基于場景的評價法及其在預警雷達效能評估中的應用

王 煒 傅學慶

(海軍大連艦艇學院 遼寧大連 116000)

0 引言

預警雷達主要使命任務為實施對空警戒偵查、保障引導和兼顧航空管制，其本質是為了發現各種目標并對其坐標、高度、速度等參數進行測量的技術裝置，使用者可以從顯示終端發現目標，獲取目標相關信息，并基于目標特征進一步對目標進行識別、判性[1]。預警雷達的作戰效能集中體現在對目標搜索發現，而處于不同作戰環境下的雷達效能發揮也不盡相同，基于場景的武器系統效能評估法將預警探測過程用“場景”來描述分析，既為預警雷達效能評估提供一種分析工具，也對預警雷達武器效能評估提供了一個具有穩健性的方法支撐。

1 基于場景的武器系統效能評估

1.1 場景的一般分析

對于現代復雜的武器系統往往是多功能的，擔負著多樣任務，尤其是預警探測系統，對于一個目標探測分析往往經過多步驟的信號處理與融合，很難直接分析出其對戰斗行動的影響[2]。而引入“場景”的概念，將為系統整體地評價預警系統作戰應用活動提供了一個統一的標準，為進一步針對性地分析評估提供了關鍵技術支撐。因此用場景的概念描述分析預警探測武器系統效能評估問題是對其作戰應用場合“畫圖”式的描述，預警探測武器系統應用的場景就是指支持其作戰單元完成相應作戰任務的相對獨立的過程片段，這樣的片段具有以下特征[2]：

1)片段是作戰過程中的片段，具有典型特點的邏輯片段而不是簡單的時空片段，突出指揮、控制等相關要素與武器系統之間的相互聯系。

2)選取的場景需要滿足直接應用目標的單一性要求，這里強調的是直接目標，比如預警雷達發現的入侵敵機或引導保障的我機就是單一的。

3)場景能夠直接反映出預警探測系統作戰應用的相關特征，包括其發現目標的模式、判性手段及其應用的效果。

對于預警雷達而言，關鍵在于分析選擇其有哪些具體應用場景。獲取場景思路的方法主要有以下兩種：一是綜合歸納法。主要的方式一是通過對戰勤人員、武器專家的調研明確具體背景下的場景，這樣的思維方式本質是將零碎的數據或者經驗通過搜集-歸納-形成的邏輯鏈條進行提煉，具體實施步驟如圖1[3]所示。

圖1 綜合歸納法流程圖

二是分析演繹法。主要的方式是從可能出現的作戰環境或者可能擔負的戰備任務著手，通過逐漸深入剖析對武器裝備需求，分析提煉典型的場景集合。分析演繹的思路本質在于對“未來”的可能性，通過搜集-作戰分析-場景分析-形成的邏輯鏈條提煉而成的場景，具體過程如圖2所示。

圖2 分析演繹法流程圖

1.2 基于場景的效能評估框架

基于場景的武器系統效能評估框架是系統分析武器系統的實戰任務、構建指標、搜集與處理數據、綜合處理和形成評估結論的整體過程。其框架可以劃分為四個階段，分別是場景分析階段、構建指標階段、數據處理階段及分析評估階段。

場景概念的提出既為武器系統效能評估提供了整體性支撐的概念，也為指標體系的構建提供了理論支持。本文結合預警雷達特點，對評估的關鍵步驟-指標體系構建采用一種基于場景的規范過程，這種規范構建的指標體系具有良好的追溯性和標準化特征。指標體系構框架包括以下兩方面的內容：過程性規范與結果性規范，其中過程性規范可細化為五個步驟，如圖3所示[5]。

圖3 過程性規范

對于每一步過程性規范框架下可得到相對應的結果規范，如表1所示。

表1 結果規范表

具體構建過程為分為5步：

1)第一步應用場景分析：分析場景中預警雷達對目標搜索的具體過程，形成相應的規范描述，在此基礎之上得到第一種規結果規范雷達預警探測概念圖，進一步對預警雷達對戰斗行動的影響作用進行分析，明確雷達性能發揮與各作戰席位之間的相互關系，得到第二種規范結果-雷達預警探測流程圖。

2)第二步提取與確定指標：在第一步的基礎之上，結合空中目標特點以及雷達作戰應用的特點，提煉各種戰斗活動的能力指標，依據雷達武器效能進行分析，確定在某一場景下雷達采用的波段、搜索模式等能力指標，形成第三種規范結果-雷達預警探測能力與目標搜索關系圖。

3)第三步分析指標間關系：以上一步關系圖為基礎，提取雷達對空探測能力指標參數、發現目標能力項及判性效果之間的影響，構建第四類規范結果，也是構建框架的核心-雷達預警探測評估指標體系。

4)第四步評估指標度量標準列表：根據場景下的具體運用，逐項分析各指標的度量標準與度量方法，考察評估指標體系中不同指標，將定性類指標轉化為輕量化，便于方便之后定量評估的實施，形成第五類規范結果-評估指標度量標準列表。

