鄧岳，王盛春，李龍，張穎超

（解放軍陸軍工程大學(xué)通信士官學(xué)校，重慶 400035）

生存能力是裝備在作戰(zhàn)全過程中能得以生存并具備完成任務(wù)的能力，是裝備效能評(píng)估領(lǐng)域的重點(diǎn)之一，對(duì)其進(jìn)行研究的目的是盡可能增加裝備在戰(zhàn)場上的生存概率[1]。電源車廣泛應(yīng)用于情報(bào)偵察、預(yù)警探測(cè)、電子對(duì)抗、通信指揮等關(guān)鍵領(lǐng)域，是重要的供電保障裝備，其戰(zhàn)場生存能力對(duì)其伴隨保障的重要作戰(zhàn)系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能具有重要影響。當(dāng)前，高技術(shù)偵察和精確打擊已成為最主要的作戰(zhàn)樣式，作為重要保障裝備的電源車，由于暴露特征明顯，已成為其伴隨保障作戰(zhàn)系統(tǒng)的重要暴露源之一。因此，對(duì)電源車等保障類裝備的戰(zhàn)場生存能力評(píng)估十分重要。

目前軍內(nèi)外對(duì)于戰(zhàn)場生存能力的研究主要集中在主戰(zhàn)武器裝備和基于研發(fā)的裝備，忽視了電源車等保障裝備在整個(gè)作戰(zhàn)過程中的戰(zhàn)場生存能力研究，導(dǎo)致理論與戰(zhàn)場應(yīng)用效果存在較大偏差[2-7]。文中基于串行評(píng)估方法論，采用層次分析模型構(gòu)建了電源車戰(zhàn)場生存能力綜合評(píng)估指標(biāo)體系，重點(diǎn)討論了各種防護(hù)措施對(duì)電源車在整個(gè)作戰(zhàn)過程中總體生存能力的影響，為電源車及其保障系統(tǒng)的戰(zhàn)場生存能力建設(shè)提供參考[8-11]。

1 建立評(píng)估指標(biāo)體系

在現(xiàn)代戰(zhàn)場上，對(duì)電源車的生存能力產(chǎn)生影響的因素有很多，同時(shí)，其生存能力不僅與己方因素相關(guān)，還受到客觀戰(zhàn)場環(huán)境和敵方武器的制約。電源車生存能力的提升途徑主要是減少被發(fā)現(xiàn)和命中的概率，同時(shí)增強(qiáng)自身的機(jī)動(dòng)能力和所保障系統(tǒng)的預(yù)警能力。因此，電源車戰(zhàn)場生存能力指標(biāo)體系主要選取偽裝隱身能力、干擾誘偏能力和預(yù)警機(jī)動(dòng)能力這三個(gè)方面進(jìn)行構(gòu)建，如圖1所示。

圖1 電源車生存能力評(píng)估指標(biāo)體系 Fig.1 Estimation index system of power vehicle survivability

2 指標(biāo)量化分析

效能度量是效能參數(shù)大小的尺度，通常用百分比、概率、時(shí)間、空間和數(shù)量等具體數(shù)值或物理量表示。文中所分析的電源車生存能力指的是電源車及其伴隨保障系統(tǒng)與敵方進(jìn)行一次對(duì)抗之后的生存概率，在無特殊說明的情況下，其相關(guān)效能指標(biāo)參數(shù)均用概率表征。

2.1 偽裝隱身能力A

戰(zhàn)場偵察技術(shù)和打擊手段的快速發(fā)展已經(jīng)嚴(yán)重威脅電源車的生存。因此，有必要加強(qiáng)電源車的偽裝隱身能力，使其可見光、紅外、雷達(dá)等暴露特征最小化，躲避敵方武器的偵察、識(shí)別和打擊。

2.1.1 可見光偽裝隱身能力a1

天基和空基可見光偵察是電源車所面臨的重要偵察威脅，敵方光學(xué)探測(cè)設(shè)備的發(fā)現(xiàn)概率可通過可見光偽裝隱身技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)大幅降低?？梢姽鈧窝b隱身能力與目標(biāo)和背景的亮度有關(guān)[12]，即：

2.1.2 紅外偽裝隱身能力a2

紅外探測(cè)技術(shù)在軍事領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，使其成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭中軍事裝備和設(shè)施面臨的主要威脅之一[13-14]。電源車在工作時(shí)，車輛發(fā)動(dòng)機(jī)和車載電站都會(huì)產(chǎn)生大量的熱輻射，極易被敵紅外偵察設(shè)備捕捉。紅外偽裝隱身能力和裝備與背景的溫度差Δt有關(guān)，即：

