防空導彈網絡化體系作戰效能評估指標與驗證方法*

趙文婷

(北京電子工程總體研究所，北京 100854)

0 引言

隨著地空導彈網絡化作戰技術的研究，網絡化作戰體系在對抗干擾、隱身、超低空、反輻射導彈(antiradiation missile，ARM)目標和飽和攻擊方面都有明顯的作戰優勢。在地空導彈網絡化作戰中，應用了信息支援等網絡化作戰模式，這些作戰模式是否適合國內實際情況，武器系統抗干擾、反巡航效能可以提高多少，網絡化作戰系統綜合作戰效能可以提高多少，類似問題尚未得定量并且可信的結論。故需針對網絡化作戰體系效能評估需求，提出適應于網絡化作戰效能評估的指標體系與驗證方法［1］。

1 國外研究情況

美國在20世紀60年代提出了武器效能作為評估武器的綜合指標，建立了多種評估模型，并且成功應用于各種武器裝備各個研制階段的分析評估，為美國進行武器研制、采購等決策提供了有力的依據。常用的有4種武器系統效能評估模型［2］。

(1)美國工業界武器系統效能咨詢委員會(weapon system effectiveness industry advisory committee，WSEIAC)于1965年提出的系統效能模型為

式中:ET為系統效能行向量;AT為可用度行向量，是系統在開始執行任務時所處狀態的度量;D為可信度矩陣;C為能力矩陣，表示在執行任務過程中系統所處的狀態，已知時系統完成規定任務能力的度量［3］。

(2)美國海軍的系統效能模型為

式中:E為系統效能;P為系統性能指標，即假設在系統有效度和性能利用率為100%的條件下，系統能力的數值指標;A為系統的有效度指標，即系統作好戰斗準備，能圓滿完成規定任務程度的數值指標;V為系統的利用率指標，即在執行任務時，系統性能被利用程度的數值指標［4］。

(3)美國航空無線電研究公司(aeronautical radio INC，ARINC)的系統效能模型為

式中:PSE為系統效能;POR為當系統開始工作時，系統正常工作或作好戰斗準備的概率;PMR為在執行任務說要求時間內，系統持續正常工作的概率;POA為系統在設計要求范圍內工作時，順利完成其規定任務的概率。

(4)美國陸軍導彈的系統效能模型為

式中:EFF為系統效能;AO為作戰的可用性;PDC為系統發現、鑒別、傳送目標信息的概率;PKSS為單發毀傷概率。

2 防空導彈體系作戰效能評估指標體系

2.1 效能指標體系構建準則

(1)客觀性

要能客觀實際反映要素實際值與評價值的對應關系。

(2)整體性

從整體的角度考慮單項指標與其他指標的關系。指標體系要能覆蓋武器裝備的整體性能，特別是影響發展趨勢的重要指標。

(3)可行性

便于理解和統計。充分考慮各項指標的數據來源，盡量采用定量方式描述，不能定量描述但確實重要的指標不能回避定性描述，但要控制數量。

(4)動態性

設置指標時，充分考慮完成任務中的動態變化情況。

(5)可比性

指標體系應能在不同時間、不同地點進行比較和對照，以反映和判定武器裝備在不同時空條件下的運行狀態。

(6)簡潔性

盡量采用具有代表性的指標作為評價尺度，避免包羅萬象，繁瑣復雜。

(7)適應性

能夠適應單一裝備效能評價，又能夠對防空體系進行效能評價。

2.2 作戰效能評估主要影響因素分析

影響防空體系效能因素很多，需要充分考慮雙方的編成、戰術以及環境對體系效能的影響。在給定雙方作戰條件下，防空體系作戰效能主要包括4個指標:抗擊效能、保護效能、生存能力和體系適應能力［2，5］。

2.2.1 抗擊效能

抗擊效能指防空體系在給定條件下擊毀空中目標數與其價值的均值，綜合反映了防空導彈體系的探測、指控、發射、制導和毀傷等能力以及空中目標對保衛目標和防空體系的空襲價值。根據作戰任務分析，影響體系抗擊效能的主要因素有探測能力、通信能力、指揮控制能力和攻擊殺傷能力［6］。

