低空防御中目标威胁评估和火力分配技术 *
徐 好,吴琳拥,毛 谨
(四川九洲防控科技有限责任公司,四川绵阳 621000)
摘 要: 战场的态势变化复杂,如何实时、准确地反映态势的变化而对来袭目标做出威胁评估和火力分配,是防空指挥中的重要环节。结合现代低空防御作战的特点和指挥自动化系统的工作过程,对影响目标威胁评估的各种因素进行了分析并且选定主要的目标属性,基于所选的目标属性依据灰色理论和加权方法,给出了基于灰色关联模型的威胁评估排序模型和火力分配规划模型。通过仿真实例结果验证了目标威胁评估模型和火力分配方案的有效性和可靠性。
关键词: 威胁评估;灰色理论;关联度;优先级;火力分配
随着现代信息化战争中各种高新技术的广泛应用,作战武器的机动性大大提升,使得战场的态势变化更加复杂,给现代防空带来了极大困难。利用高效的目标威胁评估模型加上合理的火力分配准则，有利于对提示威胁的目标提供有效的分配方案,有利于武器系统资源的合理有效分配，以及进一步提高系统的作战效能。
威胁评估[1-3]是根据空袭目标的已知属性和状态评估所保护的空中目标的飞行趋势、速度、高度等信息，进而判断威胁程度的高低,为提供有效合理的目标分配方案提供依据,它涉及的因素很多,如一定的判定规则、雷达情报信息、防区的地理位置、保卫目标的重要程度等,需要应用如航路捷径判断法,相对距离和到达时间判断法、多属性加权判断法、层次分析法、灰色理论等方法设计模型,到达时间判断法、相对距离判断法考虑因素较为单一,判断结果参考价值不大;多属性加权判断法需要对各个因素赋予主观的权重,受到主观因素影响较大;灰色系统理论[4]是一种研究少数据、贫信息不确定性问题的新方法。灰色决策是在决策模型中含灰元或一般决策模型与灰色模型相结合进行决策。灰色关联决策以局势效果向量与最优效果向量的关联度作为评价局势优劣的准则。火力分配技术根据空中目标数量、威胁等级、飞行诸元、己方防空兵器的数量、配置、作战范围等,运用专家模型或者准则模型提供合理有效的兵力、兵器的分配预案、拦截预案等[5-9]。火力分配问题的研究方法很多,经典的方法主要层次分析法、基于动态规划法和传统优化理论。目标威胁评估和火力分配的基本流程如图1所示。
图1 威胁评估和火力分配的基本流程
1 威胁目标评判准则及指标函数
1.1 威胁程度评判准则
防空作战中,威胁目标定义为对保卫要地或防空区域有一定威胁的空中目标。为建立高效的目标威胁评估模型,需要对目标属性进行科学综合分析。威胁目标企图判断准则的确定要根据防空区域所处地理位置、敌性目标的活动特点,可能来袭方向等来判断。首先明确空袭目标威胁程度判断的基本准则,并将各类数据进行数值置于区间[0,1]的量化[10]。基本判断量化模型如下。
1) 进入角度(如图2)
图2 进入角示意图
进入角度可以体现目标相对于保卫要地的飞行方向,由航路角和方位角的信息计算得到,目标进入角的威胁量化函数选为
（2）在质量方面，因路桥施工过程中涉及很多隐蔽工序，这些工序的质量能否得到保证，关键在于按照设计要求与现行规范来完成所有工序，并在此基础上落实三检制，即班组内自检、班组间互检和交接检查，把好质量大关，完成验收并确认合格后，才能正式进入到下一道工序当中，经过逐层检查与严格把关，保证工程整体质量[2]。
u (θ )=e-k(θ -a )2， 0≤θ ≤π,a =180,k =0.0005
(1)
本文以保卫要地与目标的连线为y 轴建立坐标系,当目标的进入角度为180°时,表示正对保卫要地飞行,此时威胁度为1;随着度数减小威胁度依次降低,当目标的进入角度为0度时,表示背离保卫要地飞行,此时的威胁度为0。
输入:一个覆盖决策系统(U,A∪D), U={x1,x2,…,xn}, B⊆A,规则置信度阈值θ和覆盖值阈值η。
航路捷径越小则威胁度越大;当航路捷径小于0时,威胁度相应减半。
p =R ·sin(π-θ ),
(2)
(R 表示径向距离,θ 表示进入角度)
2) 判断目标的飞行状态,若航路捷径大于零则表示目标临近飞行,处于迎攻模式；若航路捷径小于零则表示目标远离飞行,处于尾追模式;
航路捷径也应按选定的被保护阵地的航路捷径进行计算。航路捷径威胁度函数符合正态分布函数形式:
(3)
若取,k =20×10-3,a =0 km。
2) 目标的航路捷径
3) 目标到达防空阵地近界时间
(4)
其中,R 表示径向距离,θ 表示目标进入角,v 表示目标的速度。目标到达防空阵地近界时间是飞行速度和距离威胁程度的有机结合,目标飞行速度越快或者距离越近则到达保卫要地的时间越短,威胁程度越高。
对目标飞近和飞远建立不同的飞抵时间威胁度量化模型为:
To reproduce the measured NBTI degradation in practice, both of the above two mechanisms must be involved in the prediction model as independent components:
(5)
k =2×10-6,a 1=0,k 2=3×10-5,a 2=0。
4) 飞行高度威胁
