張昊，金琳乘，王勝男

航空工業(yè)沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所，沈陽(yáng) 110035

未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)具有深度信息化、智能化、無(wú)人化的特點(diǎn)，無(wú)人作戰(zhàn)的相關(guān)概念和技術(shù)飛速發(fā)展，如何更好地將無(wú)人飛行器應(yīng)用于現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)已經(jīng)成為備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)[1-4]。對(duì)地攻擊無(wú)人機(jī)作為信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)單元，可以獨(dú)立完成探測(cè)-識(shí)別-決策-打擊-評(píng)估的作戰(zhàn)流程閉環(huán)[5-6]。

機(jī)載航電軟件和設(shè)備是影響對(duì)地攻擊無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵，其中對(duì)目標(biāo)的攻擊流程是無(wú)人機(jī)重要的任務(wù)環(huán)節(jié)。為保證飛行試驗(yàn)任務(wù)成功和無(wú)人機(jī)安全，需對(duì)無(wú)人機(jī)和環(huán)境要素進(jìn)行充分的地面驗(yàn)證。但是在地面難以創(chuàng)造出飛行和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，需合理設(shè)計(jì)驗(yàn)證方法驗(yàn)證對(duì)地攻擊流程的正確性和可行性。

目前在驗(yàn)證系統(tǒng)過程方面，不同的工程方向根據(jù)自身研究對(duì)象的實(shí)際情況形成了一些驗(yàn)證方法。在航天領(lǐng)域，由于在地面難以創(chuàng)造出失重和真空的復(fù)合環(huán)境，對(duì)太空過程的驗(yàn)證一般利用各種物理環(huán)境近似的方法分階段實(shí)施[7-9]。在數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，對(duì)數(shù)據(jù)處理過程的驗(yàn)證方法多是通過判讀處理結(jié)果的正確性或信號(hào)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)[10-12]。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能流程的驗(yàn)證一般采用計(jì)算機(jī)仿真的手段，通過系統(tǒng)運(yùn)行和數(shù)據(jù)流向的正確性實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證方法的構(gòu)建[13-16]。在飛行器領(lǐng)域，學(xué)者們一般采用半實(shí)物的地面仿真試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證飛機(jī)飛行過程的可靠性或?qū)椆麸w行過程的有效性[17-19]。

在飛行器的任務(wù)過程領(lǐng)域，對(duì)飛行任務(wù)過程的驗(yàn)證方法和手段還停留在計(jì)算機(jī)仿真層面，尚未涉及像航天過程和飛行過程一樣的半真實(shí)環(huán)境驗(yàn)證方法，而無(wú)人機(jī)對(duì)地攻擊的任務(wù)過程需要在飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)就依靠機(jī)載設(shè)備條件得到可靠有效的驗(yàn)證。

為了解決以上問題，本文采用觀察-判斷-決策-行動(dòng)(Observation-Orientation-Decision-Action, OODA)環(huán)的思想，將對(duì)地攻擊流程驗(yàn)證工作融入攻擊流程半實(shí)物試驗(yàn)中，分析了無(wú)人機(jī)對(duì)地攻擊流程，依托真實(shí)機(jī)載設(shè)備構(gòu)建了半物理的驗(yàn)證系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)仿真部分融合攻擊過程的精度模型，形成了一種無(wú)人機(jī)對(duì)地攻擊流程驗(yàn)證的新思路。

1 無(wú)人機(jī)對(duì)地攻擊流程分析

1.1 作戰(zhàn)流程

現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中戰(zhàn)場(chǎng)形勢(shì)瞬息萬(wàn)變、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)龐大、對(duì)抗環(huán)境復(fù)雜，戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)已經(jīng)由傳統(tǒng)的“平臺(tái)中心戰(zhàn)”向“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”轉(zhuǎn)變，無(wú)人機(jī)正在作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)參與到體系對(duì)抗中來(lái)。對(duì)地攻擊型無(wú)人機(jī)具備偵察探測(cè)能力、數(shù)據(jù)分析融合能力、自主決策能力和對(duì)地攻擊能力，其對(duì)地攻擊的過程遵循著感知-判斷-決策-行動(dòng)的OODA環(huán)周期。對(duì)地攻擊型無(wú)人機(jī)對(duì)地上目標(biāo)攻擊過程是一種復(fù)雜、連續(xù)的信息處理與信息操縱過程，具體對(duì)地攻擊的作戰(zhàn)過程可分為信息感知、威脅研判、自主決策和攻擊執(zhí)行4個(gè)階段[20]，與OODA環(huán)一一對(duì)應(yīng)，如圖1所示。

