雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)效能評(píng)估綜述

孔云帆，盧建斌，田樹森，李 莎

（海軍工程大學(xué)，武漢 430033）

0 引言

現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)是信息權(quán)的爭(zhēng)奪，信息體系的壓倒性對(duì)抗是軍事強(qiáng)國奪取戰(zhàn)場(chǎng)優(yōu)勢(shì)的最優(yōu)先考慮。目前，我預(yù)警探測(cè)體系主要基于雷達(dá)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，對(duì)雷達(dá)網(wǎng)進(jìn)行效能評(píng)估可以最大化發(fā)揮體系的對(duì)抗能力。雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)效能評(píng)估就是各個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)在作戰(zhàn)中發(fā)揮作用的有效程度。對(duì)于雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)效能評(píng)估的過程主要包括3 個(gè)步驟：1）建立方案評(píng)估的指標(biāo)體系及確定各個(gè)指標(biāo)所占權(quán)重值；2）通過模型構(gòu)建，求解效能指標(biāo)模型方法；3）通過仿真模擬進(jìn)行實(shí)用性檢驗(yàn)。雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)效能評(píng)估目前主要分為兩大方面：1）針對(duì)雷達(dá)網(wǎng)的靜態(tài)效能進(jìn)行評(píng)估；2）針對(duì)雷達(dá)網(wǎng)的動(dòng)態(tài)雷達(dá)網(wǎng)效能進(jìn)行評(píng)估。雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)效能評(píng)估的發(fā)展由雷達(dá)網(wǎng)的靜態(tài)效能評(píng)估開始，如“四抗”能力，隨著雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，逐漸轉(zhuǎn)為對(duì)雷達(dá)網(wǎng)整體探測(cè)能力、作戰(zhàn)能力的動(dòng)態(tài)效能評(píng)估。

本文通過梳理當(dāng)前雷達(dá)網(wǎng)效能評(píng)估的各種方法在指標(biāo)體系建立、效能分析方法中的不同，總結(jié)出雷達(dá)網(wǎng)效能評(píng)估的發(fā)展歷史和未來趨勢(shì)，為后續(xù)開展研究工作給出建議。綜述框架如下頁圖1 所示。

圖1 雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)效能評(píng)估方法

1 指標(biāo)體系

雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)效能評(píng)估首先要進(jìn)行指標(biāo)體系的建立。各研究學(xué)者對(duì)于雷達(dá)網(wǎng)的指標(biāo)體系也各不相同，主要分為兩類：一類是雷達(dá)網(wǎng)的固有性能指標(biāo)；另一類是雷達(dá)網(wǎng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行指標(biāo)。

1.1 固有性能指標(biāo)

張麗艷等根據(jù)雷達(dá)測(cè)量能力和適應(yīng)能力提出了一種計(jì)算系統(tǒng)效能的評(píng)估模型，其中測(cè)量能力分為靈敏度、多目標(biāo)性、實(shí)時(shí)性等，適應(yīng)能力分為可靠性、抗干擾、安全性?；及l(fā)等提出了針對(duì)探測(cè)能力、有效數(shù)據(jù)率、抗干擾能力、抗ARM 能力、機(jī)動(dòng)能力的雷達(dá)網(wǎng)性能指標(biāo)體系。楊智等提出了針對(duì)探測(cè)能力影響因素的雷達(dá)網(wǎng)性能指標(biāo)體系。楊龍坡等建立了基于雷達(dá)探測(cè)能力的雷達(dá)網(wǎng)性能指標(biāo)體系，但是將探測(cè)能力分成了不同高度進(jìn)行評(píng)估。

1.2 運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)

朱麗莉等以威力范圍、指揮控制能力、組網(wǎng)部署綜合能力、系統(tǒng)生存能力、作戰(zhàn)保障能力為指標(biāo)，建立了基于多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)方法的評(píng)估體系。周琳等建立了雷達(dá)網(wǎng)探測(cè)系統(tǒng)評(píng)估指標(biāo)體系，如表1 所示。

