武器裝備毀傷評估研究進展

馬春茂，孫衛平，李 炎，鈔紅曉,高 瑞

(1.西北機電工程研究所，陜西 咸陽 712099；2.西安現代控制技術研究所，陜西 西安 710065；3.陸軍航空兵學院，北京 101113)

美軍情報機構目標毀傷效果評估工作組對目標毀傷效果評估的定義是：在對既定目標進行軍事打擊(包括致命和非致命)后，對目標進行及時和準確的毀傷估計，目標毀傷效果評估適用于整個作戰行動過程中所有類型的武器系統，包括空軍、陸軍、海軍和特種作戰力量武器系統，目標毀傷效果評估主要由情報部門負責，包括物理毀傷評估，功能毀傷評估和目標系統毀傷評估[1]。美國國防部規定目標毀傷效果評估人員通過評估需要解決如下問題：武器系統是否對目標施加了計劃中的影響；武器系統是否完成了既定任務，取得了既定結果，達到了攻擊目的；敵方對目標進行修復需要多長時間；對目標是否需要進行再次打擊等[2]。

武器裝備毀傷評估的準確性和實時性是實現武器裝備創新發展和有效使用的重要基礎，對充分發揮武器裝備的戰斗性能、提高作戰水平具有重大的現實意義，直接影響戰爭的進程和結果。毀傷評估作為武器裝備研制與使用的基礎，引起世界主要軍事大國的高度關注。美軍在毀傷評估領域進行了廣泛深入的研究，處于世界領先水平。

“精確打擊”作為美軍聯合作戰的四大原則之一，其基本內容之一就是武器系統的毀傷效能評估。精確打擊的根本目的是高效毀傷，精確命中服務于高效毀傷。如何實現對敵方高價值目標的有效毀傷，不僅需要解決精確打擊的問題，更需要解決擊中后能夠對目標有效毀傷的難題。隨著高新武器系統精確打擊和高效毀傷能力的不斷提高，毀傷測試評估的要求和難度也越來越大。筆者廣泛搜集了國外毀傷評估研究資料，經整理、分析，從毀傷評估方法、毀傷評估試驗、毀傷評估標準與規范、毀傷評估系統4個方面進行論述。

1 國外毀傷評估研究情況

1.1 毀傷評估方法

美軍目前的毀傷評估方法主要有基于目標毀傷信息的評估方法和基于毀傷評估模型的評估方法。

1.1.1 目標毀傷信息收集

目前，美軍毀傷信息收集平臺主要基于衛星偵查、機載平臺和彈載平臺。

衛星偵察平臺有光學照相偵察衛星、雷達成像衛星和電子偵察衛星。美國現役的KH-12衛星，采用大面積陣探測器、大型反射望遠鏡系統、數字成像系統、自適應光學成像技術及實時圖像傳輸等技術，分辨率最高可達0.1 m.

雷達成像偵察衛星可以彌補光學照相偵察衛星易受天氣影響的不足，能全天候、全天時隨時對目標進行成像，還能穿透干燥的地表發現地下數米深的設施。美國現役的長曲棍球衛星是世界上最先進的雷達成像衛星，其裝載有巨大的合成孔徑雷達天線和太陽能電池板，高分辨率的合成孔徑雷達能以多種波束模式對地面目標成像，分辨率最高可達0.3 m.

電子偵察衛星主要用于截獲雷達、通信系統的傳輸信號，探測敵方軍用電子系統的性質、位置和活動情況，也可用于毀傷信息的收集。美國最為先進的是第五代電子偵察衛星入侵者、徘徊者以及奧林匹亞。入侵者是美國集成化過頂信號偵察體系的組成部分，具有多軌道能力，集通信情報和電子偵察功能于一身。徘徊者屬于靜止軌道電子偵察衛星，主要用于偵察、定位戰略目標。奧林匹亞屬于低軌道電子偵察衛星，主要用于海軍、安全局等部門的電子偵察一體化計劃。

無人偵察機與衛星相比更為靈活，能夠獲取目標局部點的毀傷信息。美國目前已經形成了近、短、中及遠程系列無人機。美國最具代表性的無人機是捕食者和全球鷹。捕食者查打一體無人機機長8.2 m，翼展14.7 m，起飛質量900 kg，燃油量110 L，飛行高度8 km，最長續航40 h.全球鷹無人機機長13.4 m，翼展35.5 m，起飛質量最大可達11 610 kg，燃油量多達7 t，最長續航42 h，飛行高度超過20 km，具備從美國本土到全球任何地方進行偵察監視的能力。2013年12月，美國國防部發布了《2013—2038年無人機系統一體化路線圖》，2016年美空軍又發布了《2016—2036年小型無人機系統飛行規劃》。美軍無人機未來的發展將向著小型、微型化、集群化、智能化的方向發展。

