·光电技术与系统·

陆战场红外侦察告警装备作战效能评估

王 帅¹,黄富瑜¹,李 婷¹,吴 健²

(1.陆军工程大学石家庄校区,河北 石家庄 050003；2.中国人民解放军31675部队,河北 张家口 075000)

摘 要 :为有效提高红外侦察告警装备作战运用水平,重点研究了陆战场(车载式)红外侦察告警装备的作战效能评估问题。首先分析了红外侦察告警装备工作原理和建立武器装备作战效能体系评估基本原则,建立了以探测能力、捕获能力、跟踪能力为主的两层指标体系；然后综合运用层次分析法、专家咨询法、模糊数学等理论,提出了一种适用的红外侦察告警装备作战效能评估方法,在构建样本矩阵和确定权重系数的基础上建立了评估数学模型；最后,通过实例计算验证了该方法的有效性。计算结果表明,该方法可用于陆军红外侦察告警装备设计的指标论证,也可以用于考核实际装备的作战效能。

关键词 :陆战场；作战效能评估；层次分析法；红外侦察告警装备

1 引 言

红外侦察告警装备是战场情报获取不可或缺的装备,按照作战平台不同,可分为车载红外侦察告警装备、舰载红外侦察告警装备、机载红外侦察告警装备和星载红外侦察告警装备^[1]。其中,陆军红外侦察告警装备主要以车载式为主,其主要任务是利用红外探测器,对敌方飞机、来袭导弹进行侦察、捕获、识别与告警,也可辅助或者代替雷达工作,提供目标方位、速度等信息,然后发出警报并启动与之相连的防御系统实施对抗^[2]。作为重要的战场态势感知单元,开展陆军红外侦察告警装备作战效能评估可为光电对抗装备全寿命周期各阶段的重大决策提供技术支持,也对深化光电对抗装备作战理论研究具有重要的意义。国内众多学者对红外侦察告警技术和装备开展了相关研究,王印来等运用模糊数学方法建立了红外侦察器材发现目标评判模型,研究了登陆作战中红外侦察器材发现目标概率评判问题^[3]；郭克林等研究了红外告警目标模拟技术,并基于模拟器验证了机载红外告警能力的测试^[4]；陆文俊等研究了红外侦察图像的质量评价方法^[5]；王东等研究了三站红外告警被动测距时的目标确认和精度方法,提升了红外告警装备作战运用能力^[6]；刘松涛基于舰载红外警戒系统对舰载电子对抗在线评估方法进行了研究^[7]；宋万禄等分析了弹载红外探测告警装置的性能指标,提出了突防弹道导弹加载红外告警装置的方法^[8]；陈晓斯等分析了车载红外告警系统虚警辐射源及特性,为选择抑制算法提供了理论支持^[9]；郑存红等研究了车载红外告警系统中多目标的航迹管理,并设计了硬件结构并数据验证了可行性^[10]；杨淼淼硕士对红外侦察告警设备作用距离指标评估进行了深入研究,完善了红外侦察告警设备作用距离评估方法^[11]；谈蕊针对红外侦察预警系统被动测距,提出了最优布设方式,并验证了数据的合理性^[12]。

上述研究主要集中在红外侦察告警装备优化方面,关于其应用效能,特别是作战效能评估的研究较少。为有效评估红外侦察告警装备的作战效能,论文综合层次分析法等经典评估方法,建立了作战效能评估指标体系,构建了作战效能评估模型并进行了有效性验证,筛选出决定红外侦察告警装备的核心性能指标,为红外侦察告警装备作战效能评估、指标论证、作战效能考核提供了理论支持。

2 作战效能评估指标体系

2.1 红外侦察告警装备组成及原理

红外侦察告警装备主要由红外光学系统、红外探测器、信号处理单元和警示引导单元四部分构成,其工作流程及原理为:首先,告警装备以扫描或凝视方式对预定空域实施侦察,当飞机、导弹等威胁目标出现时,红外光学系统摄取目标红外辐射信号并将传递给红外探测器；其次,红外探测器执行光电转换,将红外辐射光信号转换成电信号后传递给信号处理单元；再次,信号处理单元完成A/D、非均匀校正、滤波降噪、目标检测与识别等功能处理,检测并提取出目标强弱、来袭方向(俯仰角和方位角)、目标类型等信息,并传递给警示引导单元；最后,警示引导单元接收上述目标信息后,快速警示战斗人员,并引导对抗装备采取相应对抗措施。红外侦察告警装备原理及工作过程如图1所示。

