基于Fuzzy-AHP的舷外有源誘餌干擾評估方法研究

潘佳梁，薛峰濤，范慶輝 ，房嘉奇

(1. 中國人民解放軍92941部隊(duì)，遼寧 葫蘆島 125000；2. 北京遙感設(shè)備研究所，北京 100854)

0 引言

隨著軍事科技的進(jìn)步，反艦導(dǎo)彈突防與反導(dǎo)防御技戰(zhàn)術(shù)手段的對抗與競爭愈發(fā)激烈。國外十分重視反導(dǎo)電子戰(zhàn)裝備的發(fā)展，廣泛采用以各種舷外有源誘餌為主的反導(dǎo)電子戰(zhàn)裝備，比較典型的包括:懸停式，NULKA有源誘餌(火箭發(fā)動機(jī))、海妖有源誘餌(降落傘)；拖曳式，TOAD艦拖有源誘餌；漂浮式，SSQ-95舷外誘餌浮標(biāo)[1-2]。如何對舷外有源誘餌進(jìn)行評估成為電子戰(zhàn)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要研究內(nèi)容。本文考慮舷外有源誘餌偵察和干擾工作過程的不同，選取相應(yīng)的評估指標(biāo)，采用模糊綜合評估方法研究了舷外有源干擾的評估問題。

1 舷外有源誘餌遞階層次結(jié)構(gòu)

舷外有源誘餌工作過程如下，艦船電子支援措施設(shè)備偵收到反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)輻射的信號后，根據(jù)風(fēng)速風(fēng)向計(jì)算發(fā)射角度，將舷外有源誘餌發(fā)射至一定距離，舷外有源誘餌開始偵察需要干擾末制導(dǎo)雷達(dá)的參數(shù)，偵察到末制導(dǎo)雷達(dá)信號后，對末制導(dǎo)雷達(dá)進(jìn)行干擾，即將接收到的末制導(dǎo)雷達(dá)信號進(jìn)行調(diào)制處理，然后放大轉(zhuǎn)發(fā)出去，在反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)接收機(jī)內(nèi)形成與真實(shí)目標(biāo)回波十分相似的干擾信號，降低反艦導(dǎo)彈的捕捉、選擇、命中和突防概率，達(dá)到保護(hù)真實(shí)艦艇的目的[3-4]。

根據(jù)以上舷外有源誘餌的工作過程，應(yīng)用模糊層次分析法可確定如圖1所示的遞階結(jié)構(gòu)模型。

2 FAHP建模

2.1 因素集及隸屬度函數(shù)

圖1中，第一層因素集為舷外有源誘餌；第二層因素集包含偵察和干擾2個子集；第三層因素集中的靈敏度、信號環(huán)境、信號類型、截獲概率為偵察的子集，引導(dǎo)時間、干擾功率、頻率對準(zhǔn)、干擾樣式為干擾的子集。下面建立第三層因素集各元素的隸屬度函數(shù)。

2.1.1偵察子集指標(biāo)隸屬度函數(shù)

1)靈敏度隸屬度

(1)

式中，Prw為艦載電子支援措施靈敏度，Prd為舷外有源誘餌設(shè)備靈敏度，兩者單位為dBm。

2)信號環(huán)境隸屬度

舷外有源誘餌所面臨的電磁信號環(huán)境采用所能夠接收到的雷達(dá)信號流密度來度量，使用ρ信號流密度(萬脈沖/s)表征電磁信號環(huán)境。信號環(huán)境的隸屬度定義為：

(2)

3)信號類型隸屬度

雷達(dá)信號類型須包含在信號類型中，偵察部分才能將信號偵收到，否則偵察部分不能偵收偵收這個信號，則雷達(dá)信號包含在信號類型中I3為1，否則I3為0。

4)截獲概率隸屬度

I4=P1P2

(3)

式中，P1為發(fā)現(xiàn)概率，P2為識別概率。

2.1.2干擾子集指標(biāo)隸屬度函數(shù)

1)引導(dǎo)時間隸屬度函數(shù)

從干擾方的電子設(shè)備收到探測方的探測信號算起，直到干擾方的電子設(shè)備發(fā)出干擾信號，這期間所需要時間稱為引導(dǎo)時間，記為Δt。舷外有源誘餌的引導(dǎo)時間隸屬度函數(shù)計(jì)算公式為：

J1=1/Δt

(4)

2)干擾功率隸屬度函數(shù)

(5)

式中，Pj為雷達(dá)能接收到的干擾信號功率；Ps為目標(biāo)回波功率；Kj為雷達(dá)正常工作所需要的干信比門限。

3)干擾頻率的頻率對準(zhǔn)度隸屬度函數(shù)

假設(shè)舷外有源誘餌的頻帶范圍為fj1～fj2,雷達(dá)的頻帶范圍為fr1～fr2, 干擾頻率的頻率對準(zhǔn)度的隸屬度函數(shù)定義為：

J3=(min(fj2,fr2)-max(fj1,fr1))/(fr2-fr1)

(6)

當(dāng)干擾機(jī)的頻帶范圍完全偏離雷達(dá)頻帶范圍時，J3=0。當(dāng)干擾機(jī)的頻帶完全覆蓋雷達(dá)頻帶范圍時，J3=1。

4)干擾樣式隸屬度函數(shù)

