李 濤,劉進忙

(空軍工程大學防空反導學院,西安 710051)

考慮目標攻擊信號的一種變權(quán)威脅評估方法

李 濤,劉進忙

(空軍工程大學防空反導學院,西安 710051)

針對現(xiàn)有目標威脅評估方法普遍利用常權(quán)評估,且忽略目標攻擊信號而導致評估結(jié)果出現(xiàn)不合理情況的問題,提出了一種考慮目標攻擊信號的變權(quán)威脅評估方法。在分層建立目標威脅評估體系的基礎(chǔ)上,基于變權(quán)理論,考慮權(quán)值與各因素之間的關(guān)系以及目標攻擊信號對權(quán)值的影響,引入變權(quán)因子,使權(quán)值根據(jù)各因素和戰(zhàn)場實際的變化動態(tài)調(diào)整。仿真結(jié)果表明:所設(shè)計的威脅評估方法杜絕了不合理評價結(jié)果的發(fā)生,更加切合戰(zhàn)場實際。

威脅評估;目標攻擊信號;變權(quán)因子

0 引言

未來防空反導作戰(zhàn)環(huán)境愈加復雜,防空系統(tǒng)面臨來自不同方向,不同層次的大規(guī)模襲擊。科學的分析和研究空中目標威脅是防空作戰(zhàn)指揮的重要環(huán)節(jié),決定了后續(xù)作戰(zhàn)環(huán)節(jié)的有效進行,也是對我方防空兵力進行正確部署、增強抗擊效果和完成各種防空任務(wù)的前提。過高估計目標的威脅,會大大增加防空作戰(zhàn)的成本,甚至無法實現(xiàn);相反,過低估計目標的威脅和性能,則構(gòu)建的防空體系無法應(yīng)付敵方空襲。

現(xiàn)有的空襲目標威脅評估方法,大多采用固定權(quán)值的方法[1-2],無論各因素組態(tài)如何,權(quán)系數(shù)都保持不變,這往往會導致不合理的威脅評判結(jié)果[3]。且在現(xiàn)有的目標威脅評估方法中,無論是常權(quán)還是變權(quán),都是簡單的對各因素的隸屬度函數(shù)進行賦權(quán)相加,沒有考慮權(quán)值與各因素之間的關(guān)系[3-9]。同時忽略了目標進入攻擊航路[5]前的強機動所顯現(xiàn)出的強烈的攻擊信號以及這種攻擊信號對威脅評估結(jié)果造成的影響。

曹可勁等[3]利用李洪興提出的變權(quán)模型,通過構(gòu)造均衡函數(shù),實現(xiàn)了變權(quán)目標威脅評估。但這種變權(quán)算法中均衡函數(shù)的構(gòu)造,主要是基于專家對因素權(quán)值變化情況的分析,受到人的主觀影響比較大。徐則中在汪培莊、李洪興等人研究的基礎(chǔ)上,對變權(quán)理論進行了進一步的拓展[10]:引入一個變權(quán)因子,構(gòu)造變權(quán)公式,從而實現(xiàn)對綜合決策結(jié)果的均衡性或激勵性偏好要求。

文中在變權(quán)理論[10-11]的基礎(chǔ)上,引入變權(quán)因子,考慮權(quán)值與各因素之間的關(guān)系和目標的攻擊信號,提出了一種考慮目標攻擊信號的變權(quán)威脅評估方法,使得目標威脅評估中各層次各因素的權(quán)重隨著戰(zhàn)場態(tài)勢不斷發(fā)生變化,更好的反映戰(zhàn)場的真實情況。

1 威脅評估體系及隸屬度函數(shù)

將目標威脅因素按作戰(zhàn)能力和攻擊意圖分為兩個方面,并考慮目標的進攻信號,得到如圖1所示的目標威脅評估體系。

圖1 目標威脅評估體系

1.1 目標作戰(zhàn)能力

1)目標類型。空中目標類型不同,其功能和戰(zhàn)術(shù)特性也有區(qū)別,對我方要地的威脅程度也不同。從作戰(zhàn)能力的角度對不同類型目標的威脅度進行分類[2],得到如表1所示的結(jié)果。

