荊獻(xiàn)勇，寧成達(dá)，侯滿義，王大博

（1.空軍航空大學(xué)，長(zhǎng)春 130022；2.解放軍95926部隊(duì)，長(zhǎng)春 130011）

一種新的超視距空戰(zhàn)目標(biāo)威脅評(píng)估距離指標(biāo)模型*

荊獻(xiàn)勇1，寧成達(dá)1，侯滿義1，王大博2

（1.空軍航空大學(xué)，長(zhǎng)春 130022；2.解放軍95926部隊(duì)，長(zhǎng)春 130011）

距離指標(biāo)是進(jìn)行超視距空戰(zhàn)目標(biāo)威脅評(píng)估的重要指標(biāo)，但當(dāng)前多數(shù)的距離指標(biāo)模型都過(guò)于簡(jiǎn)單。針對(duì)這種不足，在仿真分析當(dāng)前典型模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)空戰(zhàn)的實(shí)際情況，首先定性分析了目標(biāo)位置等因素對(duì)于威脅度的影響；然后根據(jù)探測(cè)距離、導(dǎo)彈射程等參數(shù)，將敵我距離分成不同階段，區(qū)分?jǐn)澄倚阅軓?qiáng)弱的不同情況，分階段建立了一種新的距離指標(biāo)模型。最后，針對(duì)不同的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，進(jìn)行了仿真分析，證明了模型的有效性。模型對(duì)于提升空戰(zhàn)威脅評(píng)估的準(zhǔn)確性具有積極意義。

超視距，空戰(zhàn)，威脅評(píng)估，距離指標(biāo)，模型

0 引言

目標(biāo)威脅評(píng)估是保證空中平臺(tái)順利完成作戰(zhàn)任務(wù)的一項(xiàng)重要技術(shù)，是進(jìn)行攻擊決策和態(tài)勢(shì)評(píng)估的必要前提條件［1-2］?？紤]到日趨復(fù)雜的未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，這項(xiàng)技術(shù)就顯得尤為重要，將直接關(guān)系到平臺(tái)在復(fù)雜環(huán)境下作戰(zhàn)能力。針對(duì)威脅評(píng)估問(wèn)題，多位學(xué)者進(jìn)行了深入的研究，運(yùn)用的方法包括貝葉斯網(wǎng)絡(luò)［3］、支持向量機(jī)［4］、Vague 集［5］、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)［6-7］、TOPSIS［8］、直覺(jué)模糊集［9］等，取得了顯著的效果。

在當(dāng)前多數(shù)的威脅評(píng)估方法中，需要分別建立距離指標(biāo)、角度指標(biāo)、速度指標(biāo)等威脅評(píng)估指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，再根據(jù)不同的評(píng)估方法綜合得出目標(biāo)的威脅度值。距離指標(biāo)是威脅評(píng)估中采用的一個(gè)重要指標(biāo)，代表了位置、探測(cè)、攻擊性能等因素對(duì)于空戰(zhàn)威脅程度的影響。距離指標(biāo)是否準(zhǔn)確、合理將直接影響威脅評(píng)估的結(jié)果。但在當(dāng)前多數(shù)的威脅評(píng)估模型中［10-12］，對(duì)于距離指標(biāo)的處理過(guò)于籠統(tǒng)和簡(jiǎn)單，難以反映實(shí)際空戰(zhàn)中威脅度的變化。

本文在定性分析空戰(zhàn)中目標(biāo)位置、探測(cè)、導(dǎo)彈性能對(duì)于空戰(zhàn)進(jìn)程影響的基礎(chǔ)上，根據(jù)空戰(zhàn)的實(shí)際情況，對(duì)距離指標(biāo)模型進(jìn)行了深入分析，分階段討論并建立了一種新的威脅評(píng)估距離指標(biāo)模型。

