朱興樂

(解放軍91336部隊(duì)，河北 秦皇島 066000)

0 引 言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中戰(zhàn)場環(huán)境日益復(fù)雜，從而對防空預(yù)警的探測及情報(bào)信息質(zhì)量提出了越來越高的要求。為獲得更加準(zhǔn)確完善的探測信息，通過將多部不同功能、體制、頻段、精度的雷達(dá)合理布站組網(wǎng)，采用融合控制中心對點(diǎn)航跡進(jìn)行融合處理，實(shí)現(xiàn)空域、時(shí)域和頻域的功能互補(bǔ)，形成具有系統(tǒng)探測優(yōu)勢的雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)。雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)克服了各單部雷達(dá)獨(dú)自探測所帶來的性能局限和資源浪費(fèi)，其探測能力和情報(bào)質(zhì)量都有了較大的提高。為尋求雷達(dá)組網(wǎng)的最佳組合方案，發(fā)揮組網(wǎng)系統(tǒng)的最優(yōu)性能，需要在探測、情報(bào)及四抗等方面進(jìn)行全面系統(tǒng)的效能評估，以求能夠找到組網(wǎng)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)及不足之處，并對其組網(wǎng)方案進(jìn)行改進(jìn)和完善，為此需建立相適應(yīng)的效能評估指標(biāo)體系。

針對雷達(dá)組網(wǎng)效能評估，相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了大量研究，文獻(xiàn)[1]從網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)需求出發(fā)構(gòu)建了組網(wǎng)系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)體系，并提出了分項(xiàng)指標(biāo)概念內(nèi)涵和計(jì)算模型與方法；文獻(xiàn)[2]結(jié)合任務(wù)和具體的對抗態(tài)勢，進(jìn)行了雷達(dá)組網(wǎng)作戰(zhàn)效能評估，真實(shí)地反映了雷達(dá)組網(wǎng)在對抗過程中的作戰(zhàn)效能；文獻(xiàn)[3]將雷達(dá)組網(wǎng)探測能力分解為中高空目標(biāo)、低空/超低空目標(biāo)、隱身目標(biāo)探測能力和電子干擾條件下探測能力，建立了指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)，定義了底層指標(biāo)的計(jì)算模型。由于雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)本身構(gòu)成裝備多樣，組合方式靈活，功能體制不同，沒有一個(gè)通用的評估體系可適用，因此需要針對性地重新構(gòu)建合理的評估指標(biāo)，以對不同的組網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行合理完善的評估。本文首先明確了構(gòu)建評估體系的基本原則，并分別在雷達(dá)組網(wǎng)的探測性能、情報(bào)保障能力及抗隱身與抗干擾等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)評估指標(biāo)體系，為體現(xiàn)組網(wǎng)前后的性能改善，采用提升率定義各分項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算模型，為組網(wǎng)系統(tǒng)評估的具體實(shí)施提供了重要的技術(shù)支撐。

1 構(gòu)建原則

評估指標(biāo)體系是對雷達(dá)組網(wǎng)體系評估的依據(jù)和基礎(chǔ)，為能全面、真實(shí)、客觀地反映出雷達(dá)組網(wǎng)的探測效能，在構(gòu)建組網(wǎng)雷達(dá)評估體系時(shí)需要遵循以下基本原則[4]：

(1) 完備性

從組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng)的整體性能出發(fā)，建立評估指標(biāo)體系，應(yīng)充分考慮組網(wǎng)系統(tǒng)的各項(xiàng)能力，并定義對應(yīng)各項(xiàng)能力的指標(biāo)，形成完善可靠的性能指標(biāo)體系，以全面反映組網(wǎng)系統(tǒng)的整體性能。

(2) 針對性

組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng)組成部分多樣，構(gòu)成方式靈活，效能評估對象豐富，而對不同的組網(wǎng)系統(tǒng)，其功能使命及作戰(zhàn)任務(wù)截然不同，若對每項(xiàng)能力進(jìn)行評估則涵蓋范圍太大，在具體指標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)要突出重點(diǎn)、分清主次，依據(jù)組網(wǎng)系統(tǒng)的主要實(shí)現(xiàn)目的構(gòu)建評估體系，體現(xiàn)組網(wǎng)系統(tǒng)主要功能的改善程度。

