装备假目标防空作战仿真及效能分析

夏长俊，洪 亮，滕克难

（海军航空大学，山东烟台 264001）

0 引言

武器装备假目标是为欺骗、迷惑敌人，提高自身武器装备系统的生存能力而模拟设置的目标。它具有被模拟的同类目标的光学、热红外和雷达的反射、辐射特性，必要时还可模拟目标的运动特性。设置假目标的目的有：通过假目标的逼真显示，使敌方认定其为真目标或真假难辨；迷惑敌方，使敌方对己方部署情况产生错误判断；吸引敌方火力，提高己方真目标生存概率[1]。

现代战争中，高技术侦察系统的飞速发展及其应用为假目标战术的运用提供了更广阔的舞台。海湾战争和伊拉克战争中，伊军都曾引进和自制了许多假导弹及发射架、假导弹基地、假弹药库等大型设施，利用制式器材在铁路线上建造部署防空导弹发射架假目标，假导弹上还涂有雷达反射材料，内部装有模拟导弹发动机的热源，运用照相、红外、雷达侦察都不能辨别其真伪。伊军的这些假目标不仅大量消耗了美军精确制导弹药，降低了空袭的效果，而且对保存伊拉克战争潜力起到了重要的作用[2]。

在科索沃战争中，面对北约军队先进的预警、侦察、监视体系，南联盟军队积极采取遮障、欺骗和设置假目标等伪装措施，使用了效果良好的俄罗斯军事伪装技术，使得北约侦察监视系统时常中招，他们将昂贵的精确弹药“准确”地投向假目标，却只摧毁了塞军小部分的军事设施。从而使南联盟保存了超过一半的武器装备和作战能力。之后，维和部队进入科索沃，发现大批塞军留下的仿制军事设施，包括坦克和大炮，塞军拥有的300辆坦克之中[1]，北约只击中了13辆，而北约早前声称摧毁了塞军几百个军事设施，只是塞军的伪装目标而已。

鉴于假目标在作战中发挥的巨大的作用，本文通过定量分析假目标的作战效能与战场上各种因素之间的数量关系，对假目标战术在现代防空作战中运用的效能进行分析。

1 假目标技术及作战运用研究现状

国内外学者对假目标技术都有较为深入地研究，这些研究从材料、工艺及提高性能指标方面着手展开，有效提高了假目标的战场作战效能。谢哨兵、季敬昌等[3]从假目标战场作用和战场使用原则出发，介绍了外军假目标器材的发展现状，并分析了其发展趋势，为我军假目标的发展提供了一定的参考。杨莉、杨华[4]在给出红外目标的量度特征的基础上，分析了红外假目标制造中的关键技术和难点，提出了一些可用于改进红外假目标性能的新技术观点。吕绪良、许自力等[5]建立了假目标用电热涂层有效电导率模型，分析了电热涂层有效电导率以及电导率渗流阈值和填料粒子形状、尺寸和填料体积分数的关系，研究结果可用于改进假目标用电热涂层的设计技术，提高假目标的红外特征逼真度。

与研究假目标技术，提高假目标作战效能相似，有的学者从作战运用的角度来研究假目标使用战术，用以提高假目标的作战效能。郝强、汤磊和刘昕[6]给出了假目标的设置要求、设置步骤和方法，他们的方法对提高复杂电磁环境下防空兵武器系统生存能力具有一定的参考价值；朱万红、李诗华和李华兵[7]从战术角度阐述了基于信息系统体系作战条件下，防护工程假目标作战运用的基本原则，分析了防护工程假目标作战运用的实施要点；文献[8]和[9]研究了空中假目标的使用方法和注意事项，目的是提高空中作战平台的生存概率。

对假目标性能指标和作战效能的评估方面，邓建军、杨建军和高峰[10]确定了地空导弹假目标逼真度评价指标体系，运用云理论建立了各指标的云模型，给出了基于云理论的假目标光学逼真度评价方法；张健、赵保军等[11]采用Harris 算子提取军事目标及其相应假目标的红外图像的特征点，然后采用Hausdorff距离计算所提取的特征点集之间的Hausdorff距离，通过对比，给出了1种评价假目标红外示假效果的方法；张品、陈亦望和戴蒙[12]解决了假目标红外图像中每个面的准确分解问题，通过分解假目标图像综合数据，评价假目标红外示假效果；但兵兵、朱万红等[13]建立了基于多目标决策的假目标配置数量模型，计算出假目标的最佳配置数量，提出了假目标的效费比模型并对其进行了检验；对于假目标的作战效能评估问题，李修和、陈永光[14]建立了无人机假目标数量计算模型、距离计算模型和速度计算模型，提出了作战模拟的实现方法，分析了其作战效能；姜玉龙、李华兵等[15]建立了假目标作战运用效果评估指标体系，采用模糊综合评判的方法对假目标作战运用进行效果评估；文献[16-18]给出了作战效能评估新的方法和技术。