1 典型距離指標(biāo)模型

距離指標(biāo)模型主要根據(jù)敵我雙方的導(dǎo)彈射程和雷達(dá)距離分階段建立，典型的距離指標(biāo)模型如下。

①距離指標(biāo)模型1

式（1）中：d為目標(biāo)距離，dm為我機(jī)導(dǎo)彈最大射程，dm為敵機(jī)導(dǎo)彈最大射程，dr為我機(jī)雷達(dá)最大跟蹤距離，dtr為敵機(jī)雷達(dá)最大跟蹤距離［11］。

②距離指標(biāo)模型2

該模型根據(jù)敵我雙方戰(zhàn)機(jī)導(dǎo)彈最大射程和雷達(dá)最大探測(cè)距離分兩種情況進(jìn)行討論［12］。當(dāng)敵機(jī)的性能優(yōu)于我機(jī)時(shí)，即，則：

設(shè)定敵我雙方的探測(cè)距離為100 km（我機(jī)）、120 km（敵機(jī)），敵我雙方的導(dǎo)彈射程為60 km（我機(jī)）、80 km（敵機(jī)），敵機(jī)性能占優(yōu)情況下，距離指標(biāo)的變化情況如圖 1 所示。模型 3［13］、模型 4［6］可參考相關(guān)文獻(xiàn)。

圖1 敵機(jī)占優(yōu)時(shí)的距離指標(biāo)值變化情況

設(shè)定敵我雙方的探測(cè)距離為120 km（我機(jī)）、100 km（敵機(jī)），敵我雙方的導(dǎo)彈射程為80 km（我機(jī)）、60 km（敵機(jī)），我機(jī)性能占優(yōu)情況下，距離指標(biāo)值的變化如圖2所示。

圖2 我機(jī)占優(yōu)時(shí)的距離指標(biāo)值變化情況

根據(jù)圖1、圖2的仿真結(jié)果，以敵機(jī)性能占優(yōu)時(shí)的模型1為例，當(dāng)距離小于敵方探測(cè)距離時(shí)，指標(biāo)值逐漸增大，反映了空戰(zhàn)的實(shí)際情況；而當(dāng)距離小于我方探測(cè)距離時(shí)，指標(biāo)值有一個(gè)階躍下降，這是不符合實(shí)際情況的，在這個(gè)階段，目標(biāo)的威脅度值不應(yīng)該小于前一個(gè)階段中的威脅指標(biāo)值，但由于目標(biāo)也進(jìn)入了我機(jī)的探測(cè)范圍內(nèi)，因此，其變化速度應(yīng)該小于前一階段中指標(biāo)值的增加速度。在其他階段中，指標(biāo)值的變化也存在不合理之處，而其他距離威脅因子模型也存在類似問(wèn)題。因此，基于現(xiàn)有的距離指標(biāo)模型，討論、研究一種新的距離指標(biāo)模型是十分必要的。

2 一種新的距離指標(biāo)模型

2.1 威脅度隨距離變化的定性分析

在實(shí)際空戰(zhàn)中，從本機(jī)的視角出發(fā)，距離指標(biāo)模型應(yīng)該至少反映下列3個(gè)因素對(duì)于空戰(zhàn)威脅度的影響：目標(biāo)距離、雷達(dá)探測(cè)、導(dǎo)彈攻擊。

①目標(biāo)距離，反映目標(biāo)與我機(jī)距離的遠(yuǎn)近程度。距離近的目標(biāo)對(duì)我機(jī)的威脅度大，因此，距離指標(biāo)應(yīng)隨目標(biāo)距離的減小而增大；

②雷達(dá)探測(cè)，反映敵我雙方雷達(dá)探測(cè)能力強(qiáng)弱。對(duì)某一特定機(jī)型，在雷達(dá)有效距離內(nèi)，目標(biāo)距離越近，截獲概率越大［14］，截獲目標(biāo)越容易。因此，在雷達(dá)探測(cè)距離內(nèi)，距離指標(biāo)應(yīng)隨目標(biāo)距離的減小而增大；

