海上电子战目标威胁分析与评估*

向崇文，姜青山，杨辉

(1.海军航空工程学院，山东 烟台 264001; 2.中国人民解放军91960部队，广东 汕头 515074)

军事电子信息系统

海上电子战目标威胁分析与评估*

向崇文1,2，姜青山1，杨辉1

(1.海军航空工程学院，山东 烟台 264001; 2.中国人民解放军91960部队，广东 汕头 515074)

针对海上电子战目标威胁评估问题展开研究。首先，对目标威胁评估过程和威胁因素进行分析，综合选定威胁评估指标，建立威胁指标量化模型，指标属性值与指标权重值均选用区间值。然后，将物元分析法与折衷排序法(VIKOR)相结合，提出了基于物元区间数VIKOR的电子战目标威胁评估方法。最后，基于仿真实例应用物元区间数VIKOR方法，验证了该方法的合理性和适用性。

海上电子战；物元；区间数；折衷排序法；威胁；评估

0 引言

信息化条件下的海战场上，作战平台配备大量高度信息化的电子设备，包括通信、雷达、光电、武器控制与制导、电子对抗等系统。这些电子设备向空间辐射大量的电磁信号，表现为纵横交错、密集重叠、功率不均，构成了复杂电磁环境[1]。电磁空间争夺与掌控已经成为对抗双方关注的重点，信息攻防对抗已经上升到作战体系之间的激烈对抗。与舰载电子战系统相比，机载电子战系统凭借平台优势具备机动性能强、飞行速度快、作战区域广等突出优点，在海上电子战中占据优势地位。通过截获对方电磁信号，分析对方雷达和武器系统特征，进一步得到其作战能力及作战计划等情报信息[2]。面对海上作战日益严峻的电磁威胁，通过实施威胁评估以确保实时、准确地评判电子战目标威胁等级，才能科学进行干扰决策，合理分配干扰资源，最终顺利完成海上电子战任务。

目前，目标威胁评估方法主要包括：多属性决策[3]、模糊理论[4]、灰色理论[5]、TOPSIS方法[6]、贝叶斯网络[7]、直觉模糊集[8-9]、VIKOR等[10-11]。有些方法已经被成功地运用于电子战目标威胁评估，主要是针对辐射源目标威胁等级评判。文献[3]基于灰量白化函数对相关的定性指标量化，建立了电子战干扰目标的多属性多层次威胁评估模型和算法。文献[10]建立了基于脉冲样本图的威胁评估专家系统，通过雷达威力模型确定评估指标，将TOPSIS方法应用于机载RWR/ESM辐射源威胁评估。文献[11]基于标尺量化函数对定性指标进行量化，采用VIKOR法对电子战目标进行威胁排序，使得在整体效用最大的同时达到个体遗憾最小，并引入心态指标，与实际结合更为紧密。本文正是在其基础上，针对海上电子战目标威胁评估过程和威胁因素进行分析，将物元分析法与VIKOR法相结合，改进传统的VIKOR方法，提出了基于物元区间数VIKOR的海上电子战目标威胁评估方法。

1 海上电子战目标威胁分析

1.1 目标威胁评估过程

如图1所示，海战场上作战双方广泛部署飞机、舰艇等作战平台，其数量众多、类型多样的辐射源成为海上电子战的进攻目标，其中包括机载预警雷达、机载火控雷达、舰载警戒雷达、舰载火控雷达、短波通信系统、超短波通信系统、卫星通信系统及数据链、导航系统等。由于雷达具有探测、跟踪、制导等与战斗行动密切相关的用途，在作战过程中起到关键作用，引起作战双方高度重视，使得雷达对抗非常激烈。因而，雷达辐射源目标是海上电子战目标威胁评估重点。

图1 海上电子战态势概念图Fig.1 Concept map of maritime electronic warfare situation

海军传统的侦察机威胁等级判断方法是首先识别辐射源，然后根据结果判定威胁等级。在侦察到辐射源参数后，与数据库进行比对，一旦没有此辐射源数据，便无法判定其威胁等级，只能根据经验进行判定[12]。本文对这种传统威胁等级判断方法进行优化，提出信号分选识别与目标威胁评估结合的电子战目标威胁等级评判流程。电子战目标威胁评估需要在信号分选识别和战场态势融合的基础上，通过威胁评估建模、选取评估指标、优选评估方法等环节，得出目标威胁排序结果，生成威胁告警队列，如图2所示。

