張永利，孫治水，陳彩輝，胡燕華

(1.中國電子科技集團公司電子科學(xué)研究院，北京 100041；2.酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，甘肅 酒泉 735000)

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航母艦載機以及巡航導(dǎo)彈威脅評估研究

張永利1，孫治水1，陳彩輝1，胡燕華2

(1.中國電子科技集團公司電子科學(xué)研究院，北京 100041；2.酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，甘肅 酒泉 735000)

基于熵權(quán)-灰色關(guān)聯(lián)投影，結(jié)合美國航母編隊艦載機以及"戰(zhàn)斧"巡航導(dǎo)彈的相關(guān)性能，建立了對美航母編隊艦載機以及"戰(zhàn)斧"巡航導(dǎo)彈威脅評估模型。仿真結(jié)果直觀顯示了航母編隊艦載機及巡航導(dǎo)彈威脅評估指標(biāo)對威脅評估的影響，有助于及時、準(zhǔn)確地推斷敵作戰(zhàn)意圖，形成行之有效的打擊方案并提供理論支撐。

航母編隊艦載機；巡航導(dǎo)彈；威脅評估；灰關(guān)聯(lián)投影

0 引 言

2016年3月1日，以美國海軍“斯坦尼斯號”航空母艦為首的航母戰(zhàn)斗群駛?cè)胛覈虾：Ｓ?，還宣稱要在南海舉行軍事演習(xí)，增加了地區(qū)緊張局勢。我國海軍“北極星”號電子偵察船對其實施全程監(jiān)控。

航母的作戰(zhàn)能力主要由其搭載的艦載機來實現(xiàn)。部署在“斯坦尼斯號”航母上的美國海軍航空兵第九艦載機聯(lián)隊，共計70余架作戰(zhàn)飛機，包括50余架艦載戰(zhàn)斗機，一次出動可打擊上百個目標(biāo)，能夠摧毀敵方作戰(zhàn)飛機、艦艇、潛艇和陸地目標(biāo)等裝備設(shè)施，具有強大的進攻作戰(zhàn)能力[1]。

如何把握和利用空情，將目標(biāo)類型、飛行高度、飛行速度、航路捷徑、隱身性能、機動能力等數(shù)據(jù)參數(shù)和性能綜合考慮，并采用合理的威脅評估方案，對正確判斷敵作戰(zhàn)意圖、為指揮人員快速形成有效的戰(zhàn)術(shù)決策提供理論支持。比較常用的威脅評估方法有多屬性決策法、灰關(guān)聯(lián)法、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法等。由于海戰(zhàn)場情況復(fù)雜，僅采用單一的評估方法對輻射源目標(biāo)進行威脅評估具有一定的局限性。所以視戰(zhàn)場情況靈活應(yīng)用多種方法有助于更加客觀合理地對輻射源目標(biāo)進行威脅評估。如文獻[2]～[4]分別采用基于熵權(quán)-TOPSIS-灰色關(guān)聯(lián)法、組合賦權(quán)-TOPSIS法對輻射源目標(biāo)進行威脅評估。

鑒于經(jīng)典的灰色關(guān)聯(lián)分析法僅反映了比較序列與參考序列曲線的相似與距離程度，未考慮兩者間方向的一致性，使得計算結(jié)果與實際產(chǎn)生一些偏差。模僅能反映比較序列與參考序列距離的大小，夾角余弦僅能反映比較序列與參考序列之間的方向[5]。本文提出利用熵權(quán)-灰色關(guān)聯(lián)投影法，把模和夾角余弦結(jié)合起來，能全面而準(zhǔn)確地反映比較序列與參考序列之間的接近程度；同時，利用信息熵確定指標(biāo)權(quán)重，消除主觀因素影響，對目標(biāo)輻射源進行威脅評估提供一種可借鑒的理論方法。

1 美國航母編隊艦載機及巡航導(dǎo)彈

下面主要參照“斯坦尼斯”號航母，對美國航母編隊艦載機主要機型及“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈進行簡要介紹。

