基于改进ADC模型的电子对抗系统作战效能评估

2013-04-25 02:17成科平
电子科技 2013年1期
关键词:电子对抗效能矩阵

成科平

(西安电子科技大学 电子工程学院,陕西 西安710071)

电子对抗系统是军事电子信息系统的重要组成部分,在未来战争中也具有重要作用。它的整体效能决定着战争的胜负,因此提高电子对抗系统的整体效能具有重要的意义。而作战效能作为电子对抗系统一项主要的战术指标,如何全面、合理地对这一动态指标进行评价,是军事专家们研究的课题。目前,在对电子对抗系统作战效能的研究中,已有一些方法如对舰船电子对抗系统作战效能评估的模糊评判法,多属性决策法等,但这些研究都只是对系统本身的作战效能进行了分析,而对于操作人员和作战环境等对系统的影响并未考虑。文中在用系统分析法建立电子对抗设备作战效能模型的基础上,考虑各影响因素对系统的作用,最后得出整个电子对抗系统效能的作战效能,为客观准确评价电子对抗系统奠定了基础[1]。

1 ADC模型

ADC效能评估方法是美国工业界武器效能咨询委员会(Weapon System Effectiveness Industry Advisory Committee,WSEIAC)提出的一种效能评估解析算法,它能较为全面地反映武器系统状态及随时间变化的多项战术、技术指标,在作战使用中的动态变化与综合作用,具有层次分明、结构简单、易于理解等优点。文中选用改进的ADC效能评估方法对电子对抗系统作战效能进行评估与分析。ADC效能评估方法是WSEIAC提出的评价武器系统效能的模型和方法,被认为是有效、通用的模型。WSEIAC规定系统效能是“系统满足一组特定任务要求程度的度量,或者说是系统在规定条件下达到规定使用目标的能力”。规定的条件指的是环境条件、时间、人员、使用方法等因素;规定使用目标指的是所要达到的目的;能力则是指达到目标的定量或定性程度。因此WSEIAC将系统效能规定为系统可用度A(Available)、可信赖度D(Dependability)和能力C(Capability)的函数,用系统效能E表示

A=(a1,a2,…,an)为1×n维向量,表示在开始执行任务时系统状态的量度;ai为开始执行任务时系统处于状态i的概率,显然为n×n维的可信性矩阵,是在已知系统开始执行任务时所处状态的情况下,在执行任务过程中某个或多个瞬间的系统状态的量度,如为已知在开始执行任务时系统处于状态i而在执行任务过程中系统处于状态j的概率,;C=(cij)nn为能力矩阵,是在已知系统执行任务过程中所处状态条件下,系统完成任务能力的量度,cij为在系统的有效状态i条件下第j个品质因素值。

2 改进的ADC效能评估模型

由于武器和军事装备都是在敌方的积极对抗条件下运用的,对抗环境对武器系统的作战效能有较大影响,所以在评定电子对抗系统作战效能时,必须将敌方的对抗和我方操作人员熟悉、掌握电子对抗系统设备,驾驭使用武器系统的能力水平和战场自然环境条件加以考虑,模型才能符合作战实际,真实地反映出其具备的实际能力。为此,对ADC模型作如下修改,使其适合于更全面的评定[2]

其中,K为操作水平性系数;Q为战场环境影响系数。

3 改进的电子对抗系统效能评估方法

电子对抗是现代战争的重要作战手段,随着电子对抗强度的加剧,保障各环节中的不确定因素增多,这对电子对抗能力评估体系建设提出了更高的要求。目前针对电子对抗能力的评估方案还不完善,尤其是对相关干扰因素的处理工作还处于探索阶段。在众多方法中,以基于ADC模型为基础,通过改进和优化,对战场电子对抗系统保障能力进行精确评估的方法较为合理,实现了对电子对抗设备综合效能的定量评估,并为进一步设计、发展电子对抗设备起到了辅助决策作用。

图1 电子对抗系统作战效能评估体系

3.1 操作水平性系数

图2 操作水平性系数指标体系

任何系统都需要人操作和使用,由于武器系统操作人员能力、素质的高低、平时训练模式和作战中战术使用的不同,使得同一种武器由不同的人去操作,实现的效果都存在差异。另外,武器系统的人机界面是否友好、自动化程度的高低,都会影响到人员的操作水平。因此,在评估效果时,考虑操作水平性系数是必要的[3]。

操作水平性系数K,即操作人员在完成任务的过程中误操作的概率,主要是操作人员素质、训练水平、系统设备自身的人机界面、系统自动化程度及作战中战术使用等。对于此系数K可以由仿真得到。例如研制的各种武器系统的训练模拟器和战术模拟软件,很好地解决操作训练问题和战场上战术的使用情况,专门研制了操作成绩打分评判系统软件,嵌入式模拟器,对操作训练过程以自动方式进行评判,将训练过程进行量化处理并计算各种条件下电子对抗的成功概率。对操作成绩打分进行处理,得到相对客观的K值。

3.2 战场环境影响系数Q

战场环境影响系数Q,主要考虑到战场上敌情、气候、地形、电磁环境对电子对抗系统性能的影响。战场外部环境对电子对抗系统的性能有较大影响,不同的环境对电子对抗系统性能的影响不同,相同的战场环境中,各种因素对电子对抗系统性能影响也不尽相同。具体环境中具体考虑环境因素也有区别,图3列出的是战场环境下对电子对抗系统性能影响的一般因素。

