張永利，孫治水，陳彩輝，胡燕華

(1.中國電子科技集團公司電子科學研究院，北京 100041；2.酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，甘肅 酒泉 735000)

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航母艦載機以及巡航導彈威脅評估研究

張永利1，孫治水1，陳彩輝1，胡燕華2

(1.中國電子科技集團公司電子科學研究院，北京 100041；2.酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，甘肅 酒泉 735000)

基于熵權(quán)-灰色關(guān)聯(lián)投影，結(jié)合美國航母編隊艦載機以及"戰(zhàn)斧"巡航導彈的相關(guān)性能，建立了對美航母編隊艦載機以及"戰(zhàn)斧"巡航導彈威脅評估模型。仿真結(jié)果直觀顯示了航母編隊艦載機及巡航導彈威脅評估指標對威脅評估的影響，有助于及時、準確地推斷敵作戰(zhàn)意圖，形成行之有效的打擊方案并提供理論支撐。

航母編隊艦載機；巡航導彈；威脅評估；灰關(guān)聯(lián)投影

0 引 言

2016年3月1日，以美國海軍“斯坦尼斯號”航空母艦為首的航母戰(zhàn)斗群駛?cè)胛覈虾：Ｓ颍€宣稱要在南海舉行軍事演習，增加了地區(qū)緊張局勢。我國海軍“北極星”號電子偵察船對其實施全程監(jiān)控。

航母的作戰(zhàn)能力主要由其搭載的艦載機來實現(xiàn)。部署在“斯坦尼斯號”航母上的美國海軍航空兵第九艦載機聯(lián)隊，共計70余架作戰(zhàn)飛機，包括50余架艦載戰(zhàn)斗機，一次出動可打擊上百個目標，能夠摧毀敵方作戰(zhàn)飛機、艦艇、潛艇和陸地目標等裝備設(shè)施，具有強大的進攻作戰(zhàn)能力[1]。

如何把握和利用空情，將目標類型、飛行高度、飛行速度、航路捷徑、隱身性能、機動能力等數(shù)據(jù)參數(shù)和性能綜合考慮，并采用合理的威脅評估方案，對正確判斷敵作戰(zhàn)意圖、為指揮人員快速形成有效的戰(zhàn)術(shù)決策提供理論支持。比較常用的威脅評估方法有多屬性決策法、灰關(guān)聯(lián)法、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法等。由于海戰(zhàn)場情況復雜，僅采用單一的評估方法對輻射源目標進行威脅評估具有一定的局限性。所以視戰(zhàn)場情況靈活應用多種方法有助于更加客觀合理地對輻射源目標進行威脅評估。如文獻[2]～[4]分別采用基于熵權(quán)-TOPSIS-灰色關(guān)聯(lián)法、組合賦權(quán)-TOPSIS法對輻射源目標進行威脅評估。

鑒于經(jīng)典的灰色關(guān)聯(lián)分析法僅反映了比較序列與參考序列曲線的相似與距離程度，未考慮兩者間方向的一致性，使得計算結(jié)果與實際產(chǎn)生一些偏差。模僅能反映比較序列與參考序列距離的大小，夾角余弦僅能反映比較序列與參考序列之間的方向[5]。本文提出利用熵權(quán)-灰色關(guān)聯(lián)投影法，把模和夾角余弦結(jié)合起來，能全面而準確地反映比較序列與參考序列之間的接近程度；同時，利用信息熵確定指標權(quán)重，消除主觀因素影響，對目標輻射源進行威脅評估提供一種可借鑒的理論方法。

1 美國航母編隊艦載機及巡航導彈

下面主要參照“斯坦尼斯”號航母，對美國航母編隊艦載機主要機型及“戰(zhàn)斧”巡航導彈進行簡要介紹。

1.1 F-35C

F-35是可服務(wù)于空軍、海軍和海軍陸戰(zhàn)隊的多兵種作戰(zhàn)飛機，其中F-35C是艦載機。其機載有源電掃陣列(AESA)雷達APG-81有豐富的對地/海工作模式(SAR.GMTI/SMTI)，電子系統(tǒng)先進，可以快速形成戰(zhàn)場態(tài)勢，實現(xiàn)對目標的精確定位和打擊。F-35定位為隱身戰(zhàn)斗機，其雷達截面積(RCS)約為0.005 2，適時發(fā)射中距空空導彈(AIM-120),命中率可達75%(官方宣稱)[6-7]。圖1為F-35戰(zhàn)斗機。

