艦空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭抗干擾性能綜合評估方法研究?

謝澤峰 羅華鋒

（中國人民解放軍92941部隊(duì)42分隊(duì) 葫蘆島 125001）

1 引言

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著電子對抗高新技術(shù)發(fā)展，電子防御戰(zhàn)在防空反導(dǎo)作戰(zhàn)使命中顯得尤為突出［1］。在如今作戰(zhàn)電磁環(huán)境［2］中，敵方作戰(zhàn)飛機(jī)和精確制導(dǎo)武器普遍裝載龐大數(shù)量、復(fù)雜體制、功率倍增以及多樣種類的電子對抗設(shè)備，作戰(zhàn)環(huán)境各種電磁信號密集分布。致使艦空導(dǎo)彈面臨的戰(zhàn)場環(huán)境與作戰(zhàn)態(tài)勢日趨復(fù)雜［3］，為應(yīng)對復(fù)雜的電磁干擾環(huán)境，艦空導(dǎo)彈需要升級換代不斷提高導(dǎo)彈抗干擾能力，其中導(dǎo)引頭抗干擾能力已成為衡量艦空導(dǎo)彈抗干擾的重要指標(biāo)。

艦空導(dǎo)彈在研制的不同階段，其抗干擾技術(shù)狀態(tài)需求存在差異，抗干擾實(shí)現(xiàn)能力存在差異［4］，因此需要以不同的抗干擾試驗(yàn)對導(dǎo)彈在電磁環(huán)境下工作性能進(jìn)行指標(biāo)檢驗(yàn)和鑒定。艦空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭抗干擾能力受到諸多因素的影響和制約：一是受導(dǎo)引頭自身體制和技術(shù)特性影響；二是受作戰(zhàn)干擾環(huán)境、干擾量級以及干擾時(shí)機(jī)等的影響；三是受干擾試驗(yàn)可行性及成本的制約。由于艦空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭抗干擾受到諸多因素的影響和制約導(dǎo)致抗干擾評估的復(fù)雜性，造成對其抗干擾性能的評估仍然面臨技術(shù)難題［5～7］，公開的文獻(xiàn)中尚未出現(xiàn)一個(gè)普遍適用的試驗(yàn)總體設(shè)計(jì)和抗干擾評估。因此，對艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭抗干擾性能綜合評估方法進(jìn)行研究，制定一個(gè)普遍適用的總體設(shè)計(jì)和抗干擾評估是一項(xiàng)有價(jià)值的學(xué)術(shù)研究課題。

本文對艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭抗干擾性能綜合評估方法進(jìn)行研究，提出采用一體化試驗(yàn)方法［8～9］和基于AHP［10～13］的綜合評估方法對艦空導(dǎo)彈抗干擾試驗(yàn)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)和抗干擾評估，該方法相比傳統(tǒng)試驗(yàn)評估方法較全面、科學(xué)，可為艦空導(dǎo)彈抗干擾試驗(yàn)設(shè)計(jì)與抗干擾性能鑒定提供參考。

2 艦空導(dǎo)彈面臨的干擾樣式

艦空導(dǎo)彈作戰(zhàn)時(shí)，常面臨空戰(zhàn)場電磁干擾因素的影響。空戰(zhàn)場電磁干擾因素可分為自然干擾和人為干擾兩大類。自然干擾主要是指自然界具備的或衍生的干擾，如自然電磁輻射和地海雜波等；人為電磁干擾主要是指人為有意產(chǎn)生的干擾，如箔條、有源誘餌干擾、自衛(wèi)壓制或欺騙干擾等。

艦空導(dǎo)彈面臨的干擾樣式見表1所列。從干擾影響機(jī)理看，實(shí)施干擾的本質(zhì)是對導(dǎo)引頭測量信號產(chǎn)生了壓制、速度或角度欺騙等作用。從干擾信號作用看，實(shí)施干擾的本質(zhì)也可視作對導(dǎo)引頭測量信號的時(shí)域、空域、頻域、能量域的某種調(diào)制。