圖1 無(wú)人機(jī)對(duì)地攻擊作戰(zhàn)過程Fig.1 UAV air-to-ground attacking process

對(duì)無(wú)人機(jī)對(duì)地攻擊流程的驗(yàn)證手段需要從感知-判斷-決策-行動(dòng)的OODA環(huán)出發(fā)，充分考慮實(shí)際作戰(zhàn)過程中的各種因素，在驗(yàn)證環(huán)境中通過實(shí)物驅(qū)動(dòng)或數(shù)字仿真的手段逼近真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)過程，使攻擊流程得到有效驗(yàn)證。

1.2 感知過程

無(wú)人機(jī)的感知過程是通過數(shù)據(jù)鏈接收、本機(jī)探測(cè)得到戰(zhàn)場(chǎng)的態(tài)勢(shì)信息，進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)融合、目標(biāo)樣本積累和特征融合，經(jīng)過本機(jī)的處理單元進(jìn)行處理、學(xué)習(xí)和分析，優(yōu)化產(chǎn)生可供無(wú)人機(jī)使用的信息，完成對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)的態(tài)勢(shì)感知和目標(biāo)識(shí)別。

在高對(duì)抗干擾、高實(shí)時(shí)響應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，無(wú)人機(jī)裝備的多種傳感器，如合成孔徑雷達(dá)、激光雷達(dá)、多譜或超譜傳感器等，提取到的戰(zhàn)場(chǎng)信息數(shù)據(jù)形式與數(shù)據(jù)格式差異巨大，所包含的信息屬性不能保持一致，得到的數(shù)據(jù)也會(huì)存在模糊或丟幀現(xiàn)象，導(dǎo)致偵測(cè)信息的威脅特征不明顯或在時(shí)間和空間維度上不連續(xù)。

對(duì)地攻擊型無(wú)人機(jī)還需要應(yīng)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)中存在的偽裝、誘餌等能模擬真實(shí)目標(biāo)的外形、溫度、電磁特性等有限特征的手段；其中存在的敵方對(duì)抗系統(tǒng)也會(huì)對(duì)成像偵察、紅外偵察以及電磁偵察等手段進(jìn)行干擾。

1.3 判斷過程

無(wú)人機(jī)的判斷過程是對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)信息感知過程得到的數(shù)據(jù)信息分析、歸類處理，結(jié)合起飛前的任務(wù)規(guī)劃與裝訂信息，篩選識(shí)別任務(wù)目標(biāo)，對(duì)不斷到來(lái)的數(shù)據(jù)逐步判別達(dá)到對(duì)敵方意圖和作戰(zhàn)計(jì)劃辨別的目的。

當(dāng)前環(huán)境下，“人工智能(AI)、云、網(wǎng)、群、端”已經(jīng)逐步成為智能化戰(zhàn)爭(zhēng)中的制勝手段，對(duì)OODA環(huán)路中判斷環(huán)的影響與干擾因素蜂擁而至。敵方行為方式不再與傳統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法相同，包括分化與離散、集結(jié)與聚合、突然襲擊等，在廣域化的對(duì)抗環(huán)境下，敵方元素規(guī)模龐大、行為單元密集、關(guān)系演進(jìn)詭變，無(wú)人機(jī)的威脅研判過程已經(jīng)成為攻擊過程的重要環(huán)節(jié)。

1.4 決策過程

決策是智能化戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)抗的核心和中樞。自主決策過程體現(xiàn)在完成起飛與引導(dǎo)航路的飛行后，無(wú)人機(jī)根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和裝訂任務(wù)的變化改變自身飛行策略，自適應(yīng)地調(diào)整任務(wù)規(guī)劃。

