)動(dòng)所顯現(xiàn)出的強(qiáng)烈的攻擊信號(hào)以及這種攻擊信號(hào)對(duì)威脅評(píng)估結(jié)果造成的影響。

曹可勁等[3]利用李洪興提出的變權(quán)模型,通過(guò)構(gòu)造均衡函數(shù),實(shí)現(xiàn)了變權(quán)目標(biāo)威脅評(píng)估。但這種變權(quán)算法中均衡函數(shù)的構(gòu)造,主要是基于專家對(duì)因素權(quán)值變化情況的分析,受到人的主觀影響比較大。徐則中在汪培莊、李洪興等人研究的基礎(chǔ)上,對(duì)變權(quán)理論進(jìn)行了進(jìn)一步的拓展[10]:引入一個(gè)變權(quán)因子,構(gòu)造變權(quán)公式,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合決策結(jié)果的均衡性或激勵(lì)性偏好要求。

文中在變權(quán)理論[10-11]的基礎(chǔ)上,引入變權(quán)因子,考慮權(quán)值與各因素之間的關(guān)系和目標(biāo)的攻擊信號(hào),提出了一種考慮目標(biāo)攻擊信號(hào)的變權(quán)威脅評(píng)估方法,使得目標(biāo)威脅評(píng)估中各層次各因素的權(quán)重隨著戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)不斷發(fā)生變化,更好的反映戰(zhàn)場(chǎng)的真實(shí)情況。

1 威脅評(píng)估體系及隸屬度函數(shù)

將目標(biāo)威脅因素按作戰(zhàn)能力和攻擊意圖分為兩個(gè)方面,并考慮目標(biāo)的進(jìn)攻信號(hào),得到如圖1所示的目標(biāo)威脅評(píng)估體系。

圖1 目標(biāo)威脅評(píng)估體系

1.1 目標(biāo)作戰(zhàn)能力

1)目標(biāo)類型。空中目標(biāo)類型不同,其功能和戰(zhàn)術(shù)特性也有區(qū)別,對(duì)我方要地的威脅程度也不同。從作戰(zhàn)能力的角度對(duì)不同類型目標(biāo)的威脅度進(jìn)行分類[2],得到如表1所示的結(jié)果。

表1 目標(biāo)類型威脅度量化值

2)速度。不同威脅目標(biāo)在各自速度范圍內(nèi)的速度越快,作戰(zhàn)能力越強(qiáng),突破我方防御的可能性就越高,就越有可能對(duì)我方造成威脅。一般認(rèn)為目標(biāo)速度與目標(biāo)威脅程度呈線性增函數(shù)關(guān)系。

(1)

式中,vmin、vmax為各類目標(biāo)的最小速度和最大速度。

3)電子干擾能力。釋放電子干擾是敵空襲突擊典型的對(duì)抗手段之一。從近期幾次局部戰(zhàn)爭(zhēng)來(lái)看,空襲兵器往往通過(guò)釋放干擾來(lái)提高自身的突防能力。因此,空襲目標(biāo)電子干擾能力也是衡量其作戰(zhàn)能力的重要指標(biāo),其值可按表2選取[12]。

表2 干擾能力的威脅量化值

1.2 目標(biāo)攻擊意圖

1)飛行高度。飛行高度越低,目標(biāo)被發(fā)現(xiàn)的概率越低?，F(xiàn)代空襲兵器經(jīng)常采用低空突防的方式實(shí)施打擊,因此,目標(biāo)的飛行高度可以一定程度反映出敵方的攻擊意圖。飛行高度的攻擊意圖隸屬度函數(shù)[12]可用偏小型降半正態(tài)分布函數(shù)表示。

(2)

式中:β1為1 km;k1為對(duì)應(yīng)的衰減參數(shù),它反映了目標(biāo)的攻擊意圖變化趨勢(shì)和范圍,根據(jù)飛行高度對(duì)目標(biāo)攻擊意圖隸屬函數(shù)影響,取k1=1 km-2。

2)剩余時(shí)間。威脅目標(biāo)到達(dá)火力單元的發(fā)射近界的剩余時(shí)間是衡量目標(biāo)威脅和攻擊意圖的一個(gè)非常重要的因素。剩余時(shí)間越短,對(duì)我方的威脅越大;目標(biāo)對(duì)不同要地的剩余時(shí)間也能反映出目標(biāo)的攻擊意圖。剩余時(shí)間的隸屬度函數(shù)可用偏小型降半正態(tài)分布函數(shù)[12]來(lái)表示。

μ5(t)=e-k2t2

(3)

