CEC協同防空態(tài)勢質量試驗及評估方法研究?

張曦 楊光

（中國人民解放軍91404部隊 秦皇島 066001）

1 引言

美軍在九十年代初提出“協同交戰(zhàn)能力”（Co?operative Engagement Capability，CEC）的概念，該系統(tǒng)是美軍海上航母編隊防空作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)，主要利用編隊內艦載對空傳感器實施協同探測、雷達圖像復合處理和識別，為編隊提供一致的協同防空態(tài)勢，指揮控制艦載對空導彈武器實施防空反導，支持海上艦艇編隊協同防空特別是抗飽和攻擊作戰(zhàn)，是未來水面艦艇編隊防空作戰(zhàn)的核心系統(tǒng)。對于該系統(tǒng)，美軍于2001年2月9日到3月2日分兩個階段開展對于CEC的技術評估［1］。

該系統(tǒng)的核心能力是形成高精度、高質量的空中目標態(tài)勢，為導彈武器提供火控級的空中目標信息。目前，國內已經有部分專家開展了對CEC的技術應用及評估方法研究工作，楊春周等開展了對CEC系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能評估研究［2］，趙彥博等開展了基于ABMS的CEC體系效能評估方法研究［3］，陳鵬等開展了CEC及其與戰(zhàn)術數據鏈的聯合應用研究［4］。但是針對該系統(tǒng)的核心能力即系統(tǒng)態(tài)勢保障能力的評估方法，尚無人開展相關研究。論文針對CEC為海上編隊提供的一致防空態(tài)勢和目標信息質量開展研究，提出切實可行的試驗方法和評估手段，可對未來同類系統(tǒng)的試驗鑒定以及能力評估工作提供參考和支撐。

2 防空態(tài)勢質量分析

CEC是美軍網絡中心戰(zhàn)的核心系統(tǒng)之一，負責對空中威脅目標的探測、決策和打擊，其特點是系統(tǒng)內各平臺自主進行目標分配和打擊。因而，該系統(tǒng)向各平臺提供的空中目標態(tài)勢保持一致、提供實時的目標指示信息，是各平臺對來襲目標進行火力分配和決策打擊的基礎和前提。當各平臺對空中目標態(tài)勢有差別時，會出現各目標分配結果不一致，造成各平臺分配和決策結果不同，導致對部分目標重復攻擊或者未分配武器對其打擊，嚴重制約作戰(zhàn)能力發(fā)揮。同時，當空中目標信息出現不連續(xù)，例如出現批號改變、敵我屬性改變等情況時，會導致各平臺對目標的分配結果持續(xù)變化，影響后續(xù)打擊時效性和準確性；最后，在交戰(zhàn)條件下，敵我雙方必然采取電磁干擾、壓制、欺騙等手段，若CEC系統(tǒng)提供的防空態(tài)勢中產生虛假目標過多，會造成分配決策方案失效、進而導致對武器資源的浪費，影響編隊體系持續(xù)作戰(zhàn)能力。

綜上，將協同防空態(tài)勢的一致性、航跡連續(xù)度（對空中目標跟蹤的連續(xù)性）以及系統(tǒng)虛情率等三個指標共同作為協同防空態(tài)勢的評價標準，在此統(tǒng)稱為系統(tǒng)防空態(tài)勢質量。三個指標中，航跡連續(xù)度和虛情率是對多平臺信息支撐條件下單平臺態(tài)勢的約束條件和考核重點，在航跡連續(xù)度和虛情率能夠滿足要求的基礎上，協同防空態(tài)勢一致性是對全系統(tǒng)目標態(tài)勢的統(tǒng)一約束，是多平臺協同作戰(zhàn)的基礎保障。因此，在試驗及評估過程中，應當按照從設備到系統(tǒng)，從單平臺到多平臺的順序進行，先考核各平臺航跡連續(xù)度和虛情率是否滿足系統(tǒng)指標及作戰(zhàn)使用要求，然后進行全系統(tǒng)多平臺協同防空態(tài)勢一致性考核。

3 防空態(tài)勢質量試驗及評估方法

3.1 航跡連續(xù)度指標定義及分析

航跡連續(xù)度可定義為：多平臺傳感器對某個或某一部分真實目標進行探測，在CEC系統(tǒng)內某一平臺進行探測信息融合后，某一特定長度時間段內對探測目標批號信息變化的平均值。從指標定義分析，就是多信息源融合條件下，單平臺對空中目標批號信息的變化程度。試驗過程中，想要確定該指標定量考核方法，則需要確定兩個因素：一是確定其批號變化的考核時間長度，另一個是真實航跡數量。同時要考慮在目標進入雷達探測區(qū)域邊緣時，由于發(fā)現概率低、跟蹤不穩(wěn)定等因素，導致批號頻繁更換。因此將目標進入雷達探測范圍邊緣附近的批號變化情況，進行相關處理后，納入航跡連續(xù)度，也是要考慮的因素之一。