为了给父亲出版诗集，水仙芝还专程跑了一趟上海。她跟夏梓桑一起登上东方明珠塔，傍晚漫步在黄浦江畔。从少女时代起，水仙芝就喜欢幻想，直到现在，她还活在文学的梦境中。

图1 红外侦察告警装备原理及工作过程图

Fig.1 Prin and working process diagram of infrared reconnaissance

and warning equipment

2.2 作战效能评估指标体系建立

建立科学合理的作战效能指标体系,是武器装备作战评估的前提和关键环节。客观上讲,指标体系覆盖面越广,评估结果就越准确、越全面,然而指标太多在一定程度上又会增加评估的计算量和复杂度。为此,建立武器装备作战效能体系通常遵循系统性原则、简明性原则、可测性原则、完备性原则、独立性原则和一致性原则等六项基本原则^[13]。

根据上述作战效能评估指标选取原则,结合陆军红外侦察告警装备考核指标^[1,14-15],论文选取探测能力、捕获能力、跟踪能力等三个主要因素作为能力层(二级指标层),通过对能力层的细化,得出指标层(三层指标层)具体指标以用于二级指标的定量评价,从而构建出红外侦察告警装备作战效能的评估指标体系,如图2所示。

此时,矩阵R =(r _ij )_n×n 为模糊一致矩阵。然后对R =(r _ij )_n×n 的行向量进行求和,即:

(2)捕获能力是指在红外侦察告警装备对预定区域内威胁目标的识别能力,可以通过捕获概率、反应时间和目标处理能力等三级指标来衡量。捕获概率是指威胁目标进入告警装备探测范围内,被发现并捕获的概率,为0～1之间的小数,通常用百分比表示；反应时间是指从告警装备接收到威胁目标信号到输出该信号参数所需的时间,单位为毫秒；目标处理能力是指告警装备捕获、处理多个目标并作出威胁等级排序的能力,单位为个。

(3)跟踪能力是指红外侦察告警装备在规定指标要求下对威胁目标稳定跟踪的能力,可以通过有效跟踪空域、跟踪精度和跟踪速度等三级指标来衡量。有效跟踪空域是指告警装备在稳定跟踪情况下所能侦测的最大空域范围占监视空域的比例,为0～1之间的小数,通常用百分比表示；跟踪精度是指告警装备实时解算的目标方向与其真实方向之间的角度误差,单位为毫弧度；跟踪速度是指告警装备根据解算的目标方向角实施准确跟踪的反应速度,单位为毫秒。

由以上指标定义,可以看出,告警距离、告警概率、捕获概率、反应时间、目标处理能力、有效跟踪空域和跟踪速度属于效益型指标,而虚警率、跟踪精度为成本型指标。

(2)构造标准化评价矩阵

对上式中三个能力层效能加权求和,便可得到陆军红外侦察告警装备作战效能,为:

图2 陆军红外侦察告警装备作战效能评估体系

Fig.2 Operational effectiveness evaluation system of army infrared reconnaissance and warning equipment

3 作战效能评估模型

在作战效能评估体系建立的基础上,综合层次分析法、模糊理论、专家咨询法来构建陆军红外侦察告警装备作战效能评估模型。为便于后文理解,先给出几个模糊矩阵的定义,如下^[16]:

(1)模糊矩阵:设矩阵A =(a _ij )_n×n ,若有0≤a _ij ≤1,则称矩阵A 是模糊矩阵。

(2)模糊互补矩阵:设模糊矩阵A =(a _ij )_n×n ,若有a _ij +a _ji =1,则称矩阵A 是模糊互补矩阵。

(3)模糊一致矩阵:设模糊互补矩阵A =(a _ij )_n×n ,若对任意的i ,j ,k 有a _ij =a _ik -a _jk +0.5,则称矩阵A 是模糊一致矩阵。