③導(dǎo)彈攻擊，反映攻擊能力強(qiáng)弱。對(duì)某一特定類型導(dǎo)彈，在其有效射程內(nèi)，目標(biāo)距離越近，最終的殺傷概率越大［15］。因此，在敵導(dǎo)彈有效射程內(nèi)，距離越近，我機(jī)受到的威脅越大，并且增大程度相對(duì)較快。當(dāng)進(jìn)入敵導(dǎo)彈的不可逃逸射程時(shí)，導(dǎo)彈命中概率較高，我機(jī)受到的威脅度階躍增大，且隨著距離的減小持續(xù)增加。因此，在導(dǎo)彈射程內(nèi)，距離指標(biāo)應(yīng)隨距離的減小而增大。

2.2 一種新的距離指標(biāo)模型

根據(jù)前面的定性分析，區(qū)分兩種情況分階段討論距離指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型。這里假設(shè)：d為目標(biāo)距離；dm為我機(jī)導(dǎo)彈最大射程；dtm為敵機(jī)導(dǎo)彈最大射程；d'm為我機(jī)導(dǎo)彈不可逃逸射程；d'tm為敵機(jī)導(dǎo)彈不可逃逸攻擊區(qū)；dr為我機(jī)雷達(dá)最大跟蹤距離；dtr為敵機(jī)雷達(dá)最大跟蹤距離。

2.2.1 我機(jī)性能弱的情況

⑦20＜d＜d'm，一般將超過(guò)20 km的空戰(zhàn)稱為超視距空戰(zhàn)，因此，定義距離因子模型的最小適用距離為20 km。在此階段內(nèi)，敵我雙方均位于對(duì)方的不可逃逸攻擊范圍內(nèi)，基本處于均勢(shì)。隨著距離的減小，敵導(dǎo)彈對(duì)我機(jī)的命中概率增大，同時(shí)由于目標(biāo)距離變小、對(duì)我探測(cè)概率增大的原因，可定義距離指標(biāo)模型為：

2.2.2 我機(jī)性能優(yōu)的情況

⑦20=＜d＜=d'tm。敵我雙方均位于對(duì)方的不可逃逸攻擊范圍內(nèi)，基本處于均勢(shì)。在d'tm處，我機(jī)進(jìn)入敵導(dǎo)彈不可逃逸攻擊范圍內(nèi)，Tr應(yīng)在d'tm處階躍上升，可定義距離指標(biāo)模型為：

3 仿真分析

為了驗(yàn)證模型的有效性，分別設(shè)定不同的空戰(zhàn)態(tài)勢(shì)進(jìn)行仿真。首先設(shè)定本機(jī)的性能參數(shù)為探測(cè)距離為120 km，導(dǎo)彈射程為80 km，不可逃逸距離為40 km。為了驗(yàn)證同一架飛機(jī)面對(duì)不同目標(biāo)時(shí)的距離指標(biāo)變化情況，設(shè)定如下的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)：

目標(biāo)1：探測(cè)距離140 km，導(dǎo)彈射程100 km，不可逃逸距離50 km；目標(biāo)2：探測(cè)距離130 km，導(dǎo)彈射程90 km，不可逃逸距離45 km；目標(biāo)3：探測(cè)距離100 km，導(dǎo)彈射程60 km，不可逃逸距離為35 km；目標(biāo)4：探測(cè)距離90 km，導(dǎo)彈射程50 km，不可逃逸距離為30 km；

仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 針對(duì)不同目標(biāo)時(shí)，Tr值變化規(guī)律

從仿真結(jié)果可以看出，Tr值呈現(xiàn)階段性變化，并且隨著距離的減小，距離指標(biāo)值逐漸增大，反映了空戰(zhàn)中的實(shí)際情況。對(duì)于本機(jī)而言，性能好的目標(biāo)機(jī)（如目標(biāo)1），在整個(gè)過(guò)程中其Tr值始終大于性能較弱的目標(biāo)機(jī)的Tr值（如目標(biāo)3）；不論是在本機(jī)占優(yōu)的情況下，還是在目標(biāo)機(jī)占優(yōu)的情況下，對(duì)于兩個(gè)不同的目標(biāo)，性能較差的目標(biāo)機(jī)在整個(gè)變化范圍內(nèi)，Tr值均小于性能較好的目標(biāo)機(jī)Tr值，符合空戰(zhàn)中的實(shí)際情況，驗(yàn)證了模型的有效性。

