基于仿真推演的光电对抗装备体系贡献率评估

摘 要：针对体系作战下地空光电对抗装备贡献率评估的问题，提出一种基于仿真推演的多任务体系贡献率评估方法。 首先，在对地空光电对抗装备体系组成以及作战方式分析的基础上，梳理了地空光电对抗作战模型体系，设计了仿真推演系统架构，开发了一种能够开展红蓝对抗的地空光电对抗仿真推演系统。 然后，引入区间数的概念，提出了一种适用于地空光电对抗装备体系的多任务体系贡献率评估方法。 最后，以地空光电对抗系统对抗光电制导武器的防空作战行动为例，通过仿真推演对地空光电对抗系统各装备在不同任务中的体系贡献率进行评估，验证了该方法的可行性和合理性。

关键词：光电对抗;体系作战;贡献率评估;仿真推演;多任务;地空光电对抗装备

中图分类号：TJ762.1;V37  文献标识码：   A  文章编号：1673-5048（2022）01-0084-06[SQ0]

0 引  言

现代光电子技术的迅速发展极大地促进了军用光电技术的日趋成熟与完善，军用光电技术特别是光电制导武器的发展，又促使光电对抗技术的迅速发展和光电对抗手段的不断创新[1-3]。 光电对抗技术与军用光电技术是相生相克、 互为矛盾，却又是相互依存与竞争发展的两个方面。 地空光电对抗装备是一类自20世纪60年代初激光技术发明以来正在迅速发展的新概念武器，其利用光波作为“炮弹”对空中目标进行干扰使之失效甚至直接毁伤，具有反应速度快、 命中精度高、 能量集中、 转移火力快、 抗电磁干扰、 能多次重复使用和作战效费比高等突出优点，可以有效弥补现有防空武器火力配置上的空缺，增强防空武器的打击能力，已逐渐成为现代防空体系的重要组成部分[4-5]。

随着地空光电对抗装备体系化的发展趋势日益明显，基于信息网络的多种光电对抗手段一体化联合作战将成为未来地空光电对抗的主要样式。 地空光电对抗装备体系在对抗过程中通过各子装备间的动态交互涌现出新的整体能力，并随着体系演化不断发展变化，具有涌现性、 进化性、 动态性等复杂特性，而不是各子装备能力的简单叠加。 因此，对于地空光电对抗装备体系的试验鉴定也需要从体系角度来衡量武器装备对于体系整体作战效能的贡献程度和地位高低[6]，体系贡献率思想便应运而生。 体系贡献率评估方法众多，而随着体系对抗复杂程度的加剧，传统定性分析方法、 静态解析方法[7-10]等基于专家经验或者还原论思想分解再相加的评估方法难以反映光电对抗装备体系涌现性、 非线性等特征。 为了对武器装备体系中各装备之间的关系进行准确描述，文献[11-13]立足于复杂网络理论，提出一系列基于作战环的武器装备体系评估方法，展现出较好的应用效果。 然而，这类方法仍在一定程度上依赖人的主观判断来决定作战环权值，无法从光电装备相互作用机理层面真实还原光电对抗过程，难以针对不同的作战任务将对抗双方装备以及复杂光电环境之间相互作用等多种因素进行整体、 动态、 对抗条件下的考量，从而影响评估效果。

本文提出一种基于数学仿真推演的多任务体系贡献率评估方法：以地空光电对抗装备体系作战过程中观察、 调整、 决策、 行动（Observe，Orient，Decide，Act，OODA）作战环为基本参照轴线，开发了一套地空光电对抗作战仿真推演系统，在紧贴作战任务的典型作战场景下，模拟多种干扰样式组合、 战术战法运用、 全流程动态博弈过程;从体系角度评估地空光电对抗装备体系中各个子装备对于体系作战效能的贡献程度和地位作用，为地空光电对抗装备体系作战效能评估提供支持。

1 仿真推演系统设计

地空光电对抗作战仿真推演系统（简称“仿真推演系统”）是通过对真实的武器装备、 作战部队、 重要目标等战争要素进行建模，将其映射到虚拟的计算机世界，在典型作战背景和作战想定下，构建一个逼真的战场环境、 红蓝交战态势以及试验保障资源，通过红蓝两个体系的对抗试验结果来分析地空光电对抗装备体系在不同任务中的作战效能，进而计算体系贡献率。