表1 目標類型威脅度量化值

2)速度。不同威脅目標在各自速度范圍內(nèi)的速度越快,作戰(zhàn)能力越強,突破我方防御的可能性就越高,就越有可能對我方造成威脅。一般認為目標速度與目標威脅程度呈線性增函數(shù)關(guān)系。

(1)

式中,vmin、vmax為各類目標的最小速度和最大速度。

3)電子干擾能力。釋放電子干擾是敵空襲突擊典型的對抗手段之一。從近期幾次局部戰(zhàn)爭來看,空襲兵器往往通過釋放干擾來提高自身的突防能力。因此,空襲目標電子干擾能力也是衡量其作戰(zhàn)能力的重要指標,其值可按表2選取[12]。

表2 干擾能力的威脅量化值

1.2 目標攻擊意圖

1)飛行高度。飛行高度越低,目標被發(fā)現(xiàn)的概率越低。現(xiàn)代空襲兵器經(jīng)常采用低空突防的方式實施打擊,因此,目標的飛行高度可以一定程度反映出敵方的攻擊意圖。飛行高度的攻擊意圖隸屬度函數(shù)[12]可用偏小型降半正態(tài)分布函數(shù)表示。

(2)

式中:β1為1 km;k1為對應(yīng)的衰減參數(shù),它反映了目標的攻擊意圖變化趨勢和范圍,根據(jù)飛行高度對目標攻擊意圖隸屬函數(shù)影響,取k1=1 km-2。

2)剩余時間。威脅目標到達火力單元的發(fā)射近界的剩余時間是衡量目標威脅和攻擊意圖的一個非常重要的因素。剩余時間越短,對我方的威脅越大;目標對不同要地的剩余時間也能反映出目標的攻擊意圖。剩余時間的隸屬度函數(shù)可用偏小型降半正態(tài)分布函數(shù)[12]來表示。

μ5(t)=e-k2t2

(3)

式中k2取4×10-6s-2。

3)航路捷徑。當我方目標在敵方目標的威脅范圍內(nèi)時,航路捷徑越小,威脅度越高,攻擊意圖越明顯,超出目標的攻擊范圍,攻擊意圖可以忽略,可用中間型半正態(tài)分布函數(shù)[12]來描述攻擊意圖,其隸屬度函數(shù)為:

μ6(P)=e-k3P2

(4)

式中:P為航路捷徑(km);k3反映了目標的殺傷威脅范圍,一般取值5×10-3km-2。

1.3 目標進攻信號

威脅目標運動狀態(tài)的突然變化,往往是即將進行攻擊的信號。目標空襲我方要地時,一般會伴隨著拉升、盤旋、俯沖等一系列的機動動作。下面以戰(zhàn)斗駝峰俯沖攻擊[13]為例,說明一般作戰(zhàn)樣式,如圖2所示。

圖2 戰(zhàn)斗駝峰俯沖攻擊示意圖

圖中的攻擊圈為己方估測的目標武器攻擊范圍。為躲避雷達,目標一般以低空、超低空的姿態(tài)接近我方要地,距離一定范圍時開始爬高,過頂點后穩(wěn)定一小段時間進入攻擊圈,實施俯沖攻擊,而后逃離。因此,一旦發(fā)現(xiàn)威脅目標在近距離有類似機動情況,認為目標即將進行攻擊。根據(jù)一般作戰(zhàn)樣式,對其機動顯現(xiàn)出的進攻信號進行量化賦值,結(jié)果如表3所示。

表3 機動情況攻擊意圖量化值

2 基于變權(quán)理論的威脅評估方法

變權(quán)理論是相對于常權(quán)而言的。利用層次分析法得出的各因素的權(quán)值一定程度反映了其影響事物的相對次序,然而無論實際各因素的取值狀況如何,各個權(quán)值都保持不變,往往會造成不合理的評估結(jié)果。因此,文中引入變權(quán)因子,在層次分析法所得到的權(quán)值的基礎(chǔ)上,根據(jù)實際情況,構(gòu)造變權(quán)向量,動態(tài)的調(diào)整各個因素的權(quán)值,使得威脅評估的結(jié)果更加符合實際。

