飞机末端自卫无源干扰智能决策技术

2021-08-12李石川张铁军陈元泰倪凯捷

航天电子对抗 2021年3期

李石川，张铁军，马榜，王博，陈元泰，倪凯捷

（1.中国航天科工集团8511研究所，江苏南京 210007；2.陆军装备部驻上海地区航空军事代表室，上海 200031）

0 引言

随着隐身技术、远程探测、打击技术的发展，作战飞机在空战中受到的威胁的突然性、复杂性和立体性日趋显著。在单一、干净的天空背景下，突前作战的飞机表现为明显的雷达、红外辐射和激光散射目标，易受到先进隐身战斗机、远程导弹、高性能传感器和高精度制导武器的跟踪、识别、锁定和打击。作战飞机的自卫防御是一个态势迅速变化的过程，反应和对抗时机稍纵即逝。然而随着探测感知设备向多频谱、高性能、高精度发展，干扰手段呈现出多样化、干扰样式也日趋复杂，飞行员难以单靠经验，从海量的频谱图像、威胁情报和干扰资源等信息中快速提取关键信息和决策对抗样式，传统决策模式已经不能满足实战的需要。

战机自卫末端无源对抗场景中，敌我双方、逼近导弹及干扰源的位置关系、运动参数、辐射状态、光谱特性、图像参数、环境因素等，存在大量的不确定性和突发性。传统的计算机辅助决策，是利用计算机的高速计算，从大量的策略库中优选与实际情况相匹配的策略，只能处理相对确定的情况，不具备对突发情况和多目标的复杂情况的处理能力。基于专家系统的智能决策技术能够大幅提升机载末端无源干扰决策的灵活性、准确性和作战效能。

1 机载无源干扰决策

作战飞机的无源干扰决策，是单机及飞行编队任务活动中对时间要求最紧迫、也是最基本的自卫战斗行动。飞机面临敌方导弹威胁时，自卫对抗决策系统决策所涉及到问题如下：

1）告警信息深度处理：根据导弹逼近告警系统提供的来袭威胁的方位/俯仰、距离、载机飞行参数和预测的威胁类型，匹配来袭导弹拦截能力参数，拟合双方飞行轨迹，计算轨迹交汇点和交汇时间。

2）干扰样式匹配：根据载机机动能力，来袭导弹方位、距离，制导特征，及配置的干扰弹种类，选择最佳干扰样式,如质心干扰、迷惑干扰、载机图像特征遮蔽、假目标诱骗、辐射强度压制、组合干扰样式等，同时提示飞行员采用相应机动方向和机动样式。

3）投放时机计算：根据所采用的干扰样式、机动样式，重新计算可能的交汇轨迹，考虑系统反应时间、干扰弹上升时间、干扰辐射源图像特征、辐射强度、干扰效能持续时间等因素，计算最佳投放时机、投放数量和投放间隔。

4）干扰效果评估与补充投放：预判干扰释放后，根据来袭威胁的轨迹变化趋势与告警系统对威胁目标轨迹的实时实测数据，判断干扰是否成功，若未成功，则再次计算投放策略参数，实施补充干扰。

以往无源干扰样式单一，作战飞机的自卫对抗决策主要依赖于飞行员的战斗经验和无源对抗专家结合机动动作预先设计的6条或12条干扰策略，以固定的策略条目写入载机的干扰策略库，无法满足未来对抗高精度成像和复杂抗干扰能力的精确制导武器的需求。随着干扰弹种类、干扰机理和干扰样式的丰富，传感器技术和计算机软硬件技术的不断发展，机载无源干扰决策所涉及的参数类型、决策依据和计算模型也在不断更新和完善，无源干扰技术逐渐向精确化、高效化和反馈式发展。

2 智能决策支持系统

2.1 总体结构

机载无源干扰智能辅助决策系统由操作界面、知识库、数据库、解释机、推理机和模型库构成，决策系统框架系统结构如图1所示。

图1 机载无源干扰智能辅助决策系统框架

操作界面：包括告警参数、干扰弹类型、弹量、交战场景参数、载机参数等输入的用户操作界面和知识库、数据库维护加载界面。

知识库：基于框架系统和产生式系统，表述载机自卫态势信息及对应的空战态势下应采取的干扰样式、干扰弹种类和战术机动对策。

数据库：存放飞机、空空/空地导弹、干扰弹指标、告警系统等战术技术性能数据及相关环境参数；存放推理机所用到的数据，包括初始数据、中间数据和输出结果。

模型库：由相关的专业模型构成，包括交战态势分析模型、干扰弹干扰效果模型、大气环境模型。

算法库：进行各项运算，包括：飞机、干扰源、导弹运动方程运算，导弹导引方程运算，干扰效果评定算法等。

解释机：细化推理结论，调用模型库，获得直接描述数据，对记录的推理过程信息做出解释与说明。在推理结束后，按顺序遍历推理过程，显示推理机决策依据，决策用户可据此判断出决策内容出现误差的原因，便于设计优化。

推理机：利用知识库可用的框架或产生式规则知识，对当前问题进行推理求解，得出相应的结论。

2.2 知识库的建立与表示方法

机载无源干扰作战决策的依据是载机在空战中所处的具体的威胁场景。态势判断清楚、威胁信息明确，决策即容易进行。制约无源干扰策略决策的因素包括：威胁数量、方位、距离、姿态、相对运动，飞机和导弹的性能参数、干扰弹配置情况、气象条件以及已经获取的准确信息、预测信息等。将这些因素以特定的描述数据或对应的映射关系表示为可用机器处理的数据，是建立无源干扰决策系统知识库的基础。

采用产生式规则形式表示领域专家的经验和知识，产生式表示法也叫规则表示法，规则由条件和结论2部分组成。产生式规则建立的基本格式为：

IF条件1 AND条件2……AND条件n

THEN结论

在规则中IF和THEN之间的部分为条件部分，THEN后面的部分是结论部分。产生式规则能简洁有效描述人类专家的思维方式。

无源干扰智能辅助决策系统的规则库就是将一个经验丰富的无源干扰战术专家结合战场态势和装备配置参数等因素，判断此时采用的干扰样式和机动策略，作为规则库的基本主体，然后经过多位战术专家分析和仿真实验，改进战术经验，最终建立合理完善的知识库，为智能决策系统提供决策依据。影响无源干扰决策的因素如表1所示。

表1 无源干扰决策典型影响因素

机载无源干扰智能决策中考虑到决策内容主要包括干扰样式、干扰弹类型选择、干扰弹发射时机、发射数量、发射时刻表、机动样式、机动时机等，如表2所示。

表2 无源干扰典型决策内容

2.3 推理机模块的建立

推理机是无源干扰智能辅助决策系统的核心。推理机主要功能是通过调用数据库、算法库和模型库，控制整个决策系统，实现系统的正常工作，达到符合知识规则库的结果。

系统推理机使用的是正向推理的数据驱动控制，从已知数据信息出发，判断和选择适用规则，正向使用规则，调用相关数据、模型和算法计算出中间结果，反馈后进一步判断和选择适用规则，规则结论加入结论链，若问题未完全解出，继续推理；若既定的推理步骤结束，则退出。推理算法简洁快速，可为机载无源干扰提供高效的决策反应。