海上電子戰目標威脅分析與評估*

向崇文，姜青山，楊輝

(1.海軍航空工程學院，山東 煙臺 264001; 2.中國人民解放軍91960部隊，廣東 汕頭 515074)

軍事電子信息系統

海上電子戰目標威脅分析與評估*

向崇文1,2，姜青山1，楊輝1

(1.海軍航空工程學院，山東 煙臺 264001; 2.中國人民解放軍91960部隊，廣東 汕頭 515074)

針對海上電子戰目標威脅評估問題展開研究。首先，對目標威脅評估過程和威脅因素進行分析，綜合選定威脅評估指標，建立威脅指標量化模型，指標屬性值與指標權重值均選用區間值。然后，將物元分析法與折衷排序法(VIKOR)相結合，提出了基于物元區間數VIKOR的電子戰目標威脅評估方法。最后，基于仿真實例應用物元區間數VIKOR方法，驗證了該方法的合理性和適用性。

海上電子戰；物元；區間數；折衷排序法；威脅；評估

0 引言

信息化條件下的海戰場上，作戰平臺配備大量高度信息化的電子設備，包括通信、雷達、光電、武器控制與制導、電子對抗等系統。這些電子設備向空間輻射大量的電磁信號，表現為縱橫交錯、密集重疊、功率不均，構成了復雜電磁環境[1]。電磁空間爭奪與掌控已經成為對抗雙方關注的重點，信息攻防對抗已經上升到作戰體系之間的激烈對抗。與艦載電子戰系統相比，機載電子戰系統憑借平臺優勢具備機動性能強、飛行速度快、作戰區域廣等突出優點，在海上電子戰中占據優勢地位。通過截獲對方電磁信號，分析對方雷達和武器系統特征，進一步得到其作戰能力及作戰計劃等情報信息[2]。面對海上作戰日益嚴峻的電磁威脅，通過實施威脅評估以確保實時、準確地評判電子戰目標威脅等級，才能科學進行干擾決策，合理分配干擾資源，最終順利完成海上電子戰任務。

目前，目標威脅評估方法主要包括：多屬性決策[3]、模糊理論[4]、灰色理論[5]、TOPSIS方法[6]、貝葉斯網絡[7]、直覺模糊集[8-9]、VIKOR等[10-11]。有些方法已經被成功地運用于電子戰目標威脅評估，主要是針對輻射源目標威脅等級評判。文獻[3]基于灰量白化函數對相關的定性指標量化，建立了電子戰干擾目標的多屬性多層次威脅評估模型和算法。文獻[10]建立了基于脈沖樣本圖的威脅評估專家系統，通過雷達威力模型確定評估指標，將TOPSIS方法應用于機載RWR/ESM輻射源威脅評估。文獻[11]基于標尺量化函數對定性指標進行量化，采用VIKOR法對電子戰目標進行威脅排序，使得在整體效用最大的同時達到個體遺憾最小，并引入心態指標，與實際結合更為緊密。本文正是在其基礎上，針對海上電子戰目標威脅評估過程和威脅因素進行分析，將物元分析法與VIKOR法相結合，改進傳統的VIKOR方法，提出了基于物元區間數VIKOR的海上電子戰目標威脅評估方法。

1 海上電子戰目標威脅分析

1.1 目標威脅評估過程

如圖1所示，海戰場上作戰雙方廣泛部署飛機、艦艇等作戰平臺，其數量眾多、類型多樣的輻射源成為海上電子戰的進攻目標，其中包括機載預警雷達、機載火控雷達、艦載警戒雷達、艦載火控雷達、短波通信系統、超短波通信系統、衛星通信系統及數據鏈、導航系統等。由于雷達具有探測、跟蹤、制導等與戰斗行動密切相關的用途，在作戰過程中起到關鍵作用，引起作戰雙方高度重視，使得雷達對抗非常激烈。因而，雷達輻射源目標是海上電子戰目標威脅評估重點。

圖1 海上電子戰態勢概念圖Fig.1 Concept map of maritime electronic warfare situation

海軍傳統的偵察機威脅等級判斷方法是首先識別輻射源，然后根據結果判定威脅等級。在偵察到輻射源參數后，與數據庫進行比對，一旦沒有此輻射源數據，便無法判定其威脅等級，只能根據經驗進行判定[12]。本文對這種傳統威脅等級判斷方法進行優化，提出信號分選識別與目標威脅評估結合的電子戰目標威脅等級評判流程。電子戰目標威脅評估需要在信號分選識別和戰場態勢融合的基礎上，通過威脅評估建模、選取評估指標、優選評估方法等環節，得出目標威脅排序結果，生成威脅告警隊列，如圖2所示。

