魯 軍 李鵬飛 遲文君

（陸軍炮兵防空兵學(xué)院鄭州校區(qū) 鄭州 450000）

1 引言

信息化戰(zhàn)爭條件下，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地掌握戰(zhàn)場態(tài)勢，并將情報(bào)信息及時(shí)按需地發(fā)送到各個(gè)作戰(zhàn)單元，對于奪取信息優(yōu)勢、打贏信息化戰(zhàn)爭是至關(guān)重要的。防空作戰(zhàn)中，情報(bào)信息是指揮員進(jìn)行作戰(zhàn)指揮的基本依據(jù)，也是奪取戰(zhàn)場主動(dòng)權(quán)的前提條件。復(fù)雜戰(zhàn)場條件下，敵通常采取小編隊(duì)、多批次、強(qiáng)干擾、多方向?qū)ξ曳奖Ｐl(wèi)目標(biāo)進(jìn)行攻擊，由于雷達(dá)受到地球曲率、地物遮蔽、地雜波、電磁干擾的影響，使得雷達(dá)準(zhǔn)確獲取空中目標(biāo)信息的難度進(jìn)一步加大。假如雷達(dá)站能夠獲得空中目標(biāo)綜合空情輔助信息，就能提升雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的能力。雷達(dá)組網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)全天候、多空域的對空偵察，獲取目標(biāo)信息，并實(shí)時(shí)上報(bào)雷達(dá)空情，使得空情融合處理中心接收與處理的目標(biāo)信息多達(dá)幾百批。面對大量的綜合空情，情報(bào)人員難以快速、準(zhǔn)確的空情分發(fā)。因此，必須要利用輔助決策手段，實(shí)現(xiàn)“人在回路”的人機(jī)協(xié)同情報(bào)信息按需分發(fā)，增強(qiáng)空情分發(fā)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性與針對性。通過將綜合空情按需分發(fā)給雷達(dá)站，能夠增強(qiáng)空情錄取能力和錄取精度，發(fā)揮雷達(dá)網(wǎng)協(xié)同偵察的優(yōu)勢。

2 雷達(dá)網(wǎng)情報(bào)信息分發(fā)的流程

情報(bào)信息優(yōu)勢是未來信息化防空作戰(zhàn)決策優(yōu)勢和行動(dòng)優(yōu)勢的前提，是取得防空抗擊作戰(zhàn)的關(guān)鍵［1］。在戰(zhàn)場通信資源有限的情況下，應(yīng)當(dāng)根據(jù)雷達(dá)站的實(shí)際需要，有選擇地將情報(bào)信息發(fā)送給各雷達(dá)站，實(shí)現(xiàn)情報(bào)信息的按需分發(fā)、精準(zhǔn)分發(fā)，能夠避免雷達(dá)站的“信息過載”和減輕通信傳輸壓力，提升空情資源對雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的輔助作用。在防空作戰(zhàn)中，對于雷達(dá)站而言空中目標(biāo)是否為探測的重要目標(biāo)，取決于目標(biāo)對保衛(wèi)目標(biāo)的威脅程度。而目標(biāo)是否對保衛(wèi)目標(biāo)造成威脅，需要用門限對目標(biāo)威脅度的大小進(jìn)行判別，即與閾值k比較。當(dāng)目標(biāo)的威脅值大于設(shè)定的閾值時(shí)（W＞k）可判定該批目標(biāo)對保衛(wèi)目標(biāo)有威脅，也即為雷達(dá)需要重點(diǎn)關(guān)注的目標(biāo)。當(dāng)目標(biāo)的威脅值小于設(shè)定的閾值時(shí)（W≤k），該批目標(biāo)對保衛(wèi)目標(biāo)不造成威脅，也就是雷達(dá)不需要重點(diǎn)關(guān)注的目標(biāo)，不需要重點(diǎn)探測。情報(bào)信息的按需分發(fā)不僅要考慮空中目標(biāo)的威脅性，也要考慮其是否在雷達(dá)站的預(yù)警范圍之內(nèi)。通過將空中目標(biāo)和雷達(dá)的相對距離與雷達(dá)預(yù)警半徑r進(jìn)行門限比較，可以判定其是否在雷達(dá)預(yù)警范圍內(nèi)。對于不在雷達(dá)站預(yù)警范圍之內(nèi)的目標(biāo)信息，雷達(dá)站是不用過多關(guān)注的，這些信息也不需要發(fā)送到雷達(dá)站。因此，構(gòu)建以雷達(dá)預(yù)警范圍為依據(jù)的情報(bào)信息需求模型，然后以雷達(dá)的情報(bào)信息需求模型與空中目標(biāo)的威脅估計(jì)值進(jìn)行動(dòng)態(tài)匹配，最后實(shí)現(xiàn)對情報(bào)信息的按需分發(fā)，其流程如圖1所示。

