反辐射无人机攻击海上移动目标作战效能评估

2021-06-16周栋栋许登荣王冰切

舰船电子对抗 2021年2期

周栋栋，许登荣，王冰切

(空军预警学院，湖北武汉 430019)

0 引言

现代海战中，舰载新体制雷达广泛运用，雷达组网、诱饵布设、机动规避等新型战法层出不穷，海战场电磁环境异常复杂，常规电子对抗手段面临巨大挑战。反辐射无人机机动灵活、造价低、兼顾压制和摧毁能力[1]，加之海面作战区域宽阔无遮挡，有利于采用集群作战、低空突防、区域设伏和精准拔点等，能够有效压制、摧毁敌舰载雷达和干扰装备，有望成为海上制电磁权的重要力量。

目前，集群反辐射无人机攻击海上移动目标作战效能评估的公开资料较少。对于装备作战效能评估，ADC评估方法[2-4]是一种最常采用的评估方法。但传统的ADC方法不能用于多架无人机之间的协同作战效能评估。因此提出并建立集群反辐射无人机攻击海上移动目标的作战效能ADC评估模型，实例验证了本文评估方法的有效性和合理性。

1 集群作战效能评估模型

为有效检验反辐射无人机攻击海上作战能力效果，给指挥员筹划作战行动、制定作战方案、定下作战决心提供准确的依据，基于其作战运用原则，选取合理的评估方法进行效能评估。海上舰艇编队辐射源多元，预警防空系统完备，反辐射无人机要想取得作战效果，仅靠单架很难完成，必须多架次集群作战。战场环境极其复杂，不同优先级、作战区域和辐射源类型目标交叉重叠，战术战法多样使用，评估元素众多，且时刻处于动态状态，因此指挥员需要处理大量信息资源，仅靠作战指挥经验主观判断很难下达准确命令，必须建立科学有效的评估体系，确立准确的评估方案。

1.1 评估对象

评估对象为反辐射无人机集群编队，设定影响集群编队作战效能发挥的平均无故障时间(MTBF)、平均抢修时间(MTTR)、作战突袭能力、情报获取能力、平台稳定性等因素确定的前提下，构建集群编队协同作战能力评价指标，研究其作战效能。

1.2 集群作战模型建立

常用的ADC效能评估法主要针对单一武器系统，通过模型建立把可用度、可信度和作战能力三大要素组合成表示装备系统总性能的单效能量度，进而得到武器系统作战效能[5-7]。

由于海上反辐射无人机作战单机很难完成作战任务，必须多机协同集群作战才能发挥最佳作用，因此根据任务需要、实战特点构建多机协同集群作战ADC模型：

E=ADC

(1)

式中：E为集群作战效能；A为多机可用度；D为集群作战可信度；C为多机协同作战能力。

1.2.1 多机可用度A

单架反辐射无人机作战状态分为可用和不可用两种，未来海战必须与其他电子对抗力量协同才能充分发挥其作战效能，因此设定(n+1)架集群编队，其中1是考虑到其他电子对抗作战力量协同参与作战的情况，得出可用性组合状态2n+1种。战斗开始后，设定ai为第i架无人机某时处于可用概率，ai为第i架无人机某时处于不可用概率，由此可以得到：

(2)

(3)

式中:t1i为集群中第i个单元平均无故障时间;t2i为第i个单元平均抢修时间。

根据此架构得出的可用性矩阵A为1×2n+1，数据太过繁杂，无法通过计算得出结论。在充分考虑战场环境特点和装备技战术性能的前提下，从简化计算过程和利于量化评估的角度出发，设定其他电子对抗力量绝对可用和可靠，参战无人机均在固定统一的条件下，侧重研究反辐射无人机集群作战效能。在此条件下得到:

(4)

则作战集群的可用状态可用内部作战单元的可用数量(n+1)表示，由此得出可用矩阵A为1×(n+1)矩阵。

(5)

式中：ai(0≤i≤n)为作战任务开始时有i架无人机处于故障状态的概率。

1.2.2 集群作战可信度D

反辐射无人机作战集群编队区分可工作和抢修两种状态，由此确定集群作战可信度D为(n+1)×(n+1)的矩阵，公式表述为：

(6)

式中:dij(0≪i，j≤n)为作战行动开始时有i个作战单机处于故障状态、战斗结束后j个作战单机处于故障的概率。

(7)

式中：T为作战任务持续时间；λ由以下公式计算：

(8)

进而可以计算:

(9)