表1 艦空導(dǎo)彈面臨的干擾樣式

3 艦空導(dǎo)彈抗干擾考核對象及其指標(biāo)分析

艦空導(dǎo)彈試驗(yàn)時(shí)，其抗干擾性能考核是其性能鑒定的一項(xiàng)重要指標(biāo)。艦空導(dǎo)彈抗干擾考核對象及其指標(biāo)見表2所列?？垢蓴_指標(biāo)主要分為兩大類：一類是系統(tǒng)級指標(biāo)，另一類是分系統(tǒng)（設(shè)備）級指標(biāo)。相應(yīng)的考核對象分別對應(yīng)為導(dǎo)彈系統(tǒng)和彈上用頻設(shè)備，其中彈上用頻設(shè)備主要指導(dǎo)彈裝配的不同制導(dǎo)體制的導(dǎo)引頭。這兩類指標(biāo)都是在復(fù)雜電磁環(huán)境下進(jìn)行考核，前者考核指標(biāo)對應(yīng)為導(dǎo)彈系統(tǒng)完成作戰(zhàn)任務(wù)的命中概率、對抗成功率；后者考核指標(biāo)對應(yīng)彈上用率設(shè)備對抗干擾的定量或定型指標(biāo)。

目前，艦空導(dǎo)彈系統(tǒng)級抗干擾受干擾強(qiáng)度、干擾時(shí)機(jī)以及分系統(tǒng)干擾成功率等諸多方面影響，其作用機(jī)理處在探索研究階段，研制總要求尚未提出系統(tǒng)級指標(biāo)考核。因此，現(xiàn)階段考核對象主要對分系統(tǒng)級指標(biāo)進(jìn)行考核，考核重點(diǎn)是導(dǎo)引頭的抗干擾指標(biāo)。

4 艦空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭抗干擾試驗(yàn)一體化設(shè)計(jì)

由表2分析可知，艦空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭抗干擾指標(biāo)大多為統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，為了實(shí)現(xiàn)全面考核導(dǎo)引頭的設(shè)計(jì)性能、驗(yàn)證其是否達(dá)到研制總要求規(guī)定的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)，需要獲取一定量的試驗(yàn)子樣進(jìn)行評定。但是，艦空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭抗干擾試驗(yàn)需要考慮的因素比較多，為避免進(jìn)行多次重復(fù)試驗(yàn)，在抗干擾試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，可用試驗(yàn)資源要進(jìn)行全盤權(quán)衡，試驗(yàn)因素要進(jìn)行綜合考慮。

表2 艦空導(dǎo)彈抗干擾考核對象及其指標(biāo)

艦空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭抗干擾試驗(yàn)可采用一體化試驗(yàn)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。一體化試驗(yàn)是指靶場綜合集成各種試驗(yàn)資源，構(gòu)建分布交互式試驗(yàn)環(huán)境，采用內(nèi)外場一體化、空天地一體化等多種方式，協(xié)調(diào)一致地開展裝備試驗(yàn)，達(dá)到試驗(yàn)信息共享，綜合鑒定的目的。

艦空導(dǎo)彈抗干擾一體化設(shè)計(jì)試驗(yàn)項(xiàng)目見圖1。艦空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭抗干擾在進(jìn)行試驗(yàn)一體化試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，將試驗(yàn)階段劃分為內(nèi)場試驗(yàn)和外場試驗(yàn)，其中內(nèi)場試驗(yàn)項(xiàng)目包括數(shù)字仿真試驗(yàn)和半實(shí)物仿真試驗(yàn)；外場試驗(yàn)項(xiàng)目包括三項(xiàng)，分別是靜態(tài)、掛飛和導(dǎo)彈抗干擾飛行試驗(yàn)。需要綜合統(tǒng)籌設(shè)計(jì)內(nèi)、外場試驗(yàn)項(xiàng)目，依據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮吞攸c(diǎn)對抗干擾能力進(jìn)行全面充分考核。

4.1 導(dǎo)引頭內(nèi)場抗干擾數(shù)字仿真試驗(yàn)

此部分試驗(yàn)項(xiàng)目，主要在內(nèi)場進(jìn)行，大多服務(wù)于導(dǎo)引頭抗干擾方案論證、對抗策略確定和技術(shù)途徑選擇，主要采用全數(shù)字仿真的方法，建立全系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，利用計(jì)算機(jī)來復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)的工作流程。試驗(yàn)?zāi)康闹饕菍浖垢蓴_流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。此部分試驗(yàn)項(xiàng)目因是在內(nèi)場純數(shù)字仿真進(jìn)行，所以相對其他試驗(yàn)項(xiàng)目，比較簡單易行，費(fèi)用低是其優(yōu)勢。

4.2 導(dǎo)引頭內(nèi)場抗干擾半實(shí)物仿真試驗(yàn)

