一種防空預警雷達網的綜合評估理論方法*1

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一種防空預警雷達網的綜合評估理論方法*1

甘剛1，李桂祥1，左治方1，林茜2

(1.空軍預警學院，湖北 武漢430019； 2.中國人民解放軍93277部隊，遼寧 沈陽110141)

摘要：面對周邊日益增加的遠程精確制導武器和復雜電磁干擾等先進武器裝備帶來的威脅，防空預警網絡建設的優劣直接決定著國土防空的安全與否，意義重大。從覆蓋指數、重疊數、檢測概率以及防空預警雷達網應對“四抗”的能力等方面采用定量分析的方法系統分析了防空預警雷達網建設的影響因素，系統地設立各因素權重系數，提出一種防空預警網絡的綜合評估理論方法。最后實例驗證證明了該方法的可行性。

關鍵詞：雷達網；影響因素；權重系數；綜合評估

0引言

自20世紀90年代以來，歷經了海灣戰爭、科索沃戰爭和伊拉克戰爭等多次突出空襲制勝的局部戰爭，所有國家包括美國都認識到了空中火力的強大和制信息權的優勢，也認識到了建立強大防空預警力量的必要性和重要性。經過幾十年的防空預警網絡建設，基本形成了覆蓋全國的防空預警雷達網，但是面臨日趨紛雜的周邊局勢，亟需做的是建立功能更全、性能更優的防空預警網絡[1]。其中，建立完善、有效的綜合評估體系對防空預警網絡進行綜合評估是很重要的一個環節，考慮到問題的復雜程度，本文重點圍繞陸基防空預警雷達網的性能評估問題展開思考。如今，美國開展的武器性能評估范圍廣泛，而且注重推廣使用，逐漸形成派別理論和方法；俄羅斯的性能評估研究主要針對單一型號，綜合性的評估研究較少，而且側重于基礎研究，工程運用方面不是很典型；在武器性能評估的研究方面存在基礎理論研究少、注重指標體系的建立卻忽略任務分析和約束條件分析，以及不太注重度量等問題[2]。目前眾多學者提出的可行算法大多都只針對雷達網的某一個或幾個指標深入研究進而進行評估[3-6]，系統性的綜合評估比較少，對雷達網整體可優化性的指導意義不夠。本文從雷達網的擔負任務、性能以及系統保障等幾個角度出發，采用定量分析的方法，考慮多個影響因子，建立合理的評估函數，嘗試著盡可能多指標、系統地對雷達網進行綜合評估，從而為指揮決策者提供雷達網的系統印象，便于系統作戰。同時，對雷達網的優化也提供了基礎依據。

1防空預警雷達網建設

1.1雷達網定義

2部或2部以上架設于不同地點或不同高度上的雷達通過情報站信息融合，使得其綜合性能或覆蓋空域優于單部雷達，以這樣2部或2部以上雷達為主要探測設備而構成的探測系統便稱為雷達網[7]。文獻[7]給出了雷達網嚴謹的定義并做出了詳細闡述，然后分析了地面對空監視雷達網的戰技指標。從定義來看，對雷達網建設的討論重點應該放在雷達數量、雷達陣地部署點或部署形式以及雷達網性能是否更優等幾個方面。

1.2雷達網建設原則和目的

本文討論的雷達網建設原則和目的不是講宏觀的，重點側重于技術上應該達到某種指標而按照科學、系統的原則進行部署。雷達網是否最優地達到布防指標和布防目的，既是對防空預警網絡評估的出發點，也是落腳點。

(1) 基于任務，統籌部署。根據國土防空責任劃分，為保證完成任務的質量，雷達網必須達到空域覆蓋、重疊數以及檢測概率的指標要求。

(2) 重點區域，重點布防。對于重點保障區域，要充分考慮目標的特性，要把雷達網探測隱身目標和“低慢小”目標等能力重點考慮[8]。

(3) 能抗干擾，確保生存。如今雷達網面臨的考驗除了“低慢小”目標突防和隱身目標突防還有綜合性電子干擾以及反輻射導彈(anti-radaiation missile，ARM)的威脅，雷達網抗綜合性電子干擾和ARM的能力對雷達網的性能發揮和生存帶來考驗。