2002年美國試驗了一種反輻射導彈，自帶有毀傷評估發射機，可以傳回彈著點和目標信息，從而提供近實時的毀傷評估。美國海軍的MK73導彈上的MKS型微光電視系統，除了具有分辨多目標、監視和導航功能外，還能進行毀傷效果的評估。

1.1.2 毀傷評估模型

毀傷效果評估的模型主要有基于層次分析法、模糊綜合評判法、貝葉斯網絡法等方法的模型。

層次分析法是美國運籌學家薩迪教授于20世紀80年代初提出的一種多準則決策方法。其優點在于系統性、實用性和簡潔性。將定性判斷與定量分析相結合，用數量形式表達和處理人的主觀偏好，從而為科學決策提供依據。

模糊綜合評判法以模糊推理為主，精確與非精確、定性與定量相結合，是應用模糊關系合成原理，從多個因素對被評判事務隸屬等級狀況進行綜合性評判的一種方法。

貝葉斯網絡又稱信度網絡，是目前不確定知識表達和推理領域最有效的理論模型之一。該方法能夠根據不確定或不完整的觀測信息，對所要研究的問題做出相對準確的推理，適用于根據不確定或不完整的目標毀傷信息去綜合評估目標的毀傷效果。

1.1.3 毀傷評估方法

基于毀傷信息的目標毀傷效果評估方法指的是根據目標遭受打擊前后有關信息的變化，通過全面系統的對比分析，評估目標毀傷效果的方法。這是打擊行動實施后，對目標毀傷效果進行評估的一種最常用的基本方法。典型的方法是基于圖像變化檢測的目標毀傷效果評估方法。

基于圖像變化檢測的目標毀傷效果評估方法主要集中于基于光學圖像和SAR圖像的毀傷效果評估方面。基于圖像的打擊效果評估包括目標信息獲取、毀傷信息提取和毀傷結果判定幾個過程。毀傷信息提取指從遙感圖像中提取目標毀傷特征,毀傷結果判定則要根據目標的毀傷信息，結合評估模型，得出評估結論。

美國國防部高級研究計劃署(DARPA)正在進行實時毀傷效果評估(R/T BDA)項目的研究，該項目可從雷達圖像中實現對機動目標的毀傷效果自動評估，并實時提供評估信息以滿足作戰決策需要。

1.2 毀傷評估試驗

2015年美軍聯合實彈試驗項目(Joint Live Fire Program)對“地獄之火”導彈毀傷效能進行了測試與評估[3]，如圖1所示。“地獄之火”常被用來攻擊高價值目標，考慮到這些目標的地理位置以及減少附帶損傷，需要對其殺傷精度和毀傷半徑進行更高置信度的測試和評估，爆炸沖擊波以及破片侵徹數據需要更精準測試，為聯合毀傷評估提供可靠的數據輸入源。同年聯合實彈試驗項目還進行了MK84航空炸彈的靜爆試驗數據重新收集[4]，如圖2所示，其使用先進的圖像處理技術以及破片追蹤算法，成功追蹤到1 016枚破片。

2016年美國桑迪亞國家實驗室(SNL，Sandia National Labs)使用閃光X射線以及高速成像技術對戰斗部爆炸破片飛散過程進行了記錄分析[5]，如圖3所示。

ARL在阿伯丁試驗場進行戰斗部動爆試驗時，通過多臺高速數字相機交匯對破片參數進行測試，對戰斗部的運動速度進行毀傷分析[6]，如圖4所示。

英國Slomo公司利用高速攝像機對彈藥動態毀傷效能進行測試，采用后續的智能圖像處理算法獲得彈藥的侵徹姿態以及破片飛散的過程[3]，如圖5所示。

1.3 毀傷評估系統

美陸軍有多個訓練中心從事毀傷數據的收集工作，同時還建立了全軍戰斗損傷數據分析中心負責對毀傷數據進行分析和管理，為美軍目標毀傷效果評估系統的建設提供了豐富的數據支持。美軍目前最具代表性的毀傷評估系統有以下4套。