(3) 準(zhǔn)確性

從不同角度和關(guān)鍵性能上進(jìn)行指標(biāo)設(shè)計(jì)，建立的評估指標(biāo)體系能夠準(zhǔn)確反映裝備組網(wǎng)后的性能改善變化，并為組網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及方案部署的改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支撐。

(4) 可靠性

對組網(wǎng)系統(tǒng)的評估結(jié)果真實(shí)可靠，其指標(biāo)結(jié)果能夠真實(shí)體現(xiàn)雷達(dá)組網(wǎng)相對單部雷達(dá)設(shè)備的性能改善及變化。

(5) 可操作性

依據(jù)評估指標(biāo)定義設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，指標(biāo)實(shí)現(xiàn)過程條理清晰，有具體的試驗(yàn)步驟及評估方法，可得出定量的指標(biāo)結(jié)論并便于定量分析，具備可重復(fù)操作性。

2 評估指標(biāo)體系構(gòu)成

構(gòu)建詳細(xì)合理的評估指標(biāo)體系，是對雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行正確評估的核心。本文對組網(wǎng)系統(tǒng)的評估指標(biāo)體系進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，根據(jù)評估體系構(gòu)建的原則采用層次結(jié)構(gòu)模型建立體系，考慮評估指標(biāo)進(jìn)行分類處理，建立了3層指標(biāo)結(jié)構(gòu)對指標(biāo)進(jìn)行闡述，具體如圖1所示。

圖1 雷達(dá)組網(wǎng)性能評估指標(biāo)體系

由圖1可知，將探測性能指標(biāo)分解為發(fā)現(xiàn)概率提高量、發(fā)現(xiàn)距離提高量、跟蹤精度提高量、探測范圍提高量；信息保障能力分為航跡關(guān)聯(lián)成功率、情報(bào)數(shù)據(jù)率提高量、目標(biāo)識別準(zhǔn)確率、目標(biāo)航跡處理容量；四抗能力分為抗干擾能力、抗隱身能力、抗反輻射能力、抗低空突防能力。

3 評估指標(biāo)內(nèi)容及計(jì)算方法

3.1 組網(wǎng)探測能力

雷達(dá)裝備進(jìn)行組網(wǎng)探測，系統(tǒng)的整體探測性能并不是各單部雷達(dá)或組網(wǎng)雷達(dá)與融控中心能力的簡單相加，其能力在目標(biāo)探測概率、及時(shí)性、準(zhǔn)確度上都會有較大提高，為清晰表達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)相比組網(wǎng)前單部雷達(dá)性能的提升程度，采用性能的提高量或提升率定義評估指標(biāo)。

3.1.1 發(fā)現(xiàn)概率提高量

在目標(biāo)探測過程中單部雷達(dá)對空間某一點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)概率為Pdi，則定義組網(wǎng)前的發(fā)現(xiàn)概率為各單部雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的最大值：

P=max(Pd1，Pd2，…Pdn)

(1)

組網(wǎng)后經(jīng)融控中心得出的目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率為PD，相對組網(wǎng)前的發(fā)現(xiàn)概率提高量為：

(2)

3.1.2 發(fā)現(xiàn)距離提高量

各單部雷達(dá)對飛行目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)距離為Ri，將其中發(fā)現(xiàn)距離最大值Rmax作為組網(wǎng)前的發(fā)現(xiàn)距離，雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)融控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)融合后得出探測目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)距離具體值Rnet，則雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)相對組網(wǎng)前的發(fā)現(xiàn)距離提高量ΔR為：

(3)

3.1.3 探測范圍提高量

采用探測范圍提高率來表示組網(wǎng)前后探測范圍的改善程度。設(shè)定組網(wǎng)前探測范圍是各單部雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率大于0.8的探測面積Si的集合并集[5]：

(4)

雷達(dá)組網(wǎng)后通過融控中心得出探測區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率，并定義組網(wǎng)后探測面積為發(fā)現(xiàn)概率大于0.8的單元集合Sh。組網(wǎng)后通過數(shù)據(jù)融合提高了發(fā)現(xiàn)概率，對應(yīng)探測面積的提高量為：

(5)

3.1.4 定位精度提高量

假設(shè)Xi(k)=[xi(k),yi(k),zi(k)]T是單部雷達(dá)第i次(i=1,…，M)試驗(yàn)下第k時(shí)刻得到的目標(biāo)點(diǎn)跡，X(k)=[x(k),y(k),z(k)]T是第k時(shí)刻目標(biāo)的真實(shí)位置，則此雷達(dá)的定位誤差為[6-7]：

