不同環境條件下的艦載通信對抗系統作戰效能分析

姚忠山 ，趙亞明 ，王 華

（1.海軍大連艦艇學院，大連116018 ；2.海軍航空工程學院，煙臺264001）

0 引 言

作戰效能評估是武器系統分析的一項重要內容，結合特定的環境條件對武器系統的作戰效能進行分析，可以為武器裝備戰術使用和技術改造論證提供定量分析依據，也是確定武器系統作戰使用的重要依據。

艦載通信對抗系統作為保障海軍水面艦艇作戰的重要“軟”武器系統，它的作戰效能發揮對整個作戰過程至關重要，而它的使用與性能發揮都以自然的海洋大氣環境為介質，從而特殊的海洋環境必定對其產生影響。例如較為普遍存在的大氣波導環境，就對艦載通信對抗系統的影響非常大，故在對其作戰效能評估中不得不考慮外在的環境信息。本文在傳統ADC 作戰效能評估模型基礎上，加入環境條件，建立艦載通信對抗系統作戰效能評估模型和評價指標，利用算例對有無大氣波導條件下艦載通信對抗系統作戰效能進行對比。

1 環境條件對艦載通信對抗系統影響

海洋大氣環境對艦艇通信對抗系統的影響，主要是由大氣異常環境對通信對抗裝備所發射電磁波傳播的影響而引起的，例如典型的大氣波導環境，可使在其內部傳播的電磁波出現超折射，實現超視距傳播；而不常出現的負折射環境，卻可以使電磁波發生次折射或欠折射，從而縮短電磁波傳播距離。

我國近海大氣波導出現頻繁，是影響艦載通信對抗裝備最為顯著的異常環境條件，在此將其作為主要對象加以分析。大氣波導根據形成機制不同，可分為：蒸發波導、表面波導和抬升波導。蒸發波導出現概率較高，但對通信頻段的電磁波傳播影響有限；抬升波導由于存在高度較高，對艦載武器幾乎沒有影響；所以在艦艇通信對抗中主要是考慮表面波導的影響。

現實中多數存在的大氣環境，由于電磁波在其中傳播的損失過大，使得通信對抗裝備的發射機和干擾機的作用范圍都受到限制，艦艇無法在大范圍、遠距離實現通信對抗；而當存在表面波導時，受電磁波陷獲折射傳播影響，艦載通信對抗裝備作用范圍將發生較大變化，從而造成艦艇通信對抗特征明顯改變。具體而言：若無干擾機實施干擾時，通信接收機的有效配置區將遠大于正常大氣條件，即接收機的有效通信范圍增大；若存在干擾機對通信接收機進行干擾時，則通信接收機有效配置區相對減小，但受電波陷獲折射影響的還有干擾信號，干擾機的干擾壓制區與正常大氣狀況下相比也有所增大。

如圖1 所示：左、右圖分別為標準大氣環境和大氣波導環境2 種條件下的艦載通信對抗裝備受到干擾機干擾時艦艇的有效配置區和受壓制區范圍，對比可知，在大氣波導異常環境條件下，艦艇通信對抗的范圍和干擾壓制效果都相對更明顯。對其影響的考慮和分析，為有效客觀地評價艦艇通信對抗系統的作戰效能提供了有利的依據。

圖1 不同環境條件下艦載通信對抗效果示意圖

2 艦載通信對抗系統作戰效能分析體系

ADC 模型是美國工業界武器系統效能咨詢委員會提出的武器系統效能評估模型，目前在武器系統效能分析方面得到普遍承認和應用。該模型把系統效能E 定義為可用性（Availability）、可信性（Dependability）、能力（Capability）的函數，即：

式中：A為系統可用性向量；D為系統執行任務可信性矩陣；C 為系統的能力向量。

ADC 模型作為評估武器系統的一種傳統方法，能有效刻畫出武器系統在作戰使用不同階段的能力；但在以往使用中忽視了特定的作戰環境，沒有考慮環境因素對武器系統造成的影響。根據艦載通信對抗系統作戰使用過程，一定大氣環境條件下，艦載通信對抗系統作戰效能可以通過可攻性、可用性、可靠性和固有作戰能力4 個方面來描述。可攻性指艦載通信對抗系統實現通信偵察和通信干擾的可能性，可用性指艦載通信對抗系統處于不同狀態的概率，可靠性指艦載通信對抗系統在作戰過程中狀態可能發生變化的度量，固有作戰能力是艦載通信對抗系統在不同狀態下具備的作戰能力。根據這4 個方面構造大環境條件下艦載通信對抗系統作戰效能評估指標體系，如圖2 所示。

通常來講，艦載通信對抗系統主要由通信系統、通信偵察系統和通信干擾系統構成，另外本文還考慮了參戰人員和大氣環境監測設備，并將其分別列為一個分系統。

3 艦載通信對抗系統作戰效能評估模型

在傳統ADC 評估模型的基礎上，考慮大氣環境條件，建立改進的QADC 模型，其作戰效能為：

式中：Q為大氣環境條件下艦載通信對抗系統實現遠距離通信和干擾的可能性；A 為艦載通信對抗系統的可用度，A＝［a1，a2，…，am］；D 為n×n 階艦載通信對抗系統狀態轉移矩陣［dij］n×n，dij為艦載通信對抗系統在執行作戰任務過程中由i狀態轉變到j狀態的概率；C 為艦載通信對抗系統在不同狀態下對指定目標的作戰能力向量。