2.1.3 雷達(dá)偽裝隱身能力a3

雷達(dá)偵察裝備在軍事上有廣泛的應(yīng)用，其中比較典型的就是合成孔徑雷達(dá)，其分辨率很高，對(duì)電源車輛的生存威脅較大。目標(biāo)的雷達(dá)偽裝隱身能力a3主要和其雷達(dá)散射截面（Radar Cross Section, RCS）有關(guān)[15]，一般取經(jīng)驗(yàn)值如下：0.910（圓形）、0.865（矩形）、0.840（正方形）、0.695（長條形）、0.672（復(fù)雜形）。

綜上所述，電源車偽裝隱身能力可以表示為：

式中：iaω為各三級(jí)指標(biāo)的加權(quán)系數(shù)且有

2.2 干擾誘偏能力B

干擾誘偏能力是指裝備偽裝隱身失效且被敵偵察識(shí)別后，在遭受敵精確打擊的情況下，實(shí)施干擾誘偏手段，使敵打擊失效的能力[1]。干擾誘偏能力B可表示為：

式中：c1為系統(tǒng)的預(yù)警能力，是電源車及其所保障系統(tǒng)對(duì)敵實(shí)施干擾誘偏的先決條件； ωbi為各能力的加權(quán)系數(shù)，且有bi取決于電源車及其伴隨保障系統(tǒng)中各干擾誘偏裝備的性能參數(shù)，可從裝備廠家或隨裝備配發(fā)的技術(shù)手冊(cè)中直接獲取。

2.3 預(yù)警機(jī)動(dòng)能力C

當(dāng)電源車被敵鎖定打擊，在實(shí)施干擾誘偏的同時(shí)，也可以快速實(shí)施狀態(tài)轉(zhuǎn)換和陣地轉(zhuǎn)移[1]。電源車的綜合機(jī)動(dòng)能力c2,3需要預(yù)警能力c1作為支撐，二者成串聯(lián)關(guān)系。

2.3.1 預(yù)警能力c1

電源車預(yù)警能力主要取決于伴隨保障系統(tǒng)的預(yù)警時(shí)間，由于預(yù)警反應(yīng)時(shí)間取值越小越好，屬于經(jīng)濟(jì)型指標(biāo)，故用功效系數(shù)法將其表示為：

式中：t為作戰(zhàn)過程中電源車的實(shí)際預(yù)警時(shí)間；tmax為電源車規(guī)避敵打擊的正常預(yù)警時(shí)間，tmin為電源車規(guī)避敵打擊所需的最短預(yù)警時(shí)間。

2.3.2 綜合機(jī)動(dòng)能力c2,3

電源車的綜合機(jī)動(dòng)能力主要包括兩個(gè)方面：一是被敵偵察發(fā)現(xiàn)后，為了規(guī)避打擊而迅速從工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換到機(jī)動(dòng)狀態(tài)的能力，用轉(zhuǎn)換時(shí)間表征；二是在機(jī)動(dòng)過程中，電源車保持機(jī)動(dòng)狀態(tài)的能力，用功率、速度、坡度等物理量表征。建立電源車綜合機(jī)動(dòng)能力層次分析結(jié)構(gòu)模型，如圖2所示。

圖2 電源車綜合機(jī)動(dòng)能力層次分析模型 Fig.2 Hierarchical analysis model of comprehensive mobility capability power vehicle

在指標(biāo)能力量化的過程中，常常出現(xiàn)數(shù)值相差較大和量綱不統(tǒng)一的情況，對(duì)后續(xù)指標(biāo)聚合產(chǎn)生影響[20]。由于綜合機(jī)動(dòng)能力指標(biāo)之間屬性不同，取值不同，量綱不統(tǒng)一，因此可采用模糊數(shù)學(xué)中有關(guān)隸屬度和隸屬函數(shù)的方法對(duì)機(jī)動(dòng)能力指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理。綜合機(jī)動(dòng)能力各基本層指標(biāo)的隸屬函數(shù)可寫為：

式中：xmin為該指標(biāo)的最小值；xmax為該指標(biāo)的最大值。

電源車綜合機(jī)動(dòng)能力共有7項(xiàng)基本層指標(biāo)，運(yùn)用正負(fù)理想點(diǎn)法[21]中歐氏距離的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合機(jī)動(dòng)能力的量化：

