CEC協(xié)同防空態(tài)勢(shì)質(zhì)量試驗(yàn)及評(píng)估方法研究?

張曦 楊光

（中國(guó)人民解放軍91404部隊(duì) 秦皇島 066001）

1 引言

美軍在九十年代初提出“協(xié)同交戰(zhàn)能力”（Co?operative Engagement Capability，CEC）的概念，該系統(tǒng)是美軍海上航母編隊(duì)防空作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)，主要利用編隊(duì)內(nèi)艦載對(duì)空傳感器實(shí)施協(xié)同探測(cè)、雷達(dá)圖像復(fù)合處理和識(shí)別，為編隊(duì)提供一致的協(xié)同防空態(tài)勢(shì)，指揮控制艦載對(duì)空導(dǎo)彈武器實(shí)施防空反導(dǎo)，支持海上艦艇編隊(duì)協(xié)同防空特別是抗飽和攻擊作戰(zhàn)，是未來水面艦艇編隊(duì)防空作戰(zhàn)的核心系統(tǒng)。對(duì)于該系統(tǒng)，美軍于2001年2月9日到3月2日分兩個(gè)階段開展對(duì)于CEC的技術(shù)評(píng)估［1］。

該系統(tǒng)的核心能力是形成高精度、高質(zhì)量的空中目標(biāo)態(tài)勢(shì)，為導(dǎo)彈武器提供火控級(jí)的空中目標(biāo)信息。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有部分專家開展了對(duì)CEC的技術(shù)應(yīng)用及評(píng)估方法研究工作，楊春周等開展了對(duì)CEC系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能評(píng)估研究［2］，趙彥博等開展了基于ABMS的CEC體系效能評(píng)估方法研究［3］，陳鵬等開展了CEC及其與戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的聯(lián)合應(yīng)用研究［4］。但是針對(duì)該系統(tǒng)的核心能力即系統(tǒng)態(tài)勢(shì)保障能力的評(píng)估方法，尚無人開展相關(guān)研究。論文針對(duì)CEC為海上編隊(duì)提供的一致防空態(tài)勢(shì)和目標(biāo)信息質(zhì)量開展研究，提出切實(shí)可行的試驗(yàn)方法和評(píng)估手段，可對(duì)未來同類系統(tǒng)的試驗(yàn)鑒定以及能力評(píng)估工作提供參考和支撐。

2 防空態(tài)勢(shì)質(zhì)量分析

CEC是美軍網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的核心系統(tǒng)之一，負(fù)責(zé)對(duì)空中威脅目標(biāo)的探測(cè)、決策和打擊，其特點(diǎn)是系統(tǒng)內(nèi)各平臺(tái)自主進(jìn)行目標(biāo)分配和打擊。因而，該系統(tǒng)向各平臺(tái)提供的空中目標(biāo)態(tài)勢(shì)保持一致、提供實(shí)時(shí)的目標(biāo)指示信息，是各平臺(tái)對(duì)來襲目標(biāo)進(jìn)行火力分配和決策打擊的基礎(chǔ)和前提。當(dāng)各平臺(tái)對(duì)空中目標(biāo)態(tài)勢(shì)有差別時(shí)，會(huì)出現(xiàn)各目標(biāo)分配結(jié)果不一致，造成各平臺(tái)分配和決策結(jié)果不同，導(dǎo)致對(duì)部分目標(biāo)重復(fù)攻擊或者未分配武器對(duì)其打擊，嚴(yán)重制約作戰(zhàn)能力發(fā)揮。同時(shí)，當(dāng)空中目標(biāo)信息出現(xiàn)不連續(xù)，例如出現(xiàn)批號(hào)改變、敵我屬性改變等情況時(shí)，會(huì)導(dǎo)致各平臺(tái)對(duì)目標(biāo)的分配結(jié)果持續(xù)變化，影響后續(xù)打擊時(shí)效性和準(zhǔn)確性；最后，在交戰(zhàn)條件下，敵我雙方必然采取電磁干擾、壓制、欺騙等手段，若CEC系統(tǒng)提供的防空態(tài)勢(shì)中產(chǎn)生虛假目標(biāo)過多，會(huì)造成分配決策方案失效、進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)武器資源的浪費(fèi)，影響編隊(duì)體系持續(xù)作戰(zhàn)能力。

