基于改进可拓云的导弹电磁突防概率研究_薛军帅.pdf

第 2 期2023 年 3 月No.2Mar.2023战术导弹技术Tactical Missile Technology基于改进可拓云的导弹电磁突防概率研究薛军帅1，黄勇1，2*，张迪1（1.西安电子工程研究所，西安 710100；2.苏州博海创业微系统有限公司，苏州 215000）摘要：针对导弹电磁能力效能评估方面研究缺乏的问题，提出了一种以电磁突防概率为研究对象的导弹电磁效能评估方法。初步定义导弹电磁突防能力概念；提出一种改进可拓云模型，运用该模型完成导弹五种突防模式的电磁综合评估；构建电磁突防概率数学模型，计算导弹各突防模式的电磁突防概率。仿真结果表明，改进可拓云评估模型可有效提升评估结果的可信度，具有准确性更高、相对可区分性更好的特点；构建的电磁突防概率数学模型具备有效性；运用电磁突防概率可直观、清晰、有效地表征导弹电磁效能。关键词：多弹协同；电磁突防；电磁突防概率；电磁效能；可拓云；效能评估中图分类号：TN97 文献标识码：A 文章编号：1009-1300（2023）02-0111-11DOI：10.16358/j.issn.1009-1300.20220007Research on electromagnetic penetration probability of missile based on improved extension cloudXue Junshuai1，Huang Yong1，2*，Zhang Di1（1.Xi an Electronic Engineering Research Institute，Xi an 710100，China；2.Suzhou Bohai Micro-system Limited Company，Suzhou 215000，China）Abstract:With regard to the lack of research on the effectiveness evaluation of missile s electromagnetic capability,a method is provided for evaluating the electromagnetic effectiveness of missiles using electromagnetic penetration probability as the research object.The concept of missile s electromagnetic penetration capability is presented.An improved extension cloud model is proposed to evaluate the electromagnetic ability of missiles with five penetration modes.Then the mathematical model based on the evaluation of missile s electromagnetic penetration probability is constructed,which is used for calculating the probability in various penetration modes.The results show that the improved extension cloud model can effectively enhance the credibility of the evaluation results,with the advantage of higher accuracy and better relative distinguishability.Meanwhile,the availability of the mathematical models of electromagnetic penetration probability is approved,missile electromagnetic effectiveness can be characterized visually,clearly and effectively by the electromagnetic penetration probability.收稿日期：2022-03-14；修回日期：2022-06-14作者简介：薛军帅，硕士研究生，主要研究方向为效能评估与人工智能频谱决策。