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作戰能力評估系統

綜合航空武器平臺作戰效能評估

2018-08-08 10:47      點擊:
高作戰效能的航空武器裝備在現代高技術戰爭中起著決定性作用. 給出了綜合航空武器平臺的廣義和狹義定義 ,概述了國內外作戰效能研究情況 ,重點介紹了幾種典型的航空武器系統作戰效能分析方法 ,并討論了各自的特點. 提出了綜合航空武器平臺作戰效能評估的一些關鍵研究方向 ,如綜合航空電子 、電子攻擊 、體系對抗和對地攻擊等. 最后展望了該研究領域的發展動向。
航空武器平臺是航空器和機載武器系統的總和 ,是空軍戰斗力的物質基礎. 在現代高技術戰爭條件下 ,奪取制空權仍是達成作戰任務的前提。航空武器平臺作戰效能的分析、評估與研究 ,有助于軍事部門制訂作戰飛機的長期發展規劃、促進武器系統的配套協調發展、充分發揮現役武器裝備的作戰能力和作戰潛力、提出新型合理可行的戰術技術指標、確定武器裝備體制和結構配置并做出軍事行動決策. 另一方面 ,就新形式下的高技術局部戰爭而言 ,武器裝備優劣對戰爭結局的影響和作用明顯增大. 如果交戰雙方的主戰武器相差不到一代 ,數量在一定程度上可以彌補質量的上差距,武器系統作戰效能分析為裝備處于劣勢一方確立靈活的戰略戰術、實行正確的戰爭指導、優化部署現有兵力以爭取戰爭的勝利提供理論支持 .本文在說明綜合航空武器平臺及作戰效能概念的基礎上 ,介紹其作戰效能的評估方法 ,并提出一些關鍵研究方向和展望本領域的發展動向.
1 綜合航空武器平臺與作戰效能
廣義上講 ,航空武器平臺應包含航空器 (載機) 和機載武器系統兩大部分. 整個武器系統效能取決于航空器性能和機載武器系統的完善程度.隨著電子技術的發展 ,第四代戰斗機已配置綜合航空電子系統. 它是一個采用分布式計算機結構 ,通過多路傳輸數據總線把多種機載分系統交聯在一起的綜合體 ,用以實現信息的測量、采集、傳輸、處理、監控和顯示等功能 ,并完成飛行控制、發動機控制、導航、導引、性能管理和火力控制等任務. 第四代戰斗機的空對空武器以導彈為主 ,機炮用于自衛. 超視距空戰使用射程達 80~150km的發射后不管導彈 ,可以對付以 9~12g 過載機動飛行的目標. 空對地武器強調使用高精度武器、火力圈外遠程發射武器和反輻射導彈. 從越南戰爭到海灣戰爭以及科索沃戰爭的大量事實證明:在發揮航空武器裝備的綜合效能時 ,機載武器和
航空電子系統起著決定性的作用. 戰斗機改進設計的焦點一般也集中在這兩個方面. 因此 ,一般也把航空武器和彈藥、航空火力控制系統和與其相關的綜合航空電子系統的組合狹義地稱為綜合航空武器平臺.武器系統的作戰效能是一個內涵豐富、包容性高的概念. 作戰效能的一個定義是 :在預期或規定的作戰使用環境以及所考慮的組織、戰略、戰
術、生存能力和威脅等條件下 ,由有代表性的人員使用該裝備完成規定任務的能力. 武器系統的效能有單項、系統和作戰效能之分. 其中作戰效能可以包容單項效能和系統效能. 因而 ,作戰效能指標也是多種多樣的 ,根據所研究對象的具體情況 ,可以選擇不同的效能指標. 由于作戰情況的復雜性和作戰任務要求的多重性 ,有時需要用一組效能指標對作戰效能進行評價.從系統的觀點看 ,無論是作戰行動效能或是武器系統的效能 ,都不過是一個復雜戰爭系統中不同層次子系統的效能. 系統的層次結構決定了不同層次之間子系統效能參數的相互聯系. 如果把廣義的航空武器平臺定為武器系統層次 ,那么綜合航空武器平臺是其中幾個子系統的組合.由于層次結構中上層的效能高度依賴于下層的效能 ,所以綜合航空武器平臺作戰效能的研究將是作戰飛機系統作戰效能分析的重要基礎.作戰效能評估方法是多種多樣的 ,歸結起來主要有解析法、統計法和作戰仿真方法 3 類 ,其中作戰仿真是最為有效的一種手段. 許多數學分析方法 ,如模糊理論、概率統計和軍事運籌理論等 ,在作戰效能評估中發揮著重要作用. 根據評估目的的不同 ,在選用評估方法和選取效能指標方面是有所差異的. 本文主要針對具體的對象 ,綜述國內外典型作戰效能評估方法 ,然后給出自己的看法.
