鮑俊臣 ，韓道文 *，程立 ，王雙宇 ，宋振之，2

（1. 國防科技大學 電子對抗學院，安徽 合肥 230000；2. 中國人民解放軍31649 部隊，廣東 汕尾 516600）

0 引言

穿透性制空作戰(zhàn)是美空軍為應(yīng)對軍事大國反介入/區(qū)域拒止（anti-access and area-denial，A2/AD）體系所提出的一種新型作戰(zhàn)概念，是在空、天、網(wǎng)和電磁域融合的作戰(zhàn)體系下，以先進制空飛機為主、顛覆性技術(shù)為輔，精確實施軟/硬突防和獲取信息，實現(xiàn)體系內(nèi)情報安全共享，引導(dǎo)后續(xù)防區(qū)內(nèi)/外打擊，旨在根據(jù)任務(wù)需求獲取強對抗環(huán)境下的相對制空權(quán)［1-4］。由于穿透性制空作戰(zhàn)的實施主要依靠各類先進的作戰(zhàn)飛機，因此評估穿透性制空作戰(zhàn)飛機威脅程度，掌握穿透性制空作戰(zhàn)各階段作戰(zhàn)飛機的威脅排序，可為抗穿透性制空作戰(zhàn)目標分析和策略研究提供依據(jù)。

常用的威脅評估方法有層次分析（analytic hierarchy process，AHP）［5］、模糊邏輯［6］、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)［7］以及貝葉斯網(wǎng)絡(luò)［8］等，其中AHP 通過構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合定性分析與定量分析，來解決難以被定量描述的決策問題。相對其他威脅評估方法，AHP適用于條件要素較少和層次關(guān)系明確的問題［9］，結(jié)合穿透性制空作戰(zhàn)階段劃分明確、作戰(zhàn)飛機參數(shù)詳細等特點，故本文采用AHP 開展穿透性制空作戰(zhàn)飛機威脅評估。

1 穿透性制空作戰(zhàn)飛機威脅評估指標體系

1.1 威脅評估指標體系構(gòu)建

遵循涵蓋主要元素、指標定義清晰、指標度量準確等指標體系建立原則，基于穿透性制空作戰(zhàn)使用軟殺傷和硬摧毀手段來打擊A2/AD 體系，因此作戰(zhàn)飛機威脅評估指標應(yīng)包含電子干擾能力和武器攻擊能力。基于穿透性制空作戰(zhàn)以A2/AD 體系內(nèi)時敏目標為打擊重點，因此作戰(zhàn)飛機威脅評估指標應(yīng)包含機動能力、最小投射時間和共享感知能力?；诖┩感灾瓶兆鲬?zhàn)通過作戰(zhàn)單元互聯(lián)和有人/無人機協(xié)同提升作戰(zhàn)效能，因此作戰(zhàn)飛機威脅評估指標應(yīng)包含指揮控制能力?；诖┩感灾瓶兆鲬?zhàn)飛機在拒止區(qū)域的生存能力，因此作戰(zhàn)飛機威脅評估指標應(yīng)包含隱身能力。

而在作戰(zhàn)飛機威脅評估指標中，武器攻擊能力因機載武器的種類、數(shù)量和性能不同難以直接評估，因此基于穿透性制空作戰(zhàn)對機載武器的需求，結(jié)合機載武器的發(fā)展方向，選取毀傷能力、最大射程、最大飛行速度和隱身能力作為武器攻擊能力評估指標。作戰(zhàn)飛機威脅評估指標構(gòu)成如圖1 所示。

圖1 作戰(zhàn)飛機威脅評估指標構(gòu)成圖Fig. 1 Composition of threat assessment indicators of operational aircraft

1.2 威脅評估指標計算

（1） 機動能力K1

機動能力是作戰(zhàn)飛機在一定時間內(nèi)改變飛行速度、高度和方向的能力，作戰(zhàn)飛機的機動能力越強，越容易在作戰(zhàn)中占據(jù)有利位置和達成投射條件。考慮到穿透性制空作戰(zhàn)飛機可獲取的性能數(shù)據(jù)，故選取飛機的最大可用升力系數(shù)、翼載荷和推重比來計算機動能力［10］，表示為