通讯作者：黄勇，研究员，主要研究方向为综合射频系统、相控阵技术以及微波毫米波集成技术等。引用格式：薛军帅，黄勇，张迪.基于改进可拓云的导弹电磁突防概率研究 J.战术导弹技术，2023（2）：111-121.（Xue Junshuai，Huang Yong，Zhang Di.Research on electromagnetic penetration probability of missile based on improved extension cloud J.Tactical Missile Technology，2023（2）：111-121.）第 2 期战术导弹技术Key words:multi-missile cooperation；electromagnetic penetration；electromagnetic penetration probability；electromagnetic effectiveness；extension cloud；effectiveness evaluation1 引 言 电磁能力包含侦察、探测、通信、干扰及反侦察、反探测、抗干扰等一系列有效对抗复杂电磁环境的能力。在导弹末段突防时，导弹电磁能力是影响导弹是否被发现、被识别、被跟踪以及能否抵抗敌方干扰的关键性因素。因此，导弹电磁能力的效能评估对导弹成功实现电磁突防、衡量突防效能有着重要意义。目前传统的效能评估方法是通过对比效能评估结果等级及分值的形式来对系统的效能进行评估表征1-2，但是存在着效能评估结果较为模糊、不够直观的问题。基于此，本文展开了导弹电磁能力效能评估的研究。在研究导弹电磁效能评估过程中，针对传统可拓云模型指标等级交叉模糊性的不足，提出了一种改进可拓云模型，可有效提升评估结果的可信度，具有准确性更高、相对可区分性更好的优势。基于改进可拓云模型的电磁评估值与舰艇防御特点构建了电磁突防概率数学模型，并研究分析了单弹突防、多弹突防及多弹协同突防时的电磁突防概率，最后运用电磁突防概率的形式对导弹电磁效能进行了直观、清晰、有效的表征。2 电磁突防概率效能评估计算流程 本文中导弹电磁突防能力是指导弹避免自身被敌方发现，或被发现时降低或避免敌方压制、欺骗等干扰的影响，成功完成任务指标的能力。导弹电磁突防概率指导弹利用自身的电磁能力采取侦察、探测等方式突破防御方电子防御系统，最终成功完成任务指标的概率。本文在导弹不同突防模式电磁能力评估的基础上，完成了各模式电磁突防概率的计算。首先建立了导弹电磁能力评估的指标体系，其次运用多指标综合评估法对导弹各突防模式的电磁评估值进行计算，最后完成电磁突防概率的仿真计算，运用电磁突防概率实现了对导弹电磁效能的表征。主要包含以下基本步骤：（1）选择合理效能度量指标，即构建指标体系；（2）根据给定条件，确定或计算指标参数，即确定指标权重和指标值；（3）多指标评估计算，结合指标参数的权重和指标值来评估模型并计算评估值；（4）电磁突防概率计算，建立数学模型，根据该模型、导弹各突防模式评估值和防御方电磁能力所确定的各项参数，完成电磁突防概率计算。以上计算流程如图1所示。3 基于电磁突防概率的效能评估 3.1构建指标体系确立评估指标、构建评价指标体系是效能评估的一项基础工作。指标体系的构建原则经整理、分析、总结、归纳，得出需遵循的七项原则，分别为完备性、独立性、层次性、可测性、敏感性、一致性和简明性。指标体系的构建是对系统表象特征认识的不断深化、完善和系统化的过程，经反复讨论、验证使其满足综合评估的要求，遵循着科学、合理的流程。本文根据指标体系的构建原则和流程，查阅大量文献资料，并与专家讨论确定，建立了导弹电磁能力指标体系3，如图2所示。3.2层次分析法层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）由20世纪80年代中期美国教授萨蒂（Saaty T L）提出4，其主要特点是层次明确、结构清晰、计算过程简明，适用于指标权重的确定。应用AHP时需注意每层所包含因素数应小于或等于101，通常按9分制（即19标度法）对评估指标两两对比并分别打分，考虑到确定指标权重结果的科学性2、多准则较高精度等原因，本文采用指数标度法eK/5，K为08确定各指标的权重，其标度值与含义如表1所示。112第 2 期薛军帅等：基于改进可拓云的导弹电磁突防概率研究AHP根据同级指标重要程度两两对比打分构成评价矩阵，然后可计算出各指标相较于上一级指标的权重。利用该方法确定指标权重时，为避免出现逻辑性错误，提高计算权重结果可靠性，需对所构建判断矩阵进行一致性检验。