一种舷外有源诱饵干扰性能评估方法

丁 妮，李尚生，但 波，张军涛，刘思晨

（1.海军航空大学，山东 烟台 264001；2.联勤保障部队第967 医院，辽宁 大连 116000；3.解放军92407 部队，山东 烟台 264001）

0 引言

舷外有源雷达诱饵以其方便灵活、假目标逼真、干扰成功率高的特点，被广泛应用于舰艇的反导防御作战［1］。舷外有源诱饵的作战使用方式主要包括假目标干扰、冲淡干扰和质心干扰等［2］。如何评价舷外有源诱饵的干扰性能，对促进舷外有源诱饵的作战效能提高具有重要意义［3-4］。

舷外有源诱饵干扰性能常用的评估方法是层次分析-模糊综合评判法（AHP-Fuzzy）［5-6］。模糊综合评价是以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，将一些边界不清、不易定量的因素定量化，从多个因素入手对被评价事物隶属等级状况进行综合性评价的一种方法［7］。层次分析法是一种常用的主观确定评价指标权重的方法，它通过决策者的专业知识和经验判断，对决策诸因素的相对重要性充分给予量化，构造两两比较的判断矩阵，从而计算出各因素对于研究对象的权重［8］。熵值赋权法是一种常用的客观赋权法，熵是用来表征信息不确定性的度量，熵值越小，表明决策因素所起的作用越大，应赋予该决策因素较大的权重［9-10］。在进行AHPFuzzy 评价时，通过AHP 确定评价指标权重，由于评价指标的多样性和复杂性，仅凭单个专家在相关领域的知识储备和积累的经验来主观决策，得到的决策结果就不具有客观性和全面性，评估结果也不可靠［11］。为解决此问题，本文对舷外有源诱饵的干扰性能指标进行分析，采用层次分析法（AHP）和熵值法相结合的主客观组合赋权法，来确定评价指标的权重。改进了只是通过专家的主观赋权确定评价指标权重而带来的人为主观因素对评价结果的影响，对舷外有源诱饵采用区间层次分析- 模糊综合评判的评估方法进行干扰性能评估，得到较为客观全面的评估结果。

1 舷外有源诱饵干扰性能指标分析

舷外有源诱饵对反舰导弹干扰工作过程如下，当反舰导弹末制导雷达开机并稳定跟踪目标舰船后，利用舰船的电子支援系统对来袭反舰导弹进行跟踪与侦察，选择合适的时机，按照一定的距离和方位发射舷外有源诱饵［12］。即在一定的电磁对抗场景下，电子支援系统以一定的截获概率，侦察到反舰导弹的末制导的雷达信号，舷外有源诱饵按照一定的干扰样式对来袭反舰导弹进行干扰，降低反舰导弹的发现、识别、跟踪概率，从而对我方舰艇进行保护。故按照舷外有源诱饵工作过程中的侦察和干扰的部分，建立舷外有源诱饵的干扰性能评估体系，如图1 所示。其中，侦察能力包括灵敏度、舷外有源诱饵所处的电磁环境、信号类型、对末制导雷达信号的截获概率；干扰能力包括干扰信号的引导时间、干扰信号的功率，有源诱饵的干扰样式，干扰信号与雷达信号的频率对准。

1.1 侦察能力

1.1.1 灵敏度

舰载电子支援措施的灵敏度和舷外有源诱饵设备的灵敏度越大，越能尽早地侦察到反舰导弹的末制导雷达信号，为制定对抗策略提供依据，为实施有针对性的干扰提供数据支撑。

舰载电子支援措施的灵敏度和舷外有源诱饵设备的灵敏度用灵敏度因子U1表示如下：

式中，Prd为舷外有源诱饵设备灵敏度；Prw为舰载电子支援措施灵敏度。

1.1.2 信号环境

舷外有源诱饵的干扰有效性受所处的电磁信号环境影响较大。描述信号环境特征的参数有很多，对干扰效果和干扰有效性影响较大的是信号流密度。

舷外有源诱饵所处的电磁环境用信号环境因子U2表示：

式中，ρ 为信号流密度，单位为万脉冲/s。

1.1.3 信号类型

反舰导弹末制导雷达信号类型须包含在侦察信号类型中，这样末制导雷达信号才能被侦察接收到，否则末制导雷达信号不能被侦察接收到，用信号类型因子U3表征。

当雷达信号包含在侦察接收信号当中，信号类型因子U3为1，否则信号类型因子U3为0。

1.1.4 截获概率

雷达支援侦察设备要完成规定的任务，必须要具备截获的能力。描述这种能力参数是截获概率，即根据要求的发现概率和识别概率设计检测门限，把超过门限的信号记录下来，并作进一步的分析处理。截获概率因子U4表示为：

