武器装备毁伤评估研究进展

马春茂，孙卫平，李 炎，钞红晓,高 瑞

(1.西北机电工程研究所，陕西 咸阳 712099；2.西安现代控制技术研究所，陕西 西安 710065；3.陆军航空兵学院，北京 101113)

美军情报机构目标毁伤效果评估工作组对目标毁伤效果评估的定义是：在对既定目标进行军事打击(包括致命和非致命)后，对目标进行及时和准确的毁伤估计，目标毁伤效果评估适用于整个作战行动过程中所有类型的武器系统，包括空军、陆军、海军和特种作战力量武器系统，目标毁伤效果评估主要由情报部门负责，包括物理毁伤评估，功能毁伤评估和目标系统毁伤评估[1]。美国国防部规定目标毁伤效果评估人员通过评估需要解决如下问题：武器系统是否对目标施加了计划中的影响；武器系统是否完成了既定任务，取得了既定结果，达到了攻击目的；敌方对目标进行修复需要多长时间；对目标是否需要进行再次打击等[2]。

武器装备毁伤评估的准确性和实时性是实现武器装备创新发展和有效使用的重要基础，对充分发挥武器装备的战斗性能、提高作战水平具有重大的现实意义，直接影响战争的进程和结果。毁伤评估作为武器装备研制与使用的基础，引起世界主要军事大国的高度关注。美军在毁伤评估领域进行了广泛深入的研究，处于世界领先水平。

“精确打击”作为美军联合作战的四大原则之一，其基本内容之一就是武器系统的毁伤效能评估。精确打击的根本目的是高效毁伤，精确命中服务于高效毁伤。如何实现对敌方高价值目标的有效毁伤，不仅需要解决精确打击的问题，更需要解决击中后能够对目标有效毁伤的难题。随着高新武器系统精确打击和高效毁伤能力的不断提高，毁伤测试评估的要求和难度也越来越大。笔者广泛搜集了国外毁伤评估研究资料，经整理、分析，从毁伤评估方法、毁伤评估试验、毁伤评估标准与规范、毁伤评估系统4个方面进行论述。

1 国外毁伤评估研究情况

1.1 毁伤评估方法

美军目前的毁伤评估方法主要有基于目标毁伤信息的评估方法和基于毁伤评估模型的评估方法。

1.1.1 目标毁伤信息收集

目前，美军毁伤信息收集平台主要基于卫星侦查、机载平台和弹载平台。

卫星侦察平台有光学照相侦察卫星、雷达成像卫星和电子侦察卫星。美国现役的KH-12卫星，采用大面积阵探测器、大型反射望远镜系统、数字成像系统、自适应光学成像技术及实时图像传输等技术，分辨率最高可达0.1 m.

雷达成像侦察卫星可以弥补光学照相侦察卫星易受天气影响的不足，能全天候、全天时随时对目标进行成像，还能穿透干燥的地表发现地下数米深的设施。美国现役的长曲棍球卫星是世界上最先进的雷达成像卫星，其装载有巨大的合成孔径雷达天线和太阳能电池板，高分辨率的合成孔径雷达能以多种波束模式对地面目标成像，分辨率最高可达0.3 m.

电子侦察卫星主要用于截获雷达、通信系统的传输信号，探测敌方军用电子系统的性质、位置和活动情况，也可用于毁伤信息的收集。美国最为先进的是第五代电子侦察卫星入侵者、徘徊者以及奥林匹亚。入侵者是美国集成化过顶信号侦察体系的组成部分，具有多轨道能力，集通信情报和电子侦察功能于一身。徘徊者属于静止轨道电子侦察卫星，主要用于侦察、定位战略目标。奥林匹亚属于低轨道电子侦察卫星，主要用于海军、安全局等部门的电子侦察一体化计划。