航跡連續(xù)度指標本身對協同防空態(tài)勢的人工觀察影響有限，但由于CEC系統(tǒng)是主要采取自主的方式對空中目標進行決策分配和打擊，因此目標批號的更改造成影響主要有兩個方面：一是輔助決策軟件或指揮員對其分配武器通道后，批號更改帶來的影響；二是對空導彈武器發(fā)射后，目標批號改變對導彈帶來的影響。在艦空導彈發(fā)射前，目標批號更改會造成目標指示數據中斷，不滿足武器發(fā)射條件，導致武器無法發(fā)射，CEC系統(tǒng)對該目標的武器通道進行重新分配；在艦空導彈武器發(fā)射后，以美軍“海麻雀”和“海拉姆”導彈為例，目標批號改變導致目指數據中斷后，導彈仍按照目標航跡外推進行被動尋的或雷達主動尋的，有一定概率仍能捕捉到目標并完成最終攔截；對于“宙斯盾”系統(tǒng)裝備的“標準”II型導彈武器，在其升空后至末制導雷達開機前，由艦載或機載平臺為其提供目標信息，此時對空目標批號改變后有可能導致目指數據中斷，由于其射程較遠，此時若空中目標進行機動，則存在無法命中目標的可能。因此，目標批號改變帶來的作戰(zhàn)影響是從分配武器通道開始，至導彈武器命中目標結束。因此在確定批號變化的考核時間長度時，那么將分配武器通道至導彈完成攻擊這段長達數十秒甚至數百秒的時間作為考核“其批號變化的時間長度”是合理可行的。另外經過分析可知，考核批號變化的時間段越長，則期間內目標內發(fā)生批號改變的可能性越大，因此，針對不同導彈的速度、射程、彈道等技術參數不同，應該以艦空導彈武器自目標分配完成至其抵達攻擊遠界的時間節(jié)點，作為考核時長較為合適。

對于試驗評估的航跡數量，可根據艦載警戒探測設備能力、不同任務下的威脅態(tài)勢等因素，設置多種試驗用例，搭建相應環(huán)境開展試驗。

3.2 航跡連續(xù)度試驗設計及評估

由于系統(tǒng)對樣本量需求較大，可以借助仿真環(huán)境，構建不同樣式下的空中威脅態(tài)勢，將試驗中每次空中兵力的批號變化進行統(tǒng)計，最終作為航跡連續(xù)度的試驗數據。同時對于試驗樣本量，滿足相關指標高一數量級要求，或參考目前最大作戰(zhàn)樣式即美軍飽和攻擊樣式，也是合理可行的。此指標作為影響系統(tǒng)核心能力的指標之一，未來將直接影響系統(tǒng)甚至編隊防空效能，在仿真試驗的基礎上，以實際進行驗證，能夠達到檢驗裝備的目的，也能夠避免仿真試驗方法說服力不強的問題［5］。

試驗數據處理方法為

其中：Mitj為在第i次試驗中，第j個時間段內真實目標數量；Nitj為在第i次試驗中，第j個時間段內目標航跡數量；k為試驗次數；Ti為第i次試驗中的時間段個數。

3.3 虛情率指標定義及分析

指標可定義為作戰(zhàn)全過程中，系統(tǒng)對空中目標探測出現虛假目標的數量或比例。本指標主要是CEC系統(tǒng)在收集多平臺探測信息后，即使前端部分傳感器收到干擾等影響后，系統(tǒng)借助未被干擾的傳感器保持防空態(tài)勢對真實目標的反映能力，從另一個角度可以說是系統(tǒng)的抗干擾能力。這里要明確的一點是：CEC系統(tǒng)虛情率與指控系統(tǒng)由于軟件處理模型、硬件處理能力等原因造成的虛情有本質的區(qū)別。單艦指控系統(tǒng)的虛情率一般指標較低，多為10-2數量級，對于干擾條件下的CEC系統(tǒng)虛情率可適當放寬考核要求，具體指標要求應當結合組成CEC系統(tǒng)的艦艇平臺裝備火力、導彈性能等因素進行統(tǒng)一衡量。本文僅對虛情率指標的試驗評估方法進行研究。