式中k2取4×10-6s-2。

3)航路捷徑。當(dāng)我方目標(biāo)在敵方目標(biāo)的威脅范圍內(nèi)時(shí),航路捷徑越小,威脅度越高,攻擊意圖越明顯,超出目標(biāo)的攻擊范圍,攻擊意圖可以忽略,可用中間型半正態(tài)分布函數(shù)[12]來(lái)描述攻擊意圖,其隸屬度函數(shù)為:

μ6(P)=e-k3P2

(4)

式中:P為航路捷徑(km);k3反映了目標(biāo)的殺傷威脅范圍,一般取值5×10-3km-2。

1.3 目標(biāo)進(jìn)攻信號(hào)

威脅目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的突然變化,往往是即將進(jìn)行攻擊的信號(hào)。目標(biāo)空襲我方要地時(shí),一般會(huì)伴隨著拉升、盤旋、俯沖等一系列的機(jī)動(dòng)動(dòng)作。下面以戰(zhàn)斗駝峰俯沖攻擊[13]為例,說(shuō)明一般作戰(zhàn)樣式,如圖2所示。

圖2 戰(zhàn)斗駝峰俯沖攻擊示意圖

圖中的攻擊圈為己方估測(cè)的目標(biāo)武器攻擊范圍。為躲避雷達(dá),目標(biāo)一般以低空、超低空的姿態(tài)接近我方要地,距離一定范圍時(shí)開(kāi)始爬高,過(guò)頂點(diǎn)后穩(wěn)定一小段時(shí)間進(jìn)入攻擊圈,實(shí)施俯沖攻擊,而后逃離。因此,一旦發(fā)現(xiàn)威脅目標(biāo)在近距離有類似機(jī)動(dòng)情況,認(rèn)為目標(biāo)即將進(jìn)行攻擊。根據(jù)一般作戰(zhàn)樣式,對(duì)其機(jī)動(dòng)顯現(xiàn)出的進(jìn)攻信號(hào)進(jìn)行量化賦值,結(jié)果如表3所示。

表3 機(jī)動(dòng)情況攻擊意圖量化值

2 基于變權(quán)理論的威脅評(píng)估方法

變權(quán)理論是相對(duì)于常權(quán)而言的。利用層次分析法得出的各因素的權(quán)值一定程度反映了其影響事物的相對(duì)次序,然而無(wú)論實(shí)際各因素的取值狀況如何,各個(gè)權(quán)值都保持不變,往往會(huì)造成不合理的評(píng)估結(jié)果。因此,文中引入變權(quán)因子,在層次分析法所得到的權(quán)值的基礎(chǔ)上,根據(jù)實(shí)際情況,構(gòu)造變權(quán)向量,動(dòng)態(tài)的調(diào)整各個(gè)因素的權(quán)值,使得威脅評(píng)估的結(jié)果更加符合實(shí)際。

2.1 變權(quán)向量的構(gòu)造

考慮專家意見(jiàn)、實(shí)際戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和變權(quán)理論的要求,引入變權(quán)因子,構(gòu)造因素j(j=1,2,…,N)的變權(quán)向量為:

(5)

當(dāng)α=0時(shí),不進(jìn)行變權(quán),為普通的常權(quán)計(jì)算。

當(dāng)α<0時(shí),為混合型變權(quán)。若μx0<μx,因素j的權(quán)值隨μx單調(diào)上升;若μx0>μx,因素j的權(quán)值隨μx單調(diào)下降。

將因素j的變權(quán)向量進(jìn)行歸一化可得變權(quán)之后的權(quán)值為:

(6)

構(gòu)造的變權(quán)函數(shù)滿足變權(quán)理論的3個(gè)公理化條件和可加型綜合函數(shù)的3個(gè)公理化的定義[10]。

2.2 基于變權(quán)理論的威脅評(píng)估法

由戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)際分析可知:目標(biāo)威脅度評(píng)估過(guò)程中,在目標(biāo)到達(dá)要地的剩余時(shí)間較長(zhǎng)、距離較遠(yuǎn)的情況下,目標(biāo)的機(jī)動(dòng)情況對(duì)其威脅度評(píng)估意義不大,其威脅度主要與其作戰(zhàn)能力和攻擊意圖有關(guān)。隨著目標(biāo)的攻擊意圖逐漸明確,其在目標(biāo)威脅評(píng)估中的重要性逐漸下降,權(quán)值也應(yīng)當(dāng)隨之降低。在沒(méi)有信號(hào)顯示目標(biāo)即將進(jìn)攻之前,目標(biāo)的作戰(zhàn)能力更值得關(guān)注,也應(yīng)當(dāng)在威脅評(píng)估中占據(jù)更大的比重。但是,一旦在近距離檢測(cè)到目標(biāo)進(jìn)行大幅度的機(jī)動(dòng),則認(rèn)為目標(biāo)即將進(jìn)入攻擊航路,此時(shí)無(wú)論敵方目標(biāo)作戰(zhàn)能力強(qiáng)弱,都可能會(huì)對(duì)我方要地造成破壞,其威脅度應(yīng)該急劇升高。