1.1 F-35C

F-35是可服務(wù)于空軍、海軍和海軍陸戰(zhàn)隊的多兵種作戰(zhàn)飛機，其中F-35C是艦載機。其機載有源電掃陣列(AESA)雷達APG-81有豐富的對地/海工作模式(SAR.GMTI/SMTI)，電子系統(tǒng)先進，可以快速形成戰(zhàn)場態(tài)勢，實現(xiàn)對目標(biāo)的精確定位和打擊。F-35定位為隱身戰(zhàn)斗機，其雷達截面積(RCS)約為0.005 2，適時發(fā)射中距空空導(dǎo)彈(AIM-120),命中率可達75%(官方宣稱)[6-7]。圖1為F-35戰(zhàn)斗機。

1.2 F/A-18E/F

2002年11月6日，林肯號航母上部署的F/A-18E/F首次參與實戰(zhàn)行動，使用精確制導(dǎo)彈藥對伊拉克的2套“薩姆”導(dǎo)彈，1個指揮、控制和通信設(shè)施實施打擊。部署在“斯坦尼斯號”航母上的美國海軍航空兵第九艦載機聯(lián)隊，其主力戰(zhàn)機為F/A-18E/F“超級大黃蜂”艦載戰(zhàn)斗機(E為單座型，F(xiàn)為雙座型)，如圖2所示。F/A-18E/F增加了改進型火控雷達和機載電子設(shè)備，可帶多種更先進的攻擊武器。它所裝備的先進前視紅外目標(biāo)引導(dǎo)系統(tǒng)可提供導(dǎo)航、目標(biāo)指示功能，并配備激光目標(biāo)指示器。

1.3 EA-18G

“斯坦尼斯”號航母上的美國海軍航空兵第九艦載機聯(lián)隊VAQ-133“男巫”電子攻擊中隊，裝備6～9架EA-18G“咆哮者”電子攻擊機，如圖3所示。EA-18G“咆哮者”電子干擾飛機采用F/A-18F機身，外掛點多達11個(翼尖2個，機翼下6個，機腹下3個)，除了最多搭載5個AN-ALQ-99F(V)干擾吊艙外，還能攜帶空-空導(dǎo)彈等F/A-18F配置的所有武器，可以滿足包括護航干擾和防區(qū)外攻擊等不同任務(wù)需求[8]。

1.4 艦載預(yù)警機

艦載預(yù)警機在航母編隊作戰(zhàn)體系中有2個重要作用:一是航母編隊低空預(yù)警，作為航母編隊的“鷹眼”;二是對作戰(zhàn)飛機實施指揮控制，作為航母編隊的“空中司令部”[9]。航空母艦戰(zhàn)斗群的戰(zhàn)術(shù)旗艦指揮中心與E-2之間通過數(shù)據(jù)鏈進行信息交換，共同完成預(yù)警及任務(wù)分配等任務(wù)，表現(xiàn)為一種互補、協(xié)調(diào)的指揮關(guān)系。同時，E-2的電子偵察設(shè)備和機載雷達可在復(fù)雜電磁環(huán)境中工作，能抗擊敵電子干擾[10]。

“斯坦尼斯”號航母上的美國海軍航空兵第九艦載機聯(lián)隊VAW-112“黃金老鷹”預(yù)警中隊，裝備4架E-2C“鷹眼”預(yù)警機，如圖4所示。E-2C可探測和判明480 km 遠的敵機威脅，至少能同時自動和連續(xù)跟蹤250個目標(biāo)，還能同時指揮引導(dǎo)己方飛機對其中30個威脅最大的目標(biāo)進行截擊[11]。

1.5 巡航導(dǎo)彈

“斯坦尼斯號”航母的中等距離防空任務(wù)由2艘導(dǎo)彈巡洋艦擔(dān)任，編隊的前出偵察、快速支援、對陸打擊、編隊反潛、護衛(wèi)補給艦等任務(wù)由3艘“阿利·伯克”導(dǎo)彈驅(qū)逐艦來完成，如圖5所示。2艘導(dǎo)彈巡洋艦和3艘導(dǎo)彈驅(qū)逐艦都裝填“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈。

巡航導(dǎo)彈目標(biāo)攻擊過程大致可分為初始段(發(fā)射即發(fā)現(xiàn))、巡航段(突防時發(fā)現(xiàn))和攻擊段(打擊時發(fā)現(xiàn))。其中，超聲速巡航導(dǎo)彈是比彈道導(dǎo)彈更難攔截的目標(biāo)。因此，對于巡航導(dǎo)彈的攔截，為了保證攔截概率，應(yīng)當(dāng)爭取更多的攔截機會[12]。

