馬天林，韓壯志

(陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū)，河北 石家莊 050003)

0引言

在信息化戰(zhàn)爭中，空襲與反空襲已經(jīng)成為戰(zhàn)爭的一種主要作戰(zhàn)方式?？找u目標(biāo)的類型呈現(xiàn)多樣化趨勢，同時，空襲目標(biāo)呈現(xiàn)多批次、多方位、連續(xù)飽和攻擊的特點(diǎn)，此外，空中還存在很多非攻擊目標(biāo)。準(zhǔn)確快速地篩選出對我方造成破壞最大的目標(biāo)成為有效防御的重要前提。因此，對空中目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確、實(shí)時的威脅判斷是實(shí)現(xiàn)有效防御和有效攻擊的關(guān)鍵技術(shù)[1]。

對威脅判斷的方法有層次分析法[2]、熵權(quán)法[3]、最大離散差法[4]、多屬性決策法[5]、灰度關(guān)聯(lián)法[6]、專家知識法[7]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[8]、貝葉斯推理法[9]等。這些威脅判斷模型都是首先提取目標(biāo)的特征因素，進(jìn)而對特征因素進(jìn)行融合確定目標(biāo)的威脅值。其中層次分析法判斷矩陣的構(gòu)造具有一定的主觀性。熵權(quán)法和最大離散差法雖然客觀地確定了特征因素的權(quán)重，但是權(quán)重卻不符合實(shí)際情況?；叶汝P(guān)聯(lián)法的關(guān)聯(lián)系數(shù)沒有考慮特征因素間的權(quán)重，僅僅計算與理想解間的歐式距離。多屬性決策法和專家知識法的因素權(quán)重主觀性太大，其準(zhǔn)確性無法保證。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法需要一定數(shù)量和質(zhì)量的學(xué)習(xí)樣本，和平環(huán)境下的樣本數(shù)量和質(zhì)量難以保證。同時神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)易陷入局部學(xué)習(xí)。貝葉斯推理法的初始概率受樣本影響。目標(biāo)的威脅因素有距離、速度、高度、方位角、航向角、航路捷徑、干擾能力、目標(biāo)類型、敵我識別等，雷達(dá)可直接獲取的參數(shù)有斜距、方位角、仰角、敵我識別。其他威脅因素都是通過這些目標(biāo)計算得到，因此它們存在一定的耦合關(guān)系。而上述威脅判斷算法只是簡單地將它們獨(dú)立分開，沒有考慮它們之間的聯(lián)系，而且具體的目標(biāo)類型、目標(biāo)的干擾能力等參數(shù)大部分雷達(dá)并不能準(zhǔn)確獲取。其次，多數(shù)算法在確定威脅因素權(quán)重時，通過專家人為給定，具有一定的主觀性和盲目性。最后，算法最終確定的威脅值是特征因素的加權(quán)相加，最終的威脅度沒有明確的實(shí)際物理意義，其準(zhǔn)確性需要進(jìn)一步的驗(yàn)證。

本文從戰(zhàn)術(shù)推理出發(fā)，首先根據(jù)雷達(dá)連續(xù)2次所獲取目標(biāo)的斜距、方位角、仰角參數(shù)，確定目標(biāo)的航向與我方目標(biāo)的關(guān)系，即確定目標(biāo)的攻擊意圖。根據(jù)目標(biāo)的攻擊意圖和敵我識別確定目標(biāo)的威脅等級，初步篩選出威脅度較大的目標(biāo)。最后由目標(biāo)的可攻性和目標(biāo)的毀傷能力確定目標(biāo)的攻擊效能，根據(jù)目標(biāo)的攻擊效能對一級威脅目標(biāo)進(jìn)行威脅排序。本算法所選取的目標(biāo)參數(shù)均為雷達(dá)可直接獲取的參數(shù)，實(shí)用性強(qiáng)。其次算法根據(jù)目標(biāo)的戰(zhàn)術(shù)推理，綜合考慮各個因素之間的聯(lián)系。由目標(biāo)的攻擊效能作為威脅排序的依據(jù)，使得威脅度具有明確的物理意義。避免了主觀因素權(quán)重的引入，使得威脅評估的結(jié)果更加準(zhǔn)確。