圖1 雷達(dá)網(wǎng)情報(bào)信息分發(fā)流程圖

3 雷達(dá)網(wǎng)情報(bào)信息分發(fā)的數(shù)學(xué)模型

3.1 雷達(dá)預(yù)警范圍估計(jì)模型

假設(shè)p時(shí)刻第i部雷達(dá)站的位置為（Xi，Yi，Zi），空中第j批目標(biāo)的坐標(biāo)為（Xj，Yj，Zj），則雷達(dá)i與目標(biāo)j之間的相對距離為

式中：i=1，2，3，…，N，N為雷達(dá)網(wǎng)中雷達(dá)數(shù)量；j=1，2，3，…，M，M為空中目標(biāo)數(shù)量。

雷達(dá)網(wǎng)中各雷達(dá)的探測距離通常由雷達(dá)通視距離與最大作用距離所決定，雷達(dá)對空中目標(biāo)的最大探測距離可以用以下公式表示［2～3］：

式中：Rs為雷達(dá)的通視距離，Rmax為雷達(dá)的最大作用距離。

1）雷達(dá)的通視距離Rs可以表示為

式中：h為雷達(dá)天線高度，H為空中目標(biāo)飛行高度。

2）雷達(dá)的最大作用距離Rmax可以表示為

式中：Pt為雷達(dá)的發(fā)射功率；Gt為發(fā)射天線的增益；Gr為接收天線的增益；λ為雷達(dá)作波長；σ為雷達(dá)反射截面積；K為玻爾茲曼常數(shù)；T0為標(biāo)準(zhǔn)室溫；Bn為接收機(jī)噪聲帶寬；Fn為接收機(jī)噪聲系數(shù)；（SN）min為最小可檢測信噪比。

雷達(dá)網(wǎng)各雷達(dá)站的預(yù)警范圍可定義為：需要提前預(yù)警的探測空域，即在雷達(dá)的探測范圍向外延伸一定的距離，其值通常由雷達(dá)的最大探測距離與預(yù)警時(shí)間對應(yīng)的航程等確定。其表達(dá)方式為

式中：r表示雷達(dá)預(yù)警半徑；Dmax表示雷達(dá)的最大作用距離；v表示空中目標(biāo)的飛行速度；ti表示融合處理中心到雷達(dá)站的情報(bào)信息傳播時(shí)延；tj表示雷達(dá)站雷達(dá)操作手反應(yīng)時(shí)間。通過雷達(dá)與空中目標(biāo)的相對距離Rij與雷達(dá)預(yù)警半徑r作比較，判斷目標(biāo)是否在該雷達(dá)的預(yù)警范圍內(nèi)。