Glenn Dickson開發的目標毀傷信息評估系統[7]，將己方關注區域的敵軍作戰序列和己方的殺傷系統輸入數據庫，可以實現毀傷評估自動化。為自動化評估能力結合到“全部信息來源分析系統”中奠定了基礎。

John E. Sirmails和Bernard J. Myers等開發的基于導彈攻擊效果的即時目標毀傷效果評估系統[8]，利用導彈打到目標前釋放的包含降落傘、攝像機和通訊設備的輔助箱，捕捉導彈爆炸后的目標毀傷視頻圖像，實現即時的目標毀傷效果評估。

Kenneth A. Conley開發的目標毀傷評估系統[9]，利用導彈戰斗部爆炸及對目標打擊時產生的振動，通過探測器接收并傳回確定戰斗部是否爆炸以及爆炸的時間和位置。該系統可更加便捷地開展毀傷評估。

Alexander M. Soles開發的毀傷探測及矯正系統[10]，側重對物理毀傷的評估，能夠準確地判定坦克表面裝甲及裝甲車毀傷部位，在戰時可以對己方受打擊目標實現詳細的毀傷效果評估。

1.4 毀傷評估標準與規范

美國陸軍測試評估指揮中心(ATEC，Army Test and Evaluation Command)制定的一套完整的武器裝備作戰試驗階段彈藥毀傷測試評估路線：從武器系統測試評估計劃、戰場環境/目標仿真模型、集成武器系統、開發測試設備與測試方法、實彈毀傷試驗，到最終形成有效、置信度高的毀傷數據庫[11]，如圖6所示。

海灣戰爭后，美國對國內各軍兵種的毀傷評估系統進行了整合，目前已經形成了統一的毀傷測試評估標準、體系和平臺，開發了一整套成體系化的評估模型和建模軟件、內嵌多種工具及數據庫，大都集成在《聯合彈藥效能手冊》。圖7所示為2016年美國防部作戰指揮測試與評估委員會(DOTE)發布的聯合彈藥效能手冊專家系統軟件V2.2版本[3]，在輸入目標、目標屬性、打擊位置以及攻擊武器類型，軟件可以自動計算出目標大致毀傷情況及毀傷概率。

到目前止，美國已經擁有了世界上任意目標的毀傷模型，數據庫非常豐富[12]。同時，美軍方還編寫了《聯合彈藥效能手冊》(JMEM， Joint Munitions Effectiveness Manual)、《目標毀傷評估手冊》、《目標毀傷評估快速指南》、《武器毀傷效能手冊》、《測試與評估管理指南》等大量測試評估標準或規范，并運用到引戰配合系統設計、彈藥毀傷評估、目標易損性分析等領域。

2 國內武器裝備毀傷評估研究現狀

我國與歐美等軍事大國相比，在武器裝備毀傷評估方面的研究起步較晚。目前，我國研究武器裝備毀傷評估的相關研究主要集中在特定的武器裝備或侵徹子母彈等打擊艦艇[13-14]、破片式高炮彈藥打擊武裝直升機[15]、彈道導彈再入段攔截[16]、典型戰斗部作用下橋梁易損性[17]、機場跑道打擊效果評估[18]、典型堅固目標毀傷效應研究[19]等方面。取得了一定的研究成果，但總體水平仍處于針對具體研究對象的實驗分析及工程估算層次，這些評估多是定性的對各種目標的毀傷等級判斷。

2.1 毀傷評估方法

在毀傷評估方法方面，苗啟廣等[20]將幾何、紋理和整體特征3個方面作為機場目標評估的準則，定義了5級毀傷等級，針對不同的評估準則設定隸屬函數，實現了對機場打擊效果的量化評估。李望西等[21]針對未來復雜戰場環境下的作戰實際，綜合考慮了天氣、電子、目標特性等因素對空地打擊目標毀傷效果評估的影響。集成模糊貝葉斯網絡，對收集到的目標毀傷數據進行學習，不斷地進行網絡更新，實現對不同作戰條件下目標毀傷效果仿真。總體來說，沒有針對武器裝備作戰毀傷性能評估制定路線，評估方法不能很好地指導實戰或者實戰演習中的毀傷評估。

