姚忠山 ，趙亞明 ，王 華

（1.海軍大連艦艇學(xué)院，大連116018 ；2.海軍航空工程學(xué)院，煙臺(tái)264001）

0 引 言

作戰(zhàn)效能評(píng)估是武器系統(tǒng)分析的一項(xiàng)重要內(nèi)容，結(jié)合特定的環(huán)境條件對(duì)武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能進(jìn)行分析，可以為武器裝備戰(zhàn)術(shù)使用和技術(shù)改造論證提供定量分析依據(jù)，也是確定武器系統(tǒng)作戰(zhàn)使用的重要依據(jù)。

艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)作為保障海軍水面艦艇作戰(zhàn)的重要“軟”武器系統(tǒng)，它的作戰(zhàn)效能發(fā)揮對(duì)整個(gè)作戰(zhàn)過程至關(guān)重要，而它的使用與性能發(fā)揮都以自然的海洋大氣環(huán)境為介質(zhì)，從而特殊的海洋環(huán)境必定對(duì)其產(chǎn)生影響。例如較為普遍存在的大氣波導(dǎo)環(huán)境，就對(duì)艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)的影響非常大，故在對(duì)其作戰(zhàn)效能評(píng)估中不得不考慮外在的環(huán)境信息。本文在傳統(tǒng)ADC 作戰(zhàn)效能評(píng)估模型基礎(chǔ)上，加入環(huán)境條件，建立艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估模型和評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用算例對(duì)有無大氣波導(dǎo)條件下艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能進(jìn)行對(duì)比。

1 環(huán)境條件對(duì)艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)影響

海洋大氣環(huán)境對(duì)艦艇通信對(duì)抗系統(tǒng)的影響，主要是由大氣異常環(huán)境對(duì)通信對(duì)抗裝備所發(fā)射電磁波傳播的影響而引起的，例如典型的大氣波導(dǎo)環(huán)境，可使在其內(nèi)部傳播的電磁波出現(xiàn)超折射，實(shí)現(xiàn)超視距傳播；而不常出現(xiàn)的負(fù)折射環(huán)境，卻可以使電磁波發(fā)生次折射或欠折射，從而縮短電磁波傳播距離。

我國近海大氣波導(dǎo)出現(xiàn)頻繁，是影響艦載通信對(duì)抗裝備最為顯著的異常環(huán)境條件，在此將其作為主要對(duì)象加以分析。大氣波導(dǎo)根據(jù)形成機(jī)制不同，可分為：蒸發(fā)波導(dǎo)、表面波導(dǎo)和抬升波導(dǎo)。蒸發(fā)波導(dǎo)出現(xiàn)概率較高，但對(duì)通信頻段的電磁波傳播影響有限；抬升波導(dǎo)由于存在高度較高，對(duì)艦載武器幾乎沒有影響；所以在艦艇通信對(duì)抗中主要是考慮表面波導(dǎo)的影響。

現(xiàn)實(shí)中多數(shù)存在的大氣環(huán)境，由于電磁波在其中傳播的損失過大，使得通信對(duì)抗裝備的發(fā)射機(jī)和干擾機(jī)的作用范圍都受到限制，艦艇無法在大范圍、遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)通信對(duì)抗；而當(dāng)存在表面波導(dǎo)時(shí)，受電磁波陷獲折射傳播影響，艦載通信對(duì)抗裝備作用范圍將發(fā)生較大變化，從而造成艦艇通信對(duì)抗特征明顯改變。具體而言：若無干擾機(jī)實(shí)施干擾時(shí)，通信接收機(jī)的有效配置區(qū)將遠(yuǎn)大于正常大氣條件，即接收機(jī)的有效通信范圍增大；若存在干擾機(jī)對(duì)通信接收機(jī)進(jìn)行干擾時(shí)，則通信接收機(jī)有效配置區(qū)相對(duì)減小，但受電波陷獲折射影響的還有干擾信號(hào)，干擾機(jī)的干擾壓制區(qū)與正常大氣狀況下相比也有所增大。

如圖1 所示：左、右圖分別為標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境和大氣波導(dǎo)環(huán)境2 種條件下的艦載通信對(duì)抗裝備受到干擾機(jī)干擾時(shí)艦艇的有效配置區(qū)和受壓制區(qū)范圍，對(duì)比可知，在大氣波導(dǎo)異常環(huán)境條件下，艦艇通信對(duì)抗的范圍和干擾壓制效果都相對(duì)更明顯。對(duì)其影響的考慮和分析，為有效客觀地評(píng)價(jià)艦艇通信對(duì)抗系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能提供了有利的依據(jù)。

