航母舰载机以及巡航导弹威胁评估研究

2017-06-05张永利孙治水陈彩辉胡燕华

舰船电子对抗 2017年2期

关键词：巡航导弹编队投影

张永利，孙治水，陈彩辉，胡燕华

(1.中国电子科技集团公司电子科学研究院，北京 100041；2.酒泉卫星发射中心，甘肃酒泉 735000)

航母舰载机以及巡航导弹威胁评估研究

张永利1，孙治水1，陈彩辉1，胡燕华2

(1.中国电子科技集团公司电子科学研究院，北京 100041；2.酒泉卫星发射中心，甘肃酒泉 735000)

基于熵权-灰色关联投影，结合美国航母编队舰载机以及"战斧"巡航导弹的相关性能，建立了对美航母编队舰载机以及"战斧"巡航导弹威胁评估模型。仿真结果直观显示了航母编队舰载机及巡航导弹威胁评估指标对威胁评估的影响，有助于及时、准确地推断敌作战意图，形成行之有效的打击方案并提供理论支撑。

航母编队舰载机；巡航导弹；威胁评估；灰关联投影

0 引言

2016年3月1日，以美国海军“斯坦尼斯号”航空母舰为首的航母战斗群驶入我国南海海域，还宣称要在南海举行军事演习，增加了地区紧张局势。我国海军“北极星”号电子侦察船对其实施全程监控。

航母的作战能力主要由其搭载的舰载机来实现。部署在“斯坦尼斯号”航母上的美国海军航空兵第九舰载机联队，共计70余架作战飞机，包括50余架舰载战斗机，一次出动可打击上百个目标，能够摧毁敌方作战飞机、舰艇、潜艇和陆地目标等装备设施，具有强大的进攻作战能力[1]。

如何把握和利用空情，将目标类型、飞行高度、飞行速度、航路捷径、隐身性能、机动能力等数据参数和性能综合考虑，并采用合理的威胁评估方案，对正确判断敌作战意图、为指挥人员快速形成有效的战术决策提供理论支持。比较常用的威胁评估方法有多属性决策法、灰关联法、贝叶斯网络法等。由于海战场情况复杂，仅采用单一的评估方法对辐射源目标进行威胁评估具有一定的局限性。所以视战场情况灵活应用多种方法有助于更加客观合理地对辐射源目标进行威胁评估。如文献[2]～[4]分别采用基于熵权-TOPSIS-灰色关联法、组合赋权-TOPSIS法对辐射源目标进行威胁评估。

鉴于经典的灰色关联分析法仅反映了比较序列与参考序列曲线的相似与距离程度，未考虑两者间方向的一致性，使得计算结果与实际产生一些偏差。模仅能反映比较序列与参考序列距离的大小，夹角余弦仅能反映比较序列与参考序列之间的方向[5]。本文提出利用熵权-灰色关联投影法，把模和夹角余弦结合起来，能全面而准确地反映比较序列与参考序列之间的接近程度；同时，利用信息熵确定指标权重，消除主观因素影响，对目标辐射源进行威胁评估提供一种可借鉴的理论方法。

1 美国航母编队舰载机及巡航导弹

下面主要参照“斯坦尼斯”号航母，对美国航母编队舰载机主要机型及“战斧”巡航导弹进行简要介绍。

1.1 F-35C

F-35是可服务于空军、海军和海军陆战队的多兵种作战飞机，其中F-35C是舰载机。其机载有源电扫阵列(AESA)雷达APG-81有丰富的对地/海工作模式(SAR.GMTI/SMTI)，电子系统先进，可以快速形成战场态势，实现对目标的精确定位和打击。F-35定位为隐身战斗机，其雷达截面积(RCS)约为0.005 2，适时发射中距空空导弹(AIM-120),命中率可达75%(官方宣称)[6-7]。图1为F-35战斗机。