式中：Cmax為作戰(zhàn)飛機的最大可用升力系數(shù)；G為作戰(zhàn)飛機滿載彈藥時的質(zhì)量；S為作戰(zhàn)飛機的機翼面積；P為作戰(zhàn)飛機在海平面的最大靜推力；g為重力加速度。

（2） 指揮控制能力K2

指揮控制能力是作戰(zhàn)飛機對其他作戰(zhàn)飛機進行指揮和控制的能力，體現(xiàn)作戰(zhàn)飛機在作戰(zhàn)體系中的重要程度。因為穿透性制空作戰(zhàn)中存在無人僚機協(xié)同有人機作戰(zhàn)，所以作戰(zhàn)的指揮控制層級更加豐富，故指揮控制能力為

式中：Ni作戰(zhàn)飛機指揮控制的飛機數(shù)量；R為指揮控制的最大范圍；U為所在的指揮控制層級計算。

（3） 電子干擾能力K3

電子干擾能力是裝載電子干擾設(shè)備的作戰(zhàn)飛機干擾A2/AD 體系中電子信息設(shè)備或系統(tǒng)的能力，可降低A2/AD 體系的作戰(zhàn)效能，支援隱身穿透集群實施突防和打擊，將電子干擾能力表示為

（4） 最小投射時間K4

最小投射時間是作戰(zhàn)飛機從當前位置進入攻擊陣位所需的最少時間，用以表述作戰(zhàn)飛機轉(zhuǎn)入攻擊狀態(tài)的快慢，表示為

式中：La為作戰(zhàn)飛機與作戰(zhàn)目標之間的水平距離；Lw為機載武器的最大投射距離；va為作戰(zhàn)飛機的最大平飛速度。

（5） 隱身能力K5

隱身能力是作戰(zhàn)飛機和機載導(dǎo)（炸）彈減弱自身輻射和反射信息的能力，是作戰(zhàn)飛機穿透防空系統(tǒng)和提高生存能力的關(guān)鍵，將作戰(zhàn)飛機的隱身能力表示為

（6） 共享感知能力K6

穿透性制空作戰(zhàn)中作戰(zhàn)飛機既要成為搜集數(shù)據(jù)的傳感器，也要作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)，所以共享感知能力包括作戰(zhàn)飛機對目標的偵察、監(jiān)視和識別能力以及將獲取的信息共享至其他作戰(zhàn)單元的能力?？紤]穿透性制空作戰(zhàn)對拒止區(qū)域內(nèi)作戰(zhàn)飛機的共享感知依賴更強，因此將共享感知能力表示為

式中：Nr為機載雷達偵察系統(tǒng)最大可跟蹤目標數(shù)量；Sr為機載雷達偵察系統(tǒng)的遠距探測范圍；No為機載紅外偵察系統(tǒng)最大可跟蹤目標數(shù)量；So為機載紅外偵察系統(tǒng)的探測范圍；Lr為A2/AD 體系中對空雷達網(wǎng)的探測距離；I為作戰(zhàn)飛機的信息共享系數(shù)。

（7） 武器攻擊能力K7

武器攻擊能力是作戰(zhàn)飛機攜帶的全部導(dǎo)（炸）彈對作戰(zhàn)目標的攻擊能力，由機載導(dǎo)（炸）彈的種類、數(shù)量以及通過毀傷能力、最大射程、最大飛行速度和隱身能力4 種武器攻擊能力威脅指標評估的攻擊能力共同衡定，武器攻擊能力威脅指標計算如下。

1） 毀傷能力T1

毀傷能力是機載導(dǎo)（炸）彈成爆后，其戰(zhàn)斗部對作戰(zhàn)目標造成摧毀和殺傷的能力。目前，美空軍裝備的空空導(dǎo)彈通常使用破片殺傷戰(zhàn)斗部，空地導(dǎo)（炸）彈通常使用破片殺傷、侵徹或復(fù)合戰(zhàn)斗部，因此機載導(dǎo)（炸）彈的毀傷能力以不同類型戰(zhàn)斗部裝載的炸藥量衡定。考慮到穿透性制空作戰(zhàn)中機載導(dǎo)（炸）彈的打擊目標以擁有裝甲的防空武器裝備和堅固防御工事為主，使用侵徹或復(fù)合戰(zhàn)斗部的機載導(dǎo)（炸）彈作戰(zhàn)效能更佳，將機載導(dǎo)（炸）彈的毀傷能力表示為

