目標毀傷效果評估技術(shù)研究綜述

李 峰,石 全,孫 正

(陸軍工程大學石家莊校區(qū) 裝備指揮與管理系， 石家莊 050003)

近年來,在高技術(shù)條件下，戰(zhàn)斗時間短，戰(zhàn)役節(jié)奏快，戰(zhàn)機稍縱即逝，以及實施火力打擊時多目標特征的顯現(xiàn)，目標毀傷評估難度越來越大，時效性越來越高。及時準確地評估目標的毀傷程度是一個巨大的挑戰(zhàn)。由于精確制導技術(shù)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的廣泛應用，目標毀傷效果評估發(fā)揮的作用越來越大。2005年美國攻打伊拉克戰(zhàn)爭中，已經(jīng)展示了精確制導打擊的能力，能夠在短時間內(nèi)迅速做出反應，評估下一次打擊決策，目標毀傷評估在進攻過程中起著至關(guān)重要的作用。目標毀傷評估也稱為戰(zhàn)斗損傷評估或作戰(zhàn)損傷評估[1]。能夠及時、準確地對毀傷目標進行評估，不僅能夠為指揮員后續(xù)決策提供支持，而且能夠合理安排打擊方案，提高對目標的毀傷效率，保證戰(zhàn)爭的順利進行。

自從海灣戰(zhàn)爭以后，世界各國越來越重視目標毀傷評估在戰(zhàn)爭中所起的作用。第一次美國對目標毀傷效果的評估始于第一次世界大戰(zhàn)期間。在此期間，對目標毀傷效果的評估被稱為對彈藥毀傷效果的評估[2]。隨著時間的推移，彈藥毀傷評估逐漸演變?yōu)槟繕藲u估。美國目標毀傷效果評估技術(shù)起初采取人工判圖的方法，該方法效率低下。隨著科技的發(fā)展，逐漸采用機器與人工結(jié)合的方式對毀傷圖像進行識別判斷，大幅提高了評估效率。在海灣戰(zhàn)爭中，美國吸取滯后毀傷效果評估的教訓，采用新的目標毀傷效果評估方法并開發(fā)仿真平臺，經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，美國已經(jīng)具備相對成熟的評估系統(tǒng)。

1 毀傷效果評估方法

目標毀傷效果評估方法主要有模型評估法、毀傷信息評估法、歷史經(jīng)驗法。

1) 模型評估法

模型評估法是指考慮影響毀傷效果因素，建立反映毀傷效果的評估模型，通過模擬彈藥對目標的作用過程以及目標受到打擊后所反映的狀態(tài)，得出計算結(jié)果，根據(jù)此結(jié)果評估對目標毀傷的程度。這種評估方法主要用于對目標打擊前評估目標的毀傷程度，模擬作用過程，從而獲取目標毀傷信息，通過對目標毀傷情況進行分析，從而確定對目標的打擊力度，確保對目標的毀傷達到很好的效果。該方法的優(yōu)點是能夠在對目標實施打擊前通過模擬武器彈藥對目標的作用過程，事先評估對目標的毀傷程度。缺點是為確保對目標毀傷效果評估準確，建立模型時考慮的因素要全面，需要足夠多的信息，涉及彈藥工程、爆炸與沖擊力學、空氣動力學、計算力學等多個學科領(lǐng)域，并將這些信息進行量化融入到模型中。這一過程是十分復雜的，大多數(shù)模型的建立都要簡化有關(guān)參數(shù)的影響，與真實情況相比有很多不足，因此獲取與真實環(huán)境相同的評估模型還有很長的一段路要走。

2) 毀傷信息評估法

毀傷信息評估法是指通過將目標受到打擊后所反映出來的信息與受到打擊前所反映出來的信息進行對比，通過全面的分析對目標毀傷效果進行評估。這種方法主要用于武器彈藥對目標實施打擊后對目標毀傷效果進行評估。不同的武器彈藥對目標實施打擊時會造成不同的毀傷效果，比如破片穿透雷達后，在雷達表面形成一定直徑的孔洞，由于雷達內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，電子元器件多等特點，破片會對雷達內(nèi)部造成嚴重的毀傷。該方法的優(yōu)點是可以很直觀的根據(jù)前后信息的變化對比，對目標毀傷效果進行評估。缺點是雖然能夠進行目標毀傷效果評估，但評估往往只是在物理層面上，對作戰(zhàn)情報的支援力度不足。