為了驗(yàn)證模型在同一個(gè)目標(biāo)相對(duì)于不同本機(jī)情況下的有效性，設(shè)定如下情況進(jìn)行仿真。設(shè)定本機(jī)的參數(shù)為：

本機(jī)1的性能參數(shù)為探測(cè)距離120 km，導(dǎo)彈射程80 km，不可逃逸距離為40 km；

本機(jī)2的性能參數(shù)為探測(cè)距離110 km，導(dǎo)彈射程70 km，不可逃逸距離為35 km；

設(shè)定目標(biāo)的參數(shù)為：

目標(biāo)1：探測(cè)距離130 km，導(dǎo)彈射程90 km，不可逃逸距離45 km；

目標(biāo)2：探測(cè)距離90 km，導(dǎo)彈射程60 km，不可逃逸距離為30 km；

仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 同一目標(biāo)相對(duì)不同本機(jī)時(shí)，Tr值變化規(guī)律

在圖4中，“目標(biāo)2（本機(jī)1）”曲線表示目標(biāo)2相對(duì)于本機(jī)1時(shí)的Tr值變化曲線，其他曲線依次類推。從圖3可以看出，對(duì)于同一個(gè)目標(biāo)2，兩架不同本方戰(zhàn)機(jī)會(huì)得出不同的Tr值變化曲線，當(dāng)距離相同時(shí)，其相對(duì)于本機(jī)2的Tr值大于其相對(duì)于本機(jī)1的Tr值，即使在其他條件相同時(shí)，同一個(gè)目標(biāo)會(huì)對(duì)性能較差的本方機(jī)造成更大的威脅，符合空戰(zhàn)中的實(shí)際情況，驗(yàn)證了模型的有效性。

4 結(jié)論

距離指標(biāo)模型作為空戰(zhàn)目標(biāo)威脅評(píng)估的一項(xiàng)重要參考指標(biāo)，主要反映目標(biāo)位置、探測(cè)能力、攻擊能力等方面的影響因素，距離指標(biāo)是否準(zhǔn)確、合理將直接影響威脅評(píng)估的結(jié)果。

本文根據(jù)空戰(zhàn)的實(shí)際情況，首先定性分析了空戰(zhàn)中目標(biāo)位置、探測(cè)、導(dǎo)彈性能對(duì)于威脅度的影響。然后根據(jù)探測(cè)距離、導(dǎo)彈射程、導(dǎo)彈不可逃逸射程，將敵我距離分為不同階段。在不同階段中，影響距離指標(biāo)模型的因素是不同的，并且會(huì)受到我機(jī)相關(guān)性能指標(biāo)的影響。在對(duì)各個(gè)階段中距離指標(biāo)模型主要影響因素分析的基礎(chǔ)上，區(qū)分?jǐn)澄倚阅軓?qiáng)弱，建立了距離指標(biāo)的分階段模型。分別設(shè)定了不同的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，基于MATLAB進(jìn)行了仿真分析，仿真結(jié)果證明了模型的有效性。

［1］劉振，彭軍，胡云安.一種新型動(dòng)態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)及其在威脅評(píng)估中的應(yīng)用［J］.火力與指揮控制，2014，39（2）：16-20.

［2］楊榮，李長(zhǎng)軍，龔華軍.一種適用于四代機(jī)的多目標(biāo)威脅評(píng)估算法［J］.電光與控制，2014，21（10）：5-9，46.

［3］丁達(dá)理，羅建軍，王鈾，等.基于模糊貝葉斯網(wǎng)的威脅等級(jí)評(píng)估研究［J］.電光與控制，2014，21（9）：7-10，15.