(6)

(7)

3.2 信息保障能力

信息保障能力反映了雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)對探測目標(biāo)的情報(bào)信息處理能力，可以用航跡關(guān)聯(lián)成功率、情報(bào)數(shù)據(jù)率提高量、目標(biāo)融合識別能力、目標(biāo)航跡處理容量等分項(xiàng)指標(biāo)來描述。

3.2.1 航跡關(guān)聯(lián)成功率

航跡關(guān)聯(lián)成功率體現(xiàn)了組網(wǎng)系統(tǒng)正確識別出目標(biāo)屬性的能力。在探測重疊區(qū)內(nèi)多目標(biāo)進(jìn)行探測，設(shè)定真實(shí)航跡數(shù)量為n，各單部雷達(dá)對飛行目標(biāo)探測產(chǎn)生多條航跡，經(jīng)數(shù)據(jù)融合后進(jìn)行航跡關(guān)聯(lián)，其中部分航跡會關(guān)聯(lián)失效，或關(guān)聯(lián)不充分，經(jīng)與真實(shí)航跡進(jìn)行比較，航跡成功關(guān)聯(lián)數(shù)量為m，定義組網(wǎng)雷達(dá)數(shù)據(jù)融合后航跡關(guān)聯(lián)成功率為:

(8)

3.2.2 情報(bào)數(shù)據(jù)率提高量

情報(bào)數(shù)據(jù)率提高量體現(xiàn)了組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng)對飛行目標(biāo)發(fā)現(xiàn)的即時(shí)性與快速性。在探測范圍重疊區(qū)內(nèi)各雷達(dá)對飛行目標(biāo)進(jìn)行探測，定義情報(bào)數(shù)據(jù)的平均更新時(shí)間[8]為：

(9)

式中：N為目標(biāo)飛行試驗(yàn)次數(shù)；Tj為第j次飛行在重疊區(qū)的時(shí)間；Mj為經(jīng)融合后的目標(biāo)探測點(diǎn)數(shù)。

定義組網(wǎng)前單部雷達(dá)的情報(bào)數(shù)據(jù)率為T0b，組網(wǎng)后相對組網(wǎng)前的情報(bào)數(shù)據(jù)率提高量為ΔT：

(10)

3.2.3 目標(biāo)識別準(zhǔn)確率

目標(biāo)融合識別能力是指組網(wǎng)系統(tǒng)能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)對飛行目標(biāo)的屬性進(jìn)行正確識別，其實(shí)時(shí)性體現(xiàn)了作戰(zhàn)環(huán)境的客觀需求，在具體評估時(shí)采用目標(biāo)識別準(zhǔn)確率進(jìn)行描述。定義組網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的數(shù)量為B，正確識別目標(biāo)屬性的數(shù)量為A，則目標(biāo)識別準(zhǔn)確率ρ為：

(11)

3.2.4 目標(biāo)航跡處理容量

雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)在進(jìn)行空情觀察時(shí)觀測到的最大航跡數(shù)目，定義為目標(biāo)航跡處理容量，體現(xiàn)了組網(wǎng)雷達(dá)同時(shí)觀測的最大能力。當(dāng)空中目標(biāo)航跡數(shù)目逼近目標(biāo)航跡處理容量時(shí)，能夠最大限度地發(fā)揮組網(wǎng)雷達(dá)的探測能力，觀測效益也達(dá)到最大，超過目標(biāo)航跡處理容量時(shí)，觀測性能飽和，不利于空情觀察。

3.3 組網(wǎng)四抗能力

雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)的四抗能力包括抗干擾、抗隱身目標(biāo)、抗低空突防和抗反輻射4個(gè)方面，其中抗干擾和抗隱身能力為研究的熱點(diǎn)，本文對此進(jìn)行描述。

3.3.1 抗干擾能力

組網(wǎng)雷達(dá)抗干擾能力度量公式綜合考慮了組網(wǎng)雷達(dá)本身的抗干擾能力對整個(gè)系統(tǒng)的主要貢獻(xiàn)，仿照單部雷達(dá)抗干擾管理度量公式，定量計(jì)算了組網(wǎng)雷達(dá)的抗干擾能力。組網(wǎng)雷達(dá)的綜合抗干擾能力由兩部分組成：一部分是網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)本身的抗干擾能力；另一部分是組網(wǎng)技術(shù)帶來的附加因子。組網(wǎng)雷達(dá)的抗干擾能力(CJ)可以由下式計(jì)算[9]：