表1 探測(cè)系統(tǒng)評(píng)估指標(biāo)體系

鄧堃等提出了基于云理論的雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)效能評(píng)估模型，建立動(dòng)態(tài)指標(biāo)體系，如表2 所示。彭偉等提出了基于模糊綜合評(píng)定的區(qū)域雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)效能研究，構(gòu)建指標(biāo)如表3 所示。劉健等構(gòu)建了主成分分析的雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)效能評(píng)價(jià)模型，如表4 所示。

表2 作戰(zhàn)效能評(píng)估模型指標(biāo)體系

表3 作戰(zhàn)效能研究指標(biāo)體系

表4 作戰(zhàn)效能評(píng)價(jià)模型指標(biāo)體系

卞泓斐等在文獻(xiàn)［11］基礎(chǔ)上提出組網(wǎng)雷達(dá)作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系，稍加修改，增加了指揮控制能力和系統(tǒng)生存能力。崔玉娟等通過魚骨層次的分析提出了雷達(dá)組網(wǎng)探測(cè)效能影響因素，如下頁表5所示。巴宏欣等從網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)需求出發(fā)，提出了不同指標(biāo)的具體內(nèi)涵和計(jì)算模型，如表6 所示。

表5 探測(cè)效能影響因素指標(biāo)體系

表6 具體內(nèi)涵和計(jì)算模型指標(biāo)體系

朱興樂提出了指標(biāo)構(gòu)建的原則，借用指標(biāo)的提高量來表示雷達(dá)組網(wǎng)后效能水平的提升，如表7所示。

表7 效能水平提升指標(biāo)體系

可以看出，雷達(dá)網(wǎng)的效能評(píng)估指標(biāo)體系龐大，涵蓋雷達(dá)網(wǎng)的各個(gè)性能。指標(biāo)體系一般分為3 層：1）雷達(dá)能力指標(biāo)，衡量雷達(dá)作戰(zhàn)能力；2）雷達(dá)網(wǎng)指標(biāo)，量化雷達(dá)網(wǎng)的能力；3）單個(gè)裝備的作戰(zhàn)能力。隨著技術(shù)的進(jìn)步，指標(biāo)體系的建立逐漸由固定性能指標(biāo)向綜合雷達(dá)網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)指標(biāo)過渡。在實(shí)際使用過程中，根據(jù)雷達(dá)網(wǎng)的需求，選取不同的指標(biāo)體系，構(gòu)建模型，進(jìn)行效能分析。

2 靜態(tài)效能評(píng)估

靜態(tài)效能評(píng)估主要是根據(jù)雷達(dá)網(wǎng)的指標(biāo)性能參數(shù)和雷達(dá)數(shù)量函數(shù)來進(jìn)行效能分析。該方法的優(yōu)點(diǎn)是輸入輸出的關(guān)系明確，各參數(shù)的計(jì)算方法成熟，計(jì)算簡便。主要的靜態(tài)評(píng)估法有：指數(shù)法、層次分析法、模糊綜合評(píng)估法和灰色理論分析法。

2.1 雷達(dá)網(wǎng)單一性能能力評(píng)估

單一性能中有源壓制性干擾是威脅雷達(dá)網(wǎng)效能的主要因素，尹以新等提出雷達(dá)ECCM 性能評(píng)估的方法，利用加權(quán)法，針對(duì)影響干擾性能的各個(gè)因素得出度量公式。沈陽等主要通過雷達(dá)網(wǎng)的反隱身能力特征參數(shù)來進(jìn)行效能評(píng)估。史彥斌等主要通過雷達(dá)網(wǎng)對(duì)抗反輻射導(dǎo)彈的能力來進(jìn)行效能評(píng)估。楊躍輪等針對(duì)雷達(dá)網(wǎng)抗干擾能力進(jìn)行研究。郭業(yè)波等提出了基于DODAF 網(wǎng)、PETRI 網(wǎng)建立模型，針對(duì)預(yù)警探測(cè)網(wǎng)絡(luò)的威力范圍、抗干擾能力進(jìn)行效能評(píng)估。