2 基于假目标运用的防空作战效能评估模型

分析假目标的作战效能，要充分考虑战场上的各种因素及作战过程，特别是所投入的装备数量。分析假目标的作战效能，我们主要关注的是假目标对真目标的保护效果，或者是在假目标的保护之下，真目标被对方命中的概率。我们假设1个蓝军攻击有假目标掩护的红方防空装备的作战过程，从以下4 个方面逐次递进，来分析战场上假目标武器的作战效能。

2.1 真目标被发现并被辨别

这是对红方最为不利的1 种作战情况，蓝方会排除假目标的干扰，只对真目标发动攻击，红方单个真目标被命中的概率与蓝方攻击的命中概率相同。

式（1）中：P为单个真目标被命中的概率；Pe为蓝方攻击的命中概率。Pe可以是蓝方单发武器的命中概率，也可是多发武器多波次攻击红方单个目标的综合命中概率。

2.2 真目标被发现但未被辨别

在这种作战情况下，蓝方把真、假目标皆视为真目标，随机选择1个目标进行攻击，红方单个真目标被攻击命中的概率为：式（2）中，N为真目标的数量，M为假目标的数量。

2.3 真目标有伪装但未被辨别

比较周全的作战策略是故意暴露假目标，而对真目标进行伪装隐蔽。这种情况下，分析蓝方攻击效果时就要考虑蓝方对红方真实目标的发现概率，在蓝方没有辨别出真、假目标时，红方单个真目标被攻击命中的概率为：

式（3）中，C为蓝方对红方真目标的发现概率。式（2）是式（3）中发现概率C=1时的特例。

2.4 火力抗击与假目标联合作战

在作战中，通常会采取火力抗击来防御来袭兵器，这种情况下分析蓝方攻击的命中概率就要考虑红方火力抗击的命中概率。

式（4）中，Pm为红方火力抗击的命中概率。Pm可以是单发武器抗击的命中概率，也可是多发武器多波次抗击的综合命中概率。

3 假目标在防空作战中的效能分析

3.1 作战假设

红方在一要地部署防空导弹发射车，配备一定数量的防空导弹发射车假目标，蓝方用对地攻击兵器对红方防空导弹发射车阵地发动袭击，意图消灭红方防空力量，战场示意图，如图1所示。

图1 假目标与火力抗击综合防御示意图Fig.1 Joint defence state of decoys and fire countermeasure

3.2 作战效能计算及分析

假设参与作战的装备参数为：蓝方攻击兵器的命中概率Pe=0.85，真目标的数量N=2 辆，假目标的数量M=6 个，蓝方对红方真目标的发现概率C=0.5；红方火力抗击的命中概率Pm=0.70。

依据以上作战假设和装备参数，我们计算出了4种不同情况下的红方单个防空导弹发射车真目标被攻击命中的概率P，如表1所示。

表1 真实目标被攻击命中的概率Tab.1 Probability that real target is hitted

岛礁综合防御中，红方采用的防御方法有：假目标、伪装隐蔽和火力抗击。由表1 的计算公式和计算数值可见，采用的防御方法越多，蓝方的命中概率就越低。进一步分析，假目标的数量越多、伪装隐蔽得越好、火力抗击打得越准，蓝方的命中概率就越低，红方的作战效能越好。

3.3 基于仿真的假目标作战效能分析

3.2 节的计算过程是只通过蓝方攻击红方单个目标的情况来计算的，实际上，我们更应关注蓝方多波次攻击多个目标的作战效能，甚至应思考蓝方进行狂轰滥炸式的饱和攻击的作战效果，特别是蓝方多波次攻击多个目标情况下红方防空系统的生存数量，以及摧毁红方防空系统蓝方消耗的弹药数量。这些数值可以采用蒙特卡洛法进行作战仿真进行分析。

3.3.1 基于蒙特卡洛法的假目标防空作战仿真

蒙特卡洛法是描述事件过程中各种随机现象的基本方法，它能够充分展现随机因素对过程的影响和作用。由于在假目标防空作战仿真中，蓝方能否发现红方实施伪装隐蔽的真目标，能否正确选择攻击目标、命中目标以及红方的抗击能否命中，都具有随机因素，因此采用蒙特卡洛方法进行作战效能分析比较合适。采用蒙特卡洛法的假目标防空作战仿真流程，如图2所示。

图2 作战仿真流程图Fig.2 Flow chart of combat simulation

仿真中：蓝方探测发现真实目标的概率、选择攻击目标的概率及攻击命中概率皆采用均匀概率分布；探测到的真实目标和假目标组成攻击目标集合；1 次仿真以假目标全部被摧毁为结束条件；仿真次数以能达到数据精度为根据，仿真次数越多，解算的数据精确度越高。

