裝備假目標防空作戰(zhàn)仿真及效能分析

夏長俊，洪 亮，滕克難

（海軍航空大學，山東煙臺 264001）

0 引言

武器裝備假目標是為欺騙、迷惑敵人，提高自身武器裝備系統(tǒng)的生存能力而模擬設置的目標。它具有被模擬的同類目標的光學、熱紅外和雷達的反射、輻射特性，必要時還可模擬目標的運動特性。設置假目標的目的有：通過假目標的逼真顯示，使敵方認定其為真目標或真假難辨；迷惑敵方，使敵方對己方部署情況產(chǎn)生錯誤判斷；吸引敵方火力，提高己方真目標生存概率[1]。

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，高技術偵察系統(tǒng)的飛速發(fā)展及其應用為假目標戰(zhàn)術的運用提供了更廣闊的舞臺。海灣戰(zhàn)爭和伊拉克戰(zhàn)爭中，伊軍都曾引進和自制了許多假導彈及發(fā)射架、假導彈基地、假彈藥庫等大型設施，利用制式器材在鐵路線上建造部署防空導彈發(fā)射架假目標，假導彈上還涂有雷達反射材料，內部裝有模擬導彈發(fā)動機的熱源，運用照相、紅外、雷達偵察都不能辨別其真?zhèn)巍Ｒ淋姷倪@些假目標不僅大量消耗了美軍精確制導彈藥，降低了空襲的效果，而且對保存伊拉克戰(zhàn)爭潛力起到了重要的作用[2]。

在科索沃戰(zhàn)爭中，面對北約軍隊先進的預警、偵察、監(jiān)視體系，南聯(lián)盟軍隊積極采取遮障、欺騙和設置假目標等偽裝措施，使用了效果良好的俄羅斯軍事偽裝技術，使得北約偵察監(jiān)視系統(tǒng)時常中招，他們將昂貴的精確彈藥“準確”地投向假目標，卻只摧毀了塞軍小部分的軍事設施。從而使南聯(lián)盟保存了超過一半的武器裝備和作戰(zhàn)能力。之后，維和部隊進入科索沃，發(fā)現(xiàn)大批塞軍留下的仿制軍事設施，包括坦克和大炮，塞軍擁有的300輛坦克之中[1]，北約只擊中了13輛，而北約早前聲稱摧毀了塞軍幾百個軍事設施，只是塞軍的偽裝目標而已。

鑒于假目標在作戰(zhàn)中發(fā)揮的巨大的作用，本文通過定量分析假目標的作戰(zhàn)效能與戰(zhàn)場上各種因素之間的數(shù)量關系，對假目標戰(zhàn)術在現(xiàn)代防空作戰(zhàn)中運用的效能進行分析。

1 假目標技術及作戰(zhàn)運用研究現(xiàn)狀

國內外學者對假目標技術都有較為深入地研究，這些研究從材料、工藝及提高性能指標方面著手展開，有效提高了假目標的戰(zhàn)場作戰(zhàn)效能。謝哨兵、季敬昌等[3]從假目標戰(zhàn)場作用和戰(zhàn)場使用原則出發(fā)，介紹了外軍假目標器材的發(fā)展現(xiàn)狀，并分析了其發(fā)展趨勢，為我軍假目標的發(fā)展提供了一定的參考。楊莉、楊華[4]在給出紅外目標的量度特征的基礎上，分析了紅外假目標制造中的關鍵技術和難點，提出了一些可用于改進紅外假目標性能的新技術觀點。呂緒良、許自力等[5]建立了假目標用電熱涂層有效電導率模型，分析了電熱涂層有效電導率以及電導率滲流閾值和填料粒子形狀、尺寸和填料體積分數(shù)的關系，研究結果可用于改進假目標用電熱涂層的設計技術，提高假目標的紅外特征逼真度。

與研究假目標技術，提高假目標作戰(zhàn)效能相似，有的學者從作戰(zhàn)運用的角度來研究假目標使用戰(zhàn)術，用以提高假目標的作戰(zhàn)效能。郝強、湯磊和劉昕[6]給出了假目標的設置要求、設置步驟和方法，他們的方法對提高復雜電磁環(huán)境下防空兵武器系統(tǒng)生存能力具有一定的參考價值；朱萬紅、李詩華和李華兵[7]從戰(zhàn)術角度闡述了基于信息系統(tǒng)體系作戰(zhàn)條件下，防護工程假目標作戰(zhàn)運用的基本原則，分析了防護工程假目標作戰(zhàn)運用的實施要點；文獻[8]和[9]研究了空中假目標的使用方法和注意事項，目的是提高空中作戰(zhàn)平臺的生存概率。