3.1 构造效果样本评估矩阵

效果样本是指在一定目标局势下的数字表现,如,假定某型红外侦察告警装备的告警距离为10 km,则称该告警装备探测能力局势在告警距离目标下的效果样本为10。需要说明的是,为了统一,在确定不同指标的效果样本时,总希望其数值“越大越好”,如果某一样本表现为“越小越好”,可采用求倒数等方式改变其趋势,使其“越大越好”。

底本1实际上是没有情节化之前的“材料集合”。比如说，电影《盲山》故事中的女主角是一名被拐骗的女大学生，但作为导演李杨，他可以将女大学生置换为一个不谙世事的女中学生，或者仅仅只是一个小学未毕业的农村妇女。而影片中22岁的女大学生的年龄也可以被置换成21岁乃至更小。至于她的名字白雪梅则可以被置换成红雪梅或白雪莲等。关于女主人公的种种设想之可能性就属于底本1的“材料选择”。因此，最终呈现在电影文本中的女主角形象首先必须经过聚合轴“材料选择”的筛选和过滤。

假设有N 个待评估的红外侦察告警装备指标方案,其指标层的效果样本已给出,如表1所示。

表1 探测能力对应的效果样本表

Tab.1 Sample list of effect of detectability

根据表1,得到效果样本矩阵如下:

(1)

对矩阵按行规范化处理,便可得到效果样本评估矩阵E _B ,为:

(2)

3.2 确定评估矩阵权重系数

论文以效果样本评估矩阵作为基础数据,按照层次分析理论确定样本评估矩阵的权重系数,一般步骤为：“判断矩阵—标准化评价矩阵—权重系数”,过程如下。

阿囡笑道：“七爷写得好，我正是要这样说。就是起头那几个字不好，你把它改了罢。”燕西道：“这是外国人写信的规矩，无论写信给谁，前面都得加上一个亲爱的。”阿囡道：“我又不是外国人，他也不是外国人，我学外国人作什么？”燕西笑道：“我就是这样写，你不合意，就请别人写罢。”阿囡道：“就请你念完了再说罢。”燕西于是又笑着念道：因为这个缘故，我久在北京是很不放心的，我打算今年九、十月里，一定到上海来。

根据公式(4)～(7),将上述判断矩阵转化为标准化评价矩阵:

在建立了图2所示的层次结构后,需要对每一层次中两两指标进行比较,然后利用一定的数字标度方法构造判断矩阵。判断矩阵的物理意义是:就上一层次某一效能指标而言,当前层次与之相关的各项指标的相对重要性。假定上一层次效能指标A _k 与下一层次中指标B ₁,B ₂,…,B _n 有一定关联性,则构造如表2所示的判断矩阵。表中,b _ij 是指针对上一层指标A _k ,下一层指标B _i 对B _j 的相对重要性,以数值大小表示。为避免传统层次分析复杂的一致性调整,本文采用模糊互补矩阵来构造判断矩阵,则两个指标间重要程度b _ij 表示如下:

(3)

式中,x _i 和x _j 分别表示两个指标对上一指标贡献的模糊隶属度,可利用专家咨询法确定。

创新改进入党积极分子培养工作。改进培养内容，定期对入党积极分子进行分片区或集中培训，培养教育内容除党的基本理论外，着重培养入党积极分子运用党的基本理论，独立分析国内外形势和各种实际问题的能力；创新培养方式，如果条件允许，可以尝试红色之旅等体验式培养方式，增强培养工作的吸引力和感召力。增加实践锻炼培养，可以与工会、团委等组织联合开展各种社会活动，培养他们在实践中发挥先锋模范作用的意识和能力；充分发挥先进党员典型的引路作用，以感染替代说教。