綜上，將協(xié)同防空態(tài)勢(shì)的一致性、航跡連續(xù)度（對(duì)空中目標(biāo)跟蹤的連續(xù)性）以及系統(tǒng)虛情率等三個(gè)指標(biāo)共同作為協(xié)同防空態(tài)勢(shì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在此統(tǒng)稱為系統(tǒng)防空態(tài)勢(shì)質(zhì)量。三個(gè)指標(biāo)中，航跡連續(xù)度和虛情率是對(duì)多平臺(tái)信息支撐條件下單平臺(tái)態(tài)勢(shì)的約束條件和考核重點(diǎn)，在航跡連續(xù)度和虛情率能夠滿足要求的基礎(chǔ)上，協(xié)同防空態(tài)勢(shì)一致性是對(duì)全系統(tǒng)目標(biāo)態(tài)勢(shì)的統(tǒng)一約束，是多平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)的基礎(chǔ)保障。因此，在試驗(yàn)及評(píng)估過程中，應(yīng)當(dāng)按照從設(shè)備到系統(tǒng)，從單平臺(tái)到多平臺(tái)的順序進(jìn)行，先考核各平臺(tái)航跡連續(xù)度和虛情率是否滿足系統(tǒng)指標(biāo)及作戰(zhàn)使用要求，然后進(jìn)行全系統(tǒng)多平臺(tái)協(xié)同防空態(tài)勢(shì)一致性考核。

3 防空態(tài)勢(shì)質(zhì)量試驗(yàn)及評(píng)估方法

3.1 航跡連續(xù)度指標(biāo)定義及分析

航跡連續(xù)度可定義為：多平臺(tái)傳感器對(duì)某個(gè)或某一部分真實(shí)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，在CEC系統(tǒng)內(nèi)某一平臺(tái)進(jìn)行探測(cè)信息融合后，某一特定長(zhǎng)度時(shí)間段內(nèi)對(duì)探測(cè)目標(biāo)批號(hào)信息變化的平均值。從指標(biāo)定義分析，就是多信息源融合條件下，單平臺(tái)對(duì)空中目標(biāo)批號(hào)信息的變化程度。試驗(yàn)過程中，想要確定該指標(biāo)定量考核方法，則需要確定兩個(gè)因素：一是確定其批號(hào)變化的考核時(shí)間長(zhǎng)度，另一個(gè)是真實(shí)航跡數(shù)量。同時(shí)要考慮在目標(biāo)進(jìn)入雷達(dá)探測(cè)區(qū)域邊緣時(shí)，由于發(fā)現(xiàn)概率低、跟蹤不穩(wěn)定等因素，導(dǎo)致批號(hào)頻繁更換。因此將目標(biāo)進(jìn)入雷達(dá)探測(cè)范圍邊緣附近的批號(hào)變化情況，進(jìn)行相關(guān)處理后，納入航跡連續(xù)度，也是要考慮的因素之一。

