一种防空预警雷达网的综合评估理论方法*1



一种防空预警雷达网的综合评估理论方法*1

甘刚1，李桂祥1，左治方1，林茜2

(1.空军预警学院，湖北 武汉430019； 2.中国人民解放军93277部队，辽宁 沈阳110141)

摘要：面对周边日益增加的远程精确制导武器和复杂电磁干扰等先进武器装备带来的威胁，防空预警网络建设的优劣直接决定着国土防空的安全与否，意义重大。从覆盖指数、重叠数、检测概率以及防空预警雷达网应对“四抗”的能力等方面采用定量分析的方法系统分析了防空预警雷达网建设的影响因素，系统地设立各因素权重系数，提出一种防空预警网络的综合评估理论方法。最后实例验证证明了该方法的可行性。

关键词：雷达网；影响因素；权重系数；综合评估

0引言

自20世纪90年代以来，历经了海湾战争、科索沃战争和伊拉克战争等多次突出空袭制胜的局部战争，所有国家包括美国都认识到了空中火力的强大和制信息权的优势，也认识到了建立强大防空预警力量的必要性和重要性。经过几十年的防空预警网络建设，基本形成了覆盖全国的防空预警雷达网，但是面临日趋纷杂的周边局势，亟需做的是建立功能更全、性能更优的防空预警网络[1]。其中，建立完善、有效的综合评估体系对防空预警网络进行综合评估是很重要的一个环节，考虑到问题的复杂程度，本文重点围绕陆基防空预警雷达网的性能评估问题展开思考。如今，美国开展的武器性能评估范围广泛，而且注重推广使用，逐渐形成派别理论和方法；俄罗斯的性能评估研究主要针对单一型号，综合性的评估研究较少，而且侧重于基础研究，工程运用方面不是很典型；在武器性能评估的研究方面存在基础理论研究少、注重指标体系的建立却忽略任务分析和约束条件分析，以及不太注重度量等问题[2]。目前众多学者提出的可行算法大多都只针对雷达网的某一个或几个指标深入研究进而进行评估[3-6]，系统性的综合评估比较少，对雷达网整体可优化性的指导意义不够。本文从雷达网的担负任务、性能以及系统保障等几个角度出发，采用定量分析的方法，考虑多个影响因子，建立合理的评估函数，尝试着尽可能多指标、系统地对雷达网进行综合评估，从而为指挥决策者提供雷达网的系统印象，便于系统作战。同时，对雷达网的优化也提供了基础依据。

1防空预警雷达网建设

1.1雷达网定义

2部或2部以上架设于不同地点或不同高度上的雷达通过情报站信息融合，使得其综合性能或覆盖空域优于单部雷达，以这样2部或2部以上雷达为主要探测设备而构成的探测系统便称为雷达网[7]。文献[7]给出了雷达网严谨的定义并做出了详细阐述，然后分析了地面对空监视雷达网的战技指标。从定义来看，对雷达网建设的讨论重点应该放在雷达数量、雷达阵地部署点或部署形式以及雷达网性能是否更优等几个方面。

1.2雷达网建设原则和目的

本文讨论的雷达网建设原则和目的不是讲宏观的，重点侧重于技术上应该达到某种指标而按照科学、系统的原则进行部署。雷达网是否最优地达到布防指标和布防目的，既是对防空预警网络评估的出发点，也是落脚点。

(1) 基于任务，统筹部署。根据国土防空责任划分，为保证完成任务的质量，雷达网必须达到空域覆盖、重叠数以及检测概率的指标要求。

(2) 重点区域，重点布防。对于重点保障区域，要充分考虑目标的特性，要把雷达网探测隐身目标和“低慢小”目标等能力重点考虑[8]。

(3) 能抗干扰，确保生存。如今雷达网面临的考验除了“低慢小”目标突防和隐身目标突防还有综合性电子干扰以及反辐射导弹(anti-radaiation missile，ARM)的威胁，雷达网抗综合性电子干扰和ARM的能力对雷达网的性能发挥和生存带来考验。

(4) 考虑效益，把握数量。在建设雷达网的同时，要综合考虑费效比的问题，应该建立合适的部署原则，减少探测冗余，利用尽量少的雷达装备完成布防任务。

2评估模型及流程

2.1评估指标及模型建立

影响防空预警雷达网综合性能优劣的因素很多，对雷达网的综合评估更是及其复杂的问题，综合考虑了1.2节防空预警雷达网的建设原则和目的，本文提炼出如下几个评估指标。

(1) 全覆盖指数α

雷达网对责任区域不同高度层所有目标的检测和跟踪是以全覆盖(是指达到既定的覆盖率η,η可由公式(1)确定[6])为前提条件的，因此结果只有2种，即0和1。

(1)

(2)

式中：假定责任区域共分为m高度层，共部署n部雷达；Sp为第p高度层的责任区面积，p∈[1,m]；Sip为第i部雷达在第p高度层的探测面积，i∈[1,n]。

(2) 检测概率Pd

这里的检测概率是指雷达网的联合检测概率[9],可以通过公式(3)确定。

(3)

式中：Pd∈[0,1]；Pi为第i部雷达的发现概率，i=1,2，…，n。

(3) 重叠系数β

在重点空域，为确保抗干扰需要和防止特殊情况下(如个别雷达故障和值守松懈等)连续跟踪目标，文献[6]对雷达网在责任区的某高度层探测范围的重叠系数也有一定要求(一般认为满足三重覆盖为最佳覆盖)。

(4)