1.2 F/A-18E/F

2002年11月6日，林肯号航母上部署的F/A-18E/F首次参与实战行动，使用精确制导弹药对伊拉克的2套“萨姆”导弹，1个指挥、控制和通信设施实施打击。部署在“斯坦尼斯号”航母上的美国海军航空兵第九舰载机联队，其主力战机为F/A-18E/F“超级大黄蜂”舰载战斗机(E为单座型，F为双座型)，如图2所示。F/A-18E/F增加了改进型火控雷达和机载电子设备，可带多种更先进的攻击武器。它所装备的先进前视红外目标引导系统可提供导航、目标指示功能，并配备激光目标指示器。

1.3 EA-18G

“斯坦尼斯”号航母上的美国海军航空兵第九舰载机联队VAQ-133“男巫”电子攻击中队，装备6～9架EA-18G“咆哮者”电子攻击机，如图3所示。EA-18G“咆哮者”电子干扰飞机采用F/A-18F机身，外挂点多达11个(翼尖2个，机翼下6个，机腹下3个)，除了最多搭载5个AN-ALQ-99F(V)干扰吊舱外，还能携带空-空导弹等F/A-18F配置的所有武器，可以满足包括护航干扰和防区外攻击等不同任务需求[8]。

1.4 舰载预警机

舰载预警机在航母编队作战体系中有2个重要作用:一是航母编队低空预警，作为航母编队的“鹰眼”;二是对作战飞机实施指挥控制，作为航母编队的“空中司令部”[9]。航空母舰战斗群的战术旗舰指挥中心与E-2之间通过数据链进行信息交换，共同完成预警及任务分配等任务，表现为一种互补、协调的指挥关系。同时，E-2的电子侦察设备和机载雷达可在复杂电磁环境中工作，能抗击敌电子干扰[10]。

“斯坦尼斯”号航母上的美国海军航空兵第九舰载机联队VAW-112“黄金老鹰”预警中队，装备4架E-2C“鹰眼”预警机，如图4所示。E-2C可探测和判明480 km 远的敌机威胁，至少能同时自动和连续跟踪250个目标，还能同时指挥引导己方飞机对其中30个威胁最大的目标进行截击[11]。

1.5 巡航导弹

“斯坦尼斯号”航母的中等距离防空任务由2艘导弹巡洋舰担任，编队的前出侦察、快速支援、对陆打击、编队反潜、护卫补给舰等任务由3艘“阿利·伯克”导弹驱逐舰来完成，如图5所示。2艘导弹巡洋舰和3艘导弹驱逐舰都装填“战斧”巡航导弹。

巡航导弹目标攻击过程大致可分为初始段(发射即发现)、巡航段(突防时发现)和攻击段(打击时发现)。其中，超声速巡航导弹是比弹道导弹更难拦截的目标。因此，对于巡航导弹的拦截，为了保证拦截概率，应当争取更多的拦截机会[12]。

2 灰色关联投影法

2.1 建立决策矩阵

考虑n个评价方案，记集合U=(方案1，方案2，…，方案n)=(U0，U1，…，Un)；记V为因素指标的集合，V=(指标1，指标2，…，指标m)=(V0，V1，…，Vn)。方案Ui对指标Vj的指标值为Yij(i=1，2，…，n；j=1，2，…,m)。称Y=(Yij)(n+1)×m(i=0,1，2，…，n；j=1，2，…，m)为方案集U对指标集V的决策矩阵。

2.2 初始化处理

对指标矩阵进行初始化处理，建立对威胁目标各指标因素Vj的隶属函数：

(1) 当Vj为效益型指标时

指标因素Vj越大，目标威胁度越大，则Vj采用的隶属函数为:

(1)

(2) 当Vj为成本型指标时

指标因素Vj越小，目标威胁度越大，则Vj采用的隶属函数为:

(2)

2.3 确定灰色关联决策矩阵

威胁源与理想方案的关联度矩阵：

R=(rij)((n+1)×m)

(3)

(4)

式中：λ为分辨系数，用于调整比较环境的大小，λ=0时，环境消失；λ=1时，环境保持不变，通常取λ=0.5。

威胁评估是由m个因素指标确定，进行多目标决策，比较各威胁源与理想优先项的关联度。其中r01=r02=r0m=1。

由于决策方案中各个评价指标之间的重要性不同，在加权向量W=(ω1,ω2,…，ωm)T的作用下增广型加权灰色关联决策矩阵为：

(5)