圖2 艦載通信對抗系統作戰效能評估指標體系

3.1 確定可攻性向量

考慮大氣環境信息及目標可能存在的機動和對抗，艦載通信對抗裝備發射的電磁波能夠成功實施對抗概率確定如下：

式中：P0為大氣環境及艦載通信裝備和干擾裝備發射電磁波的傳播機制概率；Pr為電磁波傳播到對抗區域能達到實施通信壓制所需能量要求的概率。

分析可知，P0受制于大氣環境、通信裝備和干擾裝備發射電磁波的傳播條件，分為有大氣波導時采用陷獲傳播機制概率，無大氣波導時采用標準傳播機制概率；而電磁波傳播到對抗區域達成的通信壓制概率Pr，則決定于大氣環境、電磁波頻率、功率及目標性能等，實際作戰中雙方艦艇的戰術運用也對成功通信和壓制概率具有一定影響，當大氣波導出現時主要考慮其波導的強度。

3.2 確定可用性向量

艦載通信對抗系統組成復雜，其可用度由組成各分系統的質量和維修保養情況確定，可將其看作由各分系統組成的基本串聯系統。在作戰過程中可認為只有2 種狀態：正常或故障。因此，可用性向量中便只有2 項，即：

式中：tMTBFi為第i 個分系統的平均無故障工作時間；tMTTRi為第i 個分系統的平均故障修復時間；tMLDTi為第i 個分系統的平均后勤延誤時間；i 為艦載通信對抗系統分系統個數。

3.3 確定可信性矩陣

在已知系統開始工作的狀態后，可信性矩陣便給出了系統在作戰期間狀態的可能變化。對于艦載通信對抗系統，現作如下假設：

（1）組成系統各部件的故障分布及修理時間分布均服從指數分布；

（2）出故障的部件修復后，其故障出現分布及修理時間分布均服從指數分布；

（3）任何時刻，只有一個部件出故障或被修復；據以上假設，其可信性矩陣為：

式中：d11為原來正常、作戰期間正常的概率；d12為原來正常、作戰期間故障的概率；d21為原來故障、作戰期間正常的概率；d22為原來故障、作戰期間故障的概率。

假設武器系統的故障率為λ，修復率為μ，考慮到作戰過程的激烈性和瞬間性，在此認為系統在作戰過程中認為是不可修復的，因此μ＝0，則：

3.4 能力向量的確定

能力向量是指艦載通信對抗系統在不同狀態下完成任務的能力，其確定方法如下：

式中：c1為系統正常時完成作戰任務的概率，是其作戰能力的綜合體現；c2為系統故障時完成作戰任務的概率，顯然c2＝0。

根據所建立的分析指標體系，確定c1如下：

式中：Pfy為系統防御概率，主要指在作戰過程中防御目標打擊和干擾概率，此概率是多個條件下的綜合條件概率；Ptx為系統偵察概率，是指艦載通信系統正常工作時能夠準確實施偵察的概率，其大小主要取決于通信系統裝備的可靠性及外部條件，顯然它也是一個條件概率；Pyz為系統壓制概率，主要考慮的是艦載通信干擾裝備正常工作時對目標通信系統的壓制概率，它取決于人員訓練水平、裝備性能和目標情況。

在計算艦載通信對抗系統作戰效能的過程中，以上幾個方面的能力各有側重，比較全面地考慮了其在作戰過程中的各個行為，而不再局限于艦載通信對抗裝備和目標本身。

4 不同環境條件下作戰效能對比分析

下面將環境條件分為無大氣波導的正常環境和有大氣波導的異常環境2 種情況，以模擬的艦載通信對抗裝備為例，結合雙方的對抗條件及設定的參數（見表1 和表2 ），利用QADC 模型對其作戰效能進行計算。

表1 艦載通信對抗系統可用性指標參數

表2 不同大氣環境條件下艦載通信對抗系統參數

需要指出的是，這里假定參戰人員綜合素質和訓練水平較高，對其不作考慮；所設定的艦載通信對抗系統參數也不針對具體某型艦艇和某型裝備，只作為簡單算例參考指標；另外對算例中各指標的分析方法和計算結果的真實準確性不作討論，只用以說明問題。

在此，通過QADC 模型計算，可得有大氣波導時的艦載通信對抗系統作戰效能為0.294 ；無大氣波導時的艦載通信對抗系統作戰效能為0.202 。對比以上的簡單算例結果可知，大氣波導條件下由于電磁波的傳播機制和傳播特征都發生了變化，使得艦載通信對抗系統的通信對抗能力和范圍增大，作戰效能得到提高。

5 結束語

本文綜合分析了整個艦載通信對抗系統及其作戰使用環境條件，對艦載通信系統的作戰效能分析體系進行了初步研究，并考慮了環境條件對艦載通信對抗系統的影響，對傳統的ADC 武器系統效能評估模型加以改進，利用算例對不同環境條件下的艦載通信對抗系統作戰效能進行了對比與說明。所得結論可為武器裝備的設計、使用及作戰指揮決策部門提供超前而可靠的輔助決策，同時對其它武器系統作戰效能的研究具有一定的借鑒意義。

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