對假目標性能指標和作戰(zhàn)效能的評估方面，鄧建軍、楊建軍和高峰[10]確定了地空導彈假目標逼真度評價指標體系，運用云理論建立了各指標的云模型，給出了基于云理論的假目標光學逼真度評價方法；張健、趙保軍等[11]采用Harris 算子提取軍事目標及其相應假目標的紅外圖像的特征點，然后采用Hausdorff距離計算所提取的特征點集之間的Hausdorff距離，通過對比，給出了1種評價假目標紅外示假效果的方法；張品、陳亦望和戴蒙[12]解決了假目標紅外圖像中每個面的準確分解問題，通過分解假目標圖像綜合數(shù)據(jù)，評價假目標紅外示假效果；但兵兵、朱萬紅等[13]建立了基于多目標決策的假目標配置數(shù)量模型，計算出假目標的最佳配置數(shù)量，提出了假目標的效費比模型并對其進行了檢驗；對于假目標的作戰(zhàn)效能評估問題，李修和、陳永光[14]建立了無人機假目標數(shù)量計算模型、距離計算模型和速度計算模型，提出了作戰(zhàn)模擬的實現(xiàn)方法，分析了其作戰(zhàn)效能；姜玉龍、李華兵等[15]建立了假目標作戰(zhàn)運用效果評估指標體系，采用模糊綜合評判的方法對假目標作戰(zhàn)運用進行效果評估；文獻[16-18]給出了作戰(zhàn)效能評估新的方法和技術。

2 基于假目標運用的防空作戰(zhàn)效能評估模型

分析假目標的作戰(zhàn)效能，要充分考慮戰(zhàn)場上的各種因素及作戰(zhàn)過程，特別是所投入的裝備數(shù)量。分析假目標的作戰(zhàn)效能，我們主要關注的是假目標對真目標的保護效果，或者是在假目標的保護之下，真目標被對方命中的概率。我們假設1個藍軍攻擊有假目標掩護的紅方防空裝備的作戰(zhàn)過程，從以下4 個方面逐次遞進，來分析戰(zhàn)場上假目標武器的作戰(zhàn)效能。

2.1 真目標被發(fā)現(xiàn)并被辨別

這是對紅方最為不利的1 種作戰(zhàn)情況，藍方會排除假目標的干擾，只對真目標發(fā)動攻擊，紅方單個真目標被命中的概率與藍方攻擊的命中概率相同。

式（1）中：P為單個真目標被命中的概率；Pe為藍方攻擊的命中概率。Pe可以是藍方單發(fā)武器的命中概率，也可是多發(fā)武器多波次攻擊紅方單個目標的綜合命中概率。

2.2 真目標被發(fā)現(xiàn)但未被辨別

在這種作戰(zhàn)情況下，藍方把真、假目標皆視為真目標，隨機選擇1個目標進行攻擊，紅方單個真目標被攻擊命中的概率為：式（2）中，N為真目標的數(shù)量，M為假目標的數(shù)量。

2.3 真目標有偽裝但未被辨別

比較周全的作戰(zhàn)策略是故意暴露假目標，而對真目標進行偽裝隱蔽。這種情況下，分析藍方攻擊效果時就要考慮藍方對紅方真實目標的發(fā)現(xiàn)概率，在藍方?jīng)]有辨別出真、假目標時，紅方單個真目標被攻擊命中的概率為：

式（3）中，C為藍方對紅方真目標的發(fā)現(xiàn)概率。式（2）是式（3）中發(fā)現(xiàn)概率C=1時的特例。

2.4 火力抗擊與假目標聯(lián)合作戰(zhàn)

在作戰(zhàn)中，通常會采取火力抗擊來防御來襲兵器，這種情況下分析藍方攻擊的命中概率就要考慮紅方火力抗擊的命中概率。

式（4）中，Pm為紅方火力抗擊的命中概率。Pm可以是單發(fā)武器抗擊的命中概率，也可是多發(fā)武器多波次抗擊的綜合命中概率。

3 假目標在防空作戰(zhàn)中的效能分析

3.1 作戰(zhàn)假設

紅方在一要地部署防空導彈發(fā)射車，配備一定數(shù)量的防空導彈發(fā)射車假目標，藍方用對地攻擊兵器對紅方防空導彈發(fā)射車陣地發(fā)動襲擊，意圖消滅紅方防空力量，戰(zhàn)場示意圖，如圖1所示。