3.4 虛情率指標試驗設計及評估

本指標測試關鍵試驗需求為具備模擬對抗條件下對虛假目標模擬能力雷達模擬器或外平臺模擬器。

指標測試環(huán)境搭建方法如圖1所示。

圖1 指標測試環(huán)境搭建方法

在測試時，應當考慮目標進行機動、交叉、重疊等戰(zhàn)術機動情況，以達到充分考核系統(tǒng)能力的目的。

由于虛情率指標主要是影響CEC對空中目標分配結果，所以評定虛情率指標時，應當將試驗數據定義為參與決策的實際目標數量來考慮［6］。同時，在試驗過程中，將參與決策的目標，按照武器毀傷概率進行消除或進入二次打擊分配通道。評估方法如下：

式中：pm為CEC虛情率；k為試驗次數；Ni為第次試驗中進行決策分配的虛假目標數量；Mi為第次試驗中，真實目標數量。

3.5 態(tài)勢一致性指標定義及分析

指標可定義為一定時間內，各平臺協同防空態(tài)勢中目標影響決策分配的信息一致性比率。從指標定義分析，這個指標主要考察的是系統(tǒng)內各平臺在一定時間內，各協同防空平臺所生產的態(tài)勢一致性比率。態(tài)勢作為指控系統(tǒng)上顯信息，主要目的是為指揮員決策服務，其使用者也是編隊指揮員或防空協調官。在CEC系統(tǒng)中，防空態(tài)勢作為系統(tǒng)自主決策和打擊的依據，其影響目標決策的信息主要有批號、屬性和類別等三項。同時，應當考慮各平臺間，同一目標批號的目標位置偏差必須在各平臺處理時延、探測信息傳輸時延、導航誤差引起的坐標轉換誤差等因素影響范圍之內［7］。

作為一個定量指標，試驗過程中需要控制的變量有：一是考察時長，二是平臺數量。某一時間段內，各平臺防空態(tài)勢中對于某指定目標的三項信息存在動態(tài)變化可能，而CEC系統(tǒng)對于目標的分配和決策是依據目標建立航跡瞬間或進入協同防空范圍瞬間的態(tài)勢。因而對于各平臺協同防空態(tài)勢一致性的考察時長不能過長，甚至只能是一個時間點。對于“平臺數量”，在單平臺融合處理模型和處理能力相差不大的前提下，系統(tǒng)平臺數量越多，則平臺間協同防空態(tài)勢中不一致的可能性越大，同時考慮到系統(tǒng)需要借助數據鏈設備來共享各平臺的探測信息，因而考慮數據鏈傳輸時延以及中繼傳輸問題后，平臺數量增加帶來的原始探測數據在各平臺間到達時間延長，會嚴重影響各平臺的協同防空態(tài)勢一致性。

綜上分析，將“觀測時間”確定為新出現目標態(tài)勢形成時刻或有目標進入協同防空決策范圍時刻為宜，同時應當考慮信息傳輸時延等因素，各平臺錄取試驗數據時適當延長錄取時刻。平臺數量的確定則有兩種情況：在實際條件下，將每次試驗中各平臺的協同防空態(tài)勢進行一致性統(tǒng)計；在仿真條件下，可以任意設置平臺數量進行防空態(tài)勢一致性統(tǒng)計，但此時無法引入通信裝備的傳輸過程中由于丟包、誤碼、傳輸時延等因素帶來的影響。

3.6 態(tài)勢一致性指標試驗數據采集要求及評估方法

各平臺防空態(tài)勢數據采集過程中，要求采集信息有目標時戳信息、批號、屬性、類別和位置信息等內容，同時應當采集各平臺導航信息、位置真值等信息，作為不同平臺目標信息進行相關處理的依據。

以兩個平臺間的態(tài)勢一致性為例，一致性數據處理方法如下：

式中：P為態(tài)勢一致性；M1為平臺1態(tài)勢中，批號、屬性、類別任一參數與真實不同的個數；M2為平臺2態(tài)勢中，批號、屬性、類別任一參數與真實不同的個數；G為兩個平臺中，批號、屬性、類別等參數一致，但位置信息無法關聯的目標個數。M為真實目標個數。

G的計算方式如下：

式中：σp1、σp2為平臺1、2導航實際誤差；σR1、σR2為平臺1、2探測信息融合精度。

4 結語

針對美軍CEC在對空協同作戰(zhàn)過程中的防空態(tài)勢評估需求，本文重點針對CEC防空態(tài)勢的應用級對作戰(zhàn)效果的影響進行分析，提出了防空態(tài)勢質量的概念，對防空質量概念下三個核心指標的定義進行了描述，分析了指標含義，最后從試驗角度提出了數據錄取要求和數據處理方法。本文研究內容未來可擴展至高協同度的海上跨平臺的信息保障系統(tǒng)，對類似系統(tǒng)的研制和試驗具有一定的借鑒意義。