(1)探測能力

探測能力考慮的因素主要包括:

1)探測器有效概率;

2)探測器可探測概率;

3)目標發現距離;

4)目標發現概率;

5)目標穩定跟蹤距離和概率;

6)目標跟蹤精度;

7)航跡融合精度;

8)航跡融合處理有效率;

9)航跡更新時間。

(2)通信能力

通信能力考慮的因素主要包括:

1)通信網絡連通概率;

2)信息傳輸容量;

3)通信帶寬利用率;

4)通信傳輸誤碼率;

5)通信傳輸延時。

(3)指揮控制能力

指揮控制能力考慮的因素主要包括:

1)態勢共享與處理能力;

2)資源管理能力;

3)輔助決策能力;

4)協同作戰能力。

(4)攻擊殺傷能力

攻擊殺傷能力主要考慮的因素包括:

1)裝備可發射制導導彈有效概率;

2)導彈單發殺傷概率;

3)目標殺傷概率;

4)多目標殺傷概率;

5)目標殺傷有效率。

2.2.2 保護效能

保護效能指防空體系在給定條件下保衛地(水)面目標的完好程度，表征在防空體系抗擊下使保護目標在空襲中免受傷害的能力，也可以稱為防空效能。影響體系保護效能的主要因素有空襲目標突防能力、突防空襲目標的殺傷能力、保衛目標重要程度及易損性［7］。

(1)空襲目標突防能力

主要考慮的因素包括:

1)空襲目標的不被殺傷概率;

2)空襲目標成功投放空襲武器概率;

3)空投武器不被殺傷的概率。

(2)突防空襲目標的殺傷能力

主要考慮的因素包括:

1)空襲目標攜帶彈藥量;

2)發現保衛目標的概率;

3)空襲目標攻擊精度;

4)空投武器的攻擊精度。

(3)保衛目標重要程度及易損性

主要考慮的因素包括:

1)保衛目標重要程度;

2)保衛目標幅員特性(點、面目標等);

3)目標的易損性。

2.2.3 生存能力

生存能力指防空體系在遭受攻擊后繼續作戰的能力。在現代防空作戰中，一次防空作戰時間不長，而且空襲目標強度大，一般各功能單元受損后來不及維修，故在下面防空體系生存能力研究中不考慮維修問題。影響生存能力的主要因素包括防空體系各設備被毀傷概率和毀傷后對防空體系的影響［8］。

(1)空襲目標毀傷防空裝備的概率

1)空襲目標不被殺傷的概率;

2)空襲目標成功投放空襲武器的概率;

3)空襲武器不被殺傷的概率;

4)有效發現防空裝備概率;

5)空襲武器攻擊精度。

(2)防空裝備毀傷對防空體系的影響(可用執行作戰任務的比例計算)

1)發射車的影響;

2)相控陣雷達的影響;

3)火力單元指控的影響;

4)戰術單位指控的影響;

5)地域通信節點及通信網絡的影響。

2.2.4 體系適應能力

GJB 4239《裝備工程通用要求》中明確規定，裝備環境適應能力是“裝備在其壽命期預計可能遇到的各種環境的作用下能實現其所有預定功能、性能和不被破壞的能力，是裝備的重要質量特性之一”。該定義重要強調的是裝備適應極端自然環境的能力。防空體系適應能力是指防空導彈體系對各種作戰環境和作戰態勢的適應能力，反映防空導彈體系在不同作戰環境和作戰態勢條件下能夠保持較高的作戰效能的能力，并不包含裝備環境適應能力。

防空體系適應能力的作戰環境特指作戰空間中的電磁環境與自然環境，主要體現防空體系通過網絡化作戰提高了對電磁環境與自然環境的適應能力，例如網絡化可以提高對隱身目標、干擾目標的探測能力，可以克服地形遮蔽對探測的影響。