基于以上對(duì)目標(biāo)威脅評(píng)估中各因素關(guān)系的分析可知,目標(biāo)作戰(zhàn)能力的權(quán)值與攻擊意圖和攻擊信號(hào)的威脅隸屬度函數(shù)有關(guān),攻擊意圖的權(quán)值與其本身的隸屬度函數(shù)值有關(guān),其變權(quán)向量為:

(7)

式中,μyt和μj分別為攻擊意圖和攻擊信號(hào)的威脅隸屬度函數(shù)。

變權(quán)以后目標(biāo)作戰(zhàn)能力和攻擊意圖的權(quán)值分別為:

(8)

在目標(biāo)作戰(zhàn)能力的評(píng)價(jià)因素中,無(wú)論戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)如何變化,目標(biāo)類型和電子干擾能力一經(jīng)確定,不會(huì)隨目標(biāo)運(yùn)動(dòng)發(fā)生變化;目標(biāo)速度的大小對(duì)作戰(zhàn)能力的評(píng)價(jià)有一定影響,但不會(huì)引起作戰(zhàn)能力的劇烈變化。因此,對(duì)目標(biāo)作戰(zhàn)能力因素的權(quán)值不采用變權(quán)處理,可直接由層次分析法求得。

在目標(biāo)攻擊意圖的評(píng)價(jià)因素中,在剩余時(shí)間較長(zhǎng)時(shí),應(yīng)當(dāng)更多地關(guān)注目標(biāo)的高度和航路捷徑的變化,但當(dāng)剩余時(shí)間的取值比較小時(shí),火力單元的反應(yīng)時(shí)間很短,剩余時(shí)間的變化應(yīng)當(dāng)更能顯著影響目標(biāo)的攻擊意圖。因此,隨著剩余時(shí)間的減小,剩余時(shí)間所對(duì)應(yīng)的權(quán)值應(yīng)該相應(yīng)的增加,其他因素的權(quán)重相應(yīng)減小。剩余時(shí)間的權(quán)值與其本身的隸屬度函數(shù)有關(guān),同上可求得變權(quán)后的各因素權(quán)值。

得到各層次各因素的變權(quán)值后,重新計(jì)算目標(biāo)的威脅值為:

T=w″zμz+w″ytμyt

(9)

3 仿真實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證文中模型的有效性,通過(guò)實(shí)例對(duì)模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證。假設(shè)在我方要地為坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)系中,某一時(shí)刻發(fā)現(xiàn)一個(gè)目標(biāo)沿X軸負(fù)方向飛行,目標(biāo)識(shí)別結(jié)果為轟炸機(jī),并且伴隨較強(qiáng)的電子干擾,飛行速度0.2 km/s,高度500 m,航路捷徑為50 km,根據(jù)其位置和速度估算出剩余時(shí)間為911 s。

跟蹤一段時(shí)間后,目標(biāo)突然調(diào)整航向,向我方要地快速靠近,目標(biāo)水平速度變?yōu)?.42 km/h,高度爬升到1 km,航路捷徑變?yōu)?.8 km,隨后開(kāi)始俯沖攻擊并加速逃離。在轟炸機(jī)即將進(jìn)行俯沖攻擊的同時(shí),雷達(dá)又發(fā)現(xiàn)另一目標(biāo)朝我方要地飛來(lái),識(shí)別為反輻射導(dǎo)彈,航路捷徑為0,速度為0.7 km/s,剩余時(shí)間為100 s,高度5 km并逐漸降低,且伴隨著較強(qiáng)的電子干擾。分別采用層次分析法和文中所論述的威脅評(píng)估方法計(jì)算這兩個(gè)目標(biāo)的實(shí)時(shí)威脅度,結(jié)果如圖3～圖5所示。

圖3 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡

圖4 目標(biāo)剩余時(shí)間變化情況

圖5 目標(biāo)威脅度仿真結(jié)果

通過(guò)對(duì)以上仿真結(jié)果的分析可以得到以下幾個(gè)結(jié)論:

1)在基于層次分析法的常權(quán)目標(biāo)威脅評(píng)估方法中,反輻射導(dǎo)彈的威脅度始終高于轟炸機(jī),即使轟炸機(jī)已經(jīng)進(jìn)入攻擊航路也是如此,出現(xiàn)了不合理的評(píng)估結(jié)果。

2)使用文中所論述的變權(quán)目標(biāo)威脅評(píng)估方法后,轟炸機(jī)在剩余時(shí)間較短的情況下,威脅度超過(guò)了剩余時(shí)間較長(zhǎng)的反輻射導(dǎo)彈,符合戰(zhàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,杜絕了常權(quán)方法不合理的評(píng)估結(jié)果,增加了威脅評(píng)估的可信度。