1 威脅判斷過程

威脅判斷過程主要分為2個過程。首先根據(jù)攻擊意圖和敵我識別對空中目標(biāo)進(jìn)行初步威脅等級的劃分，劃分完成后由目標(biāo)的攻擊效能對一級威脅目標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步威脅排序。更加有利于將高威脅度目標(biāo)篩選出來。

1.1 威脅等級劃分

雷達(dá)可以直接獲取目標(biāo)的仰角、距離、方位、敵我識別參數(shù)。間接獲取的目標(biāo)因素有速度、加速度、航向角、航路捷徑等。其中攻擊意圖和敵我識別大體表征了目標(biāo)的威脅等級大小。目標(biāo)在空中時建立坐標(biāo)系如圖1所示，其中在Oxy平面上的投影如圖2所示。

圖1 目標(biāo)空中示意圖及坐標(biāo)系建立Fig.1 Target aerial map and coordinate system

圖2 目標(biāo)在Oxy平面投影圖Fig.2 Projection of a target in a plane

如圖1所示，以我方O為原點(diǎn)，目標(biāo)在t1時刻位于T1處，距離為lT1，方位角為αT1，仰角為βT1，目標(biāo)在Oxy平面上的投影為T1′。距離經(jīng)過一次雷達(dá)掃描周期(t2-t1)之后，在t2時刻探測到目標(biāo)位于T2處，距離為lT2，方位角為αT2，仰角為βT2，目標(biāo)在Oxy平面上的投影為T2′。如圖2所示，在t1時刻目標(biāo)在Oxy平面上距我方的距離為rT1，在t2時刻目標(biāo)在Oxy平面上距我方的距離為rT2，從t1時刻到t2時刻目標(biāo)的方位角變化為αT12。

步驟1：由雷達(dá)獲取目標(biāo)t1時刻的斜距l(xiāng)T1，方位角αT1，仰角βT1；t2時刻的斜距l(xiāng)T2，方位角αT2，仰角βT2，得

(1)

(2)

(3)

雷達(dá)可以通過向目標(biāo)發(fā)送詢問信號來區(qū)分目標(biāo)是我機(jī)或不明。綜合敵我識別和目標(biāo)攻擊意圖對目標(biāo)進(jìn)行威脅等級排序。當(dāng)識別目標(biāo)為不明時，并且目標(biāo)對我方有攻擊意圖，則將目標(biāo)設(shè)為一級威脅等級。當(dāng)目標(biāo)識別為不明，并且對我方?jīng)]有攻擊企圖，將目標(biāo)設(shè)為二級威脅等級。當(dāng)目標(biāo)識別為我機(jī)，將目標(biāo)設(shè)為三級威脅等級。威脅等級劃分如表1所示。

表1 目標(biāo)威脅等級劃分Table 1 Target threat level division

1.2 基于最大毀傷概率的威脅排序

威脅等級的劃分對空中目標(biāo)只是一個初略的篩選，需要進(jìn)一步對威脅等級為一級的目標(biāo)進(jìn)行威脅排序。威脅等級排序，實(shí)際上是敵方對我方攻擊能力的排序。這種攻擊能力，可定義為敵方目標(biāo)的攻擊效能，將其記為S。敵方對我方進(jìn)行攻擊，可分為2個階段：一是飛臨攻擊位置，二是實(shí)施攻擊。前者可采用目標(biāo)的可攻性進(jìn)行表征，后者采用目標(biāo)的毀傷能力進(jìn)行表征[11]。

(4)

目標(biāo)的最短飛臨時間與目標(biāo)的速度、航向角、方位角、距離和最大機(jī)動過載有關(guān)。從戰(zhàn)術(shù)推理可知，目標(biāo)以最大過載加速度轉(zhuǎn)彎，直到目標(biāo)的速度方向與我方的方向相同，之后直線飛行到我方上空，此時，目標(biāo)的飛臨時間最短。目標(biāo)的飛行路線在Oxy平面上的投影如圖3所示。