圖1 假目標與火力抗擊綜合防御示意圖Fig.1 Joint defence state of decoys and fire countermeasure

3.2 作戰(zhàn)效能計算及分析

假設參與作戰(zhàn)的裝備參數(shù)為：藍方攻擊兵器的命中概率Pe=0.85，真目標的數(shù)量N=2 輛，假目標的數(shù)量M=6 個，藍方對紅方真目標的發(fā)現(xiàn)概率C=0.5；紅方火力抗擊的命中概率Pm=0.70。

依據(jù)以上作戰(zhàn)假設和裝備參數(shù)，我們計算出了4種不同情況下的紅方單個防空導彈發(fā)射車真目標被攻擊命中的概率P，如表1所示。

表1 真實目標被攻擊命中的概率Tab.1 Probability that real target is hitted

島礁綜合防御中，紅方采用的防御方法有：假目標、偽裝隱蔽和火力抗擊。由表1 的計算公式和計算數(shù)值可見，采用的防御方法越多，藍方的命中概率就越低。進一步分析，假目標的數(shù)量越多、偽裝隱蔽得越好、火力抗擊打得越準，藍方的命中概率就越低，紅方的作戰(zhàn)效能越好。

3.3 基于仿真的假目標作戰(zhàn)效能分析

3.2 節(jié)的計算過程是只通過藍方攻擊紅方單個目標的情況來計算的，實際上，我們更應關注藍方多波次攻擊多個目標的作戰(zhàn)效能，甚至應思考藍方進行狂轟濫炸式的飽和攻擊的作戰(zhàn)效果，特別是藍方多波次攻擊多個目標情況下紅方防空系統(tǒng)的生存數(shù)量，以及摧毀紅方防空系統(tǒng)藍方消耗的彈藥數(shù)量。這些數(shù)值可以采用蒙特卡洛法進行作戰(zhàn)仿真進行分析。

3.3.1 基于蒙特卡洛法的假目標防空作戰(zhàn)仿真

蒙特卡洛法是描述事件過程中各種隨機現(xiàn)象的基本方法，它能夠充分展現(xiàn)隨機因素對過程的影響和作用。由于在假目標防空作戰(zhàn)仿真中，藍方能否發(fā)現(xiàn)紅方實施偽裝隱蔽的真目標，能否正確選擇攻擊目標、命中目標以及紅方的抗擊能否命中，都具有隨機因素，因此采用蒙特卡洛方法進行作戰(zhàn)效能分析比較合適。采用蒙特卡洛法的假目標防空作戰(zhàn)仿真流程，如圖2所示。

圖2 作戰(zhàn)仿真流程圖Fig.2 Flow chart of combat simulation

仿真中：藍方探測發(fā)現(xiàn)真實目標的概率、選擇攻擊目標的概率及攻擊命中概率皆采用均勻概率分布；探測到的真實目標和假目標組成攻擊目標集合；1 次仿真以假目標全部被摧毀為結束條件；仿真次數(shù)以能達到數(shù)據(jù)精度為根據(jù)，仿真次數(shù)越多，解算的數(shù)據(jù)精確度越高。

3.3.2 假目標數(shù)量對作戰(zhàn)效能的影響分析

通過仿真，我們可以分析不同假目標數(shù)量的作戰(zhàn)效能，分析假目標對藍方攻擊彈藥的消耗數(shù)量和對紅方真實防空系統(tǒng)的防護情況。

仿真用的參數(shù)為：真目標的數(shù)量N=2 輛，藍方攻擊兵器的命中概率Pe=0.85，藍方對紅方真目標的發(fā)現(xiàn)概率C=0.5；紅方火力抗擊的命中概率Pm=0，即無火力抗擊。我們分別仿真了假目標的數(shù)量M為6個、8 個和12 個的作戰(zhàn)過程，仿真參數(shù)和結果，如表2所示。

表2 不同假目標數(shù)量的仿真參數(shù)和結果Tab.2 Simulation parameters and results with different quantity decoys

仿真得到的消耗藍方彈藥數(shù)量，如圖3 所示。由表2 和圖3 可知：假目標數(shù)量分別為6 個、8 個和12 個時，平均消耗藍方彈藥數(shù)量分別為8.48 枚、10.87 枚和15.77 枚，假目標數(shù)量越多，消耗藍方的彈藥數(shù)量就越多，但因為藍方攻擊波次增多，導致真實目標被攻擊到的數(shù)量增多，平均生存下來的真實目標數(shù)量下降，分別為0.82輛、0.73輛和0.61輛。

