鄭曉龍,張大巧,李邦杰

(火箭軍工程大學, 西安 710025)

0 引言

作戰(zhàn)效能與武器系統(tǒng)固有的能力水平不同,它與使用計劃以及預期作戰(zhàn)環(huán)境等因素密切相關(guān),在不同環(huán)境與條件下武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能將呈現(xiàn)不同的水平[1]。信息化戰(zhàn)爭條件下,戰(zhàn)場態(tài)勢瞬息萬變,根據(jù)戰(zhàn)場實際情況對作戰(zhàn)計劃作出迅速及時的調(diào)整與改變,是提高武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的必要途徑之一。隨著作戰(zhàn)計劃與預期環(huán)境不確定性的增加,武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能快速評估的需求也日益迫切起來。傳統(tǒng)的效能評估方法與手段在處理作戰(zhàn)效能評估問題時,往往存在著周期長、評估目標單一、開支大等方面的不足,難以滿足信息化戰(zhàn)爭條件下武器系統(tǒng)快速有針對性的效能評估需求[2]。因此,建立有效適應戰(zhàn)場環(huán)境、作戰(zhàn)計劃以及武器特點的作戰(zhàn)效能快速評估方法,是適應未來信息化作戰(zhàn)需求、有效提高部隊的戰(zhàn)場適應能力的必要手段。

彈道導彈作為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的殺手锏武器,是武器裝備體系中的重要一環(huán)。突防作戰(zhàn)效能是彈道導彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的核心組成部分之一,其評估工作較為復雜[3]。由于導彈突防能力與作戰(zhàn)計劃、戰(zhàn)場環(huán)境等因素聯(lián)系緊密,對其進行有針對性的快速評估研究,在解決相關(guān)問題中具有一定的代表性。文中提出了在具體想定條件下的突防作戰(zhàn)效能評估思路,為快速、有針對性的實現(xiàn)突防作戰(zhàn)效能的評估提供了方法,也為相關(guān)類似問題提供了解決思路。

1 效能評估方法分析

總體上國內(nèi)外涉及武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能研究的各種方法及模型,主要包括專家評定法、試驗統(tǒng)計法、作戰(zhàn)仿真評估法、指數(shù)法和解析法等幾大類[4-5]。以上各類作戰(zhàn)效能評估方法各有優(yōu)缺點,且各有一定的適用條件,同時它們都有主要的應用對象。而對時效性、針對性需求較強的作戰(zhàn)問題而言,快速有效的效能評估仍然是一個研究的熱點。彈道導彈突防作戰(zhàn)效能評估技術(shù)是一個對時效性與針對性要求較高的體系級效能評估問題,要提高評估結(jié)果的可信度,減少評估風險,需要借鑒并吸收各種方法的優(yōu)點,構(gòu)建科學有效的評估方法[6]。

文中提出以仿真試驗為技術(shù)手段,采用以仿真為主、多種評估方法綜合互補的效能評估模式。通過構(gòu)建“通用導彈飛行仿真框架”,為彈道導彈突防作戰(zhàn)評估提供仿真平臺；以導彈突破防御能力、反導系統(tǒng)防御能力、導彈突防度等要素為分類指標,在考慮多種評估方法的基礎上,構(gòu)建多維性能評估指標體系；采用模塊化仿真體系結(jié)構(gòu),以使仿真框架能夠?qū)崿F(xiàn)包含全數(shù)字仿真、半實物仿真和依托飛行試驗數(shù)據(jù)仿真的異類混合仿真試驗,從而為仿真鑒定評估提供可靠可信的技術(shù)支撐；應用對仿真評估數(shù)據(jù)、飛行試驗評估數(shù)據(jù)、專家打分評估數(shù)據(jù)等多源異質(zhì)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一標準的技術(shù),實現(xiàn)對彈道導彈突防作戰(zhàn)效能準確可靠的鑒定與評估；將研究成果進行整理與集成化,形成可針對多種導彈類型的仿真試驗評估工具,從而為彈道導彈突防作戰(zhàn)效能評估提供技術(shù)支撐。

2 導彈攻防通用仿真框架構(gòu)建

評估的核心環(huán)節(jié)是構(gòu)建科學合理、與評估目標契合的仿真系統(tǒng)。突防作戰(zhàn)對應的武器系統(tǒng)、作戰(zhàn)環(huán)境、作戰(zhàn)需求各不相同,難以用一套固定的系統(tǒng)與模型實現(xiàn)對各類作戰(zhàn)條件的適應。文中提出構(gòu)建通用性突防仿真框架的思路,用于提高仿真系統(tǒng)在效能評估中的靈活性與適應性。

實現(xiàn)仿真系統(tǒng)的通用性必須首先建立一個通用性的框架,在此基礎上通過模塊化設計實現(xiàn)方案與想定、通用與專用之間的角色轉(zhuǎn)換。研究過程可分為3個層次：利用通用框架實現(xiàn)導彈突防仿真流程、模塊、數(shù)據(jù)之間的有機聯(lián)系；在此基礎上建立通用模塊接口與規(guī)范；設計通用模塊代碼滿足通用性要求,滿足根據(jù)具體想定利用相應模型替換通用模型完成作戰(zhàn)效能評估的要求。具體仿真框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 彈道導彈突防作戰(zhàn)通用仿真框架