图2 电子战目标威胁评估过程Fig.2 Process of electronic warfare target threat assessment

1.2 目标威胁因素分析

技术与战术紧密结合是电子战行动的突出特点之一，威胁因素涉及技术与战术、对方与己方、整体与部分等多方面。在分析电子战目标威胁因素时需要综合考虑作战双方各层次因素。对于电子战目标因素的分析，可以从平台、设备、信号等层次展开。

(1) 平台层：平台属性、平台位置、运动特征等；

(2) 设备层：设备类型、工作状态、工作性能、抗干扰性等；

(3) 信号层：载频、重频、脉宽、方位等。

若考虑战术规则，还应该包含目标作用对象、作战企图、作战策略等[13]。分析目标威胁因素，是进行电子战目标威胁评估的前提，通过科学合理的确定评估指标，可提高威胁评估的准确性并降低威胁评估的复杂度。在海上电子战目标威胁评估过程中，信号层的信息处理主要属于分选识别部分，威胁评估是在其基础上重点针对平台层及设备层威胁因素的融合处理。

2 基于物元区间数VIKOR的评估模型

海上情报监视侦察体系(ISR)通过多种探测侦察手段获取目标信息，经过指挥中心信息融合后形成战场态势信息，其中就包含电子战目标威胁评估指标信息。本文选用物元分析法建立电子战目标物元矩阵，并对评估指标量化处理，然后采用区间数VIKOR折衷排序法进行威胁排序。

2.1 电子战目标物元矩阵

(1)

本文选用区间数作为指标属性值和指标权重值的规范化表示形式。

定义1 区间数及运算规则

设x=[xL,xU]为有界闭区间，且xL,xU∈R，则x为区间数；若xL=xU，则区间数x=[xL,xU]=xL，实数是区间数的一种特殊情况；若xL,xU∈[0,1]，则x为区间值。

定义2 属性值的转换规则

(1) 语言值转换为区间值

(2) 模糊数转换为区间值

定义3 物元区间数矩阵

目标Ti物元区间数矩阵形式为

(2)

2.2 评估指标量化处理

基于电子战目标因素分析结论及海上电子战主要特点，本文综合选定海上电子战目标威胁评估指标主要包括：A1平台类型(platform type, PT)，A2空间位置(spatial position, SP)，A3运动属性(maneuverable attribute, MA)，A4行动策略(operation strategy, OS)，A5作用对象(action object, AO)，A6设备类型(equipment type, ET)，A7工作状态(working condition, WC)，A8抗干扰性(anti-interference performance, AP)。以上指标，A2空间位置、A3运动属性、A4行动策略为定量指标，其余指标为定性指标。

(1)A1平台类型

(3)

(2) A2空间位置

A2空间位置采用距离来表征。距离属于成本型指标，其量化模型如下：

(4)

式中：x为电子战目标距离；Rmax为目标最大距离；Rmin为目标最小距离。

(3)A3运动属性

A3运动属性采用电子战目标运动速度表征。速度属于效益型指标，其量化模型如下：

(5)

式中：x为电子战目标速度；vmax为目标最大速度；vmin为目标最小速度。

(4)A4行动策略

A4行动策略采用作战意图表征[14]。作战意图由本机速度、目标速度及速度与本机目标连线夹角等因素来决定。

fi4(x)=vwcosθwi+vdicosθdi，

(6)

式中：vw为本机速度；vdi为i目标速度；θwi为本机速度方向与本机目标i连线的夹角；θdi为目标i速度方向与本机目标i连线的夹角。

(5)A5作用对象

A5作用对象是指电子战目标实施电磁辐射的对象，包括舰船、飞机、导弹等类别。可以将A5作用对象量化模型表示如下：

(7)

(6)A6设备类型

A6设备类型主要包括机载预警雷达、机载火控雷达、舰载警戒雷达、舰载火控雷达，短波通信系统、超短波通信系统、卫星通信系统及数据链，导航系统等。可将A6设备类型量化模型表示如下：

(8)

(7)A7工作状态

A7工作状态是对电子战目标电子系统所处运行状态的描述。A7工作状态的量化模型如下：

(9)

(8)A8抗干扰性

A8抗干扰性是对电子战目标电子系统在干扰条件下正常工作的度量。通常采用语言值进行表示，A8抗干扰性的量化模型如下式：

(10)