表2 判断矩阵

Tab.2 Judgement matrix

美国著名运筹学家Saaty的1-9标度法^[17],进行专家咨询法的模糊隶属度打分,依据指标间的重要程度赋予不同的分值,如表3所示。

表3 Saaty 1-9标度法

Tab.3 Saaty 1-9 scale method

为更准确地确定下一层多个指标对上一层指标的模糊隶属度,本文在运用Saaty 1—9标度法执行专家咨询的基础上,再对多名专家咨询结果进行归一化求平均处理。例如,下一层指标数为三个,上一层指标数为一个,假定第i 个专家咨询结果为F =[1 2 2],对结果归一化得对所有专家咨询打分的归一化结果求平均值,即为最终的模糊隶属度。

鉴于大孔生态混凝土冻融破坏的特殊性，并根据工程应用要求，针对北方寒冷地区冻融破坏作用，利用快速冻融的测试方法，研究胶凝材料用量(B)、水胶比(W/C)、孔隙率(P)等对大孔生态混凝土冻融破坏作用规律，分析大孔生态混凝土的冻融损伤机理，探索大孔生态混凝土的应用基础理论.

然后再对标准化评价矩阵各行的几何平均数进行加权计算,求得效果样本评估矩阵的权重系数:

(4)

(1)探测能力是指红外侦察告警装备对敌方飞机、导弹等目标进行的探测、识别,并及时提供情报和发出告警的一种军事行为。探测能力可以通过告警距离、告警概率、虚警率等三级指标来衡量。告警距离是指告警装备在规定大气条件下能够按规定概率探测到远方威胁目标存在时,威胁目标与告警装备之间的距离,单位为千米；告警概率是指告警装备在规定条件下,正确探测、发现目标并予以告警的概率,为0～1之间的小数,通常用百分比表示；虚警率是指告警装备在无威胁目标出现时,发出告警的概率,通常用虚警发生的平均时间间隔的倒数来表示,单位为次/h。

(5)

由此确定权重向量归一化处理权重向量Q ′,便可得到最终向量Q ={q ₁,q ₂,…,q _n },其中,q _i 满足:

(6)

当上、下两层的评价指标数分别为m 和n 时,则下层指标关于上层指标的标准化矩阵为:

(7)

式中,向量为向量Q _i 的转置。

(3)确定权重系数

权重系数的求解采用几何平均数法,即对标准化评价矩阵(w _ij )_nm 各行元素的乘积取1/m 次方,得:

(8)

根据模糊层次分析法^[18],将判断矩阵转换为标准化评价矩阵,首先要对判断矩阵B =(b _ij )_n×n 按行求和,记作然后进行如下变换:

强化社会管理和公共服务职能。加强和优化政府在社会保障、教育文化、法律服务、卫生健康、医疗保障等方面机构设置和职能配置，更好保障和改善民生。针对老百姓最关心的公共安全问题，整合优化设置应急管理机构，提高保障人民群众生命财产安全、生产安全、维护公共安全、防灾减灾救灾等方面能力。针对老百姓最关注的生态环境问题，组建生态监管机构，构建政府为主导、企业为主体、社会组织和公众共同参与的环境治理体系。

(9)

3.3 作战效能评估公式

由公式(1)～(9)求得效果样本评估矩阵及其相应权重系数,进而推导出能力层的作战效能,为:

探测能力效能

捕获能力效能

(10)

跟踪能力效能

式中,为指标层效果样本矩阵对应的权重系数。

我是2005年开始使用班级QQ聊天群的。起初，QQ还未广泛使用，班级群的作用仅是个别家长与老师的交流平台，平时也不需要怎么管理，对于家长们的发言，也能够做到及时回复，及时反馈。

(11)

4 实例计算

根据第2节构建的作战效能评估体系和第3节建立的作战效能评估模型,本节将对某型陆军红外侦察告警装备的几种指标设计方案进行作战效能评估,如表4所示。其中,前三种方案为实际设计方案,方案4和方案5分别是为了验证本文方法有效性而设置的较理想方案和较差方案。

表4 三种不同某型陆军红外侦察告警装备指标设计方案

Tab.4 Design index of three kinds of infrared reconnaissance and warning equipment for army

4.1 效果样本评估矩阵

根据3.1节,由表3数据可得到效果样本矩阵,为:

某高速公路通车以来交通量逐年增加，部分沥青路面先后出现各种病害，尤其在连续降雨的影响下，路面病害的扩展速度显著加快，经研究决定，采用冷补沥青修补料对该高速公路发生严重坑槽病害的路段进行修补。

(12)

对效果样本矩阵规范化处理,得效果样本评估矩阵如下:

(13)

4.2 权重系数获取

专家咨询小组由20名光电领域高职专家教授组成,根据2.2节方法,进行专家打分、归一化处理、均值求解,最终能力层对效能层贡献的模糊隶属度(见表5)和指标层对能力层贡献的模糊隶属度(见表6)。

表5 专家咨询法确定的能力层对效能层贡献的模糊隶属度

Tab.5 Fuzzy membership degree of the contribution of capability layer to efficiency layer determined by expert consultation method

表6 专家咨询法确定的指标层对能力层贡献的模糊隶属度

Tab.6 Fuzzy membership degree of the index layer′s contribution to the capability layer determined by the expert consultation method

根据公式(3),构造指标层相对能力层的判断矩阵B _i 和能力层相对效能层的判断矩阵A ,为:

探测能力:

捕获能力:

(14)

跟踪能力:

(15)

(1)构造判断矩阵

(16)

(17)

根据公式(8)和(9),能够计算出指标层对能力层的权重系数和能力层对效能层的为:

(18)

(19)

3.3 作战效能计算

将公式(13)、(18)代入公式(10),可计算得到三种红外侦察告警装备能力层的作战效能,计算结果见表7所示。

表7 能力层作战效能计算结果

Tab.7 Calculation of standard layer operational effectiveness

由于表7中能力层作战效能为规范化矩阵,可将其直接作为效能层的效果样本评估矩阵E _A ,即:

一、出去直接把仓库门锁上，再去叫人，这样大家都知道小偷是丁主任而不是我，那么，哈哈——我的嫌疑洗清了，但是……但是……丁主任的前途也就毁了，说不定还成了阶下囚。如若这样，我是不是太狠毒了，我可是长辈，不能不顾及孩子的将来，而且这孩子平时待自己也不薄啊，他前几天都不是说了吗，如不是小偷，让我回去看看老婆孩子。

(20)

将公式(19)、(20)代入公式(11),即可得到五种红外侦察告警装备总的作战效能,计算如下:

(21)

从上文计算结果可以得出以下结论:

一种STC89C51单片机控制按摩眼罩的设计………………………………卢莉蓉，王小明，李慧贤，等(46)

(1)上述的5种指标方案中,方案4的作战效能为0.3487,为最优,方案5的作战效能为0.0854,为最差,与最初设置条件完全吻合,证明了本文评估方法的有效性。

丁柔是周桥的前女友，在众人眼里是女神一般的存在，毕业没多久就成了北漂一族，当年她嫌周桥不够有斗志，坚持了一年异地恋后结束。

(2)在实际前三种指标方案中,方案3作战效能为0.2007,方案1作战效能为0.1853,方案2作战效能为0.1799,上述3个作战效能评估结果可以为实际红外侦察告警装备指标设计提供参考。

(3)进一步对比发现,方案3与方案1的指标数值在告警距离、告警概率、反应时间、有效跟踪空域、跟踪精度等方面相同,但是方案3的虚警率、目标处理能力、跟踪速度等指标数值优于方案1,方案3的捕获概率指标数值低于方案1；方案1与方案2进行对比,方案1在告警距离、反应时间、跟踪精度、跟踪速度等指标数值优于方案2,但是方案1的告警概率、虚警率、捕获概率、目标处理能力、有效跟踪空域等指标数值低于方案2,但最终总的作战性能评估结论是:方案3优于方案1,方案1优于方案2。因此,可以得出结论,对于红外侦察告警装备,其告警距离、反应时间、跟踪精度、跟踪速度等指标在作战效能评估中占据主导因素,在进行装备研制时,应结合实际情况注重这方面性能的设计。