通用彈道導彈突防仿真系統(tǒng)是以腳本運行化的飛行仿真流程為目標、以標準化模塊結(jié)構(gòu)為基礎的,可以根據(jù)不同的想定,靈活地對相應模塊進行替換,有效地組成與想定相對應的仿真系統(tǒng),實現(xiàn)想定所需要的作戰(zhàn)條件與環(huán)境。在此基礎上,仿真框架能夠在提高仿真系統(tǒng)可信度的同時,有效提升作戰(zhàn)效能評估水平。

3 基于仿真試驗的效能評估

導彈攻防仿真系統(tǒng)給出的仿真結(jié)果并非效能評估結(jié)果,仿真僅僅是以盡可能貼近實際情況的模型,對給定條件下的作戰(zhàn)過程進行復現(xiàn)與預測,而效能評估則是對作戰(zhàn)系統(tǒng)完成任務水平的計算。因此在依托導彈突防仿真框架進行仿真評估時,需要將仿真想定與作戰(zhàn)條件、戰(zhàn)場環(huán)境等要素有效地進行契合,從而保證與評估相關(guān)的要素在仿真中得到有效體現(xiàn)。

基于仿真試驗效能評估的基本思路為：構(gòu)建基于多維指標體系的導彈體系突防效能評估系統(tǒng),針對給定的作戰(zhàn)想定,仿真系統(tǒng)對導彈攻防過程進行有效仿真,通過在仿真過程中對評估相關(guān)的數(shù)據(jù)進行采集與計算,綜合運用多種效能評估方法,給出相應的彈道導彈突防效能指標值,進而判斷導彈武器系統(tǒng)體系突防效能的高低。具體思路如圖2所示。

圖2 彈道導彈突防效能評估總體方案

文中主要基于仿真試驗的導彈突防效能評估中的指標構(gòu)建、評估數(shù)據(jù)采集以及多源數(shù)據(jù)融合等關(guān)鍵技術(shù)進行了分析與研究。

3.1 效能評估指標構(gòu)建

指標體系可以認為是效能評估的支撐框架與細節(jié)體現(xiàn)。需要指出的是,針對不同的作戰(zhàn)計劃與任務,作戰(zhàn)效能的體現(xiàn)也不相同。因此構(gòu)建的指標體系應當是有一定適應性的多維指標體系,能夠根據(jù)評估需求靈活地給出有針對性的評估指標。

導彈突防效能評估的指標體系,基本是從被發(fā)現(xiàn)和被打擊的兩個大指標進行指標體系的構(gòu)建,部分也考慮導彈武器本身的能力等指標。多維指標體系構(gòu)建可以從不同的角度反映具體的作戰(zhàn)需求。例如,彈道導彈突防效能評估可以從導彈突防概率、反導攔截概率以及二者的比值突防度等不同維度構(gòu)建指標體系,不同的指標值之間既反映不同的作戰(zhàn)任務需求,又有著密切的聯(lián)系[7]?？梢哉f合理的多維度效能評估指標是評估工作的基礎,也是得出正確評估結(jié)論的前提。

構(gòu)建彈道導彈突防效能評估工作的多維指標過程中,具體的指標形式需要結(jié)合作戰(zhàn)計劃、作戰(zhàn)任務以及仿真系統(tǒng)實際情況綜合確定,其中重點是給出指標建立規(guī)則和指導選擇標準,在此基礎上科學合理設計與評估目標契合的多維指標體系與相應的指標值計算方法,從而建立結(jié)構(gòu)合理、層次完善的多維指標體系。具體構(gòu)建過程如圖3所示。

3.2 評估數(shù)據(jù)采集

采集有效的用于評估的仿真數(shù)據(jù),是效能評估仿真試驗法中一個核心工作。仿真數(shù)據(jù)源的采集首先需將評估需求細化為對指標數(shù)據(jù)的需求,然后結(jié)合仿真模型將指標需求體現(xiàn)出來,接著根據(jù)具體的試驗方案,在仿真過程中對所需的數(shù)據(jù)進行采集,并將采集所得數(shù)據(jù)運用于效能評估工作?？梢钥闯?仿真數(shù)據(jù)的采集需要在評估系統(tǒng)與仿真系統(tǒng)之間進行協(xié)調(diào)實施。評估系統(tǒng)需要仿真系統(tǒng)通過具體指標的形式進行有效的反映,而仿真系統(tǒng)的實際狀態(tài)也是評估系統(tǒng)進行需求確定時需要考慮的內(nèi)容。根據(jù)這一情況可將仿真試驗評估系統(tǒng)視為由評估系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3個子系統(tǒng)組成,三者關(guān)系如圖4所示。