(4) 保障系数ε

因为雷达网的抗干扰和抗反辐射导弹受多方面因素影响，比如技术层面的提高频域覆盖率[10]、战术层面的设置诱饵[11]等，而且还与雷达体制[12]紧密相关，相应的模型不太好建立，从系统角度考虑，本文提出保障系数ε来衡量雷达网的抗干扰和生存能力,ε由业内专家考察、综合确定。约定ε为常数，目前服役的雷达装备都具备抗干扰功能，故而ε>0；建立完美的抗干扰和抗反辐射雷达网是不断追求的目的，因此有ε∈(0,1)。

2.2评估函数

系统地考虑评估指标。全覆盖(达到既定的覆盖率)是必须满足的指标，因此全覆盖指数α可以看作开关函数；检测概率Pd、重叠系数β和保障系数ε是在满足全覆盖的前提下尽可能最大，而且一般都有下限，因为达不到下限肯定不会被筛选为最优输出，故而本文对各指标下限不做重点讨论；因责任区域或保障目标不同，各指标的“最优”程度不同，所以本文用权重来分配，权重可由专家组商定提出。

各雷达近似看做相互独立， 实际上部署雷达装备时也是尽量避免雷达的相互干扰， 所以各指标可近似看组相互独立，评估函数可由公式(5)确定：

F=α(c1Pd+c2β+c3ε)，

(5)

式中：c1，c2和c3是个指标的权重，且有c1+c2+c3=1。

考虑到雷达数量问题，本文提出评估指数λ，数学定义如下：

(6)

评估指数的意义在于：λ可以近似表明单部雷达的综合能力大小，也可以用来衡量雷达网的部署效益，越大越好，λ可以作为最终的预选部署方案的评估指标。

2.3评估流程

评估流程如图1所示，具体包括如下3个阶段6个步骤：

(1) 分析提炼评估指标，建立相应的计算模型模型，具体参照2.1节。

(2) 分别计算各拟部署方案的指标参数。

(3) 将计算出的指标参数代入公式(5)，确定权重系数，最后计算出各拟部署方案的函数值。

(4) 比较各拟部署方案函数值的大小，输出函数值最大的拟部署方案并作为预选部署方案保存。

(5) 如果计算出的各拟部署方案函数值大小相差无几，利用公式(6)作最后评估。

(6) 如果对预选部署方案仍然不满意，可以调整方案优化后，返回步骤(3)。

3实例验证

某布防区域，主要担负任务是防止境外飞机闯入和误入我防空预警网，3位技术专家各提出一种方案并已做好仿真显示，为方便验证，本文直接将仿真出的各方案评估指标参数计算好，具体为：方案A：α=1，Pd=0.9，β=0.6，ε=0.5，n=10；方案B：α=1，Pd=0.8，β=0.7，ε=0.4，n=9；方案C：α=1，Pd=0.8，β=0.8，ε=0.8，n=11(此处Pd为中高空的最小检测概率)。

假定3位专家一致认为该地区所建雷达网满足c1=0.7，c2=0.2和c3=0.1比较合理。则分别将3种方案代入公式(5)计算，结果如表1示。

表1　3种方案评估结果

图1　评估流程图Fig.1　Evaluation flow chart

最后，对随着雷达网装备数量增加的综合能力变化进行仿真，仿真图如图2所示。

图2　雷达网装备数量对综合能力的影响Fig.2　Radar net equipment quantity’s influenceupon the comprehensive ability of

显然，通过评估结果可以看出A方案更优，所以建议选择方案A作为部署方案。实际上，A方案是为边境布防设计的部署方案，B方案可用作内陆地区的部署方案，C方案一般是保障重要方向和地区的方案。由表1和图2还可得出如下结论：

(1) 每个雷达网的构建都是基于任务为前提的，任务不同则部署方案需要达到的指标不同；

(2) 雷达网装备数量的增加一定程度内会提高综合能力，但提高的效果逐渐减小。

本文的仿真虽然大致反映了雷达网装备数量对其综合性能的促进作用，但是考虑到费效比因素，雷达网的综合能力最终会因装备数量的增加而呈下降趋势，这一点是因为忽略了各评估指标之间的关系所致。

4结束语

本文通过系统地提出评估指标并建立评估模型和评估函数，针对雷达网部署方案进行评估筛选和优化。最后通过举例验证了评估方法的有效性，对雷达网的部署具有一定指导意义。下一步，需要做的工作是通过和部队实际部署方案对比，进一步改进本文提出的评估方法；同时，深入研究各指标的相关性和对雷达网抗干扰和抗ARM提出量化指标和建立模型评估是今后的研究方向。

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Comprehensive Theoretical Evaluation Method of the Air Defense Early Warning Network

GAN Gang1,LI Gui-xiang1,ZUO Zhi-fang1,LIN Qian2

(1.Air Force Early Warning Academy,Hubei Wuhan 430019, China；2.PLA,No.93277 Troops, Liaoning Shenyang 110141, China)

Abstract:In face of increasing threat of longrange precision guided weapons,complex electromagnetic interference and other advanced weapons and equipment,the quality of the air defense early warning network construction directly decides whether the homeland air defense is safe or not,and it is of great significance to build a good comprehensive air defense early warning network. From cover index, the number of overlapping, detection probability to the ability of air defense early warning radar network coping with “four kinds of threat” are systematically analyzed with quantitative method to determine influence factors to the air defense early warning radar network construction, and each influence factor weight coefficient is set up, then a comprehensive theoretical evaluation method of air defense early warning network is proposed. The feasibility of this method is verified with test.

Key words:radar network; influence factors ;weight coefficient; comprehensive evaluation

中图分类号：TN95

文献标志码：A

文章编号：1009-086X(2015)-06-0027-05

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2015.06.005

通信地址：431006陕西省宝鸡市凤翔县9号信箱E-mail：18653324504@163.com

作者简介：甘刚(1989-)，男，陕西宝鸡人。硕士生，研究方向为防空预警相关。

*收稿日期：2014-07-12；修回日期：2014-11-19