3.2 空中目標(biāo)威脅估計(jì)模型

信息化戰(zhàn)爭條件下，戰(zhàn)場環(huán)境復(fù)雜、來襲兵器多元，戰(zhàn)場情報(bào)信息通常具有較大的模糊性與動(dòng)態(tài)性。影響空中目標(biāo)威脅大小的因素較多，但這些影響因素一般只能用模糊語言進(jìn)行描述，其威脅度的分析、判斷需要利用灰色理論、模糊數(shù)學(xué)等進(jìn)行建模［4］。目前，關(guān)于目標(biāo)威脅估計(jì)的方法主要有模糊綜合決策法［5～7］、貝葉斯推理［8］、灰度關(guān)聯(lián)決策［9］等。本文針對雷達(dá)網(wǎng)空情按需分發(fā)，綜合雷達(dá)網(wǎng)的情報(bào)信息，以保衛(wèi)目標(biāo)為中心，將空中目標(biāo)威脅估計(jì)參數(shù)確立為相對距離、飛行高度、飛行速度、航向角、目標(biāo)類型，運(yùn)用模糊理論與層次分析法對空中目標(biāo)進(jìn)行威脅估計(jì)?；静襟E是：首先進(jìn)行參數(shù)威脅度估計(jì)；然后進(jìn)行參數(shù)權(quán)重確立；最后計(jì)算空中目標(biāo)綜合威脅估計(jì)值。

3.2.1 空中目標(biāo)威脅估計(jì)參數(shù)隸屬度

模糊數(shù)學(xué)于1965年由美國控制論專家L.A.扎德（L.A.Zadeh）首次提出，將數(shù)學(xué)的應(yīng)用范圍從精確現(xiàn)象拓展到模糊現(xiàn)象，并在隨后的40多年得到廣泛地發(fā)展與應(yīng)用［11］。采用模糊理論方法對空中目標(biāo)威脅估計(jì)參數(shù)進(jìn)行描述并確立以下規(guī)則［6，10］：若空中目標(biāo)處于某一屬性參數(shù)的攻擊力最小時(shí)，則認(rèn)為其目標(biāo)威脅值也是最小值，設(shè)其評(píng)判函數(shù)值為0；若空中目標(biāo)處于某一屬性參數(shù)的攻擊力最大時(shí)，則其目標(biāo)威脅值也是最大值，設(shè)其評(píng)判函數(shù)值為1；當(dāng)威脅估計(jì)參數(shù)為其他狀態(tài)時(shí)，其評(píng)判函數(shù)值處于0～1之間。

1）相對距離威脅度函數(shù)

空中目標(biāo)的相對距離威脅程度與相對距離的大小為遞減關(guān)系，如圖2所示為目標(biāo)威脅程度隨相對距離變化的關(guān)系。

圖2 相對距離與目標(biāo)威脅度的關(guān)系

當(dāng)空中目標(biāo)距離保衛(wèi)目標(biāo)越大時(shí)其威脅越小，當(dāng)空中目標(biāo)與保衛(wèi)目標(biāo)距離增大至一定范圍，即d＞d2時(shí)，則可認(rèn)為該目標(biāo)對保衛(wèi)目標(biāo)不構(gòu)成威脅，設(shè)其威脅值為0；當(dāng)襲目標(biāo)與保衛(wèi)目標(biāo)距離減小至一定范圍時(shí)威脅值最大，即d＜d1時(shí)，設(shè)其威脅值為1。因此，可以得到以相對距離為參數(shù)的威脅度隸屬度函數(shù)：

式中：d1、d2分別表示為空中目標(biāo)對保衛(wèi)目標(biāo)造成威脅的最小距離與最大距離。

2）飛行高度威脅度函數(shù)

空中目標(biāo)的距離威脅程度與飛行高度的大小也為遞減關(guān)系，如圖3所示為目標(biāo)威脅程度隨飛行高度變化的關(guān)系。

圖3 飛行高度與目標(biāo)威脅度的關(guān)系

當(dāng)空中目標(biāo)飛行高度越高時(shí)對保衛(wèi)目標(biāo)威脅越小，飛行高度越低時(shí)其威脅越大。因此，可以得到以飛行高度為參數(shù)的威脅度隸屬度函數(shù)：

3）飛行速度威脅度函數(shù)