體系適應能力是一項綜合指標，與抗擊效能、目標特性有密切的關系，根據網絡化作戰要求，重點可用抗干擾能力、反巡航能力、反隱身能力衡量。

2.3 作戰效能評估指標體系層次結構

根據以上因素分析，可構建防空體系作戰效能評估指標體系層次結構如圖1。

3 體系作戰效能評估仿真驗證方法

目前單平臺防空導彈效能評估是通過殺傷區與殺傷概率進行分析，防空導彈體系作戰效能評估方法有解析法、統計法和仿真法。解析法是利用數學表達式反映各作戰要素與效能指標之間的關系，這種方法往往有許多假設條件和依賴作戰試驗或作戰仿真結果，而且有許多作戰因素目前還無法建立與效能指標之間的數學表達式，其可信性難以提高。統計法需依據實戰、演習、試驗獲得的大量統計資料評估效能指標，因此，不適用于預研階段的體系效能評估。仿真方法可以較詳細地考慮影響作戰過程的諸多因素，通過仿真系統和仿真實驗，給出效能指標評估值，適合于武器系統和作戰方案效能指標的預測評估。

3.1 仿真驗證總體設計

通過設計全數字仿真系統，采用攻防對抗仿真的方法評估防空體系網絡化作戰效能。為驗證網絡化作戰效能驗證，全數字仿真系統需支持傳統以平臺為中心作戰和網絡化作戰2種模式下的作戰效能仿真試驗，通過比較，給出作戰效能。為確定系統作戰效能受參數變化的影響，全數字仿真系統還應支持系統能力指標靈敏度分析，給出實戰條件要素對作戰能力影響的定量結果［9］。

圖1 作戰效能評估指標體系層次結構Fig.1 Effectiveness measurement indexes system hierarchical structure

全數字仿真總體工作思路見圖2。以作戰需求為出發點，通過體系作戰效能指標分析給出作戰效能評估模型，通過裝備建模需求分析給出裝備模型，通過作戰需求分析給出仿真場景想定，在上述工作基礎上開展全數字仿真試驗。通過多次仿真試驗，進行系統能力指標靈敏度分析，從定量的角度給出影響作戰效能的因素。對效能影響因素逐一分析，確定對效能影響較大的關鍵因素，拋棄一些影響不大的次要因素，通過反復多次的仿真試驗不斷調整和修正設計方案，從而調整效能評估模型。通過多次試驗分析，分析需求與試驗方案、想定的匹配性，從而優化調整試驗方案。

3.2 作戰效能試驗設計方案

針對防空導彈網絡化作戰的優勢，可將體系作戰效能驗證試驗分為3類:一是單一目標單項作戰效能驗證試驗，重點強調體系對抗特殊目標的能力;二是作戰效能整體驗證試驗，重點強調體系在復雜戰場環境下，對抗飽和攻擊的能力、對保衛目標、自身武器裝備的保護能力和體系適應能力;三是網絡化作戰效能影響因素分析試驗，分析各因素對作戰效能的影響，修正效能評估模型［10］。

(1)單項作戰效能驗證試驗

單項作戰效能驗證試驗主要是驗證在相同部署配置條件下，傳統防空體系和網絡化防空體系對抗特殊目標的抗擊效能，仿真時需按照抗擊效能指標記錄對不同參數干擾目標的雷達發現距離、跟蹤距離、識別概率，目標威脅評定和目標分配，對目標攔截距離、攔截次數等數據，從而計算針對干擾目標的抗擊效能。試驗項目主要包括:

1)對干擾目標抗擊效能驗證

重點驗證傳統和網絡化防空體系對自衛干擾、遠距離支援干擾、隨隊干擾、箔條干擾等干擾目標進攻下的抗擊效能，給出網絡化抗干擾效能提高的倍數，同時計算網絡化模式下攔截干擾目標的薄弱環節，給出進一步提高效能的建議。

2)對低空/超低空目標抗擊效能驗證

重點驗證傳統和網絡化防空體系對低空突防飛機、超低空飛機、巡航導彈等目標進攻下的抗擊效能，給出網絡化反巡航效能提高的倍數，同時計算網絡化模式下攔截超低空目標的薄弱環節，給出進一步提高效能的建議。