无人侦察机与卫星相比更为灵活，能够获取目标局部点的毁伤信息。美国目前已经形成了近、短、中及远程系列无人机。美国最具代表性的无人机是捕食者和全球鹰。捕食者查打一体无人机机长8.2 m，翼展14.7 m，起飞质量900 kg，燃油量110 L，飞行高度8 km，最长续航40 h.全球鹰无人机机长13.4 m，翼展35.5 m，起飞质量最大可达11 610 kg，燃油量多达7 t，最长续航42 h，飞行高度超过20 km，具备从美国本土到全球任何地方进行侦察监视的能力。2013年12月，美国国防部发布了《2013—2038年无人机系统一体化路线图》，2016年美空军又发布了《2016—2036年小型无人机系统飞行规划》。美军无人机未来的发展将向着小型、微型化、集群化、智能化的方向发展。

2002年美国试验了一种反辐射导弹，自带有毁伤评估发射机，可以传回弹着点和目标信息，从而提供近实时的毁伤评估。美国海军的MK73导弹上的MKS型微光电视系统，除了具有分辨多目标、监视和导航功能外，还能进行毁伤效果的评估。

1.1.2 毁伤评估模型

毁伤效果评估的模型主要有基于层次分析法、模糊综合评判法、贝叶斯网络法等方法的模型。

层次分析法是美国运筹学家萨迪教授于20世纪80年代初提出的一种多准则决策方法。其优点在于系统性、实用性和简洁性。将定性判断与定量分析相结合，用数量形式表达和处理人的主观偏好，从而为科学决策提供依据。

模糊综合评判法以模糊推理为主，精确与非精确、定性与定量相结合，是应用模糊关系合成原理，从多个因素对被评判事务隶属等级状况进行综合性评判的一种方法。

贝叶斯网络又称信度网络，是目前不确定知识表达和推理领域最有效的理论模型之一。该方法能够根据不确定或不完整的观测信息，对所要研究的问题做出相对准确的推理，适用于根据不确定或不完整的目标毁伤信息去综合评估目标的毁伤效果。

1.1.3 毁伤评估方法

基于毁伤信息的目标毁伤效果评估方法指的是根据目标遭受打击前后有关信息的变化，通过全面系统的对比分析，评估目标毁伤效果的方法。这是打击行动实施后，对目标毁伤效果进行评估的一种最常用的基本方法。典型的方法是基于图像变化检测的目标毁伤效果评估方法。

基于图像变化检测的目标毁伤效果评估方法主要集中于基于光学图像和SAR图像的毁伤效果评估方面。基于图像的打击效果评估包括目标信息获取、毁伤信息提取和毁伤结果判定几个过程。毁伤信息提取指从遥感图像中提取目标毁伤特征,毁伤结果判定则要根据目标的毁伤信息，结合评估模型，得出评估结论。

美国国防部高级研究计划署(DARPA)正在进行实时毁伤效果评估(R/T BDA)项目的研究，该项目可从雷达图像中实现对机动目标的毁伤效果自动评估，并实时提供评估信息以满足作战决策需要。

1.2 毁伤评估试验

2015年美军联合实弹试验项目(Joint Live Fire Program)对“地狱之火”导弹毁伤效能进行了测试与评估[3]，如图1所示。“地狱之火”常被用来攻击高价值目标，考虑到这些目标的地理位置以及减少附带损伤，需要对其杀伤精度和毁伤半径进行更高置信度的测试和评估，爆炸冲击波以及破片侵彻数据需要更精准测试，为联合毁伤评估提供可靠的数据输入源。同年联合实弹试验项目还进行了MK84航空炸弹的静爆试验数据重新收集[4]，如图2所示，其使用先进的图像处理技术以及破片追踪算法，成功追踪到1 016枚破片。

2016年美国桑迪亚国家实验室(SNL，Sandia National Labs)使用闪光X射线以及高速成像技术对战斗部爆炸破片飞散过程进行了记录分析[5]，如图3所示。

ARL在阿伯丁试验场进行战斗部动爆试验时，通过多台高速数字相机交汇对破片参数进行测试，对战斗部的运动速度进行毁伤分析[6]，如图4所示。

英国Slomo公司利用高速摄像机对弹药动态毁伤效能进行测试，采用后续的智能图像处理算法获得弹药的侵彻姿态以及破片飞散的过程[3]，如图5所示。

1.3 毁伤评估系统

美陆军有多个训练中心从事毁伤数据的收集工作，同时还建立了全军战斗损伤数据分析中心负责对毁伤数据进行分析和管理，为美军目标毁伤效果评估系统的建设提供了丰富的数据支持。美军目前最具代表性的毁伤评估系统有以下4套。