详细计算步骤可参考文献5，本文权重计算采用几何平均法，平均随机一致性指标参考文献6。其中，n为判断矩阵的阶数，本文中指同级指标的指标个图2导弹电磁能力指标体系Fig.2Index system of missile electromagnetic capability 图1电磁突防概率计算流程Fig.1Calculation process of electromagnetic penetration probability 113第 2 期战术导弹技术数。当n 0.05，表示该评估值不可信21；改进可拓云模型多弹突防（5弹）时电磁评估值为29.22，约为单弹突防电表2“捕鲸叉”导弹主要技术参数Table 2Main technical parameters of Harpoon missile技术指标中心频率/GHz带宽/MHz峰值功率/kW天线范围/（）技术参数16.825035（最小功率）045技术指标脉冲宽度/ns脉冲跳动/s-1波束宽度/（）技术参数100 5000 12%5.0表3传统可拓云评估结果Table 3Evaluation results of traditional extension cloud 导弹突防模式电磁评估值置信度因子 单弹突防17.430.0835多弹突防（无协同）37.120.0130多弹协同(同类窄带)50.500.0103多弹协同(异类窄带)68.400.0088多弹协同(综合射频)86.000.0035118第 2 期薛军帅等：基于改进可拓云的导弹电磁突防概率研究磁评估值的5倍，相较传统可拓云模型同等情形的2倍多更符合导弹电磁评估认知，表明改进可拓云模型可以更为准确地对系统进行评估；与此同时，评估结果显示，改进可拓云模型各模式的评估值相对可区分性更好。以阿利伯克级驱逐舰电子防御系统为例，其电子对抗设备类型及参数见表5。结合前文导弹电子参数，以此设定各项概率值及参数如表 6 所示。基于式（14）式（18）、表4的评估值和各概率的参数值，仿真计算得到各模式电磁突防的概率值，如表7所示。绘制多弹时各模式的电磁突防概率相较于单弹突防时的概率比、提升比和多弹协同突防的概率值相较多弹突防时的提升比，如图9所示。由表7可知，相较于单弹突防模式，多弹突防时导弹电磁突防概率明显提升，多弹协同模式下同类窄带、异类窄宽和综合射频的电磁突防概率依次递增，符合导弹各突防模式的电磁能力认知，表明导弹电磁突防概率数学模型具备一定有效性。观察图9可知，多弹突防（无协同）时电磁突防概率为单弹突防时概率值的 8.12 倍，提升比为7.12倍；多弹协同模式下同类窄带、异类窄带和表4改进可拓云评估结果Table 4Evaluation results of improved extension cloud 导弹突防模式电磁评估值置信度因子 单弹突防5.220.0383多弹突防（无协同）29.220.0059多弹协同(同类窄带)45.580.0050多弹协同(异类窄带)59.450.0037多弹协同(综合射频)90.050.0028表5驱逐舰电子对抗设备及参数Table 5Electronic countermeasure equipment and parameters of destroyer 雷达型号AN/SPY-1D、AMDRAN/SPS-67(V)AN/SPQ-9B电子对抗系统型号AN/SLQ-32(V)干扰系统类型Nulka诱饵系统干扰系统类型Mk 36（SRBOC）无源干扰发射系统干扰系统类型角反（Mk-59）功能对空搜索对海搜索对空/对海追踪雷达工作频率侦察：118 GHz；干扰：818 GHz干扰频段618 GHz干扰频段220 GHz（射频），35 m（红外）频率响应240 GHz工作波段/频率E/F 波段，工作频率：24 GHzC波段，工作频率：54505825 MHzX波段，工作频率：812.5 GHz空间覆盖范围方位：360；仰度：024预编程飞行高度100 m反应时间8.55 s（箔条弹），6 s（红外弹）单反射体的RCS2000 作用距离最大探测距离达450 km104 km最大37 km，最小137 m电磁信号密度39万脉冲/s空中悬停时间55 s留空时间60 s（质心），360 s（冲淡）有效使用时间3 h来源1722公开资料来源23来源18来源18来源18表6各项概率参数Table 6Probability parametersPR1Pd00.9Pt01Pi01Pa00.9Pp00.80.85表7电磁突防概率值Table 7Electromagnetic penetration probability导弹突防模式电磁突防概率/（%）单弹突防4.50多弹突防（无协同）36.50多弹协同(同类窄带)54.03多弹协同(异类窄带)65.66多弹协同(综合射频)82.29119第 2 期战术导弹技术综合射频的电磁突防概率相较单弹突防时概率提升比分别为11.02、13.61和17.30倍；多弹协同模式下同类窄带、异类窄带和综合射频的电磁突防概率分别为多弹突防（无协同）时电磁突防概率的1.48、1.8和2.25倍。