3) 歷史經(jīng)驗法

歷史經(jīng)驗法是根據(jù)古今中外大大小小的戰(zhàn)爭，特別是信息化條件下的作戰(zhàn)、軍事演習的經(jīng)驗總結(jié)，將已有的歷史經(jīng)驗法應用到相似條件下的作戰(zhàn)環(huán)境，對目標毀傷效果進行評估。該方法的優(yōu)點是能夠利用先前作戰(zhàn)的經(jīng)驗指導相似條件下的作戰(zhàn)，能夠很好地評估對目標的毀傷程度。缺點是未來作戰(zhàn)環(huán)境千變?nèi)f化，老舊的作戰(zhàn)經(jīng)驗可能不適用于現(xiàn)代條件下的作戰(zhàn)，以這種方式評估目標的損傷效應?？赡軙龅脚f的經(jīng)驗不僅不能指導操作，而且可能會導致決策失誤和貽誤戰(zhàn)機。

2 毀傷評估模型

目標毀傷指標的毀傷效果評估模型主要包括層次分析法、模糊綜合評判法、貝葉斯網(wǎng)絡法和蒙特卡羅法。

1) 層次分析法評價模型

層次分析法(AHP)是20世紀70年代中期美國運籌學家T.L.Saaty提出的系統(tǒng)與層次分析相結(jié)合的定性和定量分析方法。我國蔡宏圖[3]等人運用層析分析法和模糊綜合評判法，根據(jù)層次分析確定指標權(quán)重，建立了炮兵火力毀傷評估模型。查國云[4]等人利用灰色理論和層次分析法建立了毀傷評估模型，從在措施層運用互反判斷矩陣確定權(quán)重，在準則層運用互補判斷矩陣確定權(quán)重入手，對毀傷程度進行評估。

層次分析法優(yōu)點是系統(tǒng)性強、決策簡單和數(shù)據(jù)量少。缺點是主觀性大，定量數(shù)據(jù)少，不能夠為目標毀傷效果評估的進一步?jīng)Q策提供新的方案，在評價目標毀傷效果的指標較多時，數(shù)據(jù)量大，并且指標的權(quán)重也很難準確確定。

2) 模糊綜合評判法評估模型

模糊綜合評判法是一種基于模糊數(shù)學的綜合評判方法。該方法以模糊數(shù)學的隸屬度理論為基礎(chǔ)，將定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價。甄自清等[5]通過分析地下指揮所的結(jié)構(gòu)和功能，組成了三級綜合評判因素集，運用模糊綜合評判法確定各層級的權(quán)重，實現(xiàn)對地下指揮所毀傷效果的評估。王瀛等[6]采用二次模糊綜合評價模型，通過對多個同一性質(zhì)點目標進行毀傷評估，應用到對同一類點目標的集群毀傷效果評估。

模糊綜合評判方法的優(yōu)點在于，可以為模糊信息的科學化、合理化和實用化提供量化指標。缺點是該方法由于指標之間的相關(guān)性，無法解決重復評價問題。尤其計算權(quán)重也很復雜，指標權(quán)重向量的確定更為主觀。