2.1 變權(quán)向量的構(gòu)造

考慮專家意見、實際戰(zhàn)場環(huán)境和變權(quán)理論的要求,引入變權(quán)因子,構(gòu)造因素j(j=1,2,…,N)的變權(quán)向量為:

(5)

當α=0時,不進行變權(quán),為普通的常權(quán)計算。

當α<0時,為混合型變權(quán)。若μx0<μx,因素j的權(quán)值隨μx單調(diào)上升;若μx0>μx,因素j的權(quán)值隨μx單調(diào)下降。

將因素j的變權(quán)向量進行歸一化可得變權(quán)之后的權(quán)值為:

(6)

構(gòu)造的變權(quán)函數(shù)滿足變權(quán)理論的3個公理化條件和可加型綜合函數(shù)的3個公理化的定義[10]。

2.2 基于變權(quán)理論的威脅評估法

由戰(zhàn)場實際分析可知:目標威脅度評估過程中,在目標到達要地的剩余時間較長、距離較遠的情況下,目標的機動情況對其威脅度評估意義不大,其威脅度主要與其作戰(zhàn)能力和攻擊意圖有關(guān)。隨著目標的攻擊意圖逐漸明確,其在目標威脅評估中的重要性逐漸下降,權(quán)值也應(yīng)當隨之降低。在沒有信號顯示目標即將進攻之前,目標的作戰(zhàn)能力更值得關(guān)注,也應(yīng)當在威脅評估中占據(jù)更大的比重。但是,一旦在近距離檢測到目標進行大幅度的機動,則認為目標即將進入攻擊航路,此時無論敵方目標作戰(zhàn)能力強弱,都可能會對我方要地造成破壞,其威脅度應(yīng)該急劇升高。

基于以上對目標威脅評估中各因素關(guān)系的分析可知,目標作戰(zhàn)能力的權(quán)值與攻擊意圖和攻擊信號的威脅隸屬度函數(shù)有關(guān),攻擊意圖的權(quán)值與其本身的隸屬度函數(shù)值有關(guān),其變權(quán)向量為:

(7)

式中,μyt和μj分別為攻擊意圖和攻擊信號的威脅隸屬度函數(shù)。

變權(quán)以后目標作戰(zhàn)能力和攻擊意圖的權(quán)值分別為:

(8)

在目標作戰(zhàn)能力的評價因素中,無論戰(zhàn)場態(tài)勢如何變化,目標類型和電子干擾能力一經(jīng)確定,不會隨目標運動發(fā)生變化;目標速度的大小對作戰(zhàn)能力的評價有一定影響,但不會引起作戰(zhàn)能力的劇烈變化。因此,對目標作戰(zhàn)能力因素的權(quán)值不采用變權(quán)處理,可直接由層次分析法求得。

在目標攻擊意圖的評價因素中,在剩余時間較長時,應(yīng)當更多地關(guān)注目標的高度和航路捷徑的變化,但當剩余時間的取值比較小時,火力單元的反應(yīng)時間很短,剩余時間的變化應(yīng)當更能顯著影響目標的攻擊意圖。因此,隨著剩余時間的減小,剩余時間所對應(yīng)的權(quán)值應(yīng)該相應(yīng)的增加,其他因素的權(quán)重相應(yīng)減小。剩余時間的權(quán)值與其本身的隸屬度函數(shù)有關(guān),同上可求得變權(quán)后的各因素權(quán)值。

得到各層次各因素的變權(quán)值后,重新計算目標的威脅值為:

T=w″zμz+w″ytμyt

(9)

3 仿真實驗

為驗證文中模型的有效性,通過實例對模型進行仿真驗證。假設(shè)在我方要地為坐標原點的坐標系中,某一時刻發(fā)現(xiàn)一個目標沿X軸負方向飛行,目標識別結(jié)果為轟炸機,并且伴隨較強的電子干擾,飛行速度0.2 km/s,高度500 m,航路捷徑為50 km,根據(jù)其位置和速度估算出剩余時間為911 s。