式中：Md為破片殺傷戰(zhàn)斗部的裝藥量；Mp為侵徹或復(fù)合戰(zhàn)斗部裝藥量。

2） 最大射程T2

最大射程是機載導(dǎo)（炸）彈對作戰(zhàn)目標打擊時，能取得預(yù)期打擊效果所飛行的最大水平距離，機載導(dǎo)（炸）彈的最大射程越大，作戰(zhàn)飛機在面對A2/AD體系時就越安全。最大射程由機載導(dǎo)（炸）彈的額定射程Ln衡定，表示為

3） 最大飛行速度T3

最大飛行速度是機載導(dǎo)彈可在飛行過程中相對地球表面運動的最大速度，機載導(dǎo)彈的最大飛行速度越大，其對時敏目標的打擊能力就越強，也越難以被A2/AD 體系攔截。最大飛行速度由機載導(dǎo)彈額定的最大飛行速度vn衡定，表示為

4） 隱身能力T4

具備隱身能力的機載導(dǎo)（炸）彈不易A2/AD 體系探測，擁有更高的作戰(zhàn)效能，將機載導(dǎo)（炸）彈的隱身能力表示為

由于穿透性制空作戰(zhàn)飛機威脅評估指標體系內(nèi)各類威脅評估指標不同的量綱和數(shù)量級會影響威脅評估的準確性，為消除量綱和數(shù)量級對評估結(jié)果產(chǎn)生的影響，還需將各指標的原始數(shù)據(jù)進行標準化處理后轉(zhuǎn)換為無量綱化指標測評值，使各指標值都處于同一數(shù)量級別。本文采用極差變換法對各指標的原始數(shù)據(jù)進行標準化處理。指標原始數(shù)據(jù)可分為正向型數(shù)據(jù)和反向型數(shù)據(jù)，正向型數(shù)據(jù)與其指標成正相關(guān)，反向型數(shù)據(jù)與其指標成負相關(guān)，具體變換公式為

式中：Xi為指標原始數(shù)據(jù)；Xmax和Xmin分別為該類數(shù)據(jù)的最大值和最小值；Xp為得到的無量綱化指標測評值。

2 穿透性制空作戰(zhàn)飛機威脅評估模型

2.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

建立層次結(jié)構(gòu)模型時，通常將模型劃分為目標層、準則層和方案層，其中目標層為待解決的問題，準則層為解決問題需考慮的因素，方案層為解決問題的不同方案，最終形成目標層-準則層-方案層的多層次分析結(jié)構(gòu)模型。

因此，在穿透性制空作戰(zhàn)飛機威脅評估的層次結(jié)構(gòu)模型中，作戰(zhàn)飛機威脅排序為目標層，作戰(zhàn)飛機威脅評估指標為準則層，各型作戰(zhàn)飛機為方案層，而在穿透性制空作戰(zhàn)飛機威脅評估的層次結(jié)構(gòu)模型中，準則層中武器攻擊能力難以直接評估，因此還需建立武器攻擊能力評估的層次結(jié)構(gòu)模型，其中作戰(zhàn)飛機的武器攻擊能力為目標層，武器攻擊能力評估指標為準則層，各型導(dǎo)（炸）彈的參數(shù)，如圖2所示。

圖2 穿透性制空作戰(zhàn)飛機威脅評估層次結(jié)構(gòu)模型Fig. 2 Hierarchical model for threat assessment of penetrating countair operational aircraft

2.2 構(gòu)造判斷矩陣

判斷矩陣是由準則層內(nèi)各因素兩兩比較后得出的相對重要程度所構(gòu)成，用以確定準則層內(nèi)各因素對目標層的優(yōu)先權(quán)重。本文采用九標度法對準則層內(nèi)各因素的相對重要程度進行標度，判斷矩陣標度含義如表1 所示。