(4) 考慮效益，把握數量。在建設雷達網的同時，要綜合考慮費效比的問題，應該建立合適的部署原則，減少探測冗余，利用盡量少的雷達裝備完成布防任務。

2評估模型及流程

2.1評估指標及模型建立

影響防空預警雷達網綜合性能優劣的因素很多，對雷達網的綜合評估更是及其復雜的問題，綜合考慮了1.2節防空預警雷達網的建設原則和目的，本文提煉出如下幾個評估指標。

(1) 全覆蓋指數α

雷達網對責任區域不同高度層所有目標的檢測和跟蹤是以全覆蓋(是指達到既定的覆蓋率η,η可由公式(1)確定[6])為前提條件的，因此結果只有2種，即0和1。

(1)

(2)

式中：假定責任區域共分為m高度層，共部署n部雷達；Sp為第p高度層的責任區面積，p∈[1,m]；Sip為第i部雷達在第p高度層的探測面積，i∈[1,n]。

(2) 檢測概率Pd

這里的檢測概率是指雷達網的聯合檢測概率[9],可以通過公式(3)確定。

(3)

式中：Pd∈[0,1]；Pi為第i部雷達的發現概率，i=1,2，…，n。

(3) 重疊系數β

在重點空域，為確保抗干擾需要和防止特殊情況下(如個別雷達故障和值守松懈等)連續跟蹤目標，文獻[6]對雷達網在責任區的某高度層探測范圍的重疊系數也有一定要求(一般認為滿足三重覆蓋為最佳覆蓋)。

(4)

(4) 保障系數ε

因為雷達網的抗干擾和抗反輻射導彈受多方面因素影響，比如技術層面的提高頻域覆蓋率[10]、戰術層面的設置誘餌[11]等，而且還與雷達體制[12]緊密相關，相應的模型不太好建立，從系統角度考慮，本文提出保障系數ε來衡量雷達網的抗干擾和生存能力,ε由業內專家考察、綜合確定。約定ε為常數，目前服役的雷達裝備都具備抗干擾功能，故而ε>0；建立完美的抗干擾和抗反輻射雷達網是不斷追求的目的，因此有ε∈(0,1)。

2.2評估函數

系統地考慮評估指標。全覆蓋(達到既定的覆蓋率)是必須滿足的指標，因此全覆蓋指數α可以看作開關函數；檢測概率Pd、重疊系數β和保障系數ε是在滿足全覆蓋的前提下盡可能最大，而且一般都有下限，因為達不到下限肯定不會被篩選為最優輸出，故而本文對各指標下限不做重點討論；因責任區域或保障目標不同，各指標的“最優”程度不同，所以本文用權重來分配，權重可由專家組商定提出。

各雷達近似看做相互獨立， 實際上部署雷達裝備時也是盡量避免雷達的相互干擾， 所以各指標可近似看組相互獨立，評估函數可由公式(5)確定：

F=α(c1Pd+c2β+c3ε)，

(5)

式中：c1，c2和c3是個指標的權重，且有c1+c2+c3=1。

考慮到雷達數量問題，本文提出評估指數λ，數學定義如下：

(6)