2.2 毀傷評估系統

在毀傷評估系統方面，高潤芳等[22]結合破片式戰斗部對飛機目標的毀傷，建立了目標毀傷效果評估仿真系統的構架結構，實現了對目標毀傷的高精度評估，較好地描述戰場復雜目標，為毀傷仿真提供相匹配的目標數據。傅長海等[23]提出了毀傷效應仿真計算方法的一般流程，較完整地考慮了仿真系統需要的信息，但在實戰化、快速化等方面實現起來有一定難度。

2.3 毀傷評估試驗方面

在科研階段主要進行靜爆試驗驗證(如圖8所示)和火箭撬動爆試驗驗證。由于經費等方面的原因，針對毀傷效能測試的實彈動態驗證很少進行；定型試驗中，沒有進行貼近實戰環境下的作戰毀傷效能考核。總體上來看，考核樣本數量有限，武器裝備的實戰性能和毀傷能力仍然未知。

2.4 毀傷評估標準與規范

在毀傷評估標準與規范方面，我國還未形成基于戰場環境、武器裝備毀傷威力、目標易損性數據庫的完整的毀傷評估路線，缺乏統一的毀傷測試評估標準與規范。

3 國內武器裝備毀傷評估研究差距

通過近十幾年的研究，我國在武器裝備毀傷評估研究方面取得了一定科研成果，但與歐美等軍事大國尚有不小差距，主要體現在以下幾個方面。

3.1 毀傷評估方法方面

目標毀傷信息收集技術和手段落后。在國外，運用激光照明的高速成像技術被廣泛用于解決高速動能侵徹彈藥和反應裝甲的瞬態過程記錄，通過交匯測試完成爆炸瞬間立體成像，并通過圖像處理方法對多破片進行空間識別、檢測、追蹤以及立體匹配重建，獲取更為精確的破片質量、幾何形狀以及速度信息的參數和威力場數據。而在國內，雖然采用激光超高速攝影系統進行了高速運動目標的侵徹過程和破片速度測試等，也獲得在爆炸火光干擾下彈藥的侵徹毀傷過程圖像，獲取相對更加準確的威力參數，但是還具有很大的使用局限性，例如穿透煙霧能力有限，煙霧中的破片測試仍是難題；測試范圍有限，難以滿足動態試驗要求等。

3.2 毀傷評估系統方面

實時性難以滿足實戰化毀傷測試評估的要求。實戰化軍事訓練演習中，傳統的毀傷測試評估方法不再適用。毀傷測試需要覆蓋整個打擊范圍，適應復雜戰場環境，適應整個訓練進程。同時，由于彈藥飛行軌跡、落點位置不確定等多種因素，測試設備、方法需要適應動態目標的跟蹤測試和毀傷性能測試；另外還需要整個測試系統所有設備進行有效控制、集成，并滿足全天候工作能力要求等。目前的毀傷測試評估系統難以滿足測試實戰化、動態化、評估快速化要求。

3.3 毀傷評估試驗方面

戰斗部毀傷性能動態測試驗證能力不足。我國的戰斗部毀傷測試驗證具備了靜爆和動爆測試驗證的一定手段和能力，但是都是在固定的目標周圍進行有限的試驗測試，動態毀傷測試存在因研制經費不足，測試設備無法布設，測試范圍無法有效覆蓋等問題，動態驗證能力仍然不足。

3.4 毀傷評估標準與規范方面

在我國，尚未針對武器裝備作戰毀傷性能評估制定基于戰場環境、武器裝備毀傷威力、目標易損性數據庫的完整的毀傷評估路線，缺乏統一的毀傷評估標準與規范。

4 結束語

目前，美國研究了戰場上幾乎所有的軍事目標的易損特性和武器的毀傷威力及毀傷機理，積累了豐富的實驗數據，對各種目標毀傷模式研究較透徹，為爆炸、侵徹、殺傷機理建立了較完善的基礎理論。總的來說，國外的毀傷評估基礎理論趨于完善，毀傷評估系統也進一步實用化。未來毀傷測試評估將向多功能、全時域、定量化方向發展。通過近十幾年的研究，我國在毀傷評估方面取得了一定的科研成果，但是在毀傷信息獲取技術、毀傷數據庫完善程度、毀傷評估動態試驗能力、毀傷評估實時性以及毀傷評估標準與規范等方面與美國尚有較大差距。從以上幾方面加強我國毀傷評估能力建設，對加速我國高新武器裝備研發、武器裝備的實戰作戰能力考核，以及我軍精確打擊能力提升等方面都有著積極的促進作用和重大的戰略意義。