以上研究都是雷達(dá)網(wǎng)某一性能進(jìn)行效能評(píng)估，針對(duì)雷達(dá)網(wǎng)單一性能效能評(píng)估的研究，主要存在的問題是：首先，雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)眾多，無法將所有的參數(shù)都考慮在內(nèi)；其次，這些參數(shù)在整個(gè)雷達(dá)網(wǎng)內(nèi)的影響程度無法進(jìn)行一個(gè)準(zhǔn)確的判斷，只能根據(jù)性能公式進(jìn)行單一計(jì)算，也無法對(duì)各指標(biāo)體系進(jìn)行加權(quán)分析；最后，對(duì)網(wǎng)內(nèi)各單站雷達(dá)的單一能力至今也沒有一個(gè)統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 雷達(dá)網(wǎng)綜合能力評(píng)估

雷達(dá)網(wǎng)綜合能力評(píng)估更貼近當(dāng)前預(yù)警探測(cè)體系的能力評(píng)估要求，當(dāng)前雷達(dá)網(wǎng)綜合作戰(zhàn)能力效能評(píng)估主要可分為四大類，即基于模糊評(píng)價(jià)層次分析、基于灰色理論層次分析、基于熵權(quán)的層次分析和其他方法。

2.2.1 模糊評(píng)價(jià)分析

朱麗莉等建立了多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)方法。高彬等針對(duì)張麗艷、朱麗莉等學(xué)者在模糊AHP 理論方法和應(yīng)用方面的進(jìn)展，采用文獻(xiàn)［7］指標(biāo)體系，從模糊AHP 在雷達(dá)網(wǎng)效能評(píng)估中的實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，將區(qū)間模糊數(shù)學(xué)應(yīng)用到模糊層次分析中，提出在區(qū)間模糊數(shù)框架下的AHP 方法，將其用于雷達(dá)網(wǎng)效能的評(píng)估。楊智等利用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)求得影響雷達(dá)網(wǎng)性能單一指標(biāo)的公式，運(yùn)用改進(jìn)層次分析法對(duì)雷達(dá)網(wǎng)探測(cè)效能進(jìn)行加權(quán)綜合評(píng)估，并使用修正系數(shù)對(duì)判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整。肖文杰等采用文獻(xiàn)［7］指標(biāo)體系，創(chuàng)造性地使用邏輯門，建立各指標(biāo)之間的關(guān)系進(jìn)行評(píng)估。李莎瀾等從雷達(dá)網(wǎng)防空作戰(zhàn)效能的定義出發(fā)，利用了模糊層次分析法中遞階層次法。對(duì)數(shù)最小二乘法可以省略對(duì)一致性的檢驗(yàn)，而且計(jì)算方便，在確定方案權(quán)重過程中，可以直接利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和手動(dòng)計(jì)算得出結(jié)論，科學(xué)確定灰色指標(biāo)的權(quán)重，即模糊關(guān)系矩陣。劉健等將主要成分提取出來，模糊評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析。崔玉娟等提出評(píng)估的FACIM 模型，利用CIM 模型計(jì)算概率分布進(jìn)行受多因素影響的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。結(jié)合層次分析法和模糊理論建立的FACIM 模型，可以減弱使用層次分析法和模糊評(píng)價(jià)法可能導(dǎo)致部分信息丟失的問題。崔玉娟等改進(jìn)IAHP-CIM 模型的雷達(dá)網(wǎng)探測(cè)能力評(píng)估方法，判斷矩陣以及最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量都是區(qū)間數(shù)。

模糊評(píng)價(jià)分析法定性定量相結(jié)合，對(duì)于體系中部分存在灰色性的指標(biāo)參數(shù)的權(quán)重確定，模糊評(píng)價(jià)分析法就略顯不足，學(xué)者不斷通過改進(jìn)模型進(jìn)行完善。