1.2.3 多机协同作战能力C

多机协同作战能力矩阵C根据集群内作战单机可用状态数目确定：

CT=[cn，cn-1，c1，c0]

(10)

式中：ci(0≤i，j≤n)为i架无人机参与集群作战能力指标。

能力矩阵C的建模计算放在单独章节进行研究。

2 多机协同作战能力C的建模与计算

2.1 构建作战能力C模型建立

目前对于能力C的计算建立的模型主要针对单机作战效能而言，没有考虑到集群作战编队协同能力的影响。未来海上作战敌舰艇、空中编队和预警卫星构建一体化预警防空系统，单架无人机很难取得作战效果，必须采取集群作战。本文针对多机协同作战能力C构建评估模型，将影响反辐射无人机集群作战效能的因素划分为情报获取能力、生存对抗能力、平台稳定性、编队协同能力、作战突袭能力、目标防护能力等，评估体系模型如图1所示。

图1 评估体系模型

从上图可以看出，反辐射无人机攻击海上目标作战能力C指标体系是一个3层体系结构。

2.2 作战能力C计算

反辐射无人机集群作战能力指标体系基于各作战单机协同作战能力构建，对于多机协同作战能力C的计算必须以考虑单机作战能力为前提。

2.2.1 作战能力

针对该三层指标体系选用传统层次分析法计算量太大，难以得出结论，对此选用文献[8]提出的改进层次分析法计算单架无人机作战能力值E，进行作战效能评估。

(1) 确定重要性标准。区分“重要”、“中等”、“一般”3个等级对各指标准则进行定性划分。由专家评定相邻2层指标对上层指标的重要性等级。例如第3层级中平均无故障时间对平台稳定性的影响判定为重要，记为3.参照此原则，对各标价指标进行重要性判定，得出总的结果。

(2) 求解指标权重。以重要性等级为依据，按照重要性等级除以同项目指标重要性之和的方法，分别计算下层对上层指标的权重。以第3层指标为例，对照图中各指标数据，得到第3层各指标的权重为：

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

按照此例逐一计算各层权重，每层指标权重相乘求得最下层各项指标最终权重。

(3) 求解作战能力效能评估值。设定作战效能满分值为100，则各底层指标分值为相对应的权重乘以满分值100求得。区分强、中等、一般、差4个等级，分别对评估效果进行定性，量化为1,3/4,2/4,1/4，通过底层指标等级分、指标权重、效能满分值相乘求解得到反辐射无人机集群作战效能评估值。

2.2.2 集群协同作战能力

通过前文分析得知，能力C为矩阵1×(n+1)，矩阵内部各元素代表参与集群作战无人机数量，E表示集群内单机作战能力，因此得出多架无人机参加战斗的能力计算公式为：

Ci=iEi

(17)

式中：i表示参与作战的无人机数量。

3 算例分析

以4机协同作战为例子，设定某型反辐射无人机平均故障时间间隔为30 h，平均修理时间为5 h，任务执行时间为10 h，按照以下方法计算得出作战效能评估值。

3.1 求解可用度和可信度矩阵

根据作战任务持续时间、平均无故障时间和平均抢修时间等参数，通过构建的反辐射无人机集群作战ADC模型，求解得出其可用度矩阵A和可信度矩阵D。

A=[a0,a1,a2,a3,a4]=

[0.539 8,0.359 9,0.090 0,0.010 0,0.000 4]

3.2 求解4机协同作战能力C

对照作战能力计算方法对各指标层赋予权重，按照相关公式计算得出最底层最终权重：{W11,W12，W13,W14,W15,W21,W22,W23,W24,W31,W32，W33，W34,W41,W42,W43,W44,W51,W52,W53,W54，W61，W62,W63,W64}={3/52,2/52,2/52,3/52,3/52,1/54,2/54,3/54,3/54,3/108,1/108,3/108,2/108,3/60,2/60,2/60,3/60,2/40,3/40,3/40,2/40,3/120,3/120,2/120,2/120}

确定底层指标等级分值，如表1所示。

表1 底层指标等级分值

进而计算得出作战能力效能评估值：

3.3 求解4机协同作战效能

基于前文构建的ADC模型，依据公式E=ADC求解4机协同作战效能评估值：

由结果可知，四机协同作战效能并非4架无人机作战能力的简单性叠加，而是综合加权各种因素得到的结果，比较符合实际情况。同时，本文提出反辐射无人机集群攻击海上移动目标的作战效能评估方法，利用了ADC模型算法的特点，有效避免了传统算法中无人机一直处于可用状态的理想状态，使评估结果更贴近实战环境和要求，更加具有参考性。