5)第五步評價形成指標說明：在以上四步的基礎上，通過必要的評價與其他方法形成最后一種規范結果-指標說明。對場景下雷達所有能力要素指標、能力項指標以及運用效果指標等給下定義，明確標準。

1.3 基于場景的指標權重計算

考慮到預警雷達應用的場景不同，在進行效能綜合計算時，構建一種將不同指標在不同場景下的非均一化權重的計算模型，既可以克服傳統評估方法如模糊綜合評估和AHP等權重難以確定，主觀性強等不足，又可以避免均一評估掩蓋各指標之間重要程度差異的缺點。

設共考慮預警雷達的N個應用場景，每一個場景之下都有一級指標，當擁有多級指標時候只需依照相應的思路進一步運用即可。

每個評估指標t1,t2,…tm,相互獨立，指標初始常權向量W=(w1,w2,…,wm)，狀態向量X=(x1,x2,…xm)。根據作戰實際需要將分成n組，其中各組之間無相同的指標。若第j組含有tj1,tj2…,tjqj共qj個指標，則利用指標狀態的合成將他們合成新的指標

相互獨立。再將指標Tj的狀態值yj綜合考慮作為其下層因素tj1,tj2…,tjqj的決策值，此時指標狀態向量Xj=(xj1,xj2,…xjpj)，假設常權向量Aj=(aj1,aj2…,ajqj)。構造狀態變權向量S(j)(xj1,xj2,…xjqj)=(Sj1(xj1,xj2,…,xjqj),…,Sjqj(xj1,xj2,…xjqj))采用變權綜合則有

最后對Y=(y1,y2,…yn)做變權綜合[5]。設A=(a1,a2…,an)為T1,T2,…Tn的常權向量，構建狀態變權向量。

S(y1,y2,…yn)=(S(y1,y2,…yn),…,

Sn(y1,y2,…,yn))

得綜合指標

其中變權

aj(y1,y2,…yn)=ajSj(y1,y2,…,yn)/

2 在預警雷達中的效能評估

下面以在不同作戰環境中的預警雷達為背景，運用場景變權評估模型，評估分析不同作戰平臺中預警雷達的效能發揮。

2.1 應用背景及分析

在現代戰爭中，預警雷達能夠對特定區域進行不間斷的偵查監視，從混雜各種干擾的信息中篩選出有用的目標信息，為我方進攻防御提供可靠的情報，其基本作戰場景可分為發現空中目標、測定空中目標、空情融合上報等幾個階段，不同作戰平臺雷達的作戰場景也表現出不同的特點。其中岸基雷達以高山、海島或其他遮蔽物較少的地點為平臺，戰場環境相對穩定，能夠與上級及友鄰單位建立較為可靠的有線或無線聯絡，抗干擾能力強，探測范圍廣，情報實時性好；艦載雷達以艦船為平臺，戰場環境受海況影響較大，能夠在編隊內部建立較為穩定的無線聯絡，抗干擾能力較弱，探測范圍較小，情報實時性較好；機載雷達以飛機為平臺，戰場環境極不穩定，受空情影響較大，在一定范圍內與上級建立無線聯系，抗干擾能力較弱，探測范圍較大，情報實時性較差[6]。

根據預警雷達基本作戰過程及搭載平臺，分析對雷達信息處理過程中主要影響因素，歸納總結出不同作戰環境中預警雷達應用場景分類，形成常見的應用場景集合，如表2所示。

表2 預警雷達作戰應用場景集

2.2 不同環境下預警雷達效能評估

理論上，在上述場景分析的基礎之上明確雷達的指標結構，利用基于場景的評估框架進行效能評估，可以對不同作戰環境下的預警雷達探測效能發揮進行綜合計算對比。接下來分別針對不同搭載平臺，分析給定預警雷達在三個場景中不同指標的初始權重，得出相應的場景與評估指標。進一步結合不同平臺中雷達戰術使用特點及作戰環境影響，可以得出岸基雷達、艦載雷達與機載雷達能力方案。

由于無論處于種戰場環境中都不應該出現較大偏差，因此采用懲罰性變權，分別取值T1-T6,與表3中一級指標相對應，如表4所示，根據場景變權計算公式為[7]

表3 預警探測系統應用場景與評估指標

表4 預警雷達能力方案

將相關數據代入可得：E1(X)=0.524，E2(X)=0.458,E3(X)=0.432。

因此可見，預警雷達探測能力總體效能發揮岸基雷達最優，其次是艦載雷達，機載雷達總體效能最低。實際作戰運用中，岸基雷達電磁環境相對穩定、抗干擾手段固定，與上級和友鄰單位通信方式多樣，因此其效能發揮相對其他作戰環境中的雷達較好。而艦載雷達編隊內通信聯絡穩定，對外與機載雷達相似，距離指揮中心越遠，情報聯絡實時性、抗干擾能力逐步下降。機載雷達最大的優勢在于機動性，在一定程度上彌補了探測距離上的劣勢，但是其探測能力受氣象環境影響明顯，效能發揮具有相當程度的不穩定性。