如图4所示。由图4可知,三相电枢绕组自感的大小关系每60°电角度发生一次变化,因此注入脉冲检测端电压法是通过判断端电压在注入脉冲后的大小关系来判断静止时转子所在的60°电角度区域。
目标飞行的高度越低,发起的攻击就会越突然,相应的威胁就会越大。
“通过多种形式常年抓好员工的海洋环保培训，如今‘碧海工程’理念已经渗透到每一个岗位、每一个员工，成为全员自觉行为。”新胜利五号钻井平台异体安全监督员许康说。
目标高度威胁度函数可取半正态分布函数,小于一定高度a 时目标量化值恒定为1,当大于a 时,高度越大威胁度逐渐降低:
1) 确定因素集
(6)
若取k =5×10-8,a =1 500 m。
1.2 灰色关联算法
灰色系统理论[10-12]是一种研究少数据、贫信息不确定性问题的新方法。灰色关联分析是以选定的因素集作为样本,通过计算各样本集中各个因素与最优或最劣值的相关程度来确定关联度,并且通过加权的方式计算关联度的强弱来判断目标的威胁程度。例如，若与最优关联度越大证明各项因素的威胁程度越高。
以对评价对象有影响的各因素作为元素组成的集合叫作因素集,通常用U 来表示,其中U 0={u 01,u 02,…u 0N }代表参考序列值(可选择最优或者最劣),U i ={u 1,u 2,…u N }(i =1,2…n )代表各种影响因素参考序列;
2) 计算关联系数[1]
Δ i (k )=|u 0i (k )-u i (k )|，i =1,2,…,n ,k =1,2,…,N
现阶段的经济发展，一个国家或者地区很难独立在全球一体化经济体系之外。这就决定了国内经济对于国际经济环境的高度依赖。这一规律在世界范围内的任何国家都比较适用。这也就决定了国际财经合作具有一定的必然性。我国也并不例外，从改革开放初期对于外资的需求到近年来中国资本的对外输出与企业的并购都是在不断的将我国经济纳入到世界经济一体化体系中去的过程。为此，新形势下国际财经合作对于我国的作用是十分重要的，具体而言则分为如下五个重要方面：
(7)
低空防御系统的火力单元分配是指作战单元依照目标威胁程度列表,对威胁评估后提示威胁度较大的目标飞行状态及其属性的判断,保证系统最大效能的情况下分配合理单元对目标进行拦截。火力分配的过程一般包括目标分配指示以及优先级火力单元的选取两个步骤。
余锋：近些年，随着环保问题的日益凸显，跨国公司之间的竞争，已经从技术、设备等硬件竞争上升为以社会责任为主的软性竞争。跨国公司要想拥有制胜未来的软竞争力，就必须勇于承担社会责任。
比较序列U i 与参考序U 0的关联程度是通过N 个关联系数来反映的,其关联度的计算公式为
(8)
一般可以选择基于最优关联或者最差的关联来计算最终的关联度。
2 火力分配
3) 关联度评价
2.1 目标分配指示
目标分配指示是指对威胁评估提示的空中威胁目标,判断目标数量、威胁等级、飞行诸元,运用准则模型判断目标是否符合分配条件。目标分配判断准则如下:
五峰山长江大桥南主塔上横梁为预应力混凝土结构，单箱单室截面，总高度32.7米，共分四次浇筑混凝土。此次为上横梁第二次混凝土浇筑，浇筑高度6米。在完成上横梁主体第二次混凝土浇筑后，南岸墩身施工任务即进入扫尾阶段，很快进行最后的第三、第四次装饰段施工。届时，五峰山长江大桥建设将全面进入上部结构施工阶段。（江苏交通运输厅）
色谱柱：UItimateXB-C18柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）；流动相：甲醇-水（95：5，V/V）；流速：1 mL /min；柱温：25 ℃；进样量：10 μL；紫外检测波长：254 nm；在该色谱条件下标品与样品中的肌苷酸均被洗脱，达到基线分离，无干扰。
1) 参考目标威胁程度列表;
航路捷径是通过目标距离与进入角度计算得到的,随着目标距离和进入角度的减小,目标的威胁度相应增大。
3) 判断是否进入分配指示区;
4) 计算目标在对应高度和速度的情况下到达发射区远/近界的时间,给射手足够的时间准备。
满足以上条件则可进行目标分配[13-15]。
笔者于2014年4至6月，受邀到台湾大仁科技大学护理系担任访问学者，很荣幸地参加了该系客观结构式临床测验（OSCE）教案设计与种子师资培训班，目前该校已经顺利通过了TNAC（台湾护理教育评鉴组织）科大护理评鉴，拿到相关经费，正在进行OSCE项目建设。该培训班就如何撰写OSCE教案、如何招募和培训OSCE标准化病人、如何进行考官训练以及考题信效度检测进行了探讨，使笔者对OSCE有了更全面的认识。现就目前OSCE在台湾护理教育与临床护理教学中的应用现状进行简单介绍。
2.2 优先级火力单元判断模型
优先级火力单元的选择则是对满足分配条件的威胁目标从该目标处于其责任扇区内的所有火力单元中选出最适合拦截当前威胁目标的单元,H ij 表示第i 个火力单元对现有威胁目标的第j 个限制条件,限制条件包括弹药余量、与火力单元的距离、是否已经分配、航路捷径,若满足限制条件H ij =1,那么继续进行下一个条件判断,否则H ij =0,排除该火力单元[13]。
图3 目标分配流程
3 仿真实验