2 灰色關(guān)聯(lián)投影法

2.1 建立決策矩陣

考慮n個評價方案，記集合U=(方案1，方案2，…，方案n)=(U0，U1，…，Un)；記V為因素指標(biāo)的集合，V=(指標(biāo)1，指標(biāo)2，…，指標(biāo)m)=(V0，V1，…，Vn)。方案Ui對指標(biāo)Vj的指標(biāo)值為Yij(i=1，2，…，n；j=1，2，…,m)。稱Y=(Yij)(n+1)×m(i=0,1，2，…，n；j=1，2，…，m)為方案集U對指標(biāo)集V的決策矩陣。

2.2 初始化處理

對指標(biāo)矩陣進行初始化處理，建立對威脅目標(biāo)各指標(biāo)因素Vj的隸屬函數(shù)：

(1) 當(dāng)Vj為效益型指標(biāo)時

指標(biāo)因素Vj越大，目標(biāo)威脅度越大，則Vj采用的隸屬函數(shù)為:

(1)

(2) 當(dāng)Vj為成本型指標(biāo)時

指標(biāo)因素Vj越小，目標(biāo)威脅度越大，則Vj采用的隸屬函數(shù)為:

(2)

2.3 確定灰色關(guān)聯(lián)決策矩陣

威脅源與理想方案的關(guān)聯(lián)度矩陣：

R=(rij)((n+1)×m)

(3)

(4)

式中：λ為分辨系數(shù)，用于調(diào)整比較環(huán)境的大小，λ=0時，環(huán)境消失；λ=1時，環(huán)境保持不變，通常取λ=0.5。

威脅評估是由m個因素指標(biāo)確定，進行多目標(biāo)決策，比較各威脅源與理想優(yōu)先項的關(guān)聯(lián)度。其中r01=r02=r0m=1。

由于決策方案中各個評價指標(biāo)之間的重要性不同，在加權(quán)向量W=(ω1,ω2,…，ωm)T的作用下增廣型加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)決策矩陣為：

(5)

2.4 灰色關(guān)聯(lián)投影

將每個決策方案看成1個行向量，則稱每個決策方案與理想方案之間的夾角θi為灰色關(guān)聯(lián)投影角,投影角的方向余弦為：

(6)

灰色關(guān)聯(lián)投影權(quán)值為：

(7)

得灰色關(guān)聯(lián)投影值為：

(8)

2.5 優(yōu)選方案的選擇

根據(jù)上式計算各方案的灰色關(guān)聯(lián)投影值，由投影值的大小，對威脅源進行排序。投影值越大，目標(biāo)的威脅程度越高。

3 威脅評估實例

3.1 構(gòu)造輻射源決策矩陣

現(xiàn)有5批威脅源(包含艦載機和巡航導(dǎo)彈)從航母戰(zhàn)斗群起飛。將威脅源依據(jù)目標(biāo)類型、距離、高度、速度、航路捷徑、雷達散射截面積(RCS)構(gòu)成評估指標(biāo)體系。輻射源平臺類型不同，威脅程度也不同，威脅源類型為定性指標(biāo)，具有模糊集特征，利用專家打分法確定輻射源平臺類型屬性值：

(9)

威脅源屬性矩陣為Y=(yij)m×n，yij為第i架敵機的第j個屬性,威脅屬性值如表1所示。

表1 輻射源屬性值

3.2 初始化無量綱處理

3.3 確定灰色關(guān)聯(lián)決策矩陣

由于決策方案中各個評價指標(biāo)之間的重要性不同，根據(jù)熵權(quán)法得到加權(quán)向量：W=(w1,w2,…，w6)T=(0.138 7 0.100 5 0.326 3 0.115 1 0.113 9 0.205 5)。

表2 目標(biāo)隸屬度

由式(5)得增廣型加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)決策矩陣：

3.4 灰色關(guān)聯(lián)投影

由式(4)得到灰色關(guān)聯(lián)投影值為：

(0.921 7 0.907 3 0.618 9 0.527 1 0.418 7)