評估指數的意義在于：λ可以近似表明單部雷達的綜合能力大小，也可以用來衡量雷達網的部署效益，越大越好，λ可以作為最終的預選部署方案的評估指標。

2.3評估流程

評估流程如圖1所示，具體包括如下3個階段6個步驟：

(1) 分析提煉評估指標，建立相應的計算模型模型，具體參照2.1節。

(2) 分別計算各擬部署方案的指標參數。

(3) 將計算出的指標參數代入公式(5)，確定權重系數，最后計算出各擬部署方案的函數值。

(4) 比較各擬部署方案函數值的大小，輸出函數值最大的擬部署方案并作為預選部署方案保存。

(5) 如果計算出的各擬部署方案函數值大小相差無幾，利用公式(6)作最后評估。

(6) 如果對預選部署方案仍然不滿意，可以調整方案優化后，返回步驟(3)。

3實例驗證

某布防區域，主要擔負任務是防止境外飛機闖入和誤入我防空預警網，3位技術專家各提出一種方案并已做好仿真顯示，為方便驗證，本文直接將仿真出的各方案評估指標參數計算好，具體為：方案A：α=1，Pd=0.9，β=0.6，ε=0.5，n=10；方案B：α=1，Pd=0.8，β=0.7，ε=0.4，n=9；方案C：α=1，Pd=0.8，β=0.8，ε=0.8，n=11(此處Pd為中高空的最小檢測概率)。

假定3位專家一致認為該地區所建雷達網滿足c1=0.7，c2=0.2和c3=0.1比較合理。則分別將3種方案代入公式(5)計算，結果如表1示。

表1　3種方案評估結果

圖1　評估流程圖Fig.1　Evaluation flow chart

最后，對隨著雷達網裝備數量增加的綜合能力變化進行仿真，仿真圖如圖2所示。

圖2　雷達網裝備數量對綜合能力的影響Fig.2　Radar net equipment quantity’s influenceupon the comprehensive ability of

顯然，通過評估結果可以看出A方案更優，所以建議選擇方案A作為部署方案。實際上，A方案是為邊境布防設計的部署方案，B方案可用作內陸地區的部署方案，C方案一般是保障重要方向和地區的方案。由表1和圖2還可得出如下結論：

(1) 每個雷達網的構建都是基于任務為前提的，任務不同則部署方案需要達到的指標不同；

(2) 雷達網裝備數量的增加一定程度內會提高綜合能力，但提高的效果逐漸減小。

本文的仿真雖然大致反映了雷達網裝備數量對其綜合性能的促進作用，但是考慮到費效比因素，雷達網的綜合能力最終會因裝備數量的增加而呈下降趨勢，這一點是因為忽略了各評估指標之間的關系所致。

4結束語

本文通過系統地提出評估指標并建立評估模型和評估函數，針對雷達網部署方案進行評估篩選和優化。最后通過舉例驗證了評估方法的有效性，對雷達網的部署具有一定指導意義。下一步，需要做的工作是通過和部隊實際部署方案對比，進一步改進本文提出的評估方法；同時，深入研究各指標的相關性和對雷達網抗干擾和抗ARM提出量化指標和建立模型評估是今后的研究方向。

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Comprehensive Theoretical Evaluation Method of the Air Defense Early Warning Network

GAN Gang1,LI Gui-xiang1,ZUO Zhi-fang1,LIN Qian2

(1.Air Force Early Warning Academy,Hubei Wuhan 430019, China；2.PLA,No.93277 Troops, Liaoning Shenyang 110141, China)

Abstract:In face of increasing threat of longrange precision guided weapons,complex electromagnetic interference and other advanced weapons and equipment,the quality of the air defense early warning network construction directly decides whether the homeland air defense is safe or not,and it is of great significance to build a good comprehensive air defense early warning network. From cover index, the number of overlapping, detection probability to the ability of air defense early warning radar network coping with “four kinds of threat” are systematically analyzed with quantitative method to determine influence factors to the air defense early warning radar network construction, and each influence factor weight coefficient is set up, then a comprehensive theoretical evaluation method of air defense early warning network is proposed. The feasibility of this method is verified with test.

Key words:radar network; influence factors ;weight coefficient; comprehensive evaluation

中圖分類號：TN95

文獻標志碼：A

文章編號：1009-086X(2015)-06-0027-05

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2015.06.005

通信地址：431006陜西省寶雞市鳳翔縣9號信箱E-mail：18653324504@163.com

作者簡介：甘剛(1989-)，男，陜西寶雞人。碩士生，研究方向為防空預警相關。

*收稿日期：2014-07-12；修回日期：2014-11-19