空中目標(biāo)的威脅程度與飛行速度的大小為遞增關(guān)系。如圖4所示為目標(biāo)威脅程度隨目標(biāo)飛行速度變化的關(guān)系。

圖4 飛行速度與目標(biāo)威脅度的關(guān)系

當(dāng)空中目標(biāo)飛行速度越大時(shí)，飛臨我方陣地的時(shí)間就越短，對保衛(wèi)目標(biāo)威脅越大；當(dāng)目標(biāo)飛行速度越小時(shí)，對保衛(wèi)目標(biāo)威脅就越小，將其最小值量化為0.2。飛行速度為參數(shù)的威脅度隸屬度函數(shù)：

式中：v1、v2分別表示為空中目標(biāo)對保衛(wèi)目標(biāo)造成威脅的最小飛行速度與最大飛行速度。

4）目標(biāo)航向角威脅度函數(shù)

目標(biāo)航向角體現(xiàn)了空中目標(biāo)的意圖，即是否會(huì)攻擊保衛(wèi)目標(biāo)，如臨近、離遠(yuǎn)狀態(tài)。如圖5所示為空中目標(biāo)與目標(biāo)威脅度之間的關(guān)系。

圖5 航向角與目標(biāo)威脅度的關(guān)系

當(dāng)航向角處于|90°|之內(nèi)時(shí)，空中目標(biāo)飛行狀態(tài)為臨近飛行，對保衛(wèi)目標(biāo)造成威脅；當(dāng)航向角在|90°|之外時(shí)，飛行狀態(tài)為離遠(yuǎn)飛行，對保衛(wèi)目標(biāo)基本不構(gòu)成威脅。航向角為參數(shù)的威脅度隸屬度函數(shù)：

5）目標(biāo)類型威脅度函數(shù)

①傳染病可疑癥狀整合不足，疾病早期甄別能力有限。我國目前的癥狀監(jiān)測一方面依托發(fā)熱門診為主進(jìn)行流感樣病例監(jiān)測［9］，另一方面是以腸道門診為主的感染性腹瀉癥狀監(jiān)測［9-10］，但仍缺乏針對皮疹、出血、黃疸、結(jié)膜出血等癥狀的監(jiān)測，對傳染病可疑癥狀的系統(tǒng)整合以及疾病早期的甄別能力存在不足。

不同的類型的空中目標(biāo)對保衛(wèi)目標(biāo)造成的威脅是不同的。通過專家評(píng)估系統(tǒng)可得到不同類型空中目標(biāo)的威脅度隸屬函數(shù)u（g），將其定義為0～1之間，如表1所示。

表1 空中目標(biāo)類型隸屬度

3.2.2 空中目標(biāo)威脅估計(jì)參數(shù)權(quán)重

空中目標(biāo)不同的威脅估計(jì)參數(shù)對保衛(wèi)目標(biāo)造成的威脅不同，需要對其影響保衛(wèi)目標(biāo)安全的威脅權(quán)重進(jìn)行確定，即計(jì)算各個(gè)參數(shù)加權(quán)因子W=（w1，w2，…，wn）。層次分析法（The Analytic Hierarchy Process，AHP）是在20世紀(jì)70年代初由美國教授薩蒂（T.L.Saaty）提出來的，是一種定性和定量相結(jié)合的、層次化的、系統(tǒng)化的科學(xué)方法，能夠很好地解決權(quán)重分配問題。文獻(xiàn)［6］與文獻(xiàn)［12］均利用層次分析法進(jìn)行權(quán)重分配研究，結(jié)果表明，該方法在結(jié)合模糊理論的情況下，得到較好的目標(biāo)威脅估計(jì)值。首先，通過構(gòu)建目標(biāo)威脅度判斷矩陣，將威脅估計(jì)參數(shù)對于目標(biāo)威脅度的相對重要性，進(jìn)行兩兩比較，能夠得出準(zhǔn)確度較高的定量分析。然后，計(jì)算得出目標(biāo)威脅度的權(quán)重大小，通過一致性檢驗(yàn)。定義一致性指標(biāo)為