1.2 F/A-18E/F

2002年11月6日，林肯號航母上部署的F/A-18E/F首次參與實戰(zhàn)行動，使用精確制導彈藥對伊拉克的2套“薩姆”導彈，1個指揮、控制和通信設(shè)施實施打擊。部署在“斯坦尼斯號”航母上的美國海軍航空兵第九艦載機聯(lián)隊，其主力戰(zhàn)機為F/A-18E/F“超級大黃蜂”艦載戰(zhàn)斗機(E為單座型，F(xiàn)為雙座型)，如圖2所示。F/A-18E/F增加了改進型火控雷達和機載電子設(shè)備，可帶多種更先進的攻擊武器。它所裝備的先進前視紅外目標引導系統(tǒng)可提供導航、目標指示功能，并配備激光目標指示器。

1.3 EA-18G

“斯坦尼斯”號航母上的美國海軍航空兵第九艦載機聯(lián)隊VAQ-133“男巫”電子攻擊中隊，裝備6～9架EA-18G“咆哮者”電子攻擊機，如圖3所示。EA-18G“咆哮者”電子干擾飛機采用F/A-18F機身，外掛點多達11個(翼尖2個，機翼下6個，機腹下3個)，除了最多搭載5個AN-ALQ-99F(V)干擾吊艙外，還能攜帶空-空導彈等F/A-18F配置的所有武器，可以滿足包括護航干擾和防區(qū)外攻擊等不同任務(wù)需求[8]。

1.4 艦載預警機

艦載預警機在航母編隊作戰(zhàn)體系中有2個重要作用:一是航母編隊低空預警，作為航母編隊的“鷹眼”;二是對作戰(zhàn)飛機實施指揮控制，作為航母編隊的“空中司令部”[9]。航空母艦戰(zhàn)斗群的戰(zhàn)術(shù)旗艦指揮中心與E-2之間通過數(shù)據(jù)鏈進行信息交換，共同完成預警及任務(wù)分配等任務(wù)，表現(xiàn)為一種互補、協(xié)調(diào)的指揮關(guān)系。同時，E-2的電子偵察設(shè)備和機載雷達可在復雜電磁環(huán)境中工作，能抗擊敵電子干擾[10]。

“斯坦尼斯”號航母上的美國海軍航空兵第九艦載機聯(lián)隊VAW-112“黃金老鷹”預警中隊，裝備4架E-2C“鷹眼”預警機，如圖4所示。E-2C可探測和判明480 km 遠的敵機威脅，至少能同時自動和連續(xù)跟蹤250個目標，還能同時指揮引導己方飛機對其中30個威脅最大的目標進行截擊[11]。

1.5 巡航導彈

“斯坦尼斯號”航母的中等距離防空任務(wù)由2艘導彈巡洋艦擔任，編隊的前出偵察、快速支援、對陸打擊、編隊反潛、護衛(wèi)補給艦等任務(wù)由3艘“阿利·伯克”導彈驅(qū)逐艦來完成，如圖5所示。2艘導彈巡洋艦和3艘導彈驅(qū)逐艦都裝填“戰(zhàn)斧”巡航導彈。

巡航導彈目標攻擊過程大致可分為初始段(發(fā)射即發(fā)現(xiàn))、巡航段(突防時發(fā)現(xiàn))和攻擊段(打擊時發(fā)現(xiàn))。其中，超聲速巡航導彈是比彈道導彈更難攔截的目標。因此，對于巡航導彈的攔截，為了保證攔截概率，應當爭取更多的攔截機會[12]。

2 灰色關(guān)聯(lián)投影法

2.1 建立決策矩陣

考慮n個評價方案，記集合U=(方案1，方案2，…，方案n)=(U0，U1，…，Un)；記V為因素指標的集合，V=(指標1，指標2，…，指標m)=(V0，V1，…，Vn)。方案Ui對指標Vj的指標值為Yij(i=1，2，…，n；j=1，2，…,m)。稱Y=(Yij)(n+1)×m(i=0,1，2，…，n；j=1，2，…，m)為方案集U對指標集V的決策矩陣。

2.2 初始化處理

對指標矩陣進行初始化處理，建立對威脅目標各指標因素Vj的隸屬函數(shù)：

(1) 當Vj為效益型指標時

指標因素Vj越大，目標威脅度越大，則Vj采用的隸屬函數(shù)為:

(1)

(2) 當Vj為成本型指標時

指標因素Vj越小，目標威脅度越大，則Vj采用的隸屬函數(shù)為:

(2)

2.3 確定灰色關(guān)聯(lián)決策矩陣

威脅源與理想方案的關(guān)聯(lián)度矩陣：

R=(rij)((n+1)×m)

(3)

(4)