此部分試驗(yàn)項(xiàng)目，主要也在內(nèi)場進(jìn)行，導(dǎo)引頭內(nèi)場抗干擾半實(shí)物仿真試驗(yàn)是將系統(tǒng)的部分裝置（導(dǎo)引頭）以實(shí)物的形式直接接入有仿真器組成的仿真回路中參試進(jìn)行動態(tài)試驗(yàn)研究，主要利用仿真進(jìn)行抗干擾性能考核和抗干擾流程驗(yàn)證。導(dǎo)引頭半實(shí)物仿真試驗(yàn)系統(tǒng)組成見圖2。射頻信號生系統(tǒng)產(chǎn)生兩路信號，一路模擬目標(biāo)回波信號，一路接入誘餌干擾模擬器或?qū)嵮b誘餌干擾機(jī)，經(jīng)天線陣列上不同位置天線向?qū)б^輻射空間合成信號。導(dǎo)引頭抗有源誘餌干擾試驗(yàn)的核心是設(shè)置典型干擾場景。內(nèi)場試驗(yàn)時(shí)，設(shè)置仿真參數(shù)包括：目標(biāo)回波信號和有源誘餌干擾信號的幅度、延遲、多普勒頻率、角位置，有源誘餌干擾釋放時(shí)序等。相比抗干擾數(shù)字仿真試驗(yàn)，可信度較高，具有試驗(yàn)過程可控、數(shù)據(jù)錄取容易、效費(fèi)比高等優(yōu)點(diǎn)。

圖1 艦空導(dǎo)彈抗干擾一體化設(shè)計(jì)試驗(yàn)項(xiàng)目

圖2 導(dǎo)引頭半實(shí)物仿真試驗(yàn)系統(tǒng)組成

4.3 導(dǎo)引頭外場靜態(tài)抗干擾試驗(yàn)

此部分試驗(yàn)項(xiàng)目，主要在外場進(jìn)行，是將系統(tǒng)的部分裝置（導(dǎo)引頭）安裝在高塔或具有一定高度的物體上，目標(biāo)可以是真實(shí)的飛機(jī)或替代飛機(jī)；干擾環(huán)境可以用干擾設(shè)備或模擬設(shè)備以及自然背景構(gòu)成。檢驗(yàn)導(dǎo)引頭的抗干擾能力是此項(xiàng)試驗(yàn)的主要目的，相比內(nèi)場抗干擾半實(shí)物仿真試驗(yàn)，可信度就較高。具有試驗(yàn)樣本可控，試驗(yàn)成本可控，試驗(yàn)保障需求低等特點(diǎn)。

4.4 導(dǎo)引頭外場掛飛抗干擾試驗(yàn)

此部分試驗(yàn)項(xiàng)目，主要在外場進(jìn)行，主要模擬兩部分內(nèi)容：一是模擬導(dǎo)彈和目標(biāo)動態(tài)相對接近的過程；二是模擬導(dǎo)引頭識別目標(biāo)的態(tài)勢。導(dǎo)引頭外場抗干擾試驗(yàn)系統(tǒng)組成框圖見圖3。其中，導(dǎo)引頭載機(jī)包括導(dǎo)引頭、導(dǎo)引頭測試控制臺、GPS接收機(jī)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等；目標(biāo)飛機(jī)包括有源誘餌干擾機(jī)、GPS接收機(jī)、本地記錄器等；地面配套設(shè)備包括干擾檢測設(shè)備、GPS基準(zhǔn)站和數(shù)傳接受系統(tǒng)等。在實(shí)際試驗(yàn)組織實(shí)施中，掛飛試驗(yàn)常與靜態(tài)試驗(yàn)相結(jié)合，同步進(jìn)行同一場景下的抗干擾試驗(yàn)。具有試驗(yàn)成本偏大，試驗(yàn)保障需求偏高，真實(shí)等效程度高等特點(diǎn)。

圖3 導(dǎo)引頭外場抗干擾試驗(yàn)系統(tǒng)組成框圖

4.5 導(dǎo)彈外場抗干擾飛行試驗(yàn)