圖1 不同環(huán)境條件下艦載通信對(duì)抗效果示意圖

2 艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能分析體系

ADC 模型是美國工業(yè)界武器系統(tǒng)效能咨詢委員會(huì)提出的武器系統(tǒng)效能評(píng)估模型，目前在武器系統(tǒng)效能分析方面得到普遍承認(rèn)和應(yīng)用。該模型把系統(tǒng)效能E 定義為可用性（Availability）、可信性（Dependability）、能力（Capability）的函數(shù)，即：

式中：A為系統(tǒng)可用性向量；D為系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)可信性矩陣；C 為系統(tǒng)的能力向量。

ADC 模型作為評(píng)估武器系統(tǒng)的一種傳統(tǒng)方法，能有效刻畫出武器系統(tǒng)在作戰(zhàn)使用不同階段的能力；但在以往使用中忽視了特定的作戰(zhàn)環(huán)境，沒有考慮環(huán)境因素對(duì)武器系統(tǒng)造成的影響。根據(jù)艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)使用過程，一定大氣環(huán)境條件下，艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能可以通過可攻性、可用性、可靠性和固有作戰(zhàn)能力4 個(gè)方面來描述?？晒バ灾概炤d通信對(duì)抗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通信偵察和通信干擾的可能性，可用性指艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)處于不同狀態(tài)的概率，可靠性指艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)在作戰(zhàn)過程中狀態(tài)可能發(fā)生變化的度量，固有作戰(zhàn)能力是艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)在不同狀態(tài)下具備的作戰(zhàn)能力。根據(jù)這4 個(gè)方面構(gòu)造大環(huán)境條件下艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系，如圖2 所示。

通常來講，艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)主要由通信系統(tǒng)、通信偵察系統(tǒng)和通信干擾系統(tǒng)構(gòu)成，另外本文還考慮了參戰(zhàn)人員和大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備，并將其分別列為一個(gè)分系統(tǒng)。

3 艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估模型

在傳統(tǒng)ADC 評(píng)估模型的基礎(chǔ)上，考慮大氣環(huán)境條件，建立改進(jìn)的QADC 模型，其作戰(zhàn)效能為：

式中：Q為大氣環(huán)境條件下艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信和干擾的可能性；A 為艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)的可用度，A＝［a1，a2，…，am］；D 為n×n 階艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣［dij］n×n，dij為艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)在執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)過程中由i狀態(tài)轉(zhuǎn)變到j(luò)狀態(tài)的概率；C 為艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)在不同狀態(tài)下對(duì)指定目標(biāo)的作戰(zhàn)能力向量。

圖2 艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系

3.1 確定可攻性向量

考慮大氣環(huán)境信息及目標(biāo)可能存在的機(jī)動(dòng)和對(duì)抗，艦載通信對(duì)抗裝備發(fā)射的電磁波能夠成功實(shí)施對(duì)抗概率確定如下：

式中：P0為大氣環(huán)境及艦載通信裝備和干擾裝備發(fā)射電磁波的傳播機(jī)制概率；Pr為電磁波傳播到對(duì)抗區(qū)域能達(dá)到實(shí)施通信壓制所需能量要求的概率。

分析可知，P0受制于大氣環(huán)境、通信裝備和干擾裝備發(fā)射電磁波的傳播條件，分為有大氣波導(dǎo)時(shí)采用陷獲傳播機(jī)制概率，無大氣波導(dǎo)時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)傳播機(jī)制概率；而電磁波傳播到對(duì)抗區(qū)域達(dá)成的通信壓制概率Pr，則決定于大氣環(huán)境、電磁波頻率、功率及目標(biāo)性能等，實(shí)際作戰(zhàn)中雙方艦艇的戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用也對(duì)成功通信和壓制概率具有一定影響，當(dāng)大氣波導(dǎo)出現(xiàn)時(shí)主要考慮其波導(dǎo)的強(qiáng)度。

3.2 確定可用性向量

艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)組成復(fù)雜，其可用度由組成各分系統(tǒng)的質(zhì)量和維修保養(yǎng)情況確定，可將其看作由各分系統(tǒng)組成的基本串聯(lián)系統(tǒng)。在作戰(zhàn)過程中可認(rèn)為只有2 種狀態(tài)：正常或故障。因此，可用性向量中便只有2 項(xiàng)，即：

式中：tMTBFi為第i 個(gè)分系統(tǒng)的平均無故障工作時(shí)間；tMTTRi為第i 個(gè)分系統(tǒng)的平均故障修復(fù)時(shí)間；tMLDTi為第i 個(gè)分系統(tǒng)的平均后勤延誤時(shí)間；i 為艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)分系統(tǒng)個(gè)數(shù)。

3.3 確定可信性矩陣

在已知系統(tǒng)開始工作的狀態(tài)后，可信性矩陣便給出了系統(tǒng)在作戰(zhàn)期間狀態(tài)的可能變化。對(duì)于艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)，現(xiàn)作如下假設(shè)：