如圖3所示，探測到tTi時刻目標(biāo)位于Ti處，目標(biāo)以最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin飛行到Ti′處，此時，目標(biāo)的速度方向與Ti′O的方向相同，而后沿直線Ti′O飛行到我方O點(diǎn)。由雷達(dá)直接探測到的目標(biāo)參數(shù)，

即斜距l(xiāng)Ti(未畫出，如圖1所示)、方位角αTi、仰角βTi(未畫出，如圖1所示)，斜距l(xiāng)Ti在Oxy平面上的投影為rTi。計算最短飛臨時間，其計算步驟如下：

圖3 目標(biāo)飛行航線在Oxy平面上的投影Fig.3 Projection of the target flight route on the plane

(5)

同理可得

.

(6)

(7)

(8)

(9)

步驟3：在△OTiPi中，計算rOPi和∠TiPiO，可得

(10)

(11)

(12)

(13)

∠TiPiTi′=∠OPiTi-∠OPiTi′,

(14)

(15)

(16)

將目標(biāo)的飛臨時間規(guī)范化，得

(17)

2 仿真分析

仿真敵方出動不同類型的目標(biāo)對我方進(jìn)行攻擊，其中包含大型轟炸機(jī)、中型轟炸機(jī)、殲擊機(jī)等。此外，空中還有非攻擊目標(biāo)、民航客機(jī)等。某型雷達(dá)每隔3 s獲取一次目標(biāo)參數(shù)，獲取的目標(biāo)參數(shù)如表2所示。

表2 t1和t2時刻獲取的目標(biāo)參數(shù)取值Table 2 Value of the target parameters obtained at t1and t2

根據(jù)表3中各個目標(biāo)的攻擊意圖和表2中的目標(biāo)敵我識別結(jié)果，由表1對各個目標(biāo)進(jìn)行威脅等級劃分，劃分結(jié)果如表4所示。

按照表5中的最優(yōu)攻擊效果S從大到小對一級目標(biāo)進(jìn)行威脅排序，結(jié)果為目標(biāo)3>目標(biāo)5>目標(biāo)4。因此最終的威脅判斷結(jié)果為：一級威脅目標(biāo)：目標(biāo)3>目標(biāo)5>目標(biāo)4；二級威脅目標(biāo)：目標(biāo)2；三級威脅目標(biāo)：目標(biāo)1。

表3 各個目標(biāo)的攻擊意圖Table 3 Attack intentions of each target

表4 各個目標(biāo)的威脅等級劃分Table 4 Threat level division of each target

表5 一級威脅目標(biāo)的最短飛臨時間和最優(yōu)攻擊效果STable 5 Shortest flight time and the best attack effect S oof a level threat target

3 結(jié)束語

最終的仿真結(jié)果符合戰(zhàn)術(shù)推理和實(shí)際情況。本威脅判斷算法根據(jù)雷達(dá)實(shí)際可獲得的目標(biāo)參數(shù)出發(fā)，首先根據(jù)目標(biāo)的敵我識別和目標(biāo)企圖對目標(biāo)進(jìn)行威脅等級判斷，將威脅大的目標(biāo)進(jìn)行初步篩選。之后，根據(jù)目標(biāo)的最短飛臨時間和目標(biāo)的毀傷能力對威脅等級為一級的目標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步威脅排序，最后獲得目標(biāo)的威脅判斷結(jié)果。算法從目標(biāo)的最大概率運(yùn)動路線出發(fā)，綜合考慮目標(biāo)各個因素之間的聯(lián)系，減少主觀因素的引入，得到一個更加合理的威脅判斷結(jié)果，實(shí)用性強(qiáng)，易于編程，運(yùn)算量小。已經(jīng)在衛(wèi)星傳輸目標(biāo)航跡的終端機(jī)中使用，而且取得很好的目標(biāo)威脅評估，具有很好的工程應(yīng)用價值。