跟蹤一段時間后,目標突然調(diào)整航向,向我方要地快速靠近,目標水平速度變?yōu)?.42 km/h,高度爬升到1 km,航路捷徑變?yōu)?.8 km,隨后開始俯沖攻擊并加速逃離。在轟炸機即將進行俯沖攻擊的同時,雷達又發(fā)現(xiàn)另一目標朝我方要地飛來,識別為反輻射導彈,航路捷徑為0,速度為0.7 km/s,剩余時間為100 s,高度5 km并逐漸降低,且伴隨著較強的電子干擾。分別采用層次分析法和文中所論述的威脅評估方法計算這兩個目標的實時威脅度,結(jié)果如圖3～圖5所示。

圖3 目標運動軌跡

圖4 目標剩余時間變化情況

圖5 目標威脅度仿真結(jié)果

通過對以上仿真結(jié)果的分析可以得到以下幾個結(jié)論:

1)在基于層次分析法的常權(quán)目標威脅評估方法中,反輻射導彈的威脅度始終高于轟炸機,即使轟炸機已經(jīng)進入攻擊航路也是如此,出現(xiàn)了不合理的評估結(jié)果。

2)使用文中所論述的變權(quán)目標威脅評估方法后,轟炸機在剩余時間較短的情況下,威脅度超過了剩余時間較長的反輻射導彈,符合戰(zhàn)場的實際情況,杜絕了常權(quán)方法不合理的評估結(jié)果,增加了威脅評估的可信度。

3)文中所用的變權(quán)目標威脅評估方法考慮了敵方的攻擊信號。從圖3可以看出,當敵轟炸機在近距離突然機動時,其威脅度急劇增大,在威脅度曲線上表現(xiàn)為一個“突起”,明顯的顯示出了目標即將進行攻擊的信號,為后續(xù)的火力分配和指揮員快速決策提供了一個重要信息。

4 結(jié)束語

文中首先對目標威脅評估因素進行了分析,并建立相應(yīng)的目標威脅評估體系。針對常權(quán)目標威脅評估方法可能導致不合理的評估結(jié)果的問題,考慮了專家意見和實際戰(zhàn)場環(huán)境中各因素的權(quán)值與其他因素之間的關(guān)系,引入變權(quán)因子,提出了一種基于變權(quán)理論的威脅評估方法。同時考慮了目標近距離的攻擊機動對權(quán)值的影響,使得目標的威脅評估結(jié)果更加準確、可信。仿真結(jié)果表明:相比常權(quán)評估方法,利用文中方法得到的目標威脅評估結(jié)果更加符合戰(zhàn)場的實際情況,可為后續(xù)的火力分配和指揮員決策提供更加準確合理的目標威脅信息,且計算方法簡單可靠,滿足防空作戰(zhàn)威脅評估的簡單性要求,有利于工程實現(xiàn)。

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A Kind of Variable Weight Threat Assessment Method Considering Target Attack Signal

LI Tao,LIU Jinmang

(Air and Missile Defense College, Air Force Engineering University, Xi’an 710051, China)

In view of the existing threat assessment methods commonly used constant weight evaluation, and ignored the problem that the unreasonable situation appeared in evaluation results caused by the target attack signal, an variable weight threat evaluation method considering the target attack signal was put forward. On the basis of hierarchically establishing the target threat evaluation system and the variable weight theory, considering the influence of target attack signal on weight and the relationship between weight and each factor, the variable weight factor was introduced to adjust the weight according to the factors and the actual changes of the battlefield. The simulation results showed that the design method of threat assessment could prevent the occurrence of unreasonable evaluation results, and it was more suitable for the actual battlefied.

threat assessment; target attack signal; variable weight factor

2016-03-10

李濤(1992-),男,山西河津人,碩士研究生,研究方向:指揮控制系統(tǒng)。

TP182

A