圖2 電子戰目標威脅評估過程Fig.2 Process of electronic warfare target threat assessment

1.2 目標威脅因素分析

技術與戰術緊密結合是電子戰行動的突出特點之一，威脅因素涉及技術與戰術、對方與己方、整體與部分等多方面。在分析電子戰目標威脅因素時需要綜合考慮作戰雙方各層次因素。對于電子戰目標因素的分析，可以從平臺、設備、信號等層次展開。

(1) 平臺層：平臺屬性、平臺位置、運動特征等；

(2) 設備層：設備類型、工作狀態、工作性能、抗干擾性等；

(3) 信號層：載頻、重頻、脈寬、方位等。

若考慮戰術規則，還應該包含目標作用對象、作戰企圖、作戰策略等[13]。分析目標威脅因素，是進行電子戰目標威脅評估的前提，通過科學合理的確定評估指標，可提高威脅評估的準確性并降低威脅評估的復雜度。在海上電子戰目標威脅評估過程中，信號層的信息處理主要屬于分選識別部分，威脅評估是在其基礎上重點針對平臺層及設備層威脅因素的融合處理。

2 基于物元區間數VIKOR的評估模型

海上情報監視偵察體系(ISR)通過多種探測偵察手段獲取目標信息，經過指揮中心信息融合后形成戰場態勢信息，其中就包含電子戰目標威脅評估指標信息。本文選用物元分析法建立電子戰目標物元矩陣，并對評估指標量化處理，然后采用區間數VIKOR折衷排序法進行威脅排序。

2.1 電子戰目標物元矩陣

(1)

本文選用區間數作為指標屬性值和指標權重值的規范化表示形式。

定義1 區間數及運算規則

設x=[xL,xU]為有界閉區間，且xL,xU∈R，則x為區間數；若xL=xU，則區間數x=[xL,xU]=xL，實數是區間數的一種特殊情況；若xL,xU∈[0,1]，則x為區間值。

定義2 屬性值的轉換規則

(1) 語言值轉換為區間值

(2) 模糊數轉換為區間值

定義3 物元區間數矩陣

目標Ti物元區間數矩陣形式為

(2)

2.2 評估指標量化處理

基于電子戰目標因素分析結論及海上電子戰主要特點，本文綜合選定海上電子戰目標威脅評估指標主要包括：A1平臺類型(platform type, PT)，A2空間位置(spatial position, SP)，A3運動屬性(maneuverable attribute, MA)，A4行動策略(operation strategy, OS)，A5作用對象(action object, AO)，A6設備類型(equipment type, ET)，A7工作狀態(working condition, WC)，A8抗干擾性(anti-interference performance, AP)。以上指標，A2空間位置、A3運動屬性、A4行動策略為定量指標，其余指標為定性指標。

(1)A1平臺類型

(3)

(2) A2空間位置

A2空間位置采用距離來表征。距離屬于成本型指標，其量化模型如下：

(4)

式中：x為電子戰目標距離；Rmax為目標最大距離；Rmin為目標最小距離。

(3)A3運動屬性

A3運動屬性采用電子戰目標運動速度表征。速度屬于效益型指標，其量化模型如下：

(5)

式中：x為電子戰目標速度；vmax為目標最大速度；vmin為目標最小速度。

(4)A4行動策略

A4行動策略采用作戰意圖表征[14]。作戰意圖由本機速度、目標速度及速度與本機目標連線夾角等因素來決定。

fi4(x)=vwcosθwi+vdicosθdi，

(6)

式中：vw為本機速度；vdi為i目標速度；θwi為本機速度方向與本機目標i連線的夾角；θdi為目標i速度方向與本機目標i連線的夾角。

(5)A5作用對象

A5作用對象是指電子戰目標實施電磁輻射的對象，包括艦船、飛機、導彈等類別。可以將A5作用對象量化模型表示如下：

(7)

(6)A6設備類型

A6設備類型主要包括機載預警雷達、機載火控雷達、艦載警戒雷達、艦載火控雷達，短波通信系統、超短波通信系統、衛星通信系統及數據鏈，導航系統等。可將A6設備類型量化模型表示如下：

(8)

(7)A7工作狀態

A7工作狀態是對電子戰目標電子系統所處運行狀態的描述。A7工作狀態的量化模型如下：

(9)

(8)A8抗干擾性

A8抗干擾性是對電子戰目標電子系統在干擾條件下正常工作的度量。通常采用語言值進行表示，A8抗干擾性的量化模型如下式：

(10)