3)文中所用的變權(quán)目標(biāo)威脅評(píng)估方法考慮了敵方的攻擊信號(hào)。從圖3可以看出,當(dāng)敵轟炸機(jī)在近距離突然機(jī)動(dòng)時(shí),其威脅度急劇增大,在威脅度曲線上表現(xiàn)為一個(gè)“突起”,明顯的顯示出了目標(biāo)即將進(jìn)行攻擊的信號(hào),為后續(xù)的火力分配和指揮員快速?zèng)Q策提供了一個(gè)重要信息。

4 結(jié)束語(yǔ)

文中首先對(duì)目標(biāo)威脅評(píng)估因素進(jìn)行了分析,并建立相應(yīng)的目標(biāo)威脅評(píng)估體系。針對(duì)常權(quán)目標(biāo)威脅評(píng)估方法可能導(dǎo)致不合理的評(píng)估結(jié)果的問(wèn)題,考慮了專家意見(jiàn)和實(shí)際戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中各因素的權(quán)值與其他因素之間的關(guān)系,引入變權(quán)因子,提出了一種基于變權(quán)理論的威脅評(píng)估方法。同時(shí)考慮了目標(biāo)近距離的攻擊機(jī)動(dòng)對(duì)權(quán)值的影響,使得目標(biāo)的威脅評(píng)估結(jié)果更加準(zhǔn)確、可信。仿真結(jié)果表明:相比常權(quán)評(píng)估方法,利用文中方法得到的目標(biāo)威脅評(píng)估結(jié)果更加符合戰(zhàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,可為后續(xù)的火力分配和指揮員決策提供更加準(zhǔn)確合理的目標(biāo)威脅信息,且計(jì)算方法簡(jiǎn)單可靠,滿足防空作戰(zhàn)威脅評(píng)估的簡(jiǎn)單性要求,有利于工程實(shí)現(xiàn)。

[1] 黃海明. 艦艇防空目標(biāo)威脅評(píng)估研究概述 [J]. 艦船電子工程, 2014, 34(11): 5-8.

[2] 李為民, 辛永平, 趙全習(xí), 等. 防空作戰(zhàn)運(yùn)籌分析 [M]. 北京: 解放軍出版社, 2013: 44-50.

[3] 曹可勁, 江漢, 趙宗貴. 一種基于變權(quán)理論的空中目標(biāo)威脅估計(jì)方法 [J]. 解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 7(1): 32-35.

[4] 彭邵雄, 高傳斌, 鄒強(qiáng). 基于變權(quán)理論的艦艇編隊(duì)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同防空威脅評(píng)估 [J]. 兵工自動(dòng)化, 2013, 32(8): 50-54.

[5] 姚躍亭, 趙建軍, 萬(wàn)宇. 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)下考慮攻擊意圖的目標(biāo)威脅評(píng)估 [J]. 火力與指揮控制, 2012, 37(5): 63-67.

[6] 趙宗貴, 曹可勁. 一種基于對(duì)抗效果的地面防空作戰(zhàn)威脅估計(jì)方法 [J]. 中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào), 2006, 1(2): 114-122.

[7] 陳雅雯, 夏偉杰, 吳連慧, 等. 基于AHP模糊綜合評(píng)判法的輻射源威脅等級(jí)評(píng)估 [J]. 現(xiàn)代電子技術(shù), 2014, 37(19): 21-24.

[8] 王瑋, 史紅權(quán), 王磊, 等. 基于風(fēng)險(xiǎn)型多屬性決策的編隊(duì)空中目標(biāo)威脅評(píng)估 [J]. 艦船科學(xué)技術(shù), 2014, 36(9): 146-149.

[9] 全杰. 彈道導(dǎo)彈目標(biāo)威脅評(píng)估模型和算法 [J]. 現(xiàn)代防御技術(shù), 2014, 42(4): 24-30.

[10] 徐則中. 變權(quán)綜合決策中變權(quán)向量的構(gòu)造 [J]. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2010, 29(5): 843-846.

[11] 李德清, 李洪興. 狀態(tài)變權(quán)向量的性質(zhì)與構(gòu)造 [J]. 北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2002, 38(4): 455-461.

[12] 王連鋒, 劉衛(wèi)東. 導(dǎo)彈陣地空襲目標(biāo)威脅評(píng)估 [J]. 指揮控制與仿真, 2009, 31(4): 33-36.

[13] ROUX J N, VUUREN van J H. Real-time threat evaluation in a ground based air defense environment [J]. Orion, 2008, 24(1): 75-101.

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

李濤(1992-),男,山西河津人,碩士研究生,研究方向:指揮控制系統(tǒng)。

TP182

A