何小鋒

(91404部隊，河北 秦皇島 066000)

0 引 言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭是高科技的戰(zhàn)爭，不僅僅是制空權(quán)、制海權(quán)之間的競爭，更是制電磁權(quán)之間的競爭。當今幾場局部高科技戰(zhàn)爭如伊拉克戰(zhàn)爭、利比亞戰(zhàn)爭中表現(xiàn)的尤為突出，美國憑借著強大的電磁設備取得了戰(zhàn)爭的勝利。戰(zhàn)場上電磁環(huán)境復雜多變，戰(zhàn)爭雙方干擾和反干擾你來我往。由于電磁波看不到摸不著，評估電子裝備的性能非常困難，作戰(zhàn)效果的評估往往采用戰(zhàn)后數(shù)據(jù)的分析。所以，如何準確、時效地評價雷達系統(tǒng)的抗干擾性能已成為雷達研制和使用部門人員關(guān)心的重要課題。

戰(zhàn)場上電磁環(huán)境復雜，干擾類型、干擾功率、干擾密度、雷達設備性能、體制、綜合抗干擾措施存在差異，要準確、實時、全面地評估對抗效能是非常復雜的系統(tǒng)工程。目前的文獻資料主要介紹了雷達抗干擾的評估準則、方法、指標體系。歐美以及國內(nèi)專家從理論到工程應用方面對雷達抗干擾效能評估方面作了大量研究工作，取得了大量的理論研究成果。但是，由于抗干效能評估的復雜性，抗干擾效能評估實際評估效果報道幾乎沒有。

抗干擾效能評估方案主要有試驗法、仿真法和解析計算法。解析法結(jié)合仿真及局部試驗的方式評估雷達的干擾抗干擾性能仍是目前主要的方法。本文總結(jié)了關(guān)于抗干擾評估的方法，分析了加權(quán)模型、多層次模糊模型、神經(jīng)網(wǎng)絡評估模型，建立了戰(zhàn)場探測系統(tǒng)綜合評估模型。基于此模型，利用仿真數(shù)據(jù)對3種評估模型雷達進行了演算，比較了3種方法的優(yōu)缺點，對綜合探測抗干擾效能評估提供了一定的借鑒作用。由于試驗數(shù)據(jù)的局限性，需要進一步通過數(shù)據(jù)優(yōu)化模型。

1 評估準則以及評估方法

抗干擾評估準則主要有功率準則、概率準則和效率準則[1-2]。功率準則、概率準則主要針對噪聲壓制和轉(zhuǎn)發(fā)式干擾。效率準則也叫戰(zhàn)術(shù)準則。效率準則將抗干擾效果和作戰(zhàn)使命聯(lián)系起來，采取抗干擾措施前后的指標變化來評估，采用抗干擾措施前后的指標變化表征抗干擾效能。利用效率準則，通過直接比較不同環(huán)境下的指標變化檢測數(shù)據(jù)就可以得出雷達抗干擾評估結(jié)果。目前比較常用的評估方法主要有加權(quán)模型、多層次模糊模型、神經(jīng)網(wǎng)絡評估模型。

1.1 加權(quán)評估

加權(quán)評估模型[3-4]是傳統(tǒng)的評估方法。它首先確定評估指標模型，可定義單層和多層評估指標模型，根據(jù)評估指標模型通過專家打分等形式。本文評估模型見第2節(jié)，確定各層指標的重要性判斷矩陣，計算各指標在系統(tǒng)效能評價體系中的重要性權(quán)重，通過試驗計算評估模型指標值，利用各指標重要性權(quán)重對各評估指標進行加權(quán)得到抗干擾效能。加權(quán)評估流程如圖1所示。原則上講，通過大量對抗試驗，加權(quán)評估獲取相應的數(shù)據(jù)，再根據(jù)效率準則來評價雷達抗干擾效果，得出的結(jié)果是最可靠的。但實際上，大量對抗實驗的實現(xiàn)往往受到各種因素的制約而難以有效地進行，并且加權(quán)評估指標采用專家打分的形式，有一定局限性。

圖1 加權(quán)評估流程

1.2 多層次模糊評估

多層次模糊評估[5-7]是通過應用模糊數(shù)學的處理方法，對各因素集建立相應的模糊評價模型，得到最終干擾效果的一個模糊判決模型。

多層次模糊評估首先建立多層次模糊評估模型，然后確定評估指標，計算指標權(quán)重；另一方面，需要計算評估指標值和建立評估集，根據(jù)隸屬度函數(shù)、指標計算結(jié)果和評估集得到評價模糊矩陣，其流程如圖2所示。