航跡連續(xù)度指標(biāo)本身對(duì)協(xié)同防空態(tài)勢(shì)的人工觀察影響有限，但由于CEC系統(tǒng)是主要采取自主的方式對(duì)空中目標(biāo)進(jìn)行決策分配和打擊，因此目標(biāo)批號(hào)的更改造成影響主要有兩個(gè)方面：一是輔助決策軟件或指揮員對(duì)其分配武器通道后，批號(hào)更改帶來的影響；二是對(duì)空導(dǎo)彈武器發(fā)射后，目標(biāo)批號(hào)改變對(duì)導(dǎo)彈帶來的影響。在艦空導(dǎo)彈發(fā)射前，目標(biāo)批號(hào)更改會(huì)造成目標(biāo)指示數(shù)據(jù)中斷，不滿足武器發(fā)射條件，導(dǎo)致武器無法發(fā)射，CEC系統(tǒng)對(duì)該目標(biāo)的武器通道進(jìn)行重新分配；在艦空導(dǎo)彈武器發(fā)射后，以美軍“海麻雀”和“海拉姆”導(dǎo)彈為例，目標(biāo)批號(hào)改變導(dǎo)致目指數(shù)據(jù)中斷后，導(dǎo)彈仍按照目標(biāo)航跡外推進(jìn)行被動(dòng)尋的或雷達(dá)主動(dòng)尋的，有一定概率仍能捕捉到目標(biāo)并完成最終攔截；對(duì)于“宙斯盾”系統(tǒng)裝備的“標(biāo)準(zhǔn)”II型導(dǎo)彈武器，在其升空后至末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)前，由艦載或機(jī)載平臺(tái)為其提供目標(biāo)信息，此時(shí)對(duì)空目標(biāo)批號(hào)改變后有可能導(dǎo)致目指數(shù)據(jù)中斷，由于其射程較遠(yuǎn)，此時(shí)若空中目標(biāo)進(jìn)行機(jī)動(dòng)，則存在無法命中目標(biāo)的可能。因此，目標(biāo)批號(hào)改變帶來的作戰(zhàn)影響是從分配武器通道開始，至導(dǎo)彈武器命中目標(biāo)結(jié)束。因此在確定批號(hào)變化的考核時(shí)間長(zhǎng)度時(shí)，那么將分配武器通道至導(dǎo)彈完成攻擊這段長(zhǎng)達(dá)數(shù)十秒甚至數(shù)百秒的時(shí)間作為考核“其批號(hào)變化的時(shí)間長(zhǎng)度”是合理可行的。另外經(jīng)過分析可知，考核批號(hào)變化的時(shí)間段越長(zhǎng)，則期間內(nèi)目標(biāo)內(nèi)發(fā)生批號(hào)改變的可能性越大，因此，針對(duì)不同導(dǎo)彈的速度、射程、彈道等技術(shù)參數(shù)不同，應(yīng)該以艦空導(dǎo)彈武器自目標(biāo)分配完成至其抵達(dá)攻擊遠(yuǎn)界的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，作為考核時(shí)長(zhǎng)較為合適。

對(duì)于試驗(yàn)評(píng)估的航跡數(shù)量，可根據(jù)艦載警戒探測(cè)設(shè)備能力、不同任務(wù)下的威脅態(tài)勢(shì)等因素，設(shè)置多種試驗(yàn)用例，搭建相應(yīng)環(huán)境開展試驗(yàn)。

3.2 航跡連續(xù)度試驗(yàn)設(shè)計(jì)及評(píng)估

由于系統(tǒng)對(duì)樣本量需求較大，可以借助仿真環(huán)境，構(gòu)建不同樣式下的空中威脅態(tài)勢(shì)，將試驗(yàn)中每次空中兵力的批號(hào)變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，最終作為航跡連續(xù)度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。同時(shí)對(duì)于試驗(yàn)樣本量，滿足相關(guān)指標(biāo)高一數(shù)量級(jí)要求，或參考目前最大作戰(zhàn)樣式即美軍飽和攻擊樣式，也是合理可行的。此指標(biāo)作為影響系統(tǒng)核心能力的指標(biāo)之一，未來將直接影響系統(tǒng)甚至編隊(duì)防空效能，在仿真試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以實(shí)際進(jìn)行驗(yàn)證，能夠達(dá)到檢驗(yàn)裝備的目的，也能夠避免仿真試驗(yàn)方法說服力不強(qiáng)的問題［5］。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法為

其中：Mitj為在第i次試驗(yàn)中，第j個(gè)時(shí)間段內(nèi)真實(shí)目標(biāo)數(shù)量；Nitj為在第i次試驗(yàn)中，第j個(gè)時(shí)間段內(nèi)目標(biāo)航跡數(shù)量；k為試驗(yàn)次數(shù)；Ti為第i次試驗(yàn)中的時(shí)間段個(gè)數(shù)。

3.3 虛情率指標(biāo)定義及分析

指標(biāo)可定義為作戰(zhàn)全過程中，系統(tǒng)對(duì)空中目標(biāo)探測(cè)出現(xiàn)虛假目標(biāo)的數(shù)量或比例。本指標(biāo)主要是CEC系統(tǒng)在收集多平臺(tái)探測(cè)信息后，即使前端部分傳感器收到干擾等影響后，系統(tǒng)借助未被干擾的傳感器保持防空態(tài)勢(shì)對(duì)真實(shí)目標(biāo)的反映能力，從另一個(gè)角度可以說是系統(tǒng)的抗干擾能力。這里要明確的一點(diǎn)是：CEC系統(tǒng)虛情率與指控系統(tǒng)由于軟件處理模型、硬件處理能力等原因造成的虛情有本質(zhì)的區(qū)別。單艦指控系統(tǒng)的虛情率一般指標(biāo)較低，多為10-2數(shù)量級(jí)，對(duì)于干擾條件下的CEC系統(tǒng)虛情率可適當(dāng)放寬考核要求，具體指標(biāo)要求應(yīng)當(dāng)結(jié)合組成CEC系統(tǒng)的艦艇平臺(tái)裝備火力、導(dǎo)彈性能等因素進(jìn)行統(tǒng)一衡量。本文僅對(duì)虛情率指標(biāo)的試驗(yàn)評(píng)估方法進(jìn)行研究。

