天基预警下反导作战能力评估指标体系研究

王 松，栾晓文，孟宪成，王宇光

（再入动力学与目标特性实验室，新疆 库尔勒 841001）

0 引言

当前，各国进行的反导作战都依赖于天基预警，主要是利用监视侦察卫星提供导弹发射预警。有研究表明，天基预警可以极大增强导弹防御系统的作战效能［1］，因为天基信息可以提升目标指示雷达的捕获能力和增大火力拦截时间窗口［2］。

对天基预警下的反导作战效能评估应该以作战目标为引领，自顶向下建立各级作战能力评估指标，然后利用评估模型［3］完成从下至上的评估活动。该流程中，作战效能评估指标体系的建立需要涵盖各个分系统。在文献［4］中，研究者针对中段反导系统的指挥控制能力评估指标进行了分析研究，给出了多维度评估指标。文献［5］在评估红外空空导弹武器作战效能时，引入了飞行员素质和环境对抗因素等评估指标，由此得到更加可信的评估结果。文献［6］利用算子树方法对反导作战评估问题进行了求解，其中，指标体系需要进一步细化。文献［7］提到利用专家打分法构建反导作战子系统模糊评估矩阵，然后利用权系数得到最终评估结果。

为了对天基预警下反导系统及其各个子系统的作战效能进行合理评估，需要建立较为完备的作战能力指标体系。从查阅相关文献来看，有学者对反导作战指控能力进行了指标体系构建研究，而关于反导作战全系统作战能力的评估指标研究鲜有报道。为此，从作战目的角度，梳理了反导作战能力指标体系和运用方法，以期为反导作战效能的评估提供理论支撑。

1 天基预警下的反导作战特点

1.1 反导作战场景

天基预警下反导作战场景如图1 所示，监视预警卫星打前哨，作战指控与管理系统统筹实施反导作战。在天基预警引导下，地基雷达捕获并跟踪目标，在恰当的时机向地基精测雷达交班，获取目标特性测量数据，传送到作战指控与管理系统，得到目标识别结论和目标指示结果。在统一的作战规划下，指控系统下达拦截命令，实施火力拦截。最后，评估拦截结果，以决策是否需要二次拦截。

图1 反导作战场景图

1.2 反导作战特点

1）面向导弹防御，作战行为和作战流程比较固定

由于导弹来袭过程具有比较固定的作战样式，反导作战对应的作战行为和作战流程也是比较固定的，可利用有限的评估指标对作战能力进行评估。

2）作战装备紧耦合，作战流程存在较强的时间序贯性和因果关系

反导作战系统下辖的各分系统和装备之间联系紧密，反导作战流程具有显著的时间序贯性，作战行为前后存在明确的因果关系。

3）作战时效性强，天基预警信息至关重要

反导作战分秒必争，在错过了中段拦截机会后，会对末段拦截造成很大压力。天基预警信息对提升反导作战拦截窗口意义重大。

4）高效可靠的指挥控制与作战管理尤为重要

来自多传感器的预警、跟踪和测量信息，实时上报到指挥控制与作战管理系统。只有高效可靠的指控、管理系统才能应付瞬息万变的战场态势，才能达成反导作战预期目的。

2 评估指标建立的原则

评估指标的建立需要遵从目的性、全面性、整体性、独立性和可行性等原则［8-9］。对照天基预警下的反导作战特点，在建立评估指标体系时还需要注意以下几点：

2.1 指标可以量化

这里强调指标量化是为了实现作战能力的快速评估，包括作战期间实时评估和战后快速评估。本文建议从底向上实现各级评估指标的量化。

2.2 指标体现时效性

反导作战态势瞬息万变，尤其在关键节点，必须正确决策才能取得作战成功。因此，时效性指标必不可少，需要涵盖作战过程的关键事件和环节。

2.3 指标具有前瞻性

设计能够满足未来反导作战发展需求的指标体系，一方面可以实现反导评估方法的迭代积累；另一方面可以用来探讨新作战理念、作战样式对作战效能是否具有实质性提升。

3 指标体系的建立

参照反导作战的典型流程，自顶向下得到天基预警下反导作战能力评估指标体系，如图2 所示。一级指标分别是天基预警能力、跟踪测量能力、指挥控制与作战管理能力、火力拦截能力。根据作战要素分解，依次向下划分了次级指标，从当前划分结果看，次级指标能够有效支撑上级指标的评估。

