光電偵察裝備對(duì)抗效能評(píng)估研究＊

孫彥飛 薛向鋒 侯智斌

（陸軍軍官學(xué)院 合肥 230031）

1 引言

光電偵察是利用光源在目標(biāo)和背景上的反射或目標(biāo)、背景本身輻射電磁波的差異來(lái)探測(cè)、識(shí)別目標(biāo)并對(duì)它們進(jìn)行跟蹤、瞄準(zhǔn)的活動(dòng)［1］。光電技術(shù)的迅速發(fā)展，一方面使光電偵察裝備已廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)場(chǎng)偵察、探測(cè)和監(jiān)視，光電偵察在搜集戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)情報(bào)中起著越來(lái)越重要的作用，另一方面也使得其電磁敏感性大大增加，其性能的發(fā)揮也將面臨著越來(lái)越多因素的影響和制約。光電偵察裝備要想發(fā)揮其偵察性能，獲取戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)，就必然要面對(duì)信息化戰(zhàn)場(chǎng)上各種光電對(duì)抗技術(shù)和手段的干擾與威脅，其對(duì)抗能力的高低將直接影響到其偵察能力的發(fā)揮。

2 光電偵察裝備對(duì)抗能力指標(biāo)體系的建立

圖1 光電偵察裝備對(duì)抗能力指標(biāo)體系

光電偵察裝備對(duì)抗是為消弱、破壞敵方光電偵察設(shè)備的使用效能，保護(hù)己方光電偵察設(shè)備正常發(fā)揮效能而采取的各種措施和行動(dòng)［1］。其作戰(zhàn)的基本內(nèi)涵，即偵察、干擾和抗干擾，再考慮到操作人員的因素，光電偵察裝備對(duì)抗能力應(yīng)由偵察能力、干擾能力、抗干擾能力和操作人員能力四個(gè)基本部分組成［2］。信息化條件下作戰(zhàn)，光電偵察裝備還必將面臨整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境和自然環(huán)境的影響，如煙幕干擾、紅外干擾、氣候條件和激光武器等等，在確立光電偵察裝備對(duì)抗能力指標(biāo)體系時(shí)，應(yīng)盡可能的全面。因此，根據(jù)光電偵察裝備對(duì)抗作戰(zhàn)的過(guò)程和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的影響，建立了光電偵察裝備對(duì)抗能力指標(biāo)體系，如圖1所示。

3 光電偵察裝備對(duì)抗效能評(píng)估模型

武器裝備系統(tǒng)的作戰(zhàn)使用效果，取決于在一定的使用環(huán)境和條件下該武器裝備系統(tǒng)完成某預(yù)定的作戰(zhàn)使用任務(wù)的一組功能，通常用武器裝備系統(tǒng)效能描述一個(gè)系統(tǒng)完成其特定任務(wù)的總體能力［3］。由于各種光電對(duì)抗技術(shù)和措施的作用機(jī)理和對(duì)象各不相同，各類型的光電偵察裝備受影響的因素和程度也不盡相同，因此，結(jié)合光電偵察裝備對(duì)抗現(xiàn)狀，采取WSEIAC模型對(duì)光電偵察裝備對(duì)抗效能進(jìn)行評(píng)估分析。

WSEIAC模型也稱ADC方法。它的目的在于根據(jù)有效性（Availability，即戰(zhàn)備狀態(tài)）、可依賴性（Dependability，即可靠性）和能力（Capacity）三大要素評(píng)價(jià)裝備系統(tǒng)，把這三大要素組合成一個(gè)表示裝備系統(tǒng)總性能的單一效能量度［4］。本文以WSEIAC模型為基礎(chǔ)，結(jié)合作戰(zhàn)中實(shí)際的對(duì)抗情況，將光電偵察裝備對(duì)抗效能表示為

式中：E為光電偵察裝備對(duì)抗效能；A為可用度（或有效性）向量，是光電偵察裝備在執(zhí)行任務(wù)開(kāi)始時(shí)刻可用程度的量度；D稱為任務(wù)可信度或可信賴度，直接取決于光電偵察裝備的可靠性和使用過(guò)程中的維修性；C代表光電偵察裝備的對(duì)抗能力向量，表示光電偵察裝備在處于可用及可信狀態(tài)下，能達(dá)到任務(wù)目標(biāo)的滿意度。

3.1 可用性向量確定

為簡(jiǎn)化問(wèn)題，一般不考慮光電偵察裝備的降功能使用狀態(tài)，只有正常工作和發(fā)生故障兩種情況，則可用性向量可表示為

式中：a1，a2分別為光電偵察裝備在開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)時(shí)處于正常和故障狀態(tài)的概率；MTBF，MTTR分別為光電偵察裝備平均故障間隔時(shí)間和平均修復(fù)時(shí)間，平均修復(fù)時(shí)間MTTR是修復(fù)時(shí)間T的數(shù)學(xué)期望。

3.2 可信度矩陣確定

在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中，認(rèn)為光電偵察裝備只有兩種情況，即正常或故障，則裝備的狀態(tài)轉(zhuǎn)移只有四種情況，即正常→正常、正常→故障、故障→正常和故障→故障，因此，可信度矩陣D是一個(gè)2×2維矩陣。假設(shè)裝備處于正常工作時(shí)的狀態(tài)為0，故障時(shí)狀態(tài)為1，則有：