圖2 模糊評估流程

(1) 建立模糊評判模型

首先確定綜合評判模型。對于雷達抗干擾性能的評估，評估的有關(guān)因素很多，很難合理地給出權(quán)重的分配，即很難真實地反映各因素在整體評判中的地位。多層次模糊評估考慮采取多級評判，將復雜的因素分解為較簡單的下一級諸因素。單因素評判便可由下一級諸因素的綜合評判獲得。在雷達抗干擾性能評估中，因素集就是評估的指標體系。

(2) 建立權(quán)重集

各個因素在評估中具有的重要程度不同。對于重要的因素應特別看重。對于不十分重要的因素，雖然應當考慮，但不必看重。對各個因素按其重要程度給出不同的權(quán)重，就可以得到因素集權(quán)重。

(3) 確定評估集

確定評估集，用諸如“很好、好、中等、差、很差”的一組模糊語言評價抗干擾效果的優(yōu)劣。這組語言同時將抗干擾效果分成對應的若干等級。

(4) 計算模糊綜合評判矩陣

模糊數(shù)學用0～1之間的數(shù)描述模糊性，表明了兩個事物與概念相互符合的程度，也就是隸屬度。隸屬度隨指標因素變化的函數(shù)就是隸屬函數(shù)。確定隸屬函數(shù)的常用方法有模糊統(tǒng)計法、三分法、模糊分布、專家打分法等，其中最常用的為模糊分布法。對于評價級別的劃分，可以采用將[0,1] 區(qū)間分成若干段的方法，每一段對應地表示一個等級。隸屬度評判矩陣解決了指標變化引起的權(quán)重變化，例如壓制干擾時假目標剔除率的權(quán)重隨之變化。

(5) 模糊綜合評判

采用極大極小型、乘積取大型、加權(quán)平均型等，均滿足保序性和綜合性，進一步給出明確的評估結(jié)果。

1.3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡評估法

BP神經(jīng)網(wǎng)絡[8-10]是應用最廣泛的神經(jīng)網(wǎng)絡。它基于反向傳播學習算法的多層網(wǎng)絡模型，由輸入層、輸出層和隱層(可1層或多層)及其前向連接而成，具有非線性映射能力強、容錯能力好、局部尋優(yōu)能力強等特點。BP 神經(jīng)網(wǎng)絡由豐富的神經(jīng)元組成，通過迭代訓練修正神經(jīng)元的權(quán)值和閾值，可以實現(xiàn)任意的非線性映射關(guān)系。BP 神經(jīng)網(wǎng)絡成為一種抗干擾效能評估的有效手段。典型的神經(jīng)網(wǎng)絡模型如圖3所示。

圖3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型

神經(jīng)網(wǎng)絡評估方法需要大量的學習樣本，并且輸入輸出樣本必須具有權(quán)威性。這樣經(jīng)過訓練的BP網(wǎng)絡才能真實、可靠地反映雷達的綜合抗干擾能力，對于不是樣本集中的輸入也能給出合適的輸出，克服了人為確定權(quán)重的困難及模糊性和隨機性的影響。這是一種智能綜合評價方法。

2 基于多傳感器融合的指標模型

建立合理的評估指標模型是抗干擾效能評估的依據(jù)和基礎(chǔ)。為了全面反映戰(zhàn)場雷達綜合抗干擾作戰(zhàn)效能，建立一套多層次的、完整的指標模型才能對抗干擾效能做出全面的客觀評估。本節(jié)在文獻[11]的基礎(chǔ)上，引入了信息融合處理的指標。指標模型主要選取決定雷達性能的戰(zhàn)術(shù)指標，更好地反映作戰(zhàn)效能。同時，選取了單雷達的固有抗干擾措施指標。單傳感器性能指標客觀上可反映雷達的抗干擾性能。主要指標包括雷達威力變化、精度改善、假目標剔除率、真目標識別率(TTR)，以及航跡質(zhì)量、抗干擾措施。其中，前5個指標不但適用于單雷達抗干擾，也適用于綜合抗干擾信息融合抗干擾指標。建立的指標模型如圖4。

圖4 戰(zhàn)場綜合抗干擾效能評估指標

(1) 雷達探測威力

雷達威力變化指標用來表示干擾前后和采取抗干擾措施前后的威力變化程度。采取抗干擾措施前后威力改善程度用于抗干擾效能評估。由于干擾前后和采取抗干擾措施前后的威力變化程度需要錄取數(shù)據(jù)，無法實時處理，威力基準可采用雷達的性能指標，對典型目標、RCS錄入數(shù)據(jù)庫，可通過等效換算得到不同距離單元的信噪比。當雷達受到干擾后，通過識別目標類型，計算雷達威力的變化。

(2) 精度改善

用于抗干擾效能評估時，測距/測角精度改善因子是指干擾機開啟，雷達采取抗干擾措施前后雷達系統(tǒng)測角和測距的變化。由于精度計算需要目標位置真值，同威力變化，需要錄取數(shù)據(jù)，目標裝備GPS，指標只能在試驗時得到。為了得到相近的計算，可根據(jù)目標信噪比變化，目標航跡的平滑擬合得到假定精度。