無(wú)人機(jī)利用數(shù)據(jù)、知識(shí)、場(chǎng)景等驅(qū)動(dòng)方式，根據(jù)復(fù)雜、多變的態(tài)勢(shì)條件和敵方的實(shí)時(shí)作戰(zhàn)意圖，預(yù)測(cè)敵方行為、籌劃飛行航線、制定最優(yōu)的飛行和攻擊方案、優(yōu)化攻擊列表序列等，在任務(wù)規(guī)劃時(shí)就考慮無(wú)人機(jī)對(duì)各種戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)抗因素的適應(yīng)性，為后續(xù)的行動(dòng)打擊環(huán)節(jié)奠定有利條件。

在高度不確定的戰(zhàn)場(chǎng)條件下，無(wú)人機(jī)的自主決策功能通過先驗(yàn)知識(shí)以及與環(huán)境交互得到的信息，進(jìn)行分析和策略定制；通過態(tài)勢(shì)信息及預(yù)測(cè)信息，針對(duì)防空威脅和所攻擊目標(biāo)的毀傷特征，制定攻擊方案以及對(duì)突發(fā)情況采取的機(jī)動(dòng)措施，提高作戰(zhàn)效能。

1.5 行動(dòng)過程

由于無(wú)人機(jī)的作戰(zhàn)任務(wù)是對(duì)地攻擊，機(jī)載武器一般是激光制導(dǎo)炸彈和衛(wèi)星制導(dǎo)炸彈，其攻擊流程的OODA環(huán)的行動(dòng)過程是指根據(jù)任務(wù)規(guī)劃和攻擊決策信息完成火控解算、攻擊引導(dǎo)、武器投放和目標(biāo)指示的攻擊過程。

無(wú)人機(jī)的行動(dòng)過程直接關(guān)系到本次攻擊任務(wù)的完成情況，在攻擊過程中無(wú)人機(jī)投放狀態(tài)、戰(zhàn)場(chǎng)風(fēng)環(huán)境、目標(biāo)指示精度等多種因素都會(huì)對(duì)制導(dǎo)炸彈的命中概率造成影響。衛(wèi)星制導(dǎo)炸彈對(duì)目標(biāo)打擊精度主要在于武器自身精度，激光制導(dǎo)炸彈則主要在于激光制導(dǎo)精度和武器自身精度。目標(biāo)的易損特性和武器的命中誤差直接影響著制導(dǎo)炸彈的毀傷效果，影響著整個(gè)攻擊流程的最終判定結(jié)果。

因此在無(wú)人機(jī)對(duì)地攻擊流程的驗(yàn)證過程中需要考慮攻擊過程中存在的各種誤差因素，對(duì)攻擊流程中的誤差鏈建模形成有效的毀傷傳遞仿真環(huán)節(jié)，來(lái)保證對(duì)地攻擊流程的有效驗(yàn)證。

2 基于OODA環(huán)的半實(shí)物驗(yàn)證系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

半實(shí)物驗(yàn)證方法是近年來(lái)研究復(fù)雜系統(tǒng)驗(yàn)證的可靠手段，同時(shí)也是進(jìn)行效能評(píng)估的重要方法。半實(shí)物驗(yàn)證的主要目的是評(píng)估系統(tǒng)的任務(wù)品質(zhì)并檢測(cè)設(shè)計(jì)缺陷與偏差，驗(yàn)證平臺(tái)一般按照目標(biāo)系統(tǒng)的真實(shí)構(gòu)造進(jìn)行構(gòu)建，具備模擬無(wú)法真實(shí)構(gòu)建的驗(yàn)證條件。