表1 判斷矩陣標度含義Table 1 Meaning of judgment matrix scale

構(gòu)造作戰(zhàn)飛機威脅判斷矩陣A= (aij)n×n和武器攻擊能力判斷矩陣B= (bij)m×m，表示為

式中：aij為作戰(zhàn)飛機威脅評估指標中Kj相對于Ki的重要程度的標度；bij為武器攻擊能力評估指標中Tj相對于Ti的重要程度的標度。

2.3 相對權(quán)重計算及一致性檢驗

相對權(quán)重計算是采用和法［11］對判斷矩陣進行歸一化，進而得到由準則層內(nèi)各因素對目標層的優(yōu)先權(quán)重所組成的相對權(quán)重向量ω，而后通過一致性檢驗公式計算判斷矩陣內(nèi)各因素的相對重要程度的一致性，給出一致性檢驗公式為

式中：λmax為判斷矩陣的最大特征值；n為判斷矩陣的階數(shù)；RI為平均隨機一致性指標，一般通過查表得到，給出10 階以內(nèi)的RI取值如表2 所示。

表2 平均隨機一致性指標RI 取值Table 2 Average random consistency index value

當CR＜0.1 時表示判斷矩陣內(nèi)各因素的相對重要程度是較為一致的，否則說明判斷矩陣內(nèi)各因素的相對重要程度的矛盾較大，需要對判斷矩陣進行修正，直至滿足CR＜0.1。

2.4 威脅排序

首先，根據(jù)武器攻擊能力判斷矩陣B所求得的相對權(quán)重向量ω2和武器攻擊能力評估指標T，結(jié)合作戰(zhàn)飛機攜帶的各型導(dǎo)（炸）彈數(shù)量，求出作戰(zhàn)飛機的武器攻擊能力K7，表示為

式中：ω2i為第i種武器攻擊能力評估指標的權(quán)重；Tij為第j型機載導(dǎo)（炸）彈的第i種武器攻擊能力評估指標；Nj為作戰(zhàn)飛機搭載第j型機載導(dǎo)（炸）彈的數(shù)量。

而后，根據(jù)判斷矩陣A所求得的相對權(quán)重向量ω1和作戰(zhàn)飛機威脅評估指標K，求出作戰(zhàn)飛機的威脅度E，表示為

式中：ω1i為作戰(zhàn)飛機的第i種威脅指標的權(quán)重；Ki為作戰(zhàn)飛機的第i種威脅評估指標。

將計算得出的威脅度E按由大到小進行排序，即可得到穿透性制空作戰(zhàn)飛機的威脅排序。

3 實例分析

3.1 作戰(zhàn)構(gòu)想

以美戰(zhàn)略與預(yù)算評估中心發(fā)布的《大國競爭時代的美國空軍》中對南海作戰(zhàn)想定為基礎(chǔ)［12］，結(jié)合美空軍在臺海沖突兵棋推演中所使用的作戰(zhàn)飛機，構(gòu)想美空軍使用轟炸機、戰(zhàn)斗機、無人機和武庫機等對其印太戰(zhàn)區(qū)內(nèi)某國瀕海地域防空體系實施穿透性制空作戰(zhàn)，設(shè)該國對空雷達網(wǎng)的探測距離為400 km，穿透性制空作戰(zhàn)飛機及機載武器相關(guān)數(shù)據(jù)如表3［13-16］，4［17］所示。

表3 作戰(zhàn)飛機及其相關(guān)參數(shù)Table 3 Operational aircraft and related parameters

表4 機載武器及其相關(guān)參數(shù)Table 4 Airborne weapons and related parameters

3.2 計算分析

依據(jù)專家意見，得出作戰(zhàn)飛機威脅判斷矩陣A和武器攻擊能力判斷矩陣B，分別為

采用和法對判斷矩陣進行歸一化，得出作戰(zhàn)飛機威脅判斷矩陣A的相對權(quán)重向量ω1=（0.038 5，0.055 3，0.092 9，0.109 4，0.187 3，0.216 3，0.299 9），武器攻擊能力判斷矩陣B的相對權(quán)重向量ω2=（0.109 3，0.189 2，0.3507，0.350 7）。