此部分試驗(yàn)項(xiàng)目，主要在外場進(jìn)行，試驗(yàn)系統(tǒng)組成框圖如圖4所示，主要參試設(shè)備包括導(dǎo)彈系統(tǒng)、地（艦）面設(shè)備（含導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)、跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)等）、有源誘餌干擾機(jī)及其載機(jī)（靶機(jī)）、干擾監(jiān)測設(shè)備、遙測系統(tǒng)、光測系統(tǒng)、雷測、實(shí)況錄像、高速攝影、站測數(shù)據(jù)錄取車等。其中，由光測系統(tǒng)得到導(dǎo)彈飛行的外彈道數(shù)據(jù)和目標(biāo)航線數(shù)據(jù)，遙測系統(tǒng)實(shí)時(shí)下傳導(dǎo)彈各組成的工作狀態(tài)與測量參數(shù)，干擾監(jiān)測設(shè)備實(shí)時(shí)記錄誘餌干擾的輻射特征。

圖4 導(dǎo)彈抗干擾飛行試驗(yàn)系統(tǒng)組成框圖

導(dǎo)彈外場抗干擾飛行試驗(yàn)是在導(dǎo)彈控制系統(tǒng)閉環(huán)狀態(tài)下通過構(gòu)建貼近實(shí)戰(zhàn)的干擾態(tài)勢驗(yàn)證導(dǎo)引頭的抗干擾能力及全彈抗干擾流程的正確性和合理性。針對表2中所列的不同工作體制的導(dǎo)引頭，根據(jù)相應(yīng)的考核指標(biāo)選擇干擾樣式，構(gòu)建有效電磁干擾環(huán)境。主要考核導(dǎo)引頭抗遠(yuǎn)距支援干擾能力、抗隨隊(duì)掩護(hù)干擾能力、抗自衛(wèi)噪聲干擾能力、抗自衛(wèi)欺騙干擾成功率、抗組合干擾成功率等。具有試驗(yàn)費(fèi)用高昂、試驗(yàn)組織實(shí)施難度大，貼近真實(shí)作戰(zhàn)條件等特點(diǎn)。

5 艦空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭抗干擾指標(biāo)綜合評估

5.1 傳統(tǒng)評估方法

對艦空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭抗干擾性能的評估，傳統(tǒng)方法是采用概率對內(nèi)場和外場的試驗(yàn)結(jié)果獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。傳統(tǒng)評估方法存在兩方面的問題：一是對內(nèi)場和外場的抗干擾試驗(yàn)結(jié)果并沒按照可信度進(jìn)行區(qū)別對待；二是對抗干擾飛行試驗(yàn)得到的可靠有效信息并未充分利用。

艦空導(dǎo)彈在貼近真實(shí)干擾戰(zhàn)場環(huán)境下，對抗干擾指標(biāo)進(jìn)行考核，抗干擾飛行試驗(yàn)子樣的可信度相對較高，但僅利用飛行試驗(yàn)結(jié)果完成對抗干擾性能指標(biāo)的評定，飛行試驗(yàn)樣本數(shù)要求比較大，受試驗(yàn)保障限制，也比現(xiàn)實(shí)，難以實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)引頭抗干擾性能的全面考核。因此，對艦空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭抗干擾綜合評估應(yīng)以內(nèi)場仿真試驗(yàn)為主，并結(jié)合一定量的外場試驗(yàn)，通過系統(tǒng)化的分析方法來進(jìn)行綜合評估其抗干擾能力。

5.2 層次分析方法

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是一種定性和定量相結(jié)合的分析方法，成為繼機(jī)理分析、統(tǒng)計(jì)分析之后發(fā)展起來的系統(tǒng)分析的重要工具。該方法具有系統(tǒng)化、層次化、靈活、簡潔等優(yōu)點(diǎn)，在方案排序和性能評估等領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。該方法在構(gòu)建評估層次和指標(biāo)相對較少情況下，權(quán)度值誤差也較小，評估結(jié)果可靠性高。

5.3 基于AHP的艦空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭抗干擾指標(biāo)綜合評估

通過一體化設(shè)計(jì)的艦空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭抗干擾五類試驗(yàn)，積累了一定量的抗干擾試驗(yàn)樣本，為確保試驗(yàn)信息的可信度，優(yōu)先選取導(dǎo)引頭半實(shí)物仿真試驗(yàn)、導(dǎo)引頭靜態(tài)抗干擾試驗(yàn)、導(dǎo)引頭動態(tài)掛飛抗干擾試驗(yàn)及導(dǎo)彈飛行四類試驗(yàn)樣本進(jìn)行抗干擾指標(biāo)綜合評估。