其中，综合射频多弹协同时的电磁突防概率明显高于其他模式的概率值。仿真结果表明：（1）通过电磁突防概率的形式可有效、直观、清晰地表征导弹的电磁效能。（2）多弹突防时，因侦测范围广，不易受敌方干扰影响，所以其突防威胁性较单弹突防时更强；多弹协同突防（同类窄带）时，因可针对各弹的侦测反馈综合调控，使得群中各弹突防更具针对性。多弹协同突防（异类窄带）时，增加综合侦测频域有助于提升锁定目标的准确性，降低了压制欺骗干扰的影响；综合射频多弹协同突防时，各弹所具备的超宽带特点、抗干扰和干扰能力以及协同时综合的电磁能力，对防御方而言是较大的考验。分析可知，多弹突防时，侦察探测的空域覆盖区域增加，截获敌方信号概率增加，不易受舰艇扫描式有源干扰的影响，对舰艇无源干扰具备了一定分辨力，从而提升了其电磁突防概率。多弹协同突防（同类窄带）时，弹间协同的能力提升了各弹侦测信息的利用率，可根据目标环境信息进行任务分配，突防敌方防御系统时具有针对性，该模式具备了一定程度的智能性。多弹协同突防（异类窄带）时，除具备上述能力外，可将Ku、Ka频段的高精度、高分辨率与L、S、X频段的远距离优势互补，对获取的信息进行有效融合处理，根据敌方的防御情况选择电磁静默等突防形式有效突防。综合射频多弹协同突防时，除具备上述能力外，各弹具备超带宽的特性，可针对任务需求选取侦测频段，通过协同将各弹获取的信息智能融合处理；针对敌方的侦察、探测、干扰频段选取己方的侦测频段，降低了被发现概率和被干扰概率，对假目标、箔条等无源干扰具有较好分辨能力，具备了一定的抗干扰能力，可针对敌方信号实施干扰，从而进行有效打击，提升了其电磁突防能力。5 结束语 根据模糊三角函数与传统可拓云模型的特点，提出了一种改进可拓云评估模型，弥补了传统可拓云模型指标等级交叉模糊性不足的问题，有效提升了评估结果的可信度，具有准确性更高、相对可区分性更好的特点。本文提出了电磁突防能力的概念，初步验证了导弹电磁突防概率数学模型的有效性，通过电磁突防概率的方式实现了对导弹电磁效能更为直观、清晰、有效的表征。本文从导弹电磁能力的角度研究其突防能力，对导弹突防效能的研究有一定借鉴意义。在未来将针对模型的精准性进行更为全面且严谨的研究。参 考 文 献1 朱宝鎏，朱荣昌，熊笑非.作战飞机效能评估（第2版）M.北京：航空工业出版社，2006.2 张杰，唐宏，苏凯.效能评估方法研究 M.北京：国防工业出版社，2009.3 王红军，戴耀，陈奇.舰艇电子对抗原理 M.北京：国防工业出版社，2016.4 Xu X W，Xie X L，Zhang B F，et al.A hybrid method for evaluating the effectiveness of giant systems with indicator correlations：An application for naval formation decision making in multiple scenarios J.Soft Computing，2020，24：4295-4306.5 邓雪，李家铭，曾浩健，等.层次分析法权重计算方法分析及其应用研究 J.数学的实践与认识，2012，42（7）：93-100.6 许树伯.层次分析原理 M.天津：天津大学出版社，图9概率比值图Fig.9Probability ratio120第 2 期薛军帅等：基于改进可拓云的导弹电磁突防概率研究1998.7 蔡文.可拓学概述 J.系统工程理论与实践，1998（1）：77-85.8 王锦国，周志芳，袁永生.可拓评价方法在环境质量综合评价中的应用 J.河海大学学报（自然科学版），2002（1）：15-18.9 叶琼，李绍稳，张友华，等.云模型及应用综述 J.计算机工程与设计，2011，32（12）：4198-4201.10 李德毅，刘常昱.论正态云模型的普适性 J.中国工程科学，2004（8）：28-34.11 周红波，李照顺，谢佑波.基于云模型的系统综合效能评估方法 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