2.3 物元区间数VIKOR算法

电子战目标威胁评估是典型的多属性决策问题(MADM)。物元区间数VIKOR算法步骤如下：

步骤1:建立电子战目标标准物元区间数矩阵。

通过对目标物元矩阵实施量化和规范化处理，得到标准物元区间数矩阵，目标Ti的标准物元区间数矩阵为

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

步骤5： 计算威胁判断值FQi(α)，FSi(α)，FRi(α)。

FQi(α)=1-MQi-(2α-1)DQi，

(20)

FSi(α)=1-MSi-(2α-1)DSi，

(21)

FRi(α)=1-MRi-(2α-1)DRi，

(22)

式中：α为决策者心态指标，处于谨慎、中庸和激进等心态时，分别取值α<0.5，α=0.5和α>0.5。

步骤6： 电子战目标威胁程度排序。

根据电子战目标威胁评价值FQi(α)，FSi(α)，FRi(α)进行威胁程度排序，若威胁评价值越大，则威胁程度越高。根据文献[15]提供的检验方法，验证是否满足威胁评价值优势性和稳定性2个条件，若满足则直接根据威胁评价值FQi(α)进行威胁程度排序，否则，需要寻求威胁排序的折衷解。

3 仿真实例与结果分析

假定在某次作战行动中，作战区域内存在6个威胁目标。电子战目标集T={T1,T2,…，T6}，目标威胁指标集A={A1,A2,…，A8}。仿真条件参照文献[15]的作战场景，对其参数属性值作适当调整，并整理目标威胁指标属性值如表1所示。

本文选用文献[14]中的方法确定权重区间数。综合所有专家的信息，得到威胁指标的权重W={[0.20,0.25],[0.50,0.55],[0.15,0.18],[0.36,0.40], [0.22,0.25],[0.40,0.45],[0.50,0.55],[0.11,0.15]}。

(1) 建立电子战目标标准物元区间数矩阵。依据威胁指标属性值，通过量化处理和规范化处理，得出电子战目标T1,T2,…,T6的标准物元区间数矩阵。例如，T1的标准物元区间数矩阵为

(2) 确定PIS和NIS物元区间数矩阵

从表2可以看出，当决策人员处于不同的心态指标下，电子战目标威胁排序发生变化。持谨慎态度α=0.1时，T1,T4为折衷解；持谨慎态度α=0.3时，T1>T4；持中庸态度α=0.5时，T5,T6排序发生变化；持激进态度时α=0.7和α=0.9时，与持中庸态度排序相同。基于物元区间数的VIKOR方法实施电子战目标威胁评估，能够快速实现海上电子战目标威胁排序，心态指标的引入将决策人员的主观因素与作战实际相结合，使得评估结果具有很好的适用性。

表1 电子战目标威胁指标属性值Table 1 Index attribute of electronic warfare target

表2 电子战目标威胁排序Table 2 Electronic warfare target sorting

4 结束语

海上电子战目标的威胁评估问题是实施海上电子战的前提条件，本文首先分析目标威胁评估过程，并对威胁因素进行深入分析。综合海上电子战特点选取威胁评估指标，提出了基于物元区间数VIKOR的电子战目标威胁评估方法。仿真结果表明，该方法适用于海上电子战目标威胁评估，能够准确、快速地评估海上电子战目标威胁，有助于干扰决策制定及干扰资源分配。本文对威胁指标量化处理时，仅选用专家打分法，还可以在此问题上进行后续研究。

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Threat Analysis and Assessment of Maritime Electronic Warfare Target

XIANG Chong-wen1,2,JIANG Qing-shan1,YANG Hui1

(1. Naval Aeronautical Engineering Institute, Shandong Yantai 264001, China;2.PLA,No.91960 Troop, Guangdong Shantou 515074, China)

To solve the threat assessment of maritime electronic warfare target, target assessment process and threat elements are analyzed. The quantitative model of threat assessment index is found.Interval number is used in index attribute and index weight number. With matter-element analysis and VIKOR, matter-element interval number VIKOR method (MEI-VIKOR) is presented. Fiually,Simulation shows that the reasonability and applicability of MEI-VIKOR method is validated.

maritime electronic warfare; matter-element; interval number; VIKOR; threat; assessment

2015-12-30；

2016-03-18

国家社会科学基金(14GJ003-154)

向崇文(1986-)，男，湖南桑植人。博士生，主要研究方向为网电空间作战理论。

10.3969/j.issn.1009-086x.2016.06.025

TN97；TP301.6;TP391.9

A

1009-086X(2016)-06-0148-07

通信地址：264001 山东烟台二马路188号

E-mail：cqytman@163.com