图2 反导作战能力评估指标体系

3.1 天基预警能力

天基预警能力是反导作战核心能力之一，由于天基预警处在反导作战流程的开始端，其作战能力强弱将直接影响到反导作战后续行动的各个环节，可以说差之毫厘，谬以千里。天基预警的任务主要是探测和识别导弹发射事件，将获取的潜在导弹发射信息进行融合处理，快速判断，形成预警信息并及时传递到反导指控与作战管理系统。评估天基预警能力的二级指标主要包括发现告警能力、引导地基雷达能力，如表1 所示。

表1 天基预警能力构成

3.1.1 发现告警能力

回顾天基红外监视卫星的工作原理，当某地发射导弹时，红外传感器发现尾焰特征，经过积累和融合处理，确定是导弹目标后及时发出告警。当多个导弹目标同时或连续发射时，会增大卫星信息采集与处理的负荷。因此，提出利用发射征候探测能力、发现及时性、告警准确性和多目标探测能力4类指标来表征发现告警能力。其中，发射征候是指导弹发射之前，天基预警探测到的能够表征导弹发射事件的一系列特征信息。多目标探测能力主要考察多目标情况下漏报率和误报率。

3.1.2 引导地基雷达能力

采用引导信息发送时延、引导信息连续性、引导信息精度3 项指标对引导能力进行评判。引导信息发送时延代表从发现时刻到指控管理系统收到天基预警信息所经历的时间，代表天基预警系统信息融合处理与通信能力。引导信息连续性要求天基预警信息持续发送不间断。引导信息精度表征天基预警系统传递的导弹主动段实时轨迹与外推轨迹信息的准度。

3.2 跟踪测量能力

在天基引导信息支援下，地基远程预警雷达需要及时捕获和跟踪导弹目标，并在合适的时机完成向地基精密跟踪测量雷达的交班。跟踪测量能力与天基预警能力一起构成了反导作战整体预警能力，为实现准确的目标指示提供了必要的数据基础。跟踪测量能力主要包括远程预警能力、精密测量能力，如下页图3 所示。

图3 跟踪测量能力构成

3.2.1 远程预警能力

在天基预警信息引导下，地基远程预警雷达搜索并捕获导弹目标，实施跟踪测量。用捕获时延、稳定跟踪能力、准确交班能力来表征远程预警能力。其中，捕获时延代表从接收天基预警信息至成功捕获导弹目标所用时间。稳定跟踪能力考验雷达设备的自跟踪能力，可利用是否出现跟踪中断和中断次数及中断时间占总跟踪时间比例来定量分析稳定跟踪能力。准确交班能力，代表远程预警雷达向接续跟踪测量雷达交班的及时性和准确性。

3.2.2 精密测量能力

精密测量能力主要由5 类指标组成，分别为目标轨迹测量能力、红外特性测量能力、雷达RCS 测量能力、雷达一维像测量能力和雷达二维像测量能力。轨迹测量能力由输出的轨迹连续性和平滑性量化决定，红外辐射特性测量能力由测试波段范围和测量数据可用性决定，雷达RCS 测量能力由输出的RCS曲线连续性和信噪比确定，一维像与二维像主要由成像分辨率和对关键作战节点场景成像质量决定。

3.3 指挥控制与作战管理能力

从反导作战场景图（图1）可以看出，指挥控制和作战管理联系着整个反导系统的各个部分，是代表多域作战性能的一项综合能力。将该项指标划分为4 项二级指标，分别为情报运用能力、态势感知与目标识别能力、作战规划与管理能力和作战指控能力，各项二级指标的次级指标如表2 所示。

表2 指挥控制与作战管理能力构成

3.3.1 情报运用能力

战前情报可为作战预警提供参考信息。情报运用能力由情报分析能力和情报投送能力组成。其中，情报投送应当根据反导作战系统各部门的实际需求进行精准投送，当获取重要价值情报后，应第一时间自主推送到最需要的部门，以期最大限度提升作战灵活性。

3.3.2 态势感知与目标识别能力

态势感知是指充分掌握和理解当前作战态势，并对下一步作战态势进行合理预判。目标识别要求对导弹释放的弹头、诱饵和其他干扰物进行识别，确定弹头，并实现威胁排序。提炼出4 个指标，分别是态势生成能力、态势显示能力、目标识别能力和威胁排序能力。各个指标对应的下一级指标详见表2。其中，目标识别能力是影响反导作战能力的关键项，主要包括目标轨迹关联准确率、目标识别时效和准确率。