由式（16）計算得，作戰(zhàn)飛機威脅判斷矩陣A的λmax1=7.197、武器攻擊能力判斷矩陣B的λmax2=4.010 3。根據(jù)表2 可知，當n=7 時，RI=1.36；當n=4時，RI=0.89，因此作戰(zhàn)飛機威脅判斷矩陣A的CR=0.024 2、武器攻擊能力判斷矩陣B的CR=0.003 8，均小于0.1，因此2 個判斷矩陣均滿足一致性要求。

根據(jù)式（15），（16），將表3，4 給出的相關(guān)數(shù)據(jù)代入，計算得出穿透性制空作戰(zhàn)各階段作戰(zhàn)飛機的威脅度，如表5～7 所示。

表5 集群巡航階段（Li=600 km）作戰(zhàn)飛機威脅排序Table 5 Threat ranking of operational aircraft in cluster cruise phase（Li=600 km）

表6 隱身穿透階段（Li=300 km）作戰(zhàn)飛機威脅排序Table 6 Threat ranking of operational aircraft in stealth penetration phase（Li=300 km）

表7 精確打擊階段（Li=100 km）作戰(zhàn)飛機威脅排序Table 7 Threat ranking of operational aircraft in precision strike phase（Li=100 km）

分析穿透性制空作戰(zhàn)各階段作戰(zhàn)飛機的威脅排序，B-2 和B-1B 的威脅程度隨其不斷深入敵防區(qū)而增大，并在精確打擊階段達到最大，且隨著B-21新型隱身轟炸機的公開，穿透性制空作戰(zhàn)中轟炸機的威脅程度將會進一步提高，因此對轟炸機應(yīng)采取多域協(xié)同預(yù)警、盡遠盡早攔截的策略；F-22 和F-35A 因其優(yōu)異的綜合性能，威脅程度在穿透性制空作戰(zhàn)的各階段均處于較高層次，F(xiàn)-35A 則憑借更為先進的航電系統(tǒng)和多用途特性，威脅程度較F-22更高，考慮其既作為傳感器進行情報搜集，又作為護航主力實施前伸攻擊，因此應(yīng)對其采取軟殺傷與硬摧毀兼?zhèn)涞墓羰侄?；MQ-9 的威脅程度雖在各作戰(zhàn)階段均處于較低層次，但諸如XQ-58A，RQ-180等更為先進的無人僚機的威脅依然不容忽視；B-52H 和C-17 作為武庫機其威脅程度隨機載武器的投射不斷降低，考慮其目標指示依賴穿透性平臺以及自身防護薄弱的特點，可使用作戰(zhàn)飛機實施抵近襲擾，加以遠距電子干擾支援的策略；E-3 的威脅程度因穿透性制空作戰(zhàn)的強對抗環(huán)境而有異于常規(guī)空襲作戰(zhàn)中預(yù)警機威脅程度。綜上所述，穿透性制空作戰(zhàn)雖有異與常規(guī)空襲作戰(zhàn)，但因過度依賴作戰(zhàn)飛機隱身能力、作戰(zhàn)飛機代差逐漸減小以及強對抗環(huán)境信息傳輸困難等，可通過研制先進雷達與新型戰(zhàn)機以及發(fā)展電子防空進行應(yīng)對。

4 結(jié)束語

本文提出了一種基于層次分析法的穿透性制空作戰(zhàn)飛機威脅評估方法，構(gòu)建了穿透性制空作戰(zhàn)飛機威脅指標體系，設(shè)置作戰(zhàn)飛機威脅評估指標，提升了威脅評估的合理性。建立了作戰(zhàn)飛機威脅評估的層次結(jié)構(gòu)模型，將武器攻擊能力評估模型嵌入作戰(zhàn)飛機威脅評估模型，使決策者可以相對簡便、迅速地了解穿透性制空作戰(zhàn)各階段作戰(zhàn)飛機的威脅排序，為制定應(yīng)對之策提供依據(jù)。