3) 貝葉斯網(wǎng)絡評價模型

貝葉斯網(wǎng)絡(Bayesian Network)應用于不確定性和概率性的事物，并將其應用于對各種控制因素有影響的目標毀傷效果的評估，為不完整、不準確或不確定的毀傷信息做出可靠的推理。曲婉嘉等[7]通過加入時間演化過程，在原有貝葉斯網(wǎng)絡原理上構(gòu)成了動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡，通過想定案例分析確定了網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)和參數(shù)，建立了基于動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡的目標毀傷效果評估模型，通過仿真實驗實現(xiàn)了對目標毀傷效果的評估。馬曉明等[8]針對艦船目標毀傷效果評估復雜和困難，利用貝葉斯網(wǎng)絡法在不確定性問題上計算的優(yōu)勢，運用GeNIe軟件建立了目標毀傷效果評估的貝葉斯網(wǎng)絡，對目標艦船毀傷效果進行了推理評估。程浩等[9]利用貝葉斯網(wǎng)絡建立了功能毀傷評估模型，運用無人機偵查技術(shù)，獲取車輛目標的毀傷特征并對毀傷信息進行分析，對裝甲車輛目標毀傷效果進行評估。

貝葉斯網(wǎng)絡方法的優(yōu)點是可以對不確定性問題進行很好的推理與計算，同時使用圖形方法描述數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，給人直觀的印象，便于理解。在毀傷信息不完備時，使用概率也可以建立精確的模型，通過概率分布表示依賴關(guān)系的強弱，同時該方法允許毀傷指標之間存在因果關(guān)系。

4) 蒙特卡洛法評估模型

蒙特卡羅法又稱隨機模擬法，是一種基于概率統(tǒng)計的計算方法。它描述裝備運用過程中各種隨機現(xiàn)象，特別適用于一些解析法難以求解甚至不可能求解的問題，因而在目標毀傷效能評估中具有重要的地位。在目標毀傷效能評估中，常用該方法確定含有隨機因素的效率指標，如發(fā)現(xiàn)概率、命中概率、平均毀傷目標數(shù)等。該方法與問題的維數(shù)無關(guān)，對于離散化問題不必進行離散化處理。缺點是計算量大，對于某些確定性問題需要轉(zhuǎn)化成概率性問題。

3 目標毀傷效果評估系統(tǒng)

國外，尤其是發(fā)達國家，對數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)管理十分重視，例如，為了收集毀傷信息，美國建立了一些收集毀傷數(shù)據(jù)的培訓中心。并以此為依據(jù)建立了陸軍戰(zhàn)斗毀傷數(shù)據(jù)分析中心，管理收集到的毀傷信息，為建立目標毀傷評估系統(tǒng)提供了足夠的數(shù)據(jù)支持。目前國外最新的毀傷效果評估系統(tǒng)如表1所示。

表1 國外目標毀傷效果評估系統(tǒng)

此外，通過研究戰(zhàn)場軍事目標的易損性和彈頭的毀傷機理，美國形成了較為全面的目標毀傷理論。利用計算機仿真技術(shù)，已經(jīng)開發(fā)了各種損傷評估程序。荷蘭的TNO實驗室通過評估方法、技術(shù)和模型進行了“殺傷和防護”項目的研究，以評估武器在物理損傷水平上的有效性和防護能力。

近年來國內(nèi)對目標毀傷效果評估系統(tǒng)的研究取得了豐碩的成果，但起步較晚。國內(nèi)研究始于20世紀80年代，由于技術(shù)落后和數(shù)據(jù)缺乏，大部分系統(tǒng)只是停留在仿真階段，與真實環(huán)境相比差距較大。盧厚清等[14]提出了基于作戰(zhàn)仿真的毀傷評估系統(tǒng)，并介紹了武器終點效應的毀傷評估方法。從武器初始評估模型、目標易損性模型和彈目標交會3個方面對毀傷效果進行了評估，并給出了模型的處理流程。許誠等[15]通過建立目標的易損性模型和根據(jù)毀傷等級評估方法，確定了目標的毀傷等級，建立了基于目標毀傷等級的毀傷數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，為未來戰(zhàn)場的目標毀傷效果評估提供一定的數(shù)據(jù)支持。費智婷等[16]通過分析機場跑道目標的特點，建立了機場跑道毀傷效果評估系統(tǒng)，并引入了機場跑道毀傷效果評估方法，通過仿真實驗證明了該系統(tǒng)對機場毀傷效果的評估的合理性。