(3) 假目標剔除率

假目標數(shù)是指在一個波束駐留內(nèi)假目標多少。假目標數(shù)量減少的越多表示抗干擾效果越好。假目標剔除率是指采取抗干擾措施前后檢測到的假目標數(shù)的變化，由下式進行計算：

其中，N0表示采取抗干擾措施前覆蓋空域內(nèi)雷達檢測到的虛警目標個數(shù)，Nk表示采取抗干擾措施后覆蓋空域內(nèi)雷達檢測到的虛警目標個數(shù)。

(4) 真目標識別率(TTR)

真目標識別率是指在給定時間范圍內(nèi)覆蓋空域中真實目標被正確檢測的概率，真目標識別率由下式進行計算：

其中，N0表示雷達受到干擾時給定時間范圍內(nèi)覆蓋空域中真實目標的數(shù)量，Nk表示采取抗干擾措施后給定時間范圍內(nèi)覆蓋空域中能夠檢測到真實目標的數(shù)量。

(5) 航跡質(zhì)量

航跡質(zhì)量一定程度上反映了目標檢測的概率。航跡質(zhì)量定義為正常跟蹤的一段時間內(nèi)接收到的存在有效點跡的幀數(shù)/總幀數(shù)。跟蹤時間內(nèi)的總幀數(shù)為Nmax，其中有效點跡的幀數(shù)為N，則航跡質(zhì)量K為

(6) 固有抗干擾措施

抗干擾措施是雷達的固有屬性。目前的抗干擾措施主要有副瓣對消、副瓣匿影、頻率分集、頻率捷變等，根據(jù)雷達自身的抗干擾措施進行打分。

3 仿真分析

根據(jù)第2節(jié)建立的評估模型建立仿真的指標體系。假設戰(zhàn)場包括了3部雷達，雷達性能不同，受到干擾的程度不同。建立評價集，按“優(yōu)、良、一般、較差、差”區(qū)分，設定評價集矩陣V=[1，0.8，0.6，0.5，0.4]。根據(jù)文獻建立樣本數(shù)據(jù)，采用傳統(tǒng)的加權(quán)評估法，基于層次分析(AHP) 的模糊法和神經(jīng)網(wǎng)絡對樣本數(shù)據(jù)進行評估。

表1 列出了對3部雷達樣本加權(quán)評估、AHP模糊評估和神經(jīng)網(wǎng)絡評估對應的評估值(已歸一化)。其中，數(shù)據(jù)1為3部雷達同一試驗中不同性能指標評價集，數(shù)據(jù)1、2、3是相同3部雷達不同試驗結(jié)果的評價集。圖5給出了9組樣本的評估結(jié)果。從圖中可以看到，3種方法對樣本評估基本一致，最大值為第1組數(shù)據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡和加權(quán)評估差0.12。加權(quán)評估需要對各指標設定權(quán)重。由于固定性能指標忽略了威力、精度的重要性，偏差較大，模糊綜合評估法和神經(jīng)網(wǎng)絡法的結(jié)論是一致的。

AHP模糊評估建立了指標的綜合評判矩陣，能夠得出相對正確的結(jié)論。神經(jīng)網(wǎng)絡法需要通過訓練探求輸入輸出之間的內(nèi)在聯(lián)系，找到它們之間的非線性映射關(guān)系。由此對比結(jié)果可以證實3種方法在特定條件下一致。模糊評估法和加權(quán)法必須有專家的參與。相比之下，神經(jīng)網(wǎng)絡法只有在樣本獲取時尋求了專家的幫助。網(wǎng)絡一旦訓練好就不再需要其他外部條件，降低了主觀因素和隨機因素的影響。神經(jīng)網(wǎng)絡法在這一方面更占優(yōu)勢。表中利用神經(jīng)網(wǎng)絡模型對3部雷達的綜合效能進行了評估。由于3部雷達共享數(shù)據(jù)，評估結(jié)果更偏重固有性能高的雷達。

表1 抗干擾性能比較

圖5 3種評估方法評估結(jié)果

4 結(jié)束語

本文根據(jù)文獻總結(jié)了關(guān)于抗干擾評估準則，分析了加權(quán)模型、多層次模糊模型、神經(jīng)網(wǎng)絡評估模型，建立了戰(zhàn)場探測系統(tǒng)綜合評估模型?；诖四Ｐ?，利用仿真數(shù)據(jù)對3種評估模型雷達進行了演算，比較了3種方法的優(yōu)缺點。由于目前的文獻資料主要集中在理論研究方面，文獻報道的試驗數(shù)據(jù)較少，本文建立的戰(zhàn)場探測系統(tǒng)綜合評估模型對工程應用有一定的借鑒意義，但仍需要大量的數(shù)據(jù)進一步分析驗證。