2.2.2 灰色層次分析

王旭贏等基于灰色層析分析法，采用文獻(xiàn)［9］指標(biāo)體系對(duì)雷達(dá)網(wǎng)進(jìn)行效能評(píng)估。胡宗輝等針對(duì)傳統(tǒng)的層次分析法需要一致性檢驗(yàn)的缺點(diǎn)，對(duì)灰數(shù)判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整，使其滿足檢驗(yàn)要求。龍文武等增加了灰類級(jí)別，采用的指標(biāo)體系與文獻(xiàn)［26］不同。

灰色層次分析是通過求解百花矩陣，確定灰色判斷矩陣，省略一致性檢驗(yàn)。但是，選取灰色判斷矩陣的定位系數(shù)，專家權(quán)重系數(shù)有較大的主觀性。

2.2.3 熵權(quán)層次分析

張培珍等提出基于熵權(quán)的FAHP 算法對(duì)雷達(dá)網(wǎng)效能量化評(píng)估，一定程度避免了雷達(dá)網(wǎng)效能評(píng)估主觀判斷的誤差。吳耀忠將模糊數(shù)學(xué)、熵權(quán)與AHP法相結(jié)合，克服了AHP 法中主觀判斷性，在一定程度上優(yōu)化了FAHP 算法。

2.2.4 灰色聚類分析

灰色聚類分析法融合了灰色理論和模糊綜合評(píng)價(jià)的方法。張昭等提出了灰色聚類分析法在雷達(dá)網(wǎng)方案評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，利用文獻(xiàn)［10］指標(biāo)體系，對(duì)專家評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析和模糊評(píng)價(jià)，較加權(quán)平均方法更精確。陳德江等采用文獻(xiàn)［7］指標(biāo)體系，建立了相鄰優(yōu)屬度熵權(quán)的灰色聚類評(píng)判模型，求取更具有可靠性的主客觀組合權(quán)重。

灰色聚類分析法對(duì)收集到的專家數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)和聚類分析，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了綜合分析與考慮，與加權(quán)分析法相比，此方法更加精確，信息量較大。此類方法既可以對(duì)雷達(dá)網(wǎng)的方案進(jìn)行定量的評(píng)估，還能夠從具體指標(biāo)上得出雷達(dá)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)部分和優(yōu)化內(nèi)容，且在計(jì)算上比較容易實(shí)現(xiàn)。

2.2.5 其他方法

一是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的評(píng)估。梁宇等利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)良好的非線性處理能力，對(duì)區(qū)域防空信息進(jìn)攻作戰(zhàn)進(jìn)行效能評(píng)估。卞泓斐等除了利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有較好的非線性運(yùn)算能力、容錯(cuò)性外，采用粗糙集理論約減所構(gòu)建的指標(biāo)體系，可以有效解決定性與定量之間不確定性關(guān)系。

二是基于云理論模型的評(píng)估。云理論模型是利用概率論和模糊理論解決作戰(zhàn)效能評(píng)估模型，可以處理定量和定性問題的轉(zhuǎn)換。鄧堃等采用云重心評(píng)價(jià)的方法得出系統(tǒng)效能的語言評(píng)判值。楊峰等借鑒美國SEWIS 的系統(tǒng)效能評(píng)估指標(biāo)體系引入云理論模型進(jìn)行綜合處理。

雷玉龍等結(jié)合任務(wù)和具體的對(duì)抗態(tài)勢(shì)進(jìn)行效能評(píng)估模型構(gòu)建。巴宏欣等從雷達(dá)情報(bào)的角度出發(fā)，進(jìn)行系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估，從網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)需求出發(fā)，提出了分項(xiàng)指標(biāo)概念內(nèi)涵和計(jì)算模型與方法。