实验中已知数据为目标的批号、速度、高度、距离、方位、航向,参考评估因素:目标进入角、目标航路捷径、目标到达防空阵地的时间、目标高度,对8个批次的目标进行威胁评估并且排序。各指标威胁度参数值见表2,表1中的数值为雷达上报数据中最近的一次数据。
表1 目标数据
表2 威胁度隶属度值
通过加权平均灰色关联度计算得到的威胁度值如表3所示,归一化威胁度值得到的结果如图4所示，与专家预测相符。目标的威胁度从高到低的批号为:P1> P3> P2> P7>P6>P4>P8>P5,即判断P1的威胁度最大。
JIANG Yi, SHEN Hong-jian, CHEN Lei, ZHANG Yong-wei, WU Tao, DENG Ben-qiang
表3 综合威胁度值计算结果
图4 各批次归一化威胁度值
假设火力单元均分布在距离中心站3 km附近,火力单元3为故障,火力单元4无弹药余量,其他火力单元均工作正常并且弹药充足。参照威胁目标信息和火力单元信息,对威胁度最大的P1批次目标进行火力分配,计算结果有4个火力单元符合分配条件,对符合条件的火力单元根据航路捷径大小评估射击有利度,航路捷径越小,打击越有利,因此火力单元6和火力单元1作为优先分配单元。分配效果图如图5所示。
图5 分配结果
4 结束语
目标威胁估计和火力分配是指挥控制中两个关键技术,辅助作战指挥员对复杂的战场态势做出正确决策,指挥优先级武器系统完成目标打击。本文利用连续隶属度函数量化数据解决了以往量化粗糙的问题,提高了威胁度评估结果的可靠性;另外,火力分配细分为目标指示判断和优先级射手的选择两部分,有利于形成更合理的兵力、兵器使用方案;最终的威胁度排序结果和火力分配方案均验证了模型的有效性和可靠性,可提高指挥效率,具有很大的实用价值。
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Target Threat Assessment and Fire Allocation Technology in Low-Altitude Air Defense
XU Hao, WU Lin-yong, MAO Jin
(Sichuan Jiuzhou Falcon Technologies Co. LTD., Mianyang 621000, China)
Abstract :The situation of battlefield is complicated. How to reflect the change of situation in real time and accurately and make threat assessment and fire distribution to the attacking target is an important link in air defense command. Combining with the characteristics of modern low altitude defense operations and the working process of command automation system, various factors affecting the threat assessment of targets are analyzed and the main target attributes are selected. Based on the selected target attributes, a threat assessment ranking model and fire assignment planning model based on grey relational model are proposed according to grey theory and weighting method. The effectiveness and reliability of the target threat assessment model and the fire distribution scheme are verified by the simulation results.
Key words :threat assessment; Grey theory; relation; priority; fire allocation
文章编号： 1673-3819(2019)05-0039-04
中图分类号: E917；TP18
文献标志码: A
DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2019.05.009
收稿日期： 2018-10-16
修回日期： 2018-10-29
*基金项目： 四川省科技计划项目(2018GZ0501)
作者简介：
徐 好(1986—),女,四川雅安人,硕士,工程师,研究方向为指挥控制及辅助决策等。
吴琳拥(1973—),男,硕士,高级工程师。
The maximum operating frequency of the transistor was given as following:
(责任编辑:张培培)