式中：λi為各基本層指標(biāo)對(duì)綜合機(jī)動(dòng)能力c2,3的組合權(quán)重系數(shù)，且有

綜上所述，由于電源車實(shí)施綜合機(jī)動(dòng)以躲避敵打擊是以其預(yù)警能力為前提，二者成串聯(lián)關(guān)系，因此可得電源車預(yù)警機(jī)動(dòng)能力C= c1·c2,3。

3 權(quán)重系數(shù)的確定

上述的量化計(jì)算過程都引入了加權(quán)系數(shù)，這些系數(shù)要根據(jù)實(shí)際情況確定。由于部分指標(biāo)數(shù)據(jù)不易得到和進(jìn)行量化對(duì)比，為了便于分析，可結(jié)合層次分析法和德爾菲法[17-19]，根據(jù)1—9標(biāo)度表（見表1），請(qǐng)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)各指標(biāo)重要度進(jìn)行比較，根據(jù)反饋匿名函詢機(jī)制，將專家結(jié)論經(jīng)過若干輪的整理、歸納、統(tǒng)計(jì)、反饋和修改，最終得到意見一致的兩兩判斷矩陣。根據(jù)判斷矩陣，計(jì)算最大特征值λmax對(duì)應(yīng)的特征向量，并通過一致性比例CR進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，其中 CR=CI/RI，一致性指標(biāo)CI=(λmax-n)/(n-1)，RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，取值見表2。當(dāng)CR＜0.1時(shí)，可以認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性，則歸一化的特征向量即為各因素的權(quán)重值，否則應(yīng)該對(duì)判斷矩陣的元素進(jìn)行調(diào)整直到其具有滿意的一致性為止[11]。

表1 1—9標(biāo)度表 Tab.1 1—9 Scale tables

表2 各階矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo) Tab.2 Average random consistency index of each order matrix

4 電源車作戰(zhàn)過程任務(wù)分析

裝備執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)常呈現(xiàn)出多階段特性[20]，根據(jù)電源車在整個(gè)作戰(zhàn)過程中所承擔(dān)保障任務(wù)的不同，可以將其作戰(zhàn)過程劃分為三個(gè)階段：先期開設(shè)階段、供電保障階段、轉(zhuǎn)換機(jī)動(dòng)階段。

1）先期開設(shè)階段。作為伴隨供電保障裝備，電源車應(yīng)先于保障對(duì)象進(jìn)行開設(shè)，此時(shí)其生存能力主要與偽裝隱身能力有關(guān)。于是，電源車在先期開設(shè)階段的生存能力E1可表示為：E1＝A。

2）供電保障階段。電源車開設(shè)完成后，啟動(dòng)電站為保障對(duì)象提供電能，保障完成各項(xiàng)作戰(zhàn)任務(wù)。此時(shí)電源車的生存能力E2不僅與自身偽裝隱身能力有關(guān)，還與所保障對(duì)象的預(yù)警和干擾誘偏能力有關(guān)，可表示為：E2＝1-(1-A)(1-B)。

3）轉(zhuǎn)換機(jī)動(dòng)階段。這一階段由于暴露時(shí)間長，可認(rèn)為始終處于敵方的偵察監(jiān)視之下，雖進(jìn)行了偽裝隱身，但仍是遭受打擊的重點(diǎn)階段。此時(shí)電源車的生存能力E3主要取決于自身偽裝隱身能力和預(yù)警機(jī)動(dòng) 能力，可以表示為：E3＝1-(1-A)(1-C)。

上述電源車作戰(zhàn)各階段生存能力模型之間互相獨(dú)立且成串聯(lián)關(guān)系，因此可得電源車作戰(zhàn)全過程總體戰(zhàn)場生存能力E＝E1·E2·E3。

5 算例分析

某部隊(duì)對(duì)現(xiàn)役電源車的偽裝隱身能力進(jìn)行改進(jìn)，采用了新型隱身涂料，對(duì)外形進(jìn)行隱身處理，并采取了發(fā)動(dòng)機(jī)、電站的紅外隱身措施?，F(xiàn)對(duì)電源車改進(jìn)前后的生存能力進(jìn)行評(píng)估，其各單項(xiàng)指標(biāo)的量化取值見表3。