基于OODA環(huán)的攻擊流程半實(shí)物仿真驗(yàn)證系統(tǒng)通過真實(shí)機(jī)載設(shè)備與計(jì)算機(jī)仿真相結(jié)合的方式，機(jī)載嵌入式軟件與相應(yīng)的設(shè)備可以在新型飛機(jī)初期設(shè)計(jì)定型試驗(yàn)中得到有效的驗(yàn)證。依靠高實(shí)時(shí)性的反射內(nèi)存交換網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算機(jī)仿真環(huán)境可以便捷地引入相應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證條件，以及存儲(chǔ)驗(yàn)證過程中的通信數(shù)據(jù)與系統(tǒng)信息，從而形成整個(gè)攻擊流程驗(yàn)證的數(shù)據(jù)閉環(huán)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 半實(shí)物驗(yàn)證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of semi-physical verification system

2.2 實(shí)時(shí)接口網(wǎng)絡(luò)

本文采用的半實(shí)物仿真驗(yàn)證系統(tǒng)基于Windows系統(tǒng)開發(fā)，具有應(yīng)用軟件平臺(tái)豐富和軟件實(shí)體便于使用人員操作的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也受到內(nèi)核設(shè)計(jì)中按照源碼分條(排隊(duì))式執(zhí)行的影響在同步性方面存在不足。因此在半實(shí)物驗(yàn)證系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)中，對(duì)仿真系統(tǒng)按功能劃分進(jìn)行物理式分離，分為戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真系統(tǒng)、信息存儲(chǔ)系統(tǒng)、接口轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、飛行仿真系統(tǒng)、目標(biāo)仿真系統(tǒng)和武器仿真系統(tǒng)6個(gè)子系統(tǒng)，結(jié)合反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信方式，彌補(bǔ)Windows開發(fā)帶來(lái)的同步性影響，形成高實(shí)時(shí)性的半實(shí)物驗(yàn)證系統(tǒng)。

反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)采用多個(gè)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)共享通用數(shù)據(jù)集的方式，形成了一種共享計(jì)算機(jī)內(nèi)存的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件在ns級(jí)的時(shí)間內(nèi)將需要共享通信的數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存網(wǎng)卡空間中，并在μs級(jí)時(shí)間內(nèi)通過網(wǎng)絡(luò)將信息同步到網(wǎng)絡(luò)上所有帶有反射內(nèi)存卡的計(jì)算機(jī)上。

采用反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的半實(shí)物仿真驗(yàn)證系統(tǒng)形成了分布式實(shí)時(shí)同步網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)，在對(duì)地攻擊流程的驗(yàn)證中具備實(shí)時(shí)模擬戰(zhàn)場(chǎng)單元的能力，形成了一套實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)仿真閉環(huán)。圖3顯示的是反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)控制與交換設(shè)備控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的工作流程與管理信息，各入網(wǎng)計(jì)算機(jī)按照設(shè)定的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)存卡地址可同步對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有反射內(nèi)存進(jìn)行共享。

圖3 反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)Fig.3 Reflective memory network system

2.3 機(jī)載設(shè)備與環(huán)境交聯(lián)

為了實(shí)現(xiàn)機(jī)載設(shè)備與驗(yàn)證環(huán)境中仿真系統(tǒng)的互聯(lián)互通，使驗(yàn)證環(huán)境產(chǎn)生真實(shí)可靠的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)，接口轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將光纖總線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為機(jī)載通信數(shù)據(jù)發(fā)送給環(huán)境中的機(jī)載設(shè)備。同時(shí)接口轉(zhuǎn)換系統(tǒng)也作為機(jī)載設(shè)備和驗(yàn)證環(huán)境的物理隔離，形成對(duì)機(jī)載設(shè)備和光纖總線的雙向保護(hù)。

接口轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將真實(shí)的機(jī)載設(shè)備和仿真驗(yàn)證環(huán)境形成交聯(lián)，使半實(shí)物驗(yàn)證系統(tǒng)的功能閉環(huán)。圖4為接口轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的組成框圖。

圖4 接口轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成Fig.4 Formation of interface conversion system

接口轉(zhuǎn)換系統(tǒng)通過特定的適配電纜與機(jī)載設(shè)備連接，在非總線信號(hào)處理功能中完成設(shè)備與環(huán)境間離散信號(hào)和脈沖信號(hào)的A/D與D/A轉(zhuǎn)換，同時(shí)將音頻/視頻信號(hào)打包轉(zhuǎn)換。接口轉(zhuǎn)換系統(tǒng)通過自身的反射內(nèi)存模塊與高速實(shí)時(shí)的反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)連接，在總線信號(hào)處理功能中完成與其他子系統(tǒng)和機(jī)載設(shè)備的信息數(shù)據(jù)交換。