以某型導(dǎo)引頭抗干擾概率為例，采用AHP對其進(jìn)行綜合評估。

1）構(gòu)建評估層次

構(gòu)建評估層次見圖5，其中，目標(biāo)層A為導(dǎo)引頭抗干擾成功概率，目標(biāo)層B1、B2、B3、B4分別為內(nèi)、外場試驗(yàn)項(xiàng)目，與之對應(yīng)的成功概率分別為P1、P2、P3和P4。

圖5 導(dǎo)引頭抗干擾性能評估層次示意圖

2）構(gòu)造A-B判斷矩陣

根據(jù)圖1中B層各個(gè)因素之間的相對重要性構(gòu)造A-B判斷矩陣見表3和4。判斷矩陣是正互反矩陣，aij通過專家打分法得到，主對角線皆為1，aij和aji互為倒數(shù)。權(quán)重系數(shù)Wi可有下式求得。

表3 A-B判斷矩陣

表4 A-B判斷矩陣

3）一致性檢驗(yàn)

一致性檢驗(yàn)主要是降低專家判斷失誤造成的影響。一致性校驗(yàn)的步驟如下：

Step1：計(jì)算一致性指標(biāo)CI

其中，λmax為判斷矩陣最大特征值；n為判斷矩陣的階次。

Step2：查找一致性指標(biāo)RI

RI是同階隨機(jī)判斷矩陣的一致性指標(biāo)的平均值，查表5后可知RI=0.90。

表5 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

Step3：計(jì)算一致性比例CR

判斷矩陣滿足一致性，既當(dāng)CR＜0.1時(shí)，通過求得權(quán)重系數(shù)Wi，即可得到導(dǎo)引頭抗干擾概率綜合評估公式：

5.4 應(yīng)用舉例

針對某型艦空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭抗干擾成功率指標(biāo)評定，獲得如圖5目標(biāo)層B中四類試驗(yàn)結(jié)果，并得知相應(yīng)的P1～P4值，采用式（7）計(jì)算可得導(dǎo)彈的抗干擾概率。針對抗干擾成功率指標(biāo)及各階段試驗(yàn)結(jié)果，采用綜合評估方法的評估結(jié)果如表6所示。

表6 抗干擾指標(biāo)綜合評估結(jié)果

由表6知，層次分析法在計(jì)算過程中包含了試驗(yàn)階段中的各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)，權(quán)重進(jìn)行了合理的分配，雖然外場試驗(yàn)樣本小，但權(quán)重系數(shù)較大，導(dǎo)致干擾成功概率偏大，但其結(jié)果是整個(gè)試驗(yàn)階段中綜合評估的結(jié)果，比較全面科學(xué)；而概率統(tǒng)計(jì)法雖然是選用可信度較高的飛行試驗(yàn)，但它沒充分利用試驗(yàn)階段試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對導(dǎo)彈的抗干擾性能沒有進(jìn)行全面的驗(yàn)證。

相比傳統(tǒng)評估方法，層次分析法綜合了導(dǎo)引頭內(nèi)場半實(shí)物仿真、外場掛飛、靜態(tài)試驗(yàn)試驗(yàn)及導(dǎo)彈飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行了合理的權(quán)重分配和一致性檢驗(yàn)，在多因素、多水平的干擾態(tài)勢下實(shí)現(xiàn)了對導(dǎo)彈的抗干擾性進(jìn)行了較全面科學(xué)的評估。但需要注意的是，應(yīng)用層次分析法評估，參與評估的四類試驗(yàn)的結(jié)果對綜合評估均有貢獻(xiàn)，應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃干擾強(qiáng)度和干擾樣式，統(tǒng)一抗干擾成功評定準(zhǔn)則。只有這樣，綜合評估結(jié)果才能避免某類試驗(yàn)對其產(chǎn)生過大貢獻(xiàn)。

6 結(jié)語

在對艦空導(dǎo)彈抗干擾試驗(yàn)主要類型分析的基礎(chǔ)上，對艦空導(dǎo)彈抗干擾指標(biāo)進(jìn)行了分析，明確了試驗(yàn)?zāi)康?。提出采用一體化試驗(yàn)方法和基于AHP的綜合評估方法對艦空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭抗干擾試驗(yàn)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)和抗干擾評估。和概率統(tǒng)計(jì)方法相比，該綜合評估估方法綜合考慮了各個(gè)試驗(yàn)階段的試驗(yàn)結(jié)果，綜合評估相對全面、科學(xué)。艦空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭抗干擾試驗(yàn)設(shè)計(jì)及其抗干擾性能評估可參考此方法。