SU型衰减年夏季,欧亚地区中高纬环流表现为一个宽阔的浅槽结构,环流场上中国上空仍然表现为“西高东低”,但较为平直,中国北方处于宽槽底部,副高偏强偏西,长江以南地区为正距平(图8b),夏季风偏强。此时西风带以短波槽脊活动为主,配合副高的西伸,引发一次次降水过程。南海到西北太平洋有一个反气旋式水汽通量距平环流,冷暖气流在我国黄河流域及其以北地区交汇,使得该区降水偏多,江淮流域水汽通量散度为正值,不利于降水的形成,长江流域在西太平洋向西的水汽通量异常作用下,降水异常偏多。

5 结 论

针对陆军红外侦察告警装备的作战效能评估问题,提出了一种综合专家咨询法、层次分析法、模糊数学等理论的评估方法。首先,阐述了红外侦察告警装备组成及其原理,给出作战效能评估指标选取原则,建立了作战效能评估指标体系；接着,构造了红外侦察告警装备考核指标的效果样本评估矩阵,分析了评估矩阵权重系数计算方法,进而完成了作战效能评估模型的构建；最后,以某型陆军红外侦察告警装备几种指标设计方案为评估对象,实例验证了本文方法的有效性,并得出了相应结论。实践证明,本文所选用的评估方法,既利用了专家咨询法的简单易行优点,又利用了层次分析法和模糊数学理论的系统分析系统性强及定量计算精确等优点,从而最大限度的消除了主观因素影响,使评估过程更加客观准确,评估结果能够支持装备研制时指标体系及核心指标确立。

不过，也不能因此而走另一个极端排斥抗生素，细菌感染一定要用抗生素。即使用抗生素，能口服就口服，效果一样的，有的甚至更好。吸收达到血液峰值浓度都是很快的事情，比输液慢不了多少，不要让药物直接进入血液。除了头孢曲松之外，所知的所有β内酰胺类（青霉素、头孢）时间依赖性抗生素，半衰期只有1～2个小时，甚至很多小于1小时的，每天4次每6小时口服一次与每天静脉输液一次相比，能够维持更长时间的有效浓度，实际效果其实比每天只输1次液效果好。

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Operational effectiveness evaluation of infrared reconnaissance &warning equipment in warfield

WANG Shuai¹,HUANG Fu-yu¹,LI Ting¹,WU Jian²

(1.Shijiazhuang Campus of Army Engineer University,Shijiazhuang 050003,China;2.Unit 31675 of PLA,Zhangjiakou 075000,China)

Abstract :In order to effectively improve the operational application level of infrared warning reconnaissance equipment,the operational effectiveness evaluation of the warfield(vehicle mounted) infrared warning reconnaissance equipment is mainly studied.Firstly,the working principle of infrared warning reconnaissance equipment is analyzed,establishment of weapon equipment operational effectiveness evaluation system is established based on the basic principle,and a two-tier index system with detection capability,capture capability and tracking capability is established.Secondly,by applying Analytic Hierarchy Process(AHP),Delphi method and fuzzy mathematics theoryand other theories,an applicable evaluation method forinfrared reconnaissance alarm equipment operational effectivenessis proposed,and based on the sample matrix and the weight coefficient,an evaluationmodel is established.Finally,an example is given to verify the effectiveness of the proposed method.The calculation results show that the method can be used for the demonstration of the IR warning equipment design in the army,and can also be used to evaluate the operational effectiveness of the actual equipment.

Key words :warfield; combat effectiveness evaluation; analytic hierarchy process; infrared reconnaissance & warning equipment

文章编号 :1001-5078(2019)03-0341-08

中图分类号 :E87;TN976

文献标识码: A

DOI: 10.3969/j.issn.1001-5078.2019.03.013

作者简介 :王 帅(1981-),男，博士研究生，长期从事装备保障信息化研究。E-mail:72311756@qq.com

收稿日期 :2018-07-25;

修订日期: 2018-08-23

标签：陆战场论文;  作战效能评估论文;  层次分析法论文;  红外侦察告警装备论文;  陆军工程大学石家庄校区论文;  中国人民解放军31675部队论文;