式中：d00，d01分別為光電偵察裝備開(kāi)始時(shí)處于正常，而執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中在時(shí)刻t時(shí)處于正常和故障的概率；d10，d11分別為光電偵察裝備開(kāi)始時(shí)處于故障，而執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中在時(shí)刻t時(shí)處于正常和故障的概率。

把裝備狀態(tài)變化看成是時(shí)間連續(xù)、狀態(tài)離散的馬氏鏈，根據(jù)隨機(jī)過(guò)程理論［5］，由柯莫哥洛夫方程可求得，裝備開(kāi)始時(shí)處于正常，在時(shí)刻t處于故障的概率為

裝備開(kāi)始時(shí)處于故障，在時(shí)刻t處于正常的概率為

式中：λ為光電偵察裝備的故障率，即1／MTBF；μ為光電偵察裝備的修復(fù)率，即1／MTTR。

3.3 對(duì)抗能力向量確定

在對(duì)對(duì)抗能力進(jìn)行評(píng)估時(shí)主要采用專家打分和層次分析法確立權(quán)重，用加權(quán)求和的方法對(duì)對(duì)抗能力進(jìn)行求解。

3.3.1 評(píng)估指標(biāo)權(quán)重的確定

采用層次分析法（AHP）來(lái)確定各級(jí)分指標(biāo)的權(quán)重。為使得出的權(quán)重更合理實(shí)用，通過(guò)咨詢相關(guān)領(lǐng)域的專家，構(gòu)成兩兩判斷矩陣，利用層次分析法求出其最大特征向量作為各因素權(quán)重系數(shù)。

3.3.2 對(duì)抗能力各級(jí)指標(biāo)的評(píng)判

光電偵察裝備對(duì)抗能力評(píng)估方式采取由下至上逐級(jí)集成的順序進(jìn)行。首先從二級(jí)指標(biāo)入手，按照評(píng)估模型進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估分值作為上一級(jí)指標(biāo)評(píng)估依據(jù)，得出一級(jí)指標(biāo)的評(píng)估分值，根據(jù)一級(jí)指標(biāo)的評(píng)估分值，可以得出光電偵察裝備對(duì)抗能力的總分值。

根據(jù)專家的經(jīng)驗(yàn)，賦予每個(gè)二級(jí)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)分值，并對(duì)每項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估打分，得出的分值為二級(jí)指標(biāo)的評(píng)估分值。

設(shè)二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)為ωij，評(píng)估分值為Rij，其中i代表一級(jí)指標(biāo)的編號(hào)、j代表二級(jí)指標(biāo)序號(hào)，n代表相應(yīng)指標(biāo)的個(gè)數(shù)。利用加權(quán)求和，可以得出二級(jí)指標(biāo)所屬的一級(jí)指標(biāo)的評(píng)估分值Ri：

然后再利用加權(quán)求和，可以得出光電偵察裝備對(duì)抗能力C：

4 實(shí)例分析

下面以某光電偵察裝備為例，介紹利用該效能評(píng)估模型評(píng)價(jià)其效能的過(guò)程，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。戰(zhàn)場(chǎng)條件：風(fēng)速為3m／s，天氣晴朗，少云，作戰(zhàn)地域?qū)儆诎胝诒蔚兀辉O(shè)該光電偵察裝備的平均故障間隔時(shí)間MTBF為100h，平均維修時(shí)間MTTR為2h；計(jì)算該光電偵察裝備在工作T＝8h時(shí)的效能值。

1）可用度值

根據(jù)公式2可得：

2）可信度值

將T＝8代入公式（4）、（5）可得：

由此可得：

3）對(duì)抗能力值

根據(jù)裝備的自身性能參數(shù)，采取層次分析法，與相關(guān)專家座談、詢問(wèn)打分后，得出各分指標(biāo)的權(quán)重和二級(jí)指標(biāo)的分?jǐn)?shù)，見(jiàn)表1。

表1 對(duì)抗能力指標(biāo)權(quán)重及二級(jí)指標(biāo)評(píng)分結(jié)果

通過(guò)加權(quán)求和，利用式（6）可分別求得：C1＝81.32，C2＝60.48，C3＝67.75，C4＝83.5，將以上結(jié)果代入式（7），求得對(duì)抗能力為：C＝72.85。

即該光電偵察裝備處于正常狀態(tài)時(shí)對(duì)抗能力為72.85，故障時(shí)為0，則其對(duì)抗能力矩陣為

4）對(duì)抗效能值

依據(jù)WSEIAC模型，將數(shù)據(jù)代入公式（1），可求得該光電偵察裝備對(duì)抗效能值為

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出的光電偵察裝備對(duì)抗能力評(píng)估指標(biāo)體系以及建立的效能評(píng)估模型符合光電對(duì)抗的實(shí)際情況。在對(duì)可用度和可靠度分析時(shí)，主要考慮的是裝備的可修復(fù)性，體現(xiàn)了裝備自身的性能對(duì)整個(gè)效能的影響；在對(duì)作戰(zhàn)能力分析時(shí)，其指標(biāo)的選取和處理體現(xiàn)了戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)上的對(duì)抗措施對(duì)效能的影響；模型運(yùn)行的結(jié)果合理、可信，為定量評(píng)價(jià)光電偵察裝備的對(duì)抗效能提供了一個(gè)實(shí)用、可靠的方法。通過(guò)效能模型評(píng)估和實(shí)例分析，為提高光電偵察裝備的對(duì)抗效能，充分發(fā)揮光電偵察裝備的偵察能力，進(jìn)一步推動(dòng)效能評(píng)估理論在光電偵察領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用等方面的研究，并提供了參考性建議。

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