Glenn Dickson开发的目标毁伤信息评估系统[7]，将己方关注区域的敌军作战序列和己方的杀伤系统输入数据库，可以实现毁伤评估自动化。为自动化评估能力结合到“全部信息来源分析系统”中奠定了基础。

John E. Sirmails和Bernard J. Myers等开发的基于导弹攻击效果的即时目标毁伤效果评估系统[8]，利用导弹打到目标前释放的包含降落伞、摄像机和通讯设备的辅助箱，捕捉导弹爆炸后的目标毁伤视频图像，实现即时的目标毁伤效果评估。

Kenneth A. Conley开发的目标毁伤评估系统[9]，利用导弹战斗部爆炸及对目标打击时产生的振动，通过探测器接收并传回确定战斗部是否爆炸以及爆炸的时间和位置。该系统可更加便捷地开展毁伤评估。

Alexander M. Soles开发的毁伤探测及矫正系统[10]，侧重对物理毁伤的评估，能够准确地判定坦克表面装甲及装甲车毁伤部位，在战时可以对己方受打击目标实现详细的毁伤效果评估。

1.4 毁伤评估标准与规范

美国陆军测试评估指挥中心(ATEC，Army Test and Evaluation Command)制定的一套完整的武器装备作战试验阶段弹药毁伤测试评估路线：从武器系统测试评估计划、战场环境/目标仿真模型、集成武器系统、开发测试设备与测试方法、实弹毁伤试验，到最终形成有效、置信度高的毁伤数据库[11]，如图6所示。

海湾战争后，美国对国内各军兵种的毁伤评估系统进行了整合，目前已经形成了统一的毁伤测试评估标准、体系和平台，开发了一整套成体系化的评估模型和建模软件、内嵌多种工具及数据库，大都集成在《联合弹药效能手册》。图7所示为2016年美国防部作战指挥测试与评估委员会(DOTE)发布的联合弹药效能手册专家系统软件V2.2版本[3]，在输入目标、目标属性、打击位置以及攻击武器类型，软件可以自动计算出目标大致毁伤情况及毁伤概率。

到目前止，美国已经拥有了世界上任意目标的毁伤模型，数据库非常丰富[12]。同时，美军方还编写了《联合弹药效能手册》(JMEM， Joint Munitions Effectiveness Manual)、《目标毁伤评估手册》、《目标毁伤评估快速指南》、《武器毁伤效能手册》、《测试与评估管理指南》等大量测试评估标准或规范，并运用到引战配合系统设计、弹药毁伤评估、目标易损性分析等领域。

2 国内武器装备毁伤评估研究现状

我国与欧美等军事大国相比，在武器装备毁伤评估方面的研究起步较晚。目前，我国研究武器装备毁伤评估的相关研究主要集中在特定的武器装备或侵彻子母弹等打击舰艇[13-14]、破片式高炮弹药打击武装直升机[15]、弹道导弹再入段拦截[16]、典型战斗部作用下桥梁易损性[17]、机场跑道打击效果评估[18]、典型坚固目标毁伤效应研究[19]等方面。取得了一定的研究成果，但总体水平仍处于针对具体研究对象的实验分析及工程估算层次，这些评估多是定性的对各种目标的毁伤等级判断。

2.1 毁伤评估方法

在毁伤评估方法方面，苗启广等[20]将几何、纹理和整体特征3个方面作为机场目标评估的准则，定义了5级毁伤等级，针对不同的评估准则设定隶属函数，实现了对机场打击效果的量化评估。李望西等[21]针对未来复杂战场环境下的作战实际，综合考虑了天气、电子、目标特性等因素对空地打击目标毁伤效果评估的影响。集成模糊贝叶斯网络，对收集到的目标毁伤数据进行学习，不断地进行网络更新，实现对不同作战条件下目标毁伤效果仿真。总体来说，没有针对武器装备作战毁伤性能评估制定路线，评估方法不能很好地指导实战或者实战演习中的毁伤评估。