式中，P1为发现概率；P2为识别概率。

1.2 干扰能力

1.2.1 引导时间

所谓引导，就是给干扰机指示要干扰雷达的特征参数。从雷达支援侦察设备探测到反舰导弹末制导雷达信号的存在，到干扰机发出干扰信号的这段时间，为干扰引导时间［13］。用引导时间因子J1表示：

式中，Δt 为引导时间。

1.2.2 干扰功率

舷外有源诱饵干扰性能评估准则常用的有功率准则、信息准则和效率准则。功率准则采用雷达的干信比来描述其干扰能力，在接收到回波功率一定的情况下，增大干扰信号的功率，就能提升干信比，从而提升舷外有源诱饵的干扰性能。

有源诱饵的干扰功率指标用干扰功率因子J2表示如下：

式中，Ps为目标的回波功率；Pj为末制导雷达接收到的干扰信号的功率；Kj为末制导雷达正常工作的干信比。

1.2.3 干扰频率

当干扰信号的频段和雷达的工作频段重合的部分越大，干扰信号进入雷达的接收机的可能性就越大，有源诱饵的干扰性能就越好。有源诱饵工作频段指标用有源诱饵工作频段重合因子J3来表示：

式中，fj2，fj1为有源诱饵干扰信号的上下限；fr2，fr1为末制导雷达接收信号的上下限。

1.2.4 干扰样式

要想取得较好的干扰效果，有源诱饵的干扰样式与末制导雷达的匹配程度越大越好。用干扰样式因子J4来表征不同的干扰信号样式对末制导雷达的干扰效果。干扰样式因子、J4通常由专家的主观判断和经验给出，取值在0～1 之间。

2 基于区间层次分析- 模糊综合评判的舷外有源诱饵数学评估模型

通过对舷外有源诱饵干扰性能指标的分析，构建了有源诱饵干扰评价指标体系，对各因素建立相应的模糊综合评判因素集，应用熵值法和层次分析法组合赋权，用梯形隶属函数确定评价矩阵，计算得到模糊综合评判结果，流程如图2 所示。

图2 区间层次分析-模糊综合评判流程Fig.2 Interval analytic hierarchy fuzzy comprehensive evaluation process

2.1 评估模型因素集

基于建立的舷外有源诱饵干扰性能评估指标体系，可知评价指标因素集分为两个层次：第1 层，舷外有源诱饵干扰性能因素集X={U，J}；第2 层，侦察能力因素集和干扰能力因素集U={U1，U2，U3，U4}。

2.2 评估模型评价集

将舷外有源诱饵的干扰性能评估指标划分为不同的评价等级，建立评价集如表1 所示。

表1 舷外有源诱饵干扰性能评价集Table 1 Outboard active decoy jamming performance evaluation set

2.3 评估模型因素权重集

舷外有源诱饵的干扰性能受多种因素影响，其对干扰性能的影响程度不一样，因此，要确定评价指标的权重。相比于文献［5］的层次分析法赋权，本文采用层次分析和熵值法［9］的组合赋权法来对评价指标赋权，得到相对客观的评估结果。

熵值法通过专家的区间数打分获取决策矩阵，权重计算具体如下：

Step 2 计算指标的熵值ei

层次分析法通过1～9 标度法对评价指标进行两两比较，得到判断矩阵，求取最大特征值所对应的特征向量，归一化后求取指标权重，然后进行一致性检验，以验证是否符合要求。

2.4 确定评估模型隶属函数

评判矩阵用来表征从因素集到评价集的模糊映射，评判矩阵通过隶属函数来确定。本文采用模糊分布法中的梯形隶属函数［14-15］来确定舷外有源诱饵干扰性能评价指标因素集和评估模型评价集间的评断矩阵，如下：