1.1 地空光电对抗装备体系组成分析

为了更加准确地描述和评估现代作战体系，文献[14]在OODA思想以及国外相关研究的启发之下提出了作战环的概念，并将其定义为：为了完成特定的作战任务，武器装备体系中的侦察类、 决策类、 攻击类等武器装备实体与敌方目标实体构成的闭合回路。 按照该思路，地空光电对抗装备体系的组成按其功能可抽象为侦察、 决策、干扰3类装备。

侦察类装备主要包括红外或可见光等光电成像类侦察告警设备、 跟踪设备以及激光告警设备，这些光电传感器共同构成了地空光电对抗系统内部侦察信息网络。 决策类装备根据上级指挥所下达的作战命令和发布的战场态势情报、 系统外部情报信息和系统内部多传感器情报信息，判断目标身份属性，进行威胁等级排序，然后根据干扰资源分布和干扰设备状态情况，对干扰资源进行分配决策以及干扰时机选择控制。 干扰类装备主要包括高重频激光干扰、 大功率激光压制干扰、 激光角度欺骗干扰以及宽波段无源干扰等干扰装备。

由地空光电对抗装备体系抽象而来的3类装备与敌方目标即构成图1所示的作战环，而若干个作战环则构成一个复杂的作战网络。

在承担地面重点目标防空作战任务时，光电对抗装备中的各个子装备通过有线或无线通信设备构成一个整体作战网络，由系统内部决策类装备负责指挥全系统的作战。 光电对抗装备进入阵地后，按照预先制定的作战想定和布设方案进入预定位置，快速布设完毕并进入作战状态。 此时，由系统内各类侦察类装备构成的侦察告警网络处于警戒状态，并实时将侦察告警结果发送给决策类装备。 由决策类装备根据干扰策略控制相应的干扰类装备对来袭飞机或光电制导武器进行光电干扰，最后进行干扰效果确认和评估。

1.2 仿真模型体系

在现代战争中，对于地空光电对抗装备中的侦察、 决策以及干扰这3类子装备可分别单独部署在不同的武器平台上，也可以分布在同一武器平台上组成高度集成的多功能光电对抗装备。 综合考虑仿真模型的特点以及使用需求，本文采用构件化建模的思想，将装备实体按功能拆分成不同构件，分别建模后再根据仿真需要组装形成仿真实体。 这样减少了模型开发工作量，增加了可重用型组件的利用率，从而有效提高了模型开发效率。 仿真推演系统的模型体系如图2所示。

仿真推演系统的模型体系不仅包括光电对抗装备、 武器平台和光电导引头等实体模型，还包括战场环境模型和演示支持模型等，各类模型根据仿真需要灵活组建和配置，模型组建后再根据所模拟装备之间实际的信息交互关系建立模型之间的信息交互网络。 为了保证仿真推演和效能评估过程能够更加真实合理地反映实际作战效果，模型体系中装备实体和战场环境的建模，根据实际情况可以通过工作原理和物理效应建立物理模型，也可以依托实际测试数据建立数据模型，还可以将物理模型与数据模型二者相结合。

1.3 仿真推演系统架构

仿真推演系统是在支撑层、 资源层以及应用层3层架构基础上构建的由红、 蓝、 白3方组成的仿真应用系统，其总体架构如图3所示。

支撑层以ICE（Internet Communications Engine）仿真平台为基础构建仿真控制管理工具，为仿真推演系统提供仿真运行引擎、 数据分发、 数据采集以及仿真成员管理等服务。 资源层主要提供装备实体、 行为和环境等模型资源，以及装备性能、 战场环境、 作战想定和仿真结果等数据资源。 应用层主要是在仿真支撑层和仿真资源层的基础上，针对仿真需求提供模型装配、 想定编辑、 进程控制、 运行支撑、 态势显示以及分析评估等功能。