3.5 威脅評估仿真結(jié)果分析

根據(jù)上式計算各方案的灰色關(guān)聯(lián)投影值，投影值越大，目標(biāo)的威脅程度越高，目標(biāo)的威脅程度見表 3。

表 3 目標(biāo)威脅度

結(jié)果表明，戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈AGM-109B雖然在速度上相比F-35、F/A-18E/F、EA-18G要慢，但是由于其飛行高度低，而且具有極好的隱身性能，所以其威脅程度最高。目標(biāo)威脅評估仿真如圖6所示。

4 結(jié)束語

本文基于熵權(quán)-灰色關(guān)聯(lián)投影法建立威脅評估模型，結(jié)合美國航母編隊艦載機及戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈相關(guān)性能對輻射源目標(biāo)進行威脅評估，并利用Matlab進行仿真分析。仿真結(jié)果表明，目標(biāo)速度、高度、隱身性等威脅評估指標(biāo)對威脅程度有不同程度的影響。所以提高系統(tǒng)探測能力，采用合理的威脅評估方法，對于正確判斷威脅目標(biāo)意圖，快速準(zhǔn)確形成針對目標(biāo)的火力分配方案，具有重要意義。

[1] 安東.闖入南海的美航母編隊[J].兵工科技,2016(7):6-10.

[2] 張永利，計文平，劉楠楠.基于熵權(quán)-TOPSIS-灰色關(guān)聯(lián)的目標(biāo)威脅評估研究[J].現(xiàn)代防御技術(shù),2016,44(1):72-78.

[3] 郝英好，張永利，雷川，等.基于組合賦權(quán)-TOPSIS法的空中目標(biāo)威脅評估仿真[J].戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù),2015(5):103-108.

[4] 張永利,劉春旭.基于Vague集TOPSIS法的防空戰(zhàn)場信息感知系統(tǒng)效能評估[J].中國電子科學(xué)研究院學(xué)報,2013,8(4):373-376.

[5] 周翔,蔣根謀.基于組合賦權(quán)和改進灰色關(guān)聯(lián)分析法的項目風(fēng)險分析[J].建筑管理現(xiàn)代化,2008,103(6):78-81.

[6] 征惠玲.F-35作戰(zhàn)能力綜述[J].國防科技,2013,34(2):51-54.

[7] 嵩旭.F-35的空戰(zhàn)能力及“云”作戰(zhàn)[J].兵工科技,2016(7):34-38.

[8] 童躍.爭奪電磁空間的利器——美軍電子戰(zhàn)飛機的發(fā)展[J].兵工科技,2015(3):37-40.

[9] 曹晨.艦載預(yù)警機[J].兵器知識,2011,8(1):53-55．

[10]王謙，王建榮，姜耿.美軍戰(zhàn)場空中指揮控制中心：E-2/E-3預(yù)警指控平臺[J].艦船電子工程,2014,34(10):3- 6.

[11]鄭連澤，馬建毅.日本對海預(yù)警偵察能力分析[J].航天電子對抗,2015,31(4):17-21．

[12]齊胤松,劉彬,刑清華，等.信息化條件下巡航導(dǎo)彈探測體系建設(shè)需求淺析[J].飛航導(dǎo)彈,2014(9):53-56.

[13]金朝,劉洪亮,劉道偉.電子防空作戰(zhàn)中雷達對抗目標(biāo)威脅分析與評估[J].火力與指揮控制,2015,40(5):108-111.

Research into The Threat Evaluation of Carrier-borne Aircraft and Cruise Missile

ZHANG Yong-li1,SUN Zhi-shui1,CHEN Cai-hui1,HU Yan-hua2

(1.China Academy of Electronics and Information Technology,CETC,Beijing 100041,China;2.Jiuquan Satellite Launch Center,Jiuquan 735000,China)

Combing with the correlative performance of American carrier formation carrier-borne aircraft and Tomahawk cruise missile,this paper establishes the threat evaluation model of American carrier formation carrier-borne aircraft and Tomahawk cruise missile based on entropy weight-grey relation projection.Simulation results show the effect of threat estimation indexes of carrier formation carrier-borne aircraft and Tomahawk cruise missile on threat evaluation intuitively,which is helpful to deduce enemy's campaign purpose accurately and timely,forms effective strike scheme and provides theoretical foundation.

carrier formation;carrier-borne aircraft;cruise missile；threat evaluation;grey relation projection

2016-11-12

TN918

A

CN32-1413(2017)02-0001-05

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.02.001