2.4 灰色关联投影

将每个决策方案看成1个行向量，则称每个决策方案与理想方案之间的夹角θi为灰色关联投影角,投影角的方向余弦为：

(6)

灰色关联投影权值为：

(7)

得灰色关联投影值为：

(8)

2.5 优选方案的选择

根据上式计算各方案的灰色关联投影值，由投影值的大小，对威胁源进行排序。投影值越大，目标的威胁程度越高。

3 威胁评估实例

3.1 构造辐射源决策矩阵

现有5批威胁源(包含舰载机和巡航导弹)从航母战斗群起飞。将威胁源依据目标类型、距离、高度、速度、航路捷径、雷达散射截面积(RCS)构成评估指标体系。辐射源平台类型不同，威胁程度也不同，威胁源类型为定性指标，具有模糊集特征，利用专家打分法确定辐射源平台类型属性值：

(9)

威胁源属性矩阵为Y=(yij)m×n，yij为第i架敌机的第j个属性,威胁属性值如表1所示。

表1 辐射源属性值

3.2 初始化无量纲处理

3.3 确定灰色关联决策矩阵

由于决策方案中各个评价指标之间的重要性不同，根据熵权法得到加权向量：W=(w1,w2,…，w6)T=(0.138 7 0.100 5 0.326 3 0.115 1 0.113 9 0.205 5)。

表2 目标隶属度

由式(5)得增广型加权灰色关联决策矩阵：

3.4 灰色关联投影

由式(4)得到灰色关联投影值为：

(0.921 7 0.907 3 0.618 9 0.527 1 0.418 7)

3.5 威胁评估仿真结果分析

根据上式计算各方案的灰色关联投影值，投影值越大，目标的威胁程度越高，目标的威胁程度见表 3。

表 3 目标威胁度

结果表明，战斧巡航导弹AGM-109B虽然在速度上相比F-35、F/A-18E/F、EA-18G要慢，但是由于其飞行高度低，而且具有极好的隐身性能，所以其威胁程度最高。目标威胁评估仿真如图6所示。

4 结束语

本文基于熵权-灰色关联投影法建立威胁评估模型，结合美国航母编队舰载机及战斧巡航导弹相关性能对辐射源目标进行威胁评估，并利用Matlab进行仿真分析。仿真结果表明，目标速度、高度、隐身性等威胁评估指标对威胁程度有不同程度的影响。所以提高系统探测能力，采用合理的威胁评估方法，对于正确判断威胁目标意图，快速准确形成针对目标的火力分配方案，具有重要意义。

[1] 安东.闯入南海的美航母编队[J].兵工科技,2016(7):6-10.

[2] 张永利，计文平，刘楠楠.基于熵权-TOPSIS-灰色关联的目标威胁评估研究[J].现代防御技术,2016,44(1):72-78.

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[6] 征惠玲.F-35作战能力综述[J].国防科技,2013,34(2):51-54.

[7] 嵩旭.F-35的空战能力及“云”作战[J].兵工科技,2016(7):34-38.

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[12]齐胤松,刘彬,刑清华，等.信息化条件下巡航导弹探测体系建设需求浅析[J].飞航导弹,2014(9):53-56.

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Research into The Threat Evaluation of Carrier-borne Aircraft and Cruise Missile

ZHANG Yong-li1,SUN Zhi-shui1,CHEN Cai-hui1,HU Yan-hua2

(1.China Academy of Electronics and Information Technology,CETC,Beijing 100041,China;2.Jiuquan Satellite Launch Center,Jiuquan 735000,China)

Combing with the correlative performance of American carrier formation carrier-borne aircraft and Tomahawk cruise missile,this paper establishes the threat evaluation model of American carrier formation carrier-borne aircraft and Tomahawk cruise missile based on entropy weight-grey relation projection.Simulation results show the effect of threat estimation indexes of carrier formation carrier-borne aircraft and Tomahawk cruise missile on threat evaluation intuitively,which is helpful to deduce enemy's campaign purpose accurately and timely,forms effective strike scheme and provides theoretical foundation.

carrier formation;carrier-borne aircraft;cruise missile；threat evaluation;grey relation projection