式中，rij为评判矩阵中的元素；x1，x2为评价集区间边界值；ai为有源诱饵干扰性能的评价值。

侦察能力的评判矩阵和干扰能力的评判矩阵为：

2.5 模糊综合评价

根据图1，对第2 层评价指标，通过熵值法和层次分析法确定评价指标权重，以及通过梯形隶属函数计算得到各评价指标的评判矩阵，得到第2 层评价指标的模糊综合评判结果：

式中，W1为熵值法确定的评价指标权重；R1为侦察能力评判矩阵；B1为侦察能力模糊综合评判结果；W2为层次分析法确定的评价指标的权重；R2为干扰能力评判矩阵；B2为干扰能力综合模糊评判结果。

第1 层的有源诱饵干扰性能评判矩阵由第2层的模糊综合评判结果构成，如下：

则第1 层的有源诱饵干扰性能的模糊综合评判结果为：

式中，A0为层次分析法确定的第1 层有源诱饵干扰性能评价指标的权重。

根据隶属度最大原则，明确有源诱饵的干扰性能评估等级。

3 算例分析

本文参照文献［5］的数据对某一舷外有源诱饵进行评估，对其干扰性能指标进行分析，建立有源诱饵的评估模型因素集，通过计算得到各因素的评估指标数据，如表2、下页表3 所示。

表2 侦察能力数据Table 2 Reconnaissance capability data

表3 干扰能力数据Table 3 Jamming capability data

参照表1 的评价指标集，对有源诱饵的干扰性能评价指标进行等级划分。

对侦察能力包含的评价指标采用区间数打分来获取判断矩阵：

首先计算离差矩阵，其次计算指标的熵值，最后计算指标的偏离程度，归一化后得到侦察能力的指标权重：

本文和文献［5］的侦察能力包含的评价指标权重如表4 所示，文献［5］侦察能力评价的指标的权重通过层次分析法主观赋权，本文通过区间数打分、计算评价指标的熵值来赋权，相对更为客观。

表4 侦察能力评价指标权重Table 4 Reconnaissance capability evaluation index weight

对干扰能力包含的评价指标采用层次分析法确定评价指标权重，最大特征值所对应特征向量归一化后得：

经一致性检验，符合要求。同样可求得第1 层干扰性能评估指标权重：

通过梯形隶属函数来确定有源诱饵干扰性能评估因素集和评估模型评价集间的评断矩阵，如下：

根据式（12）、式（13）可以得到第2 层评价指标的综合评判结果：

根据式（15）可以得到舷外有源诱饵干扰性能的模糊综合评判结果：

按照隶属度最大的原则，可知该舷外有源诱饵的干扰性能为好，与文献［5］的评估结果相吻合。

本文采用区间层次分析- 模糊综合评判的方法，对某舷外有源诱饵的干扰性能进行了评估，其干扰性能为好，与文献［5］一致，证明了该方法的可行性。同时，相比于文献［5］，采用了层次分析法和熵值法组合赋权，降低了人为主观性影响。

4 结论

本文介绍了一种区间层次分析- 模糊综合评判的舷外有源诱饵干扰性能评估方法，通过分析舷外有源诱饵的干扰性能指标，建立舷外有源诱饵干扰性能模糊综合评判因素集；建立舷外有源诱饵干扰性能的评价集，通过层次分析法和熵值法组合赋权确定干扰性能指标的权重；通过梯形隶属函数建立评断矩阵，计算模糊评断结果，根据隶属度最大原则确定评价等级。与其他的分析法相比，基于区间层次分析-模糊综合评判的评估方法，对舷外有源诱饵干扰性能水平能够较全面地评估，层次分析法和熵值法组合赋权得到的权重比较客观。但是，由于干扰性能评估指标涉及的要素多，评估准测多样，很难建立完备的评估体系；同时评价等级的区间划分存在一定程度的主观性，影响评估结果；还有本文只是通过一位专家对某一特定类型的舷外有源诱饵的干扰效能进行评估，可以通过灰色关联法结合多位专家的意见，给评价指标赋权。在计算得到多个舷外有源诱饵干扰性能评价等级的基础上，可以通过模糊值线性序法对多个舷外有源诱饵进行排序评价等，这都是需要完善和改进的地方。