3.3.2 假目标数量对作战效能的影响分析

通过仿真，我们可以分析不同假目标数量的作战效能，分析假目标对蓝方攻击弹药的消耗数量和对红方真实防空系统的防护情况。

仿真用的参数为：真目标的数量N=2 辆，蓝方攻击兵器的命中概率Pe=0.85，蓝方对红方真目标的发现概率C=0.5；红方火力抗击的命中概率Pm=0，即无火力抗击。我们分别仿真了假目标的数量M为6个、8 个和12 个的作战过程，仿真参数和结果，如表2所示。

表2 不同假目标数量的仿真参数和结果Tab.2 Simulation parameters and results with different quantity decoys

仿真得到的消耗蓝方弹药数量，如图3 所示。由表2 和图3 可知：假目标数量分别为6 个、8 个和12 个时，平均消耗蓝方弹药数量分别为8.48 枚、10.87 枚和15.77 枚，假目标数量越多，消耗蓝方的弹药数量就越多，但因为蓝方攻击波次增多，导致真实目标被攻击到的数量增多，平均生存下来的真实目标数量下降，分别为0.82辆、0.73辆和0.61辆。

图3 不同假目标数量消耗蓝方弹药数量Fig.3 Blue's ammunition consumed by different quantity decoys

3.3.3 伪装隐蔽真实目标对作战效能的影响分析

红方通常采用伪装隐蔽和假目标综合运用的防空作战策略，对真实目标的伪装隐蔽影响蓝方对真实目标的发现概率，通过作战仿真可以分析伪装隐蔽的防空作战效能。仿真采用的参数为：真目标的数量N=2 辆，假目标的数量M=6 个，蓝方攻击兵器的命中概率Pe=0.85，红方火力抗击的命中概率Pm=0，即无火力抗击。我们分别仿真了蓝方的发现概率C为0.2，0.5和0.8时的作战过程，仿真参数和结果，如表3所示。

表3 不同发现概率的仿真参数和结果Tab.3 Simulation parameter and result with different finding probability

仿真得到不同发现概率消耗蓝方弹药数量及仿真中真实目标生存数量，如图4、5所示。

图4 不同发现概率消耗蓝方弹药数量Fig.4 Blue's ammunition consumed by different finding probability

仿真中假目标数量不变，因此，平均消耗蓝方的弹药数量变化不大，分别为7.95 枚、8.48 枚和8.86 枚；伪装隐蔽效果好的，真实目标的平均生存数量较大，与伪装隐蔽差的相比，平均生存数量优势明显，真实目标平均生存数量分别为1.43辆、0.82辆和0.45辆。

图5 仿真中真实目标生存数量Fig.5 Living real target in simulation

3.3.4 假目标与火力抗击联合防空作战的效能分析

火力抗击是防空作战最直接的方式和方法，我们可以通过仿真来验证有假目标配合的防空作战效能。仿真采用的参数为：真目标的数量N=2 辆，假目标的数量M=6 个，蓝方攻击兵器的命中概率Pe=0.85，因为真目标要实施火力抗击，蓝方对红方真目标的发现概率会增大，作战过程中发现概率是一个动态变化的值，在不影响分析联合火力抗击时作战效能的情况下，发现概率取中间定值，为C=0.5。

我们分别仿真了红方火力抗击命中概率Pm分别为0、0.4和0.7时的作战过程，仿真参数和结果，如表4所示。

表4 不同火力抗击的仿真参数和结果Tab.4 Simulation parameter and result with different fire countermeasures

仿真得到的消耗蓝方弹药数量，如图6 所示。由表4和图6可知：火力抗击命中概率分别为0、0.4和0.7时，平均消耗蓝方弹药数量分别为8.84 枚、13.94 枚和28.4 枚。在不同火力抗击条件下，消耗蓝方的弹药数量差异较大。但是真实目标平均生存数量变化不大，分别为0.82辆、0.81辆和0.82辆。

图6 不同火力抗击时消耗蓝方弹药数量Fig.6 Blue's ammunition consumed by different fire countermeasures

4 结论

装备假目标防空作战效能通常难以用精确的数据来描述，因为作战过程中有多种随机因素影响，现实中，又很少有战例用来研究分析，故用蒙特卡洛法进行作战仿真是研究装备假目标防空作战效能的有效方法。论文依据建立的假目标防空作战效能评估模型，应用蒙特卡洛方法模拟作战过程中的多种随机因素，对假目标防空作战过程进行仿真，并对假目标的防空作战效能进行计算分析。分析表明：增加假目标数量及联合火力抗击能较多地消耗蓝方的弹药数量，而给真实目标做好伪装隐蔽能较大地提高真目标的生存概率。