需要說明的是，偽裝隱身能力指標(biāo)a2和a3在不同階段取值不同。由于系統(tǒng)處于先期開設(shè)階段時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和電站未啟動(dòng)，無紅外輻射，故a2分別取1（先期開設(shè)階段）和0/0.42（供電保障階段和轉(zhuǎn)換機(jī)動(dòng)階段）。由于改進(jìn)型系統(tǒng)對(duì)車輛外形進(jìn)行隱身化處理，故a3分別取0.695（轉(zhuǎn)換機(jī)動(dòng)階段）和0.910（先期開設(shè)階段和供電保障階段）。

表3 某部隊(duì)電源車單項(xiàng)指標(biāo)量化值 Tab.3 Quantitative value of single index of the power vehicle

5.1 構(gòu)建各指標(biāo)判斷矩陣

通過邀請(qǐng)部隊(duì)專家和一線部隊(duì)裝備使用人員對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的重要程度進(jìn)行判斷打分，得到各指標(biāo)的判斷矩陣，并用Matlab求出矩陣的最大特征值及其特征向量并歸一化，再進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。其中偽裝隱身能力和干擾誘偏能力各指標(biāo)判斷矩陣及其計(jì)算結(jié)果分別見表4、表5。

5.2 計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)判斷矩陣，計(jì)算得出偽裝隱身能力和干擾誘偏能力各指標(biāo)的權(quán)向量：

表4 偽裝隱蔽能力各指標(biāo)判斷矩陣 Tab.4 The judgment matrix of each index of camouflage ability

表5 干擾誘偏能力各指標(biāo)判斷矩陣 Tab.5 The judgment matrix of each index of interference ability

5.3 評(píng)估電源車生存能力E

根據(jù)上述各能力指標(biāo)的權(quán)重及其量化值，計(jì)算電源車在不同防護(hù)措施方案下的生存能力，并對(duì)改進(jìn)前后電源車的生存能力進(jìn)行比較。當(dāng)電源車采取某項(xiàng)防護(hù)措施時(shí)，其對(duì)應(yīng)的能力指標(biāo)參數(shù)為有效，否則記為0。各防護(hù)措施與電源車生存能力的關(guān)系見表6，計(jì)算結(jié)果的Origin仿真曲線如圖3所示。

表6 防護(hù)措施與電源車各階段生存能力的關(guān)系 Tab.6 Relationship between protective measures and survivability of power vehicle at all stages

圖3 不同防護(hù)措施方案下現(xiàn)役型和改進(jìn)型電源車作戰(zhàn)全過程生存能力對(duì)比 Fig.3 Comparison of survivability of the active and improved power vehicles under different protective measures

從表6和圖3可以看出，隨著干擾誘偏和預(yù)警機(jī)動(dòng)等防護(hù)措施的實(shí)施應(yīng)用，電源車的總體戰(zhàn)場生存能力不斷提高，特別是采取預(yù)警機(jī)動(dòng)措施后，現(xiàn)役型電源車作戰(zhàn)全過程生存能力相對(duì)提高了179.4%，改進(jìn)型電源車相對(duì)提升了41%。通過對(duì)電源車的偽裝隱身能力進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)型電源車的作戰(zhàn)全過程生存能力提升了76.4%，說明提升裝備偽裝隱身能力對(duì)提高其戰(zhàn)場生存能力有著十分重要的作用；但是使用的防護(hù)手段較多，導(dǎo)致成本大幅提高且操作使用復(fù)雜，只適合對(duì)特別重要目標(biāo)伴隨保障時(shí)的防護(hù)。

通過上述分析，改進(jìn)型電源車生存能力仍然偏低，這是由于電源車紅外偽裝隱身的難度較大，特別在供電保障和轉(zhuǎn)換機(jī)動(dòng)過程中發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)產(chǎn)生大量的熱輻射，很容易被敵方發(fā)現(xiàn)識(shí)別并摧毀。下一步可通過采用低紅外輻射特征的全水冷電站或?qū)囕v表面噴涂新型多波段兼容迷彩涂料等手段，有效提升電源車的紅外偽裝隱身能力，進(jìn)一步提升電源車及其伴隨保障系統(tǒng)的戰(zhàn)場生存能力。

6 結(jié)語

文中在考慮電源車全作戰(zhàn)過程各階段的使用特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)施改進(jìn)前后的電源車總體戰(zhàn)場生存能力進(jìn)行了定量評(píng)估，分析總結(jié)了影響電源車戰(zhàn)場生存能力的主要影響因素和有待后續(xù)改進(jìn)的技術(shù)性能指標(biāo)，為電源車及其保障系統(tǒng)的戰(zhàn)場生存能力建設(shè)提供依據(jù)，也能為其他勤務(wù)保障裝備的生存能力評(píng)估提供參考。