3.4 虛情率指標(biāo)試驗(yàn)設(shè)計(jì)及評(píng)估

本指標(biāo)測(cè)試關(guān)鍵試驗(yàn)需求為具備模擬對(duì)抗條件下對(duì)虛假目標(biāo)模擬能力雷達(dá)模擬器或外平臺(tái)模擬器。

指標(biāo)測(cè)試環(huán)境搭建方法如圖1所示。

圖1 指標(biāo)測(cè)試環(huán)境搭建方法

在測(cè)試時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮目標(biāo)進(jìn)行機(jī)動(dòng)、交叉、重疊等戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)情況，以達(dá)到充分考核系統(tǒng)能力的目的。

由于虛情率指標(biāo)主要是影響CEC對(duì)空中目標(biāo)分配結(jié)果，所以評(píng)定虛情率指標(biāo)時(shí)，應(yīng)當(dāng)將試驗(yàn)數(shù)據(jù)定義為參與決策的實(shí)際目標(biāo)數(shù)量來考慮［6］。同時(shí)，在試驗(yàn)過程中，將參與決策的目標(biāo)，按照武器毀傷概率進(jìn)行消除或進(jìn)入二次打擊分配通道。評(píng)估方法如下：

式中：pm為CEC虛情率；k為試驗(yàn)次數(shù)；Ni為第次試驗(yàn)中進(jìn)行決策分配的虛假目標(biāo)數(shù)量；Mi為第次試驗(yàn)中，真實(shí)目標(biāo)數(shù)量。

3.5 態(tài)勢(shì)一致性指標(biāo)定義及分析

指標(biāo)可定義為一定時(shí)間內(nèi)，各平臺(tái)協(xié)同防空態(tài)勢(shì)中目標(biāo)影響決策分配的信息一致性比率。從指標(biāo)定義分析，這個(gè)指標(biāo)主要考察的是系統(tǒng)內(nèi)各平臺(tái)在一定時(shí)間內(nèi)，各協(xié)同防空平臺(tái)所生產(chǎn)的態(tài)勢(shì)一致性比率。態(tài)勢(shì)作為指控系統(tǒng)上顯信息，主要目的是為指揮員決策服務(wù)，其使用者也是編隊(duì)指揮員或防空協(xié)調(diào)官。在CEC系統(tǒng)中，防空態(tài)勢(shì)作為系統(tǒng)自主決策和打擊的依據(jù)，其影響目標(biāo)決策的信息主要有批號(hào)、屬性和類別等三項(xiàng)。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮各平臺(tái)間，同一目標(biāo)批號(hào)的目標(biāo)位置偏差必須在各平臺(tái)處理時(shí)延、探測(cè)信息傳輸時(shí)延、導(dǎo)航誤差引起的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差等因素影響范圍之內(nèi)［7］。