3 精度模型

3.1 感知精度模型

無(wú)人機(jī)的態(tài)勢(shì)感知能力主要由數(shù)據(jù)鏈能力和機(jī)載傳感器能力組成，因此在對(duì)無(wú)人機(jī)攻擊流程進(jìn)行半實(shí)物驗(yàn)證時(shí)需要將感知精度模型劃分為數(shù)據(jù)鏈精度模型和傳感器精度模型。

數(shù)據(jù)鏈的精度水平主要體現(xiàn)在任務(wù)數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)，指揮中心將任務(wù)信息傳輸至無(wú)人機(jī)的時(shí)間延遲為上行延遲tup，無(wú)人機(jī)將戰(zhàn)場(chǎng)信息傳輸至指揮中心的時(shí)間延遲為下行延遲tdown。數(shù)據(jù)鏈精度僅對(duì)無(wú)人機(jī)攻擊任務(wù)傳遞目標(biāo)時(shí)造成影響，表示為

tdelay=tup+tdown

(1)

傳感器精度分為本機(jī)狀態(tài)測(cè)量精度和目標(biāo)狀態(tài)測(cè)量精度，本機(jī)狀態(tài)的測(cè)量值主要包括高度h、航向ψ、空速V、升降速度Vh、馬赫數(shù)Ma、攻角α和側(cè)滑角β；目標(biāo)狀態(tài)的測(cè)量值主要包括目標(biāo)斜距ST、目標(biāo)俯仰角φTy和目標(biāo)方位角φTz。這些載機(jī)和目標(biāo)的測(cè)量精度均是傳感器測(cè)量誤差xi，因此可以采用服從于正態(tài)分布的指標(biāo)精度εi表示，當(dāng)指標(biāo)精度等于3σ時(shí)，其概率密度為

(2)

當(dāng)無(wú)人機(jī)的感知過程受到敵方或戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境干擾時(shí)，其對(duì)目標(biāo)的探測(cè)精度模型還需要加入探測(cè)概率模型。考慮到對(duì)地攻擊無(wú)人機(jī)對(duì)地面目標(biāo)的定位手段主要是光學(xué)傳感器，戰(zhàn)場(chǎng)煙幕干擾是主導(dǎo)的干擾條件，因此將目標(biāo)的圖像對(duì)比度作為探測(cè)概率輸出結(jié)果。

圖5給出了光電測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量物體視在亮度的方式，物體受太陽(yáng)輻射的影響射出一定光譜范圍的輻射光，其經(jīng)過大氣后的衰減可以用大氣消光模型計(jì)算，大氣在太陽(yáng)的照射下產(chǎn)生的大氣背景光亮度亦可被光學(xué)傳感器捕捉。

圖5 大氣傳輸模型Fig.5 Atmospheric transport model

目標(biāo)/背景的視在對(duì)比度可以表示為

(3)

式中：It為目標(biāo)經(jīng)過大氣傳輸后的光譜輻照亮度；Ibg為背景經(jīng)過大氣傳輸后的光譜輻照亮度。

在存在煙幕影響時(shí)，目標(biāo)和背景經(jīng)過大氣傳輸后的光譜輻照亮度均發(fā)生改變，其中，It可表示為煙幕成分的質(zhì)量消光系數(shù)、煙霧濃度和視線上煙幕路徑長(zhǎng)度的函數(shù)：

It=f(αOBS,COBS,LOBS)

(4)

式中：αOBS為質(zhì)量消光系數(shù)；COBS為煙霧濃度；LOBS為視線上煙幕路徑長(zhǎng)度。

3.2 判斷精度模型

無(wú)人機(jī)通過感知過程得到戰(zhàn)場(chǎng)威脅信息后，需要根據(jù)自身狀態(tài)和威脅特性對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)條件中的威脅進(jìn)行判斷。攻擊流程仿真驗(yàn)證的判斷環(huán)節(jié)精度建模的工作主要是建立無(wú)人機(jī)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)威脅的估計(jì)模型，主要體現(xiàn)在對(duì)敵方防空火力系統(tǒng)能力的判斷。