CJ=N·Kk1·(2-η)k2·(1+J)k3·

(12)

式中：N為雷達(dá)數(shù)；K為雷達(dá)網(wǎng)平均空域重疊系數(shù)；η為雷達(dá)網(wǎng)頻域重疊系數(shù)；J為雷達(dá)網(wǎng)極化類型系數(shù)；S為雷達(dá)網(wǎng)信號類型系數(shù)；ηe為雷達(dá)網(wǎng)信息綜合(融合)處理能力；CJi為第i部雷達(dá)的抗干擾能力；ri為第i部雷達(dá)的探測距離；rav為雷達(dá)網(wǎng)平均探測距離；ki為各參數(shù)對雷達(dá)網(wǎng)抗干擾能力貢獻(xiàn)大小的因子。

3.3.2 抗隱身能力

組網(wǎng)雷達(dá)抗隱身能力的強(qiáng)弱不僅取決于網(wǎng)內(nèi)單部雷達(dá)抗隱身能力，還與組網(wǎng)雷達(dá)采取的各種抗隱身戰(zhàn)術(shù)技術(shù)措施有關(guān)。單部雷達(dá)的抗隱身能力度量因子為[10]：

(13)

式中：Pt為發(fā)射功率；Gt為天線增益；F為噪聲系數(shù)；T為目標(biāo)駐留時(shí)間；τ為脈沖寬度。

組網(wǎng)系統(tǒng)的抗隱身能力大體為各單部雷達(dá)的反隱身能力之和，考慮反隱身度量因子，則組網(wǎng)雷達(dá)的抗隱身能力度量公式為：

(14)

式中：N為雷達(dá)的組網(wǎng)數(shù)目；Sf為頻域抗隱身因子；Ss為空域抗隱身因子；Si為信息融合抗隱身因子。

4 效能評估試驗(yàn)流程

雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)效能評估主要分為3個(gè)階段：首先是準(zhǔn)備階段，構(gòu)建雷達(dá)探測組網(wǎng)系統(tǒng)，根據(jù)評估任務(wù)進(jìn)行指標(biāo)體系設(shè)計(jì)，建立評估模型及計(jì)算公式；其次是試驗(yàn)階段，根據(jù)評估指標(biāo)設(shè)計(jì)試驗(yàn)步驟并進(jìn)行仿真模擬，獲取評估結(jié)果；最后是分析及反饋階段，分析評估結(jié)果及數(shù)據(jù)，并對組網(wǎng)系統(tǒng)及評估體系進(jìn)行改進(jìn)。

圖2 雷達(dá)組網(wǎng)性能評估流程圖

雷達(dá)組網(wǎng)效能評估的流程如圖2所示，具體步驟為：

(1) 首先根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)實(shí)際需求，明確效能評估的主要內(nèi)容及對象；

(2) 構(gòu)建評估體系，定義評估指標(biāo)及計(jì)算模型，設(shè)計(jì)相應(yīng)的評估仿真系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫；

(3) 根據(jù)指標(biāo)內(nèi)容構(gòu)建態(tài)勢，并設(shè)計(jì)試驗(yàn)的具體實(shí)施步驟；

(4) 進(jìn)行多次仿真試驗(yàn)，計(jì)算評估指標(biāo)并獲取多次評估結(jié)果；

(5) 對結(jié)果進(jìn)行分析校驗(yàn)，若結(jié)果不能充分體現(xiàn)組網(wǎng)系統(tǒng)性能，可對指標(biāo)體系進(jìn)行重新修正及改進(jìn)。

5 結(jié)束語

雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)效能評估指標(biāo)體系的建立對雷達(dá)組網(wǎng)具有重要意義。本文在評估體系構(gòu)建原則基礎(chǔ)上，對評估指標(biāo)體系的具體構(gòu)成及指標(biāo)內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，提出采用提高量的方法進(jìn)行表征組網(wǎng)前后的效能提升程度，并對試驗(yàn)流程中的實(shí)施步驟進(jìn)行了說明。由于組網(wǎng)系統(tǒng)評估較為復(fù)雜，需要進(jìn)行較多的試驗(yàn)對其進(jìn)行準(zhǔn)確的評估，并根據(jù)評估結(jié)果不斷修正，具體可在今后的實(shí)踐中進(jìn)一步完善。