1.4 系统运行流程

仿真推演系统的运行流程可分为推演准备、 推演实施和推演评估3个阶段，如图4所示。 推演准备阶段主要实现作战计划到想定格式的转换，针对作战计划、 兵力编成、 作战目标、 作战行动、 任务要素、 计划航线、 静态部署、 作战区域和指挥关系等信息进行解析。 推演实施阶段主要通过仿真推演系统，对设定的作战方案和具体行动计划进行多次对抗推演，同时采集推演过程的各项数据并进行存储，为后续数据分析和评估提供大量样本和数据支撑。 推演评估阶段主要是对仿真推演过程中采集到的数据进行梳理和统计，根据指标属性进行相应转换和计算，对任务中地空光电对抗装备体系的作战效能进行分析评估。

2 面向多任务的体系贡献率评估

对于装备、 技术或其他评估对象对体系的贡献率，一般比较包含该评估对象前后体系的性能或功能差异。 通过新接入某个装备进行试验，测量观察体系效能发生的变化，从而得知增、 减、 改某个装备后体系效能发生的变化，即体系贡献率[15]。 一般情况下，体系贡献率的计算公式为

conei=EfG-EfG-eiEfG（1）

式中：conei为评估对象ei的贡献率;EfG为包含ei的武器装备体系G对敌方的作战效能;EfG-ei为移除装备ei后的作战效能。

式（1）所计算的装备体系贡献率是针对某个具体任务，而目前绝大部分地空光电对抗装备体系中的各个子装备都是面向多任务的。 根据光电对抗的作用机理，地空光电对抗装备体系中各个子装备对于光电制导武器系统的有效干扰必须符合光电波段匹配性、 干扰视场相关性、 干扰时机实时性以及干扰距离有效性这四个基本特征，这样各个子装备在不同任务中的体系贡献程度将表现出很大差异。 因此，对于地空光电对抗装备体系贡献率的评估，必须考虑所面向的具体任务，综合考虑任务的能力需求以及装备在不同任务中的作战效能， 面向多任务的体系贡献率评估方法框架如图5所示。

与传统体系贡献率不同，面向多任务的体系贡献率并不是单一的数值，而是一个与装备数量和任务数量相关的多维矩阵，即任何一个装备在面向任何一个任务时都具有其相应的体系贡献率。 假设某想定下待评估的地空光电对抗装备体系包含n个装备，面向m个具体的任务，那么该想定下的体系贡献率可表示为

con=conM1e1…conMme1conM1en…conMmen（2）

式中：conMjei为装备ei在任务Mj中的体系贡献率。

对地空光电对抗装备体系中各个子装备体系贡献率进行评估的目的是辅助装备论证、 试验鉴定以及作战使用的各个决策过程。 决策者希望知道哪些装备比较重要，可优先发展或使用的，需要对体系内不同装备的体系贡献率进行排序。 而式（2）中所呈现矩阵形式的体系贡献率评估结果显然难以给予决策者直观的建议。 为了合理地对装备体系贡献率进行排序，本文引入文献[16]中区间数的概念，将装备ei的体系贡献率表示为

conei=[conLei， conRei]（3）

conLei=min{conMpei|Mp∈M}（4）

conRei=max{conMqei|Mq∈M}（5）

式中：M为地空光电对抗装备体系所有的任务集合;conLei为装备ei在所有任务中体系贡献率的最小值;conRei为装备ei在所有任务中体系贡献率的最大值。

通过区间数的两两比较，即可得到装备体系贡献率的排序，从而为决策者提供直接的决策支持。

3 实例分析

为了验证本文所提出的装备体系贡献率评估方法，更加直观地展示地空光电对抗装备体系中各个装备在不同作战任务中的体系贡献率，首先给出基本想定并输入数据;然后通过仿真推演系统分别对不同的任务想定进行多次数学仿真推演;最后根据仿真结果计算各个装备在不同任务中的体系贡献率。

需要说明的是，本想定目的是为了对体系贡献率评估方法运用过程以及结果进行示例说明，想定以及装备相关数据均进行了处理，因此，试验结果本身并没有绝对意义。

3.1 想定设计

以某要地防护作战任务为想定背景，蓝方以一个典型战术空中作战部队携带数枚光电制导武器对红方重点目标实施空中打击行动，红方某型地空光电对抗系统部署在重点目标附近，展开相应的防御作战行动，使蓝方发射的光电制导武器难以准确命中红方重点目标。 红方地空光电对抗系统共包括5台单体装备，其功能组成如表1所示。