干擾樣式必須與雷達(dá)體制相匹配，才能取得較好的干擾效果?？梢肱c這種匹配程度有關(guān)的干擾樣式效益因子來評價(jià)干擾樣式對干擾效果的影響。J4可以用0-1之間的數(shù)代表，但問題是如何給出J4的大小。一種方法是由專家將干擾效果的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與專家的經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，按主觀性判斷給出J4的取值，J4介于0-1之間，取值越大，說明所選的干擾樣式越好。

2.2 因素權(quán)重計(jì)算

采用 1-9 及其倒數(shù)標(biāo)度方法構(gòu)建第二層和第三層的判斷矩陣[5-7]，構(gòu)建判斷矩陣，并計(jì)算因素權(quán)重。

第二層判斷矩陣為：

(7)

計(jì)算得λmax=2。

將特征值對應(yīng)特征向量歸一化得權(quán)重向量：

WA={0.6667 0.3333}

(8)

第三層偵察判斷矩陣為：

(9)

計(jì)算得λmax=4.0104。

將特征值λmax對應(yīng)特征向量歸一化得權(quán)重向量：

WB={0.2271 0.4235 0.1223 0.2271}

(10)

檢驗(yàn)一致性：CR=(λmax-n)/((n-1)RI)=0.0039<0.1。一致性滿足要求。

第三層干擾判斷矩陣為：

(11)

計(jì)算得λmax=4.071。

將特征值λmax對應(yīng)特征向量歸一化得權(quán)重向量：

WC={0.2707 0.1206 0.4181 0.1906}

(12)

檢驗(yàn)一致性：CR=(λmax-n)/((n-1)RI)=0.0263<0.1。一致性滿足要求。

2.3 評價(jià)集

各因素的隸屬度介于[0,1]之間，可用實(shí)數(shù)集P={p|0≤p≤1}來描述評判集。根據(jù)p的值，可將其劃分為5個等級，建立如表1所列的評判指標(biāo)集。

表1 評判指標(biāo)集

這樣即可根據(jù)計(jì)算得到的各因素評估結(jié)果，進(jìn)行干擾效果的等級劃分。

2.4 模糊算子

通過對因素集中各因素的分析可以看出,各因素皆起有作用,因此在此選用加權(quán)型算子，所運(yùn)算的結(jié)果表示舷外有源誘餌綜合評估結(jié)果。

舷外有源誘餌綜合評估結(jié)果P=WA[PIPJ]T。

偵察評估結(jié)果PI=WB[I1I2I3I4]T。

干擾評估結(jié)果PJ=WC[J1J2J3J4]T。

3 評估實(shí)例

下面以某舷外有源誘餌為例，評估舷外有源誘餌。艦載電子支援措施靈敏度-65dBm，舷外有源誘餌工作頻率范圍是8～20GHz，靈敏度-75dBm，偵收信號類型：簡單脈沖、LFM、相位編碼，信號流密度ρ=20萬脈沖/s，發(fā)現(xiàn)概率0.99，識別概率0.95，脈沖等效輻射功率為1000W，連續(xù)波等效輻射功率為100W，具有瞄準(zhǔn)、距離拖引、多假目標(biāo)等多種干擾樣式，引導(dǎo)時間小于1s。被干擾末制導(dǎo)雷達(dá)工作頻率范圍是15.4～15.8GHz，峰值功率為100W，平均功率為10W，天線的主瓣增益為30dB，取目標(biāo)RCS為5000m2、R=8km、Kj=0.2、J4=0.75。

經(jīng)計(jì)算第三層隸屬度為I=[1 0.5625 1 0.9405],J=[1 1 1 0.75]，加權(quán)求和后第二層評估矩陣為[0.8012 0.9524]，再進(jìn)行加權(quán)求和后舷外有源誘餌評估結(jié)果P=0.8513，最后使用評價(jià)集可得本舷外有源誘餌評估結(jié)果為好。

4 結(jié)束語

本文分析了舷外有源誘餌工作過程，建立了舷外有源誘餌遞階層次結(jié)構(gòu)，以此為基礎(chǔ)，利用模糊層次分析法對舷外有源誘餌進(jìn)行了評估。但在具體的應(yīng)用中還會存在一些問題，在今后的研究中還需不斷完善，使對舷外有源誘餌的評估更客觀、準(zhǔn)確?！?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1] 胡海,孫玉明,隋先輝.舷外有源誘餌裝備發(fā)展及作戰(zhàn)使用現(xiàn)狀[J].艦船科學(xué)技術(shù),2011,33(2):14-17.

[2] 張興有,朱宇光.艦載舷外有源誘餌作戰(zhàn)使用研究[J].戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù),2015(5):57-60.

[3] 張林,龍飛,潘莉莉.外軍艦載舷外有源誘餌技術(shù)現(xiàn)狀[J].大連艦艇學(xué)院學(xué)報(bào),2010,33(1):114-116.

[4] 張興華,陳國沖,李東海.反導(dǎo)訓(xùn)練用有源誘餌的設(shè)計(jì)[J].艦船電子對抗,2009,32(4):25-27.

[5] 吳智輝,張多林,謝磊峰.基于層次分析法的防空信息戰(zhàn)效能評估[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2004,26(2):209-211.

[6] 周剛.電子戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能Fuzzy評估[J].艦船電子對抗,2002,25(1):7-9.

[7] 啟城,賈玉紅.機(jī)載電子戰(zhàn)效能評估模型研究[J].航天電子對抗，2010,26(4):57-60.