式中：λmax為判斷矩陣的最大特征根，n為參數(shù)的個(gè)數(shù)。

為了衡量一致性指標(biāo)CI的大小，采用隨機(jī)一致性指標(biāo)RI與其進(jìn)行比較，定義一致性比率為

3.2.3 空中目標(biāo)綜合威脅估計(jì)

在空中目標(biāo)威脅估計(jì)參數(shù)的隸屬度函數(shù)與權(quán)重確立以后，利用線性加權(quán)求和的方法將目標(biāo)的威脅估計(jì)參數(shù)的權(quán)重分別乘以對應(yīng)的威脅度，再進(jìn)行求和，即可得到空中目標(biāo)相對于保衛(wèi)目標(biāo)的綜合威脅估計(jì)值：

4 仿真分析

假設(shè)我方保衛(wèi)目標(biāo)為Z，保衛(wèi)目標(biāo)附近部署兩部雷達(dá)，分別為雷達(dá)A站、雷達(dá)B站，主要負(fù)責(zé)偵察預(yù)警。通過雷達(dá)網(wǎng)融合處理中心綜合多源空情，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)5批目標(biāo)。通過分析，空中目標(biāo)的狀態(tài)信息、目標(biāo)威脅參數(shù)信息如表2、3所示。

表2 空中目標(biāo)狀態(tài)信息

表3 空中目標(biāo)威脅參數(shù)信息

設(shè)空中目標(biāo)的威脅估計(jì)參數(shù)為目標(biāo)類型（C1）、相對距離（C2）、飛行速度（C3）、飛行高度（C4）、航向角（C5），依據(jù)專家估計(jì)并結(jié)合層次分析法的參數(shù)重要性標(biāo)度，可得到空中目標(biāo)威脅參數(shù)的重要性判斷矩陣為

通過該判斷矩陣計(jì)算可知λmax=5.2298，即可得到CR=0.051＜0.1，通過一致性檢驗(yàn)。計(jì)算判斷矩陣歸一化的特征向量作為矩陣的權(quán)向量w=［0.0604，0.1282，0.4046，0.3011，0.1056］T。然后，對空中目標(biāo)威脅度進(jìn)行綜合估計(jì)可得到各目標(biāo)的威脅度。

假定雷達(dá)A站的最大探測距離為200km，雷達(dá)B站的最大探測距離為50km，空中目標(biāo)的飛行速度為800m/s，雷達(dá)操作手反應(yīng)時(shí)間與空情傳播時(shí)延的總時(shí)間為60s。取目標(biāo)綜合威脅度閾值K=0.57，通過兩次情報(bào)信息篩選后，將目標(biāo)M2、M3、M4的航跡信息分發(fā)給雷達(dá)A站，目標(biāo)M3、M4的航跡信息分發(fā)給雷達(dá)B站。

5 結(jié)語

本文針對復(fù)雜戰(zhàn)場條件下，雷達(dá)受到地球曲率、地物遮蔽、地雜波、電磁干擾影響，難以快速發(fā)現(xiàn)空中目標(biāo)的問題，提出了一種雷達(dá)網(wǎng)情報(bào)信息按需分發(fā)的方法。首先基于雷達(dá)最大探測距離構(gòu)建了雷達(dá)預(yù)警范圍估計(jì)模型；其次利用模糊理論與層次分析法構(gòu)建了空中目標(biāo)的威脅估計(jì)模型；然后通過兩次門限判斷完成了空中目標(biāo)的篩選，確定分配給各雷達(dá)站的目標(biāo)信息，經(jīng)過仿真驗(yàn)證了該方法的可行性。通過雷達(dá)網(wǎng)情報(bào)信息按需分發(fā)，可為雷達(dá)站提供精準(zhǔn)的目標(biāo)指示，輔助雷達(dá)操作手從復(fù)雜回波中快速甄別與準(zhǔn)確錄取目標(biāo)，發(fā)揮情報(bào)信息的共享優(yōu)勢，增強(qiáng)雷達(dá)網(wǎng)體系作戰(zhàn)效能。