對(duì)地攻擊無(wú)人機(jī)在感知過程可以得到敵方雷達(dá)位置坐標(biāo)(xs,ys,zs)并根據(jù)其特征得到敵方雷達(dá)的最大探測(cè)半徑Rs，因此對(duì)空預(yù)警雷達(dá)對(duì)無(wú)人機(jī)的發(fā)現(xiàn)概率與二者相對(duì)位置的關(guān)系為

(5)

地空導(dǎo)彈也是敵方防空火力系統(tǒng)的重要組成部分，無(wú)人機(jī)需要對(duì)防空導(dǎo)彈的殺傷區(qū)進(jìn)行判斷估計(jì)。在防空火力區(qū)域內(nèi)，地空導(dǎo)彈對(duì)殺傷距離dsy內(nèi)的目標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)概率殺傷，殺傷概率由目標(biāo)的速度VT、距離RT、高度hT和航向ψT決定，可表示為

Pk=fk(VT,RT,hT,ψT)

(6)

因此無(wú)人機(jī)根據(jù)當(dāng)前飛行狀態(tài)可以估計(jì)地空導(dǎo)彈的水平殺傷區(qū)范圍及殺傷概率，在指定高度地空導(dǎo)彈的水平殺傷區(qū)如圖6所示。圖中O為地空導(dǎo)彈發(fā)射點(diǎn)，OS為地空導(dǎo)彈射向，OP垂直于鉛垂射向面構(gòu)成右手系，MNKL多邊形區(qū)域表示指定高度地空導(dǎo)彈的水平殺傷區(qū)，dsj為殺傷區(qū)近界，dsy為殺傷區(qū)遠(yuǎn)界。

圖6 地空導(dǎo)彈水平殺傷區(qū)Fig.6 Ground-to-air missile horizontal killing area

3.3 攻擊精度模型

在OODA環(huán)的行動(dòng)階段，無(wú)人機(jī)執(zhí)行火控解算、攻擊引導(dǎo)、武器投放和目標(biāo)指示等動(dòng)作，在此過程中武器的落點(diǎn)系統(tǒng)誤差和無(wú)人機(jī)目標(biāo)指示誤差均會(huì)對(duì)武器的落點(diǎn)精度造成影響，從而最終影響對(duì)地攻擊任務(wù)的完成情況。

武器的落點(diǎn)系統(tǒng)誤差表征著武器自身的精度水平，一般以圓概率誤差(CEP)進(jìn)行考核，轉(zhuǎn)換服從于正態(tài)分布的概率密度表示為

(7)

因落點(diǎn)在彈道方向及其水平方向上系統(tǒng)散布基本相同且獨(dú)立，因此可以得到落點(diǎn)偏差的標(biāo)準(zhǔn)差：

(8)

無(wú)人機(jī)使用激光制導(dǎo)炸彈時(shí)，會(huì)射出激光指示目標(biāo)位置引導(dǎo)激光導(dǎo)引頭進(jìn)行末制導(dǎo)，此過程帶來(lái)的目標(biāo)指示誤差主要與機(jī)目距離和激光光斑偏差有關(guān)，可表示為

(9)

式中：LMT為無(wú)人機(jī)和目標(biāo)的斜距；(ΔxTp,ΔzTp)為激光光斑實(shí)際照射位置與目標(biāo)實(shí)際位置(xT,zT)的偏差；εpx、εpz為激光指示系統(tǒng)的角偏差分解結(jié)果。