2.2 毁伤评估系统

在毁伤评估系统方面，高润芳等[22]结合破片式战斗部对飞机目标的毁伤，建立了目标毁伤效果评估仿真系统的构架结构，实现了对目标毁伤的高精度评估，较好地描述战场复杂目标，为毁伤仿真提供相匹配的目标数据。傅长海等[23]提出了毁伤效应仿真计算方法的一般流程，较完整地考虑了仿真系统需要的信息，但在实战化、快速化等方面实现起来有一定难度。

2.3 毁伤评估试验方面

在科研阶段主要进行静爆试验验证(如图8所示)和火箭撬动爆试验验证。由于经费等方面的原因，针对毁伤效能测试的实弹动态验证很少进行；定型试验中，没有进行贴近实战环境下的作战毁伤效能考核。总体上来看，考核样本数量有限，武器装备的实战性能和毁伤能力仍然未知。

2.4 毁伤评估标准与规范

在毁伤评估标准与规范方面，我国还未形成基于战场环境、武器装备毁伤威力、目标易损性数据库的完整的毁伤评估路线，缺乏统一的毁伤测试评估标准与规范。

3 国内武器装备毁伤评估研究差距

通过近十几年的研究，我国在武器装备毁伤评估研究方面取得了一定科研成果，但与欧美等军事大国尚有不小差距，主要体现在以下几个方面。

3.1 毁伤评估方法方面

目标毁伤信息收集技术和手段落后。在国外，运用激光照明的高速成像技术被广泛用于解决高速动能侵彻弹药和反应装甲的瞬态过程记录，通过交汇测试完成爆炸瞬间立体成像，并通过图像处理方法对多破片进行空间识别、检测、追踪以及立体匹配重建，获取更为精确的破片质量、几何形状以及速度信息的参数和威力场数据。而在国内，虽然采用激光超高速摄影系统进行了高速运动目标的侵彻过程和破片速度测试等，也获得在爆炸火光干扰下弹药的侵彻毁伤过程图像，获取相对更加准确的威力参数，但是还具有很大的使用局限性，例如穿透烟雾能力有限，烟雾中的破片测试仍是难题；测试范围有限，难以满足动态试验要求等。

3.2 毁伤评估系统方面

实时性难以满足实战化毁伤测试评估的要求。实战化军事训练演习中，传统的毁伤测试评估方法不再适用。毁伤测试需要覆盖整个打击范围，适应复杂战场环境，适应整个训练进程。同时，由于弹药飞行轨迹、落点位置不确定等多种因素，测试设备、方法需要适应动态目标的跟踪测试和毁伤性能测试；另外还需要整个测试系统所有设备进行有效控制、集成，并满足全天候工作能力要求等。目前的毁伤测试评估系统难以满足测试实战化、动态化、评估快速化要求。

3.3 毁伤评估试验方面

战斗部毁伤性能动态测试验证能力不足。我国的战斗部毁伤测试验证具备了静爆和动爆测试验证的一定手段和能力，但是都是在固定的目标周围进行有限的试验测试，动态毁伤测试存在因研制经费不足，测试设备无法布设，测试范围无法有效覆盖等问题，动态验证能力仍然不足。

3.4 毁伤评估标准与规范方面

在我国，尚未针对武器装备作战毁伤性能评估制定基于战场环境、武器装备毁伤威力、目标易损性数据库的完整的毁伤评估路线，缺乏统一的毁伤评估标准与规范。

4 结束语

目前，美国研究了战场上几乎所有的军事目标的易损特性和武器的毁伤威力及毁伤机理，积累了丰富的实验数据，对各种目标毁伤模式研究较透彻，为爆炸、侵彻、杀伤机理建立了较完善的基础理论。总的来说，国外的毁伤评估基础理论趋于完善，毁伤评估系统也进一步实用化。未来毁伤测试评估将向多功能、全时域、定量化方向发展。通过近十几年的研究，我国在毁伤评估方面取得了一定的科研成果，但是在毁伤信息获取技术、毁伤数据库完善程度、毁伤评估动态试验能力、毁伤评估实时性以及毁伤评估标准与规范等方面与美国尚有较大差距。从以上几方面加强我国毁伤评估能力建设，对加速我国高新武器装备研发、武器装备的实战作战能力考核，以及我军精确打击能力提升等方面都有着积极的促进作用和重大的战略意义。