中國工程物理研究院在目標毀傷評估方面作了大量的研究工作，從單一彈藥對單一目標的毀傷評估發(fā)展到多種彈藥聯(lián)合攻擊多目標作戰(zhàn)效能的評估，并考慮了不同戰(zhàn)場環(huán)境對彈藥威力的影響以及對人員、裝備的殺傷效應，成功運用于多種武器彈藥的研發(fā)階段指標論證，為各軍兵種開發(fā)了多個作戰(zhàn)毀傷效果的評估平臺。

除此之外，國內(nèi)兵器集團以及相關(guān)高校也在毀傷評估方面開展了大量研究工作。

目前國內(nèi)對目標毀傷效果評估系統(tǒng)的研究取得了許多成就，但目標毀傷效果評估系統(tǒng)研究涉及多個研究領(lǐng)域，還有大量的工作要做。

4 毀傷效果評估研究趨勢

1) 加強信息獲取技術(shù)研究

未來戰(zhàn)場復雜多變，能夠?qū)崟r、準確地獲取目標的毀傷信息，對指導作戰(zhàn)和決策具有重要的意義。自從海灣戰(zhàn)爭后，美國就大力著眼于信息獲取技術(shù)方面的研究，形成了以偵查衛(wèi)星為主要偵查手段，結(jié)合無人機或有人機等偵查手段，實時、準確的獲取目標信息，目前美國已經(jīng)建立了完善的毀傷信息數(shù)據(jù)庫。為了能夠在未來的戰(zhàn)場環(huán)境中實現(xiàn)對毀傷信息的收集，我國也必須開展毀傷信息獲取技術(shù)的研究，提高衛(wèi)星偵查與無人機偵查相結(jié)合實時獲取目標毀傷信息的能力，相信該技術(shù)進步能夠促進毀傷效果評估快速發(fā)展。

2) 提高信息傳輸效率研究

快速、準確進行毀傷信息傳輸關(guān)系到指揮員能否正確的決策下一次打擊力度和打擊力量的部署。未來戰(zhàn)場復雜多變，武器打擊力度的增強、導彈命中的精度高且飛行速度快等特點，我國必須加強信息傳輸技術(shù)方面的研究。第一要提高毀傷信息的傳遞速度，確保在目標受到毀傷時，能夠在極短的時間內(nèi)就將信息傳遞給指揮機構(gòu)，保證所傳遞的信息就是當前戰(zhàn)場裝備損傷的真實情況。第二要對傳遞毀傷信息加以保護，保證所傳遞的信息能夠不失真、完整的傳遞給指揮機構(gòu)，提高抗干擾能力；對信息采取加密等措施，防止被敵人捕獲信息。第三要減少不必要的傳輸流程，提高毀傷信息的傳輸效率，將毀傷信息傳遞給毀傷信息數(shù)據(jù)庫，建立一個信息共享系統(tǒng)，將毀傷信息數(shù)據(jù)庫共享到系統(tǒng)中，各個軍兵種能夠?qū)崟r獲取毀傷信息，要始終把握戰(zhàn)場態(tài)勢。還可以進行多軍兵種毀傷效果評估。

3) 完善多功能、全時域毀傷評估系統(tǒng)

目前我國已經(jīng)形成了初步的目標毀傷效果評估系統(tǒng)，但時效性不太強，進一步發(fā)展毀傷效果評估系統(tǒng)是未來發(fā)展的大勢所趨。隨著計算機智能、系統(tǒng)分析理論、灰色系統(tǒng)理論等理論與技術(shù)的快速發(fā)展，建立一個人機交互的多功能、全時域毀傷評估系統(tǒng)必將成為可能。

5 結(jié)論

本文對近年來目標毀傷效果評估技術(shù)的研究進行了回顧和總結(jié)?？偨Y(jié)了近些年國內(nèi)外毀傷效果評估方法、評估模型、評估系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，指出未來一個人機交互的多功能、全時域毀傷評估系統(tǒng)發(fā)展是主要發(fā)展方向。