3)對隱身目標抗擊效能驗證

重點驗證傳統和網絡化防空體系對低空突防飛機、超低空飛機、巡航導彈等目標進攻下的抗擊效能，給出協同跟蹤反隱身效能提高的倍數，同時計算網絡化模式下探測、攔截隱身目標的薄弱環節，給出進一步提高效能的建議。

4)對ARM目標抗擊效能驗證

重點驗證傳統和網絡化防空體系對抗ARM目標的抗擊效能和自身的生存能力。

5)對普通作戰飛機抗擊效能驗證

驗證傳統和網絡化防空體系對抗普通作戰飛機時的抗擊效能。

(2)作戰效能驗證試驗

作戰效能驗證試驗重點是驗證大規模對抗模式下和飽和攻擊下防空導彈體系的抗擊效能、保護效能、生存能力和體系適應能力。

圖2 效能仿真驗證總體設計Fig.2 Effectiveness simulation system design

空襲體系可由普通戰斗機、隱身飛機、巡航導彈、干擾機以及機載反輻射導彈、空地導彈等武器組成。普通戰斗機、隱身飛機、干擾機每批次可按4，8，16架設置，每架飛機攜帶4～6枚反輻射導彈或空地導彈。巡航導彈可按每批次6，12，24枚設置。目標進入方向可分采用前方正面1～2個方向進入、全向方向進入的方案［11-12］。

防空體系可根據保衛目標范圍配置6～10個火力單元，采用遠、中、近攔截武器搭配的分層布防，并按照需求配置相應的預警雷達和目標指示雷達，分別對應平臺中心體系結構和網絡化體系結構。

試驗時按照效能指標記錄所有作戰過程數據，試驗后進行數據分析，計算抗擊效能、保護效能、生存能力和體系適應能力。

(3)網絡化作戰效能影響因素分析與模型修正試驗

通過上述試驗結果分析目標變化和網絡化體系結構對作戰效能的影響。在空襲體系固定的條件下，影響效能的因素有很多，裝備性能、裝備配置、部署、裝備間配合等。不同的作戰條件下，這些因素對作戰效能的影響并不相同。為確定哪些因素對網絡化條件下防空體系作戰效能影響最大，設計作戰效能影響因素分析試驗，試驗可包括:

1)防空體系部署位置影響分析

固定空襲體系和防空體系配置型號，通過設計不同的部署方案，驗證作戰效能。

2)防空體系裝備配置影響分析

固定空襲體系，通過設計不同的型號裝備配置方案驗證對效能的影響。例如未配置超視距攔截火力單元(含系留艇、浮空制導雷達裝備)和配置超視距攔截火力單元對作戰效能的影響分析。

3)指揮控制能力對作戰效能影響分析

在網絡化作戰中，各防空裝備需在統一指揮控制系統的協調管理下作戰，指揮控制的效率、正確性嚴重影響防空體系作戰效能。固定空襲體系和防空體系部署方案，通過設置不同的目標融合處理能力、目標分配方案、火力單元協同配合方案等測試指揮控制能力對作戰效能的影響。

4)評估模型有效性驗證試驗

通過對效能影響因素逐一分析，確定對效能影響較大的關鍵因素，拋棄一些影響不大的次要因素，通過反復多次的仿真試驗不斷調整和修正設計方案，從而調整效能評估模型。

4 結束語

針對網絡化體系相對傳統體系作戰效能提高的程度無法明確和量化的問題，本文提出了一套適應于傳統作戰和網絡化作戰防空導彈體系作戰效能評估的指標體系，并給出網絡化體系作戰效能仿真驗證的總體設計思路，給出評估想定設計要求和效能試驗項目設計方案，可為防空導彈體系作戰效能評估提供參考。但由于地空導彈網絡化作戰體系效能評估涉及的內容廣泛而復雜，是個巨大的系統工程，許多問題有待進一步深入研究。

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