2.3 物元區間數VIKOR算法

電子戰目標威脅評估是典型的多屬性決策問題(MADM)。物元區間數VIKOR算法步驟如下：

步驟1:建立電子戰目標標準物元區間數矩陣。

通過對目標物元矩陣實施量化和規范化處理，得到標準物元區間數矩陣，目標Ti的標準物元區間數矩陣為

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

步驟5： 計算威脅判斷值FQi(α)，FSi(α)，FRi(α)。

FQi(α)=1-MQi-(2α-1)DQi，

(20)

FSi(α)=1-MSi-(2α-1)DSi，

(21)

FRi(α)=1-MRi-(2α-1)DRi，

(22)

式中：α為決策者心態指標，處于謹慎、中庸和激進等心態時，分別取值α<0.5，α=0.5和α>0.5。

步驟6： 電子戰目標威脅程度排序。

根據電子戰目標威脅評價值FQi(α)，FSi(α)，FRi(α)進行威脅程度排序，若威脅評價值越大，則威脅程度越高。根據文獻[15]提供的檢驗方法，驗證是否滿足威脅評價值優勢性和穩定性2個條件，若滿足則直接根據威脅評價值FQi(α)進行威脅程度排序，否則，需要尋求威脅排序的折衷解。

3 仿真實例與結果分析

假定在某次作戰行動中，作戰區域內存在6個威脅目標。電子戰目標集T={T1,T2,…，T6}，目標威脅指標集A={A1,A2,…，A8}。仿真條件參照文獻[15]的作戰場景，對其參數屬性值作適當調整，并整理目標威脅指標屬性值如表1所示。

本文選用文獻[14]中的方法確定權重區間數。綜合所有專家的信息，得到威脅指標的權重W={[0.20,0.25],[0.50,0.55],[0.15,0.18],[0.36,0.40], [0.22,0.25],[0.40,0.45],[0.50,0.55],[0.11,0.15]}。

(1) 建立電子戰目標標準物元區間數矩陣。依據威脅指標屬性值，通過量化處理和規范化處理，得出電子戰目標T1,T2,…,T6的標準物元區間數矩陣。例如，T1的標準物元區間數矩陣為

(2) 確定PIS和NIS物元區間數矩陣

從表2可以看出，當決策人員處于不同的心態指標下，電子戰目標威脅排序發生變化。持謹慎態度α=0.1時，T1,T4為折衷解；持謹慎態度α=0.3時，T1>T4；持中庸態度α=0.5時，T5,T6排序發生變化；持激進態度時α=0.7和α=0.9時，與持中庸態度排序相同。基于物元區間數的VIKOR方法實施電子戰目標威脅評估，能夠快速實現海上電子戰目標威脅排序，心態指標的引入將決策人員的主觀因素與作戰實際相結合，使得評估結果具有很好的適用性。

表1 電子戰目標威脅指標屬性值Table 1 Index attribute of electronic warfare target

表2 電子戰目標威脅排序Table 2 Electronic warfare target sorting

4 結束語

海上電子戰目標的威脅評估問題是實施海上電子戰的前提條件，本文首先分析目標威脅評估過程，并對威脅因素進行深入分析。綜合海上電子戰特點選取威脅評估指標，提出了基于物元區間數VIKOR的電子戰目標威脅評估方法。仿真結果表明，該方法適用于海上電子戰目標威脅評估，能夠準確、快速地評估海上電子戰目標威脅，有助于干擾決策制定及干擾資源分配。本文對威脅指標量化處理時，僅選用專家打分法，還可以在此問題上進行后續研究。

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Threat Analysis and Assessment of Maritime Electronic Warfare Target

XIANG Chong-wen1,2,JIANG Qing-shan1,YANG Hui1

(1. Naval Aeronautical Engineering Institute, Shandong Yantai 264001, China;2.PLA,No.91960 Troop, Guangdong Shantou 515074, China)

To solve the threat assessment of maritime electronic warfare target, target assessment process and threat elements are analyzed. The quantitative model of threat assessment index is found.Interval number is used in index attribute and index weight number. With matter-element analysis and VIKOR, matter-element interval number VIKOR method (MEI-VIKOR) is presented. Fiually,Simulation shows that the reasonability and applicability of MEI-VIKOR method is validated.

maritime electronic warfare; matter-element; interval number; VIKOR; threat; assessment

2015-12-30；

2016-03-18

國家社會科學基金(14GJ003-154)

向崇文(1986-)，男，湖南桑植人。博士生，主要研究方向為網電空間作戰理論。

10.3969/j.issn.1009-086x.2016.06.025

TN97；TP301.6;TP391.9

A

1009-086X(2016)-06-0148-07

通信地址：264001 山東煙臺二馬路188號

E-mail：cqytman@163.com