圖3 指標構(gòu)建過程

圖4 仿真數(shù)據(jù)采集關(guān)系結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是將評估與仿真有效聯(lián)系起來的中介。體現(xiàn)為：評估系統(tǒng)中的評估需求,需要通過指標化的方式轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)采集清單,并為仿真系統(tǒng)需求提出要求。仿真系統(tǒng)則分析提出的數(shù)據(jù)采集清單包含的內(nèi)容是否能夠在仿真系統(tǒng)中得到體現(xiàn),并進行采集；如果仿真系統(tǒng)不能直接提供所需數(shù)據(jù),則一方面通過調(diào)整仿真模型進行適應,另一方面可與評估系統(tǒng)協(xié)調(diào),重新調(diào)整數(shù)據(jù)采集清單。通過聯(lián)接與協(xié)調(diào),得出評估系統(tǒng)與仿真系統(tǒng)能夠共同認可的數(shù)據(jù)采集清單,在仿真過程中采集評估所需數(shù)據(jù),并進行效能評估。

3.3 多源評估數(shù)據(jù)的融合評估方法

彈道導彈突防效能評估過程中面臨著許多不確定因素,彌補由這些不確定因素造成的影響,需要尋求盡可能多、可利用的數(shù)據(jù)源作為評估的依據(jù)。為實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)源之間的有效評估融合,需要考慮的問題包括：各類評估信息的統(tǒng)一表達,如仿真采集信息與專家經(jīng)驗評估信息的統(tǒng)一表達問題；評估融合算法模型的構(gòu)建,如不同數(shù)據(jù)源之間的加權(quán)算法等。

縮減評估的風險性,提高評估的可靠性,需要利用多種載有不同的合理成分的評估數(shù)據(jù)源的支持。進行彈道導彈突防效能評估時,專家的經(jīng)驗信息不僅是寶貴的數(shù)據(jù)源,也是仿真采集數(shù)據(jù)不可或缺的補充[8]。評估過程中,需通過信息統(tǒng)一與加權(quán)融合的方法,對以定量表達為主的仿真數(shù)據(jù)和以定性表達為主的專家數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)進行綜合,進而得到穩(wěn)定可靠的評估結(jié)論。數(shù)據(jù)融合評估框架如圖5所示。

圖5 評估數(shù)據(jù)融合流程圖

4 算例

以彈道通用仿真框架設計的單級近程導彈與反設計得到的PAC-2、 PAC-3反導防御系統(tǒng)進行對抗突防仿真為例,應用以上方法對突防效能進行了評估并對結(jié)果進行了分析。

作戰(zhàn)仿真想定為單彈進攻,導彈發(fā)射點為(XX° XX′ XX″ N,XX° XX′ XX″ E),目標點為(XX° XX′ XX″ N,XX° XX′ XX″ E),PAC-3部署位置為(XX° XX′ XX″ N,XX° XX′ XX″ E),攔截方案為二攔一；突防效能總指標為突防概率,在分解指標的同時,結(jié)合仿真系統(tǒng)模型,給出了與末級指標相對應的包含162項內(nèi)容的數(shù)據(jù)采集單。部分采集清單與采集數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 部分采集及計算指標清單

除以上由仿真獲取的評估數(shù)據(jù)外,導彈發(fā)射可靠性、導彈飛行可靠性等指標由專家經(jīng)驗給出。將評估數(shù)據(jù)進行標準化與融合計算,可分別得出針對PAC-2、 PAC-3二攔一方案的突防概率為84.12%與53.63%。

按照以上方式,在分別改變仿真想定中的攔截次數(shù)、防御系統(tǒng)部署位置以及彈道形狀(發(fā)射點位置)等條件的前提下,繼續(xù)計算導彈突防效能值,通過對評估結(jié)果的分析可以得出以下幾點結(jié)論：增加攔截次數(shù)可以提高攔截概率降低導彈突防概率；反導防御系統(tǒng)部署距目標點越遠,攔截概率越低突防概率越高；彈道越高,攔截概率越低突防概率越高。

5 小結(jié)

以仿真為主,多種評估為輔的導彈突防效能綜合評估方法,具有靈活性高、適應性強以及經(jīng)濟節(jié)約等方面的優(yōu)點。這一方法與體系的建立可為導彈體系突防作戰(zhàn)提供可靠的突防效能評估方法,進而可為導彈作戰(zhàn)提供可靠的體系突防方案；同時,還能為新型導彈武器系統(tǒng)突防能力的需求論證、創(chuàng)新作戰(zhàn)理論研究、作戰(zhàn)方案評估、關(guān)鍵技術(shù)驗證等提供有效支撐。

需要指出的是,在突防效能仿真評估過程中,目前所做的工作僅僅考慮了末段防御系統(tǒng)反導防御系統(tǒng)。目前國外先進反導攔截技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為全方位、網(wǎng)狀反導防御系統(tǒng),因此效能指標、評估算法的研究還需進一步與先進突防和反導技術(shù)相對應,提高技術(shù)的針對性。這也是下一步需要研究的重點方向。