圖3 不同假目標數(shù)量消耗藍方彈藥數(shù)量Fig.3 Blue's ammunition consumed by different quantity decoys

3.3.3 偽裝隱蔽真實目標對作戰(zhàn)效能的影響分析

紅方通常采用偽裝隱蔽和假目標綜合運用的防空作戰(zhàn)策略，對真實目標的偽裝隱蔽影響藍方對真實目標的發(fā)現(xiàn)概率，通過作戰(zhàn)仿真可以分析偽裝隱蔽的防空作戰(zhàn)效能。仿真采用的參數(shù)為：真目標的數(shù)量N=2 輛，假目標的數(shù)量M=6 個，藍方攻擊兵器的命中概率Pe=0.85，紅方火力抗擊的命中概率Pm=0，即無火力抗擊。我們分別仿真了藍方的發(fā)現(xiàn)概率C為0.2，0.5和0.8時的作戰(zhàn)過程，仿真參數(shù)和結果，如表3所示。

表3 不同發(fā)現(xiàn)概率的仿真參數(shù)和結果Tab.3 Simulation parameter and result with different finding probability

仿真得到不同發(fā)現(xiàn)概率消耗藍方彈藥數(shù)量及仿真中真實目標生存數(shù)量，如圖4、5所示。

圖4 不同發(fā)現(xiàn)概率消耗藍方彈藥數(shù)量Fig.4 Blue's ammunition consumed by different finding probability

仿真中假目標數(shù)量不變，因此，平均消耗藍方的彈藥數(shù)量變化不大，分別為7.95 枚、8.48 枚和8.86 枚；偽裝隱蔽效果好的，真實目標的平均生存數(shù)量較大，與偽裝隱蔽差的相比，平均生存數(shù)量優(yōu)勢明顯，真實目標平均生存數(shù)量分別為1.43輛、0.82輛和0.45輛。

圖5 仿真中真實目標生存數(shù)量Fig.5 Living real target in simulation

3.3.4 假目標與火力抗擊聯(lián)合防空作戰(zhàn)的效能分析

火力抗擊是防空作戰(zhàn)最直接的方式和方法，我們可以通過仿真來驗證有假目標配合的防空作戰(zhàn)效能。仿真采用的參數(shù)為：真目標的數(shù)量N=2 輛，假目標的數(shù)量M=6 個，藍方攻擊兵器的命中概率Pe=0.85，因為真目標要實施火力抗擊，藍方對紅方真目標的發(fā)現(xiàn)概率會增大，作戰(zhàn)過程中發(fā)現(xiàn)概率是一個動態(tài)變化的值，在不影響分析聯(lián)合火力抗擊時作戰(zhàn)效能的情況下，發(fā)現(xiàn)概率取中間定值，為C=0.5。

我們分別仿真了紅方火力抗擊命中概率Pm分別為0、0.4和0.7時的作戰(zhàn)過程，仿真參數(shù)和結果，如表4所示。

表4 不同火力抗擊的仿真參數(shù)和結果Tab.4 Simulation parameter and result with different fire countermeasures

仿真得到的消耗藍方彈藥數(shù)量，如圖6 所示。由表4和圖6可知：火力抗擊命中概率分別為0、0.4和0.7時，平均消耗藍方彈藥數(shù)量分別為8.84 枚、13.94 枚和28.4 枚。在不同火力抗擊條件下，消耗藍方的彈藥數(shù)量差異較大。但是真實目標平均生存數(shù)量變化不大，分別為0.82輛、0.81輛和0.82輛。

圖6 不同火力抗擊時消耗藍方彈藥數(shù)量Fig.6 Blue's ammunition consumed by different fire countermeasures

4 結論

裝備假目標防空作戰(zhàn)效能通常難以用精確的數(shù)據(jù)來描述，因為作戰(zhàn)過程中有多種隨機因素影響，現(xiàn)實中，又很少有戰(zhàn)例用來研究分析，故用蒙特卡洛法進行作戰(zhàn)仿真是研究裝備假目標防空作戰(zhàn)效能的有效方法。論文依據(jù)建立的假目標防空作戰(zhàn)效能評估模型，應用蒙特卡洛方法模擬作戰(zhàn)過程中的多種隨機因素，對假目標防空作戰(zhàn)過程進行仿真，并對假目標的防空作戰(zhàn)效能進行計算分析。分析表明：增加假目標數(shù)量及聯(lián)合火力抗擊能較多地消耗藍方的彈藥數(shù)量，而給真實目標做好偽裝隱蔽能較大地提高真目標的生存概率。