4 實(shí)例分析

4.1 驗(yàn)證條件

為了對(duì)某無(wú)人機(jī)的對(duì)地攻擊流程進(jìn)行驗(yàn)證，在仿真驗(yàn)證環(huán)境的精度模型中設(shè)定不同的通信能力、傳感器能力、敵方防空火力系統(tǒng)配置、武器誤差和目標(biāo)指示誤差，形成低、中、高(L、M、H)3種不同水平的戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)抗強(qiáng)度，戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)抗強(qiáng)度也表征著無(wú)人機(jī)所處戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的不確定性。在編號(hào)為m、n、p的態(tài)勢(shì)環(huán)境下(對(duì)應(yīng)的戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)抗強(qiáng)度分別為L(zhǎng)、M、H)，分別對(duì)序號(hào)為A、B、C的機(jī)載軟件進(jìn)行3次地面目標(biāo)攻擊驗(yàn)證，測(cè)試條件見表1。

表1 測(cè)試條件

4.2 攻擊結(jié)果

機(jī)載軟件A、B、C分別在半實(shí)物仿真驗(yàn)證環(huán)境中進(jìn)行了9次試驗(yàn)，若無(wú)人機(jī)在執(zhí)行武器投放前被敵方偵測(cè)則攻擊流程失效，選擇有效攻擊流程對(duì)目標(biāo)的摧毀百分比作為驗(yàn)證攻擊流程有效性的判斷條件，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 試驗(yàn)結(jié)果

表2顯示了機(jī)載軟件在半實(shí)物驗(yàn)證的試驗(yàn)結(jié)果，可以看出軟件B的失效次數(shù)最多，有效攻擊流程對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)的摧毀水平也最高，軟件C沒有失效次數(shù)但對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)的摧毀水平低于軟件B和軟件A。

試驗(yàn)過程和結(jié)果表明，軟件B在判斷和決策過程中嚴(yán)格依據(jù)感知過程信息數(shù)據(jù)進(jìn)行決策，導(dǎo)致其在中、高對(duì)抗強(qiáng)度的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)中全部失效，受數(shù)據(jù)鏈誤差、定位誤差和敵方防空變化的影響，在武器投放前被預(yù)警雷達(dá)偵測(cè)，在低強(qiáng)度的對(duì)抗條件下，表現(xiàn)出了明顯的攻擊行動(dòng)過程的導(dǎo)向性，達(dá)成了較高水平的對(duì)目標(biāo)摧毀能力。

軟件A的失效次數(shù)均出現(xiàn)在高對(duì)抗強(qiáng)度條件的態(tài)勢(shì)環(huán)境中，在判斷和決策過程中對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)干擾和敵方防空的精度敏感程度介于軟件B、軟件C之間，其對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)感知和判斷模型精度的裕量依舊不夠。

軟件A和軟件C在對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)的摧毀能力上與軟件B相比稍弱，但攻擊過程的失效次數(shù)大幅下降，可以根據(jù)任務(wù)和無(wú)人機(jī)使用需要進(jìn)行適應(yīng)性使用。

5 結(jié) 論

1) 通過對(duì)無(wú)人機(jī)攻擊流程的分析，將攻擊流程劃分為感知、判斷、決策和行動(dòng)4個(gè)過程，構(gòu)建實(shí)時(shí)半實(shí)物仿真環(huán)境與機(jī)載設(shè)備交聯(lián)，對(duì)感知、判斷和攻擊精度建模，形成機(jī)載嵌入式軟件運(yùn)行的半實(shí)物驗(yàn)證系統(tǒng)。

2) 以任務(wù)失效次數(shù)和對(duì)目標(biāo)的摧毀能力為評(píng)判條件，通過不同戰(zhàn)場(chǎng)強(qiáng)度的試驗(yàn)態(tài)勢(shì)條件，驗(yàn)證并分析了3套機(jī)載嵌入式軟件的工程可行性。

3) 在飛機(jī)設(shè)計(jì)階段利用半實(shí)物仿真驗(yàn)證系統(tǒng)對(duì)機(jī)載設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證，可以在設(shè)備上機(jī)前暴露設(shè)計(jì)缺陷，指導(dǎo)軟件的功能分配和適應(yīng)性調(diào)整，進(jìn)一步優(yōu)化無(wú)人機(jī)的OODA打擊閉環(huán)過程，為攻擊流程的工程設(shè)計(jì)提供支撐。