图3 战场环境影响评估指标体系

根据加权平均法可得

3.3 可用度向量A

设备可用度表示系统在规定条件下随时使用时能正常工作的概率。可用性向量A时由系统开始处于所有可能状态的概率组成,一般表达式为A=[a1,a2,…,ai,…,an],N种可能状态构成了样本空间。这里考虑两个有意义的状态:系统处于正常工作状态,系统处于故障状态。则系统可用性向量可表示为

其中,a1表示系统在开始执行任务时处于正常工作状态的概率;a2表示系统在开始执行任务时处于发生故障状态的概率,在可用性行向量中

式中,用平均故障间隔时间(Mean Time Between Failure,MTBF)来表征系统处于正常工作状态的数量特征,用平均修复时间(Mean Time To Restoration,MTTR)来表征系统处于故障状态的数量特征。

3.4 系统可信赖度矩阵D

可信度矩阵D是由各种状态变化为其他状态的概率组成,若系统开始执行任务时有中可能状态,则在执行过程中就会呈现出n×n种可能的转化状态,即

电子对抗系统设备在执行任务中可按“正常工作”和“发生故障”划分为两种状态,系统的可信度矩阵变为

式中,d11为开始执行任务时,设备处于工作状态,在任务完成后,设备能工作的概率;d12为开始执行任务时,设备处于工作状态,在完成任务后,设备处于故障状态的概率;d21为开始执行任务时,设备处于故障状态,在任务完成时,设备能工作的概率;d22为开始执行任务时,设备处于故障状态,在任务完成时,设备处于故障状态的概率。假设电子对抗设备在执行任务过程中不能修复,而系统的故障服从指数定律,则有

其中,λ为系统故障率;t为任务时间。

3.5 系统设备固有能力C

图4 设备固有能力指标体系

电子对抗系统设备[4]在执行任务过程中只有正常和故障两种模式[5],因此能力矩阵。在故障状态下,可以认为电子对抗设备不能工作,其系统能力为0(即c2=0),那么能力矩阵。在正常工作状态下,给定作战任务后,电子对抗系统设备完成任务目标的能力是侦察能力、干扰能力及防御能力的函数,能力结构层次如图3所示,其关系式可表示为[6]

式中,β1表示电子对抗系统设备的侦察能力;α1表示电子电子对抗系统设备的侦察能力的权系数;β2表示设备干扰能力;α2表示设备干扰能力的权系数;β3表示设备防御能力;α3表示设备防御能力的权系数。

β1、β2、β3分别为3项能力评估相对于综合能力指标的权系数,可采用层次分析法确定,其方法及步骤如下[7]:

(1)两两比较以构造判断矩阵对同一层次的n个元素关于上一层中某准则的重要性进行两两比较,其值可构造n×n的比较矩阵B=(aij)nn,其中aij是元素i与元素j相对该准则的1~9重要性比例标度,其值可由表1取得。

表1 判断矩阵标度及含义

(2)依据判断矩阵计算权重。由判断矩阵计算被比较元素对上一层某准则的相对权重有多种方法,文中采用根法,计算权重步骤如下:先计算判断矩阵B中每行元素的乘积Mi

列向量λ为λ=(λ1,λ2,…,λn)T,其元素即为该层次中各元素相对上层某准则权重。

(3)一致性检验。构造两两比较判断矩阵时,不可能做到一致性判断。为避免误差太大,需对判断矩阵进行一致性检验。先计算检验判断矩阵的一致性指标

式中,λmax为矩阵最大特征指标;n为矩阵阶数。再查找相应的平均随机一致性指标值,如表2所示。

表2 平均随机一致性指标

计算一致性比例:CR=CI/RI,当CR≤0.1时,矩阵不一致性可接受,否则,需对判断矩阵进行调整重新计算,直到满意的一致性为止,即可得到β1、β2和β3的值。一般情况下,α1、α2和α3三项系数可通过专家咨询、构造判断矩阵,求解矩阵最大特征根的方法求得,也可采用确定权重的最小二乘法等方法求得。

在K、Q和A、D、C分别确定后,通过公式E=K×(1-Q)×A×D×D,便可得到系统效能。可以看出式中的K、Q、A、D、C都是概率指标,因此最后计算出来的系统效能也是一个概率结果。

4 结束语

用改进的ADC模型对电子对抗系统作战进行了效能分析,该模型将人员因素和战场环境影响系数作为单独因素考虑,给出了电子对抗系统作战效能定量评估手段,为电子对抗系统设备的设计和发展起到了辅助决策作用,具有较强的使用性。

[1] 李昆,陈丽花,李学军.电子对抗系统作战效能评估研究[C].军事电子信息学术会议论文集,2006:1227-1230.

[2] 赵德才,汪路平,李骥,等.基于ADC模型对通信系统效能的评估方法[J].舰船电子工程,2009,29(6):96-98.

[3] 刘刚,叶广庆,汪民乐.攻防对抗环境下无人侦察机作战效能评估[J].战术导弹技术,2005(1):34-36.

[4] 刘琳,陈云翔.综合电子战系统作战效能评估[J].火力与指挥控制,2008,33(3):97-98,102.

[5] 魏继才,黄谦,胡晓峰.层次分析法在武器系统效能建模中的应用[J].火力与指挥控制,2007,27(3):23-28.

[6] 屈也频,廖英.海军飞机反舰作战能力评估方法研究[J].上海航天,2004(5):30-36,60.

[7] 王菊花,吴晓平,田树新,等.基于改进ADC模型的通信安全设备效能评估[J].火力与指挥控制,2008,28(4):144-146,188.

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