作為一個(gè)定量指標(biāo)，試驗(yàn)過程中需要控制的變量有：一是考察時(shí)長(zhǎng)，二是平臺(tái)數(shù)量。某一時(shí)間段內(nèi)，各平臺(tái)防空態(tài)勢(shì)中對(duì)于某指定目標(biāo)的三項(xiàng)信息存在動(dòng)態(tài)變化可能，而CEC系統(tǒng)對(duì)于目標(biāo)的分配和決策是依據(jù)目標(biāo)建立航跡瞬間或進(jìn)入?yún)f(xié)同防空范圍瞬間的態(tài)勢(shì)。因而對(duì)于各平臺(tái)協(xié)同防空態(tài)勢(shì)一致性的考察時(shí)長(zhǎng)不能過長(zhǎng)，甚至只能是一個(gè)時(shí)間點(diǎn)。對(duì)于“平臺(tái)數(shù)量”，在單平臺(tái)融合處理模型和處理能力相差不大的前提下，系統(tǒng)平臺(tái)數(shù)量越多，則平臺(tái)間協(xié)同防空態(tài)勢(shì)中不一致的可能性越大，同時(shí)考慮到系統(tǒng)需要借助數(shù)據(jù)鏈設(shè)備來共享各平臺(tái)的探測(cè)信息，因而考慮數(shù)據(jù)鏈傳輸時(shí)延以及中繼傳輸問題后，平臺(tái)數(shù)量增加帶來的原始探測(cè)數(shù)據(jù)在各平臺(tái)間到達(dá)時(shí)間延長(zhǎng)，會(huì)嚴(yán)重影響各平臺(tái)的協(xié)同防空態(tài)勢(shì)一致性。

綜上分析，將“觀測(cè)時(shí)間”確定為新出現(xiàn)目標(biāo)態(tài)勢(shì)形成時(shí)刻或有目標(biāo)進(jìn)入?yún)f(xié)同防空決策范圍時(shí)刻為宜，同時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮信息傳輸時(shí)延等因素，各平臺(tái)錄取試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)適當(dāng)延長(zhǎng)錄取時(shí)刻。平臺(tái)數(shù)量的確定則有兩種情況：在實(shí)際條件下，將每次試驗(yàn)中各平臺(tái)的協(xié)同防空態(tài)勢(shì)進(jìn)行一致性統(tǒng)計(jì)；在仿真條件下，可以任意設(shè)置平臺(tái)數(shù)量進(jìn)行防空態(tài)勢(shì)一致性統(tǒng)計(jì)，但此時(shí)無法引入通信裝備的傳輸過程中由于丟包、誤碼、傳輸時(shí)延等因素帶來的影響。

3.6 態(tài)勢(shì)一致性指標(biāo)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集要求及評(píng)估方法

各平臺(tái)防空態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)采集過程中，要求采集信息有目標(biāo)時(shí)戳信息、批號(hào)、屬性、類別和位置信息等內(nèi)容，同時(shí)應(yīng)當(dāng)采集各平臺(tái)導(dǎo)航信息、位置真值等信息，作為不同平臺(tái)目標(biāo)信息進(jìn)行相關(guān)處理的依據(jù)。

以兩個(gè)平臺(tái)間的態(tài)勢(shì)一致性為例，一致性數(shù)據(jù)處理方法如下：

式中：P為態(tài)勢(shì)一致性；M1為平臺(tái)1態(tài)勢(shì)中，批號(hào)、屬性、類別任一參數(shù)與真實(shí)不同的個(gè)數(shù)；M2為平臺(tái)2態(tài)勢(shì)中，批號(hào)、屬性、類別任一參數(shù)與真實(shí)不同的個(gè)數(shù)；G為兩個(gè)平臺(tái)中，批號(hào)、屬性、類別等參數(shù)一致，但位置信息無法關(guān)聯(lián)的目標(biāo)個(gè)數(shù)。M為真實(shí)目標(biāo)個(gè)數(shù)。

G的計(jì)算方式如下：

式中：σp1、σp2為平臺(tái)1、2導(dǎo)航實(shí)際誤差；σR1、σR2為平臺(tái)1、2探測(cè)信息融合精度。

4 結(jié)語

針對(duì)美軍CEC在對(duì)空協(xié)同作戰(zhàn)過程中的防空態(tài)勢(shì)評(píng)估需求，本文重點(diǎn)針對(duì)CEC防空態(tài)勢(shì)的應(yīng)用級(jí)對(duì)作戰(zhàn)效果的影響進(jìn)行分析，提出了防空態(tài)勢(shì)質(zhì)量的概念，對(duì)防空質(zhì)量概念下三個(gè)核心指標(biāo)的定義進(jìn)行了描述，分析了指標(biāo)含義，最后從試驗(yàn)角度提出了數(shù)據(jù)錄取要求和數(shù)據(jù)處理方法。本文研究?jī)?nèi)容未來可擴(kuò)展至高協(xié)同度的海上跨平臺(tái)的信息保障系統(tǒng)，對(duì)類似系統(tǒng)的研制和試驗(yàn)具有一定的借鑒意義。