式中：λ為分辨系數(shù)，用于調(diào)整比較環(huán)境的大小，λ=0時，環(huán)境消失；λ=1時，環(huán)境保持不變，通常取λ=0.5。

威脅評估是由m個因素指標確定，進行多目標決策，比較各威脅源與理想優(yōu)先項的關(guān)聯(lián)度。其中r01=r02=r0m=1。

由于決策方案中各個評價指標之間的重要性不同，在加權(quán)向量W=(ω1,ω2,…，ωm)T的作用下增廣型加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)決策矩陣為：

(5)

2.4 灰色關(guān)聯(lián)投影

將每個決策方案看成1個行向量，則稱每個決策方案與理想方案之間的夾角θi為灰色關(guān)聯(lián)投影角,投影角的方向余弦為：

(6)

灰色關(guān)聯(lián)投影權(quán)值為：

(7)

得灰色關(guān)聯(lián)投影值為：

(8)

2.5 優(yōu)選方案的選擇

根據(jù)上式計算各方案的灰色關(guān)聯(lián)投影值，由投影值的大小，對威脅源進行排序。投影值越大，目標的威脅程度越高。

3 威脅評估實例

3.1 構(gòu)造輻射源決策矩陣

現(xiàn)有5批威脅源(包含艦載機和巡航導彈)從航母戰(zhàn)斗群起飛。將威脅源依據(jù)目標類型、距離、高度、速度、航路捷徑、雷達散射截面積(RCS)構(gòu)成評估指標體系。輻射源平臺類型不同，威脅程度也不同，威脅源類型為定性指標，具有模糊集特征，利用專家打分法確定輻射源平臺類型屬性值：

(9)

威脅源屬性矩陣為Y=(yij)m×n，yij為第i架敵機的第j個屬性,威脅屬性值如表1所示。

表1 輻射源屬性值

3.2 初始化無量綱處理

3.3 確定灰色關(guān)聯(lián)決策矩陣

由于決策方案中各個評價指標之間的重要性不同，根據(jù)熵權(quán)法得到加權(quán)向量：W=(w1,w2,…，w6)T=(0.138 7 0.100 5 0.326 3 0.115 1 0.113 9 0.205 5)。

表2 目標隸屬度

由式(5)得增廣型加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)決策矩陣：

3.4 灰色關(guān)聯(lián)投影

由式(4)得到灰色關(guān)聯(lián)投影值為：

(0.921 7 0.907 3 0.618 9 0.527 1 0.418 7)

3.5 威脅評估仿真結(jié)果分析

根據(jù)上式計算各方案的灰色關(guān)聯(lián)投影值，投影值越大，目標的威脅程度越高，目標的威脅程度見表 3。

表 3 目標威脅度

結(jié)果表明，戰(zhàn)斧巡航導彈AGM-109B雖然在速度上相比F-35、F/A-18E/F、EA-18G要慢，但是由于其飛行高度低，而且具有極好的隱身性能，所以其威脅程度最高。目標威脅評估仿真如圖6所示。

4 結(jié)束語

本文基于熵權(quán)-灰色關(guān)聯(lián)投影法建立威脅評估模型，結(jié)合美國航母編隊艦載機及戰(zhàn)斧巡航導彈相關(guān)性能對輻射源目標進行威脅評估，并利用Matlab進行仿真分析。仿真結(jié)果表明，目標速度、高度、隱身性等威脅評估指標對威脅程度有不同程度的影響。所以提高系統(tǒng)探測能力，采用合理的威脅評估方法，對于正確判斷威脅目標意圖，快速準確形成針對目標的火力分配方案，具有重要意義。

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Research into The Threat Evaluation of Carrier-borne Aircraft and Cruise Missile

ZHANG Yong-li1,SUN Zhi-shui1,CHEN Cai-hui1,HU Yan-hua2

(1.China Academy of Electronics and Information Technology,CETC,Beijing 100041,China;2.Jiuquan Satellite Launch Center,Jiuquan 735000,China)

Combing with the correlative performance of American carrier formation carrier-borne aircraft and Tomahawk cruise missile,this paper establishes the threat evaluation model of American carrier formation carrier-borne aircraft and Tomahawk cruise missile based on entropy weight-grey relation projection.Simulation results show the effect of threat estimation indexes of carrier formation carrier-borne aircraft and Tomahawk cruise missile on threat evaluation intuitively,which is helpful to deduce enemy's campaign purpose accurately and timely,forms effective strike scheme and provides theoretical foundation.

carrier formation;carrier-borne aircraft;cruise missile；threat evaluation;grey relation projection

2016-11-12

TN918

A

CN32-1413(2017)02-0001-05

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.02.001