（1）組成系統(tǒng)各部件的故障分布及修理時(shí)間分布均服從指數(shù)分布；

（2）出故障的部件修復(fù)后，其故障出現(xiàn)分布及修理時(shí)間分布均服從指數(shù)分布；

（3）任何時(shí)刻，只有一個(gè)部件出故障或被修復(fù)；據(jù)以上假設(shè)，其可信性矩陣為：

式中：d11為原來正常、作戰(zhàn)期間正常的概率；d12為原來正常、作戰(zhàn)期間故障的概率；d21為原來故障、作戰(zhàn)期間正常的概率；d22為原來故障、作戰(zhàn)期間故障的概率。

假設(shè)武器系統(tǒng)的故障率為λ，修復(fù)率為μ，考慮到作戰(zhàn)過程的激烈性和瞬間性，在此認(rèn)為系統(tǒng)在作戰(zhàn)過程中認(rèn)為是不可修復(fù)的，因此μ＝0，則：

3.4 能力向量的確定

能力向量是指艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)在不同狀態(tài)下完成任務(wù)的能力，其確定方法如下：

式中：c1為系統(tǒng)正常時(shí)完成作戰(zhàn)任務(wù)的概率，是其作戰(zhàn)能力的綜合體現(xiàn)；c2為系統(tǒng)故障時(shí)完成作戰(zhàn)任務(wù)的概率，顯然c2＝0。

根據(jù)所建立的分析指標(biāo)體系，確定c1如下：

式中：Pfy為系統(tǒng)防御概率，主要指在作戰(zhàn)過程中防御目標(biāo)打擊和干擾概率，此概率是多個(gè)條件下的綜合條件概率；Ptx為系統(tǒng)偵察概率，是指艦載通信系統(tǒng)正常工作時(shí)能夠準(zhǔn)確實(shí)施偵察的概率，其大小主要取決于通信系統(tǒng)裝備的可靠性及外部條件，顯然它也是一個(gè)條件概率；Pyz為系統(tǒng)壓制概率，主要考慮的是艦載通信干擾裝備正常工作時(shí)對(duì)目標(biāo)通信系統(tǒng)的壓制概率，它取決于人員訓(xùn)練水平、裝備性能和目標(biāo)情況。

在計(jì)算艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的過程中，以上幾個(gè)方面的能力各有側(cè)重，比較全面地考慮了其在作戰(zhàn)過程中的各個(gè)行為，而不再局限于艦載通信對(duì)抗裝備和目標(biāo)本身。

4 不同環(huán)境條件下作戰(zhàn)效能對(duì)比分析

下面將環(huán)境條件分為無大氣波導(dǎo)的正常環(huán)境和有大氣波導(dǎo)的異常環(huán)境2 種情況，以模擬的艦載通信對(duì)抗裝備為例，結(jié)合雙方的對(duì)抗條件及設(shè)定的參數(shù)（見表1 和表2 ），利用QADC 模型對(duì)其作戰(zhàn)效能進(jìn)行計(jì)算。

表1 艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)可用性指標(biāo)參數(shù)

表2 不同大氣環(huán)境條件下艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)參數(shù)

需要指出的是，這里假定參戰(zhàn)人員綜合素質(zhì)和訓(xùn)練水平較高，對(duì)其不作考慮；所設(shè)定的艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)參數(shù)也不針對(duì)具體某型艦艇和某型裝備，只作為簡單算例參考指標(biāo)；另外對(duì)算例中各指標(biāo)的分析方法和計(jì)算結(jié)果的真實(shí)準(zhǔn)確性不作討論，只用以說明問題。

在此，通過QADC 模型計(jì)算，可得有大氣波導(dǎo)時(shí)的艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能為0.294 ；無大氣波導(dǎo)時(shí)的艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能為0.202 。對(duì)比以上的簡單算例結(jié)果可知，大氣波導(dǎo)條件下由于電磁波的傳播機(jī)制和傳播特征都發(fā)生了變化，使得艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)的通信對(duì)抗能力和范圍增大，作戰(zhàn)效能得到提高。

5 結(jié)束語

本文綜合分析了整個(gè)艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)及其作戰(zhàn)使用環(huán)境條件，對(duì)艦載通信系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能分析體系進(jìn)行了初步研究，并考慮了環(huán)境條件對(duì)艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)的影響，對(duì)傳統(tǒng)的ADC 武器系統(tǒng)效能評(píng)估模型加以改進(jìn)，利用算例對(duì)不同環(huán)境條件下的艦載通信對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能進(jìn)行了對(duì)比與說明。所得結(jié)論可為武器裝備的設(shè)計(jì)、使用及作戰(zhàn)指揮決策部門提供超前而可靠的輔助決策，同時(shí)對(duì)其它武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的研究具有一定的借鑒意義。

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