［4］郭輝，呂英軍，王平，等.基于區(qū)間支持向量回歸的空戰(zhàn)目標(biāo)威脅評(píng)估［J］.火力與指揮控制，2014，39（8）：17-21.

［5］馮卉，毛紅保，郭蓬松.基于Vague集投影及距離的空中目標(biāo)威脅評(píng)估方法［J］.火力與指揮控制，2015，40（5）：40-42.

［6］王俊，姜長(zhǎng)生.基于LSRBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的空戰(zhàn)目標(biāo)威脅評(píng)估［J］.電光與控制，2007，14（4）：43-48.

［7］陳潔鈺，姚佩陽(yáng)，稅冬東，等.基于結(jié)構(gòu)熵和PSO-RBF的空戰(zhàn)動(dòng)態(tài)威脅評(píng)估 ［J］.電光與控制，2014，21（11）：51-56.

［8］VAHDANI B，MOUSAVI S M，TAVAKKOLI-MOGHADDAM R.Group decision making based on novel fuzzy modified TOPSIS method ［J］.Applied Mathematical Modelling，2011，35（9）：4257-4269.

［9］張媛媛，馮琦，周德云，等.基于直覺(jué)模糊集的空戰(zhàn)動(dòng)態(tài)多屬性威脅評(píng)估［J］.電光與控制，2015，22（2）：17-21.

［10］NAEEM H，MASOOD A.An optimal dynamic threat evaluation and weapon scheduling technique ［J］.Knowledge-Based Systems，2010，23（2）：337-342.

［11］王佩，李言俊，張科.多機(jī)空戰(zhàn)多目標(biāo)威脅評(píng)估和分配算法［J］.火力與指揮控制，2008，33（5）：14-17.

［12］姜長(zhǎng)生，丁全心，王建剛，等.多機(jī)協(xié)同空戰(zhàn)中的威脅評(píng)估與目標(biāo)分配［J］.火力與指揮控制，2008，33（11）：8-12，21.

［13］王永杰，張喜斌，張恒喜，等.基于TOPSIS方法的空戰(zhàn)威脅評(píng)估研究［J］.電光與控制，2008，15（5）：32-34.

［14］王雪松.雷達(dá)技術(shù)與系統(tǒng)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2014.

［15］陳琪鋒，孟云鶴，陸宏偉.導(dǎo)彈作戰(zhàn)應(yīng)用［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2014.

A New Distance Index Model for Beyond-Visual Air Battle Targets Threat Evaluation

JING Xian-yong1，NING Cheng-da1，HOU Man-yi1，WANG Da-bo2
（1.Aviation University of Air Force，Changchun 130022，China；2.Unit 95926 of PLA，Changchun 130011，China）

Distance index is a very important reference index for target threat assessment，but most of these distance index models are too simple.To overcome this shortcoming，simulation analysis of typical distance index models are firstly executed in this paper.Secondly，according to the actual situation of air combat，the target position and other factors which influence the threat degree are qualitatively analyzed.Then according to the detection range，missile range and other parameters，the distance between ourselves and the enemy is divided into different stages.Finally，a new distance index model including all stages is suggested base on the distinction of different enemy performances..According to different battlefield situation，simulation analysis is carried out to prove the validity of the model.This model is of positive significance to enhance the accuracy of air combat threat assessment.

beyond-visual，air combat，threat assessment，distance index，model

TP391.4

A

10.3969/j.issn.1002-0640.2017.08.005

1002-0640（2017）08-0019-05

2016-06-14修回日期：2016-08-11

軍內(nèi)科研基金資助項(xiàng)目（KJ2015023300B×××××）；空軍航空大學(xué)學(xué)科預(yù)研課題（HKDX2015XKQY10）

荊獻(xiàn)勇（1983- ），男，河南商丘人，博士。研究方向：機(jī)載火控系統(tǒng)、智能火控技術(shù)。