3 動(dòng)態(tài)效能評(píng)估

雷達(dá)網(wǎng)動(dòng)態(tài)效能評(píng)估主要是通過統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)法與計(jì)算機(jī)模擬仿真相結(jié)合。通過動(dòng)態(tài)的效能評(píng)估，可以判斷雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)間、作戰(zhàn)任務(wù)變化的變化，更貼近實(shí)戰(zhàn)需要，這方面的研究相對(duì)較少。李強(qiáng)在一定的作戰(zhàn)想定下，建立雷達(dá)網(wǎng)防空作戰(zhàn)系統(tǒng)OPDL 模型，對(duì)整個(gè)防空作戰(zhàn)流程進(jìn)行建模分析，過程更加形象具體。楊龍坡等構(gòu)建了系統(tǒng)映射和使命映射的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行仿真計(jì)算。把原始參數(shù)的數(shù)值轉(zhuǎn)化為對(duì)性能指標(biāo)的值域要求，運(yùn)用MAPX 控件在VC++平臺(tái)上進(jìn)行。相對(duì)全面地描述系統(tǒng)與環(huán)境的關(guān)系?；矢σ唤韧ㄟ^設(shè)定作戰(zhàn)想定，利用靜態(tài)指標(biāo)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，按照仿真模型定義的運(yùn)算規(guī)則，進(jìn)行動(dòng)態(tài)指標(biāo)的仿真。但是，這種研究會(huì)受海洋環(huán)境的影響，實(shí)際的海上運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的回波會(huì)受大氣波導(dǎo)和多徑效應(yīng)影響。周銘等利用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性特點(diǎn)，加入了云理論模型的隨機(jī)和模糊性，綜合運(yùn)用避免了需要大量樣本和高強(qiáng)度訓(xùn)練的現(xiàn)象。李耀等根據(jù)雷達(dá)網(wǎng)系統(tǒng)狀態(tài)隨時(shí)間的變化提出不同指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，基于ADC 模型，得出作戰(zhàn)效能隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。韓雙連等提出了基于STK/Matlab 仿真的預(yù)警探測(cè)能力分析，STK可進(jìn)行三維可視化仿真，Matlab 解決STK 建模效率不高的問題，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、快速、一體化仿真。動(dòng)態(tài)的仿真方法需要大量的戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的積累，實(shí)現(xiàn)起來比較復(fù)雜。

4 結(jié)論

本文仔細(xì)梳理了雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)效能評(píng)估的不同方法途徑、發(fā)展歷史和存在問題。

表8 給出了各類方法的優(yōu)缺點(diǎn)以方便感興趣的研究人員參考。隨著雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，預(yù)見未來雷達(dá)網(wǎng)效能評(píng)估的發(fā)展趨勢(shì)如下：

表8 雷達(dá)作網(wǎng)戰(zhàn)效能評(píng)估方法的優(yōu)缺點(diǎn)

1）結(jié)合整個(gè)雷達(dá)網(wǎng)的系統(tǒng)進(jìn)行效能分析。設(shè)計(jì)系統(tǒng)建設(shè)的多方面因素，包括數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理等方面的工作。

2）將大數(shù)據(jù)應(yīng)用到對(duì)雷達(dá)網(wǎng)效能分析中。雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)基于數(shù)據(jù)的大網(wǎng)絡(luò)，如何更加高效運(yùn)行，需要將大數(shù)據(jù)添加到對(duì)效能分析的把握中來服務(wù)于雷達(dá)網(wǎng)的建設(shè)。

3）精簡評(píng)價(jià)指標(biāo)體系降低模型的復(fù)雜度。評(píng)價(jià)雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)效能的技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)也越來越多，以上方法均是建立指標(biāo)體系，采用數(shù)學(xué)方法將定性問題轉(zhuǎn)換為定量問題研究，面對(duì)龐大的指標(biāo)體系和數(shù)據(jù)積累，精簡評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，降低模型的復(fù)雜度將是未來的發(fā)展方向。