3.3.3 作战规划与管理能力

作战规划与管理是针对特定的作战场景与作战态势，提供合理可行的作战方案并付诸实施。该项能力细分为作战预案能力、作战资源分配能力和目标指示能力。其中，目标指示能力由目指时效、目指数量、轨迹外推精度等指标进行量化评估。

3.3.4 作战指控能力

作战指控完成作战关键参数生成和分发、作战进程控制等任务，采用完成任务的程度进行量化评估。例如对作战进程显示、跟踪的能力，对作战进程中突发事件应急协调处理的能力。此外，反导行动的实施离不开多级指控的流畅运行，因此，多级指控流畅性也是一项评估指标，如表2 所示。

3.4 火力拦截能力

按照OODA （Observation Orientation Decision Action）作战指控理论，实施火力拦截是反导作战的最后一环，即行动环节。在指控与作战管理系统授权和提供目标指示的情况下，锁定来袭导弹目标，装订诸元，实施拦截打击。火力拦截能力构成如图4所示，包括目标锁定能力、拦截武器性能和拦截控制能力。

图4 火力拦截能力构成

3.4.1 目标锁定能力

目标锁定能力体现了火控雷达捕获和锁定目标的性能，主要由目标锁定时延、有效作用范围和引导精度组成。锁定时延是指从收到目标指示信息到实现对目标锁定所用时间，是针对特定作战场景的动态量化指标。有效作用范围是指能够搜索和捕获目标的空域范围。引导精度是指火控雷达对导弹目标的定位精度。

3.4.2 拦截武器性能

拦截武器具有衡量系统效能的静态指标，这里取有效射程和毁伤半径两项指标。同时，在具体作战过程中，还需评估拦截武器的飞行动力表现，主要根据反馈数据评测发射的拦截武器满足预期的飞行性能的程度，是代表作战能力的动态指标。

3.4.3 拦截控制能力

拦截控制能力可代表火力拦截系统对拦截任务的执行力，主要通过快速反应能力、脱靶量、抗干扰能力3 项指标来评估。快速反应能力和脱靶量侧重于作战效能评估，属于动态指标，前者可由从接到拦截命令至发射武器实施拦截所用时间进行量化；后者根据实施拦截后的回传数据进行评估。抗干扰能力可用作静态评估指标，也可当作特定场景下的动态评估指标，由火力拦截系统对抗弹载干扰的表现决定。

4 指标体系的运用

基于指标集的评估流程如图5 所示，强调了基于评估指标和评估模型建立评估模板，在给定的采集数据情况下，快速得到评估结果。首先，根据作战目的制定出层次化的多级结构评估指标集，并对其进行指标集合理性逻辑检验，该过程依赖以往评估经验和专家评议，对指标集进行适当调整。然后，套用评估模型，形成评估模板，灌入采集的数据，得到评估结果。其中灌入的数据以作战系统各类传感器采集数据为主，以指挥员临场判断为辅。最后，进行有效性检验、关键影响因素的灵敏度分析，形成评估结论。

图5 基于指标集的评估流程

评估模型可解决从下至上各级指标的汇总计算问题。首先是单项指标的量化，即所有指标取值区间归一化到［0，1］区间，可采用直线法或曲线法等经典归一化方法。然后是多项指标的汇总，可采用线性加权求和法或连乘合成法，其中，加权求和法中的各个指标权重值可利用层次分析法得到。

假设某层级共有N 个评估指标，以y 代表该层级汇总评估值，典型的加权求和法公式为

式中，xi是经过归一化后的第i 个指标评估值，wi是第i 个指标权重。该模型适合xi之间影响不大的情况。另外，连乘合成法公式为

该模型适合xi紧耦合情况下的评估汇总计算。

5 结论

针对天基预警下的反导作战能力评估问题，利用层次化多级指标集的形式建立了反导作战指标体系。该指标体系包含天基预警能力、跟踪测量能力、指挥控制与作战管理能力、火力拦截能力4 项一级指标。为了对各项指标量化分析，可以将无法量化的指标细分为多个容易量化的指标。其中天基预警能力和指挥控制与作战管理能力由于涉及作战环节较多，其指标集划分到了四级指标。对应于反导作战的强时效性特征，制定了多项作战时效性指标。在作战能力评估应用上，提出了基于指标集建立评估模板的评估方法，并给出了评估流程。当前得到的指标集可用于天基预警下反导作战的初级评估。进一步提升指标集的完备性，探讨各个指标之间的影响关系及作战贡献度分析是后续研究的重点。