2 典型作戰效能評估模型
2. 1 研究動態
專門的作戰效能分析研究始于二戰以后. 20世紀 60 年代初期 ,美國和前蘇聯相繼成立了專門的研究機構對武器系統的作戰效能進行分析 ,取得了眾多研究成果. 國內軍地多家科研機構成立了專門的作戰效能研究部門 ,為航空武器的效能評估開展了卓有成效的工作 .國外大型軍用飛機工業公司與軍方 ,從不同的要求和目的出發 ,都無例外地研究空戰模擬. 電子對抗對航空武器作戰效能的影響是一個研究熱點. 在進行整機作戰效能研究的同時 ,國外一些機構也在對飛機的子系統效能進行分析. 商用機器公司早在 20 世紀 60 年代就對航空電
子系統效能進行研究. 美國空軍萊特實驗室在綜合航空電子系統效能方面做了大量工作 ,他們提出了航空電子系統對戰斗機作戰效能貢獻的評價技 術 , 研 究 了 通 訊 系 統 共 享 平 臺 的 保 障 問
題. 洛克西德·馬丁航空系統公司探討了精確空投的生存力和任務效能的關系. 英國克蘭菲德大學航空學院探討了飛機概念設計中航空電子可靠性提升的建模問題. 以色列飛機工業公
司在航空電子的改裝方面做了大量的工作 ,他們對航空電子系統以及傳感數據融合問題等進行了研究. 美國陸軍彈藥研發工程中心和 GNC 公司一起對火力控制系統的結構和分析方法進行了研究. 國內對機載軟件系統作戰效能的數學分析還不多見 ,除進行實驗模擬外 ,還處于搜集、吸收和學習外資料和技術階段.
2. 2 通用評估方法
WSEIAC 模型 美國工業界武器系統效能咨詢委員會 (WSEIAC) 于 20 世紀 60 年代為美國空軍擬定的系統效能指標計算模型 ,它規定系統效能是武器系統可用度、任務可信度和作戰能力的函數.WSEIAC 模型實際是武器系統作戰效能的一個數學定義 ,它奠定了當今武器系統作戰效能研究的理論基礎. 該模型頻繁出現在許多與作戰效能有關的著作和文獻中. 一般說來 ,對于綜合航空
武器平臺這樣復雜的系統 , 直接用此模型進行作戰效能評估具有相當大的難度對數模型是迄今為止國內提出的作戰效能模型中對飛機各分系統 (包括了機載武器系統 ,航空電子系統和火力控制系統) 效能指數描述最全面的一種方法 , 具有操作性強、實用性好等特點. 得到了軍方和航空工業部門的廣泛認可和引用. 不足之處是對某些飛機子系統能力的指數評估過于簡化.專家打分模型“層次分析法”是 20 世紀70 年代中期 Saaty T L 提出的 ,是用于處理專家意見的值得推薦的方法 ,在規劃、政策分析和方案評價方面有廣泛的應用. 該方法的主要的特點是把復雜的問題分解為若干個組成因素 , 將這些因素按從屬關系分為層次結構. 專家評比時只需要對各因素進行兩兩比較 , 確定同一層次中諸因素的相對重要性 ,然后綜合專家的判斷決定各因素相
對重要的順序. 用“層次分析法”進行作戰能力評估時必須進行一致性檢驗.“層次分析法” 是一個十分有效的作戰效能評估方法 ,特別在對多個武器系統效能進行對比時. 當找不到其它適合的方法 , 就可用“層次分析法”來解決. 該方法體現的是專家意見 , 客觀性差
一些.
2. 3 綜合航空電子系統效能的評估模型
航空電子系統效能模型由商用機
器公司 ( IBM) 提出. 考察一個典型戰術任務的以
下階段 :階段 I :起飛 ,階段 II :突防 ,階段 III :武器投射 (打擊) ,階段 IV :返回基地 ,階段 V :著陸. 該模型是對航空電子系統效能分析使用的方法之一 ,是從系統效能定義發展而來的計算
方法 ,操作性稍差.火控系統目標跟蹤分析模型美國陸軍彈藥研發與工程中心與 GNC 公司建立了目標跟蹤的分析模型. 火控系統主要包含兩個功能模塊 ,平臺 / 目標狀態預測與彈道計算. 平臺 / 目標狀態預測采用擴展的 Kalman 濾波技術 ,根據預測的狀態和觀測到的環境條件進行彈道計算. 工大學符意德等提出了用 Petri 網分析與綜合指揮控制系統的方法. 其思路是把指揮控制系統組織的處理過程劃分為初始化處理 、數據融合、中間處理、結果融合和終處理等階段. 在初始化處理階段 ,通過傳感器收集環境信息 ,并形成假設 ,即對環境態勢進行估計 ;數據融合階段 ,對多個初始化處理階段的結果進行融合 ,形成所監測區域的綜合態勢估計 ,在中間處理階段 ,對數據融合階段的結果進行處理 ,形成火力分配方案 ;結果融合階段 ,對多個中間處理階段的結果進行融合 ,形成作戰方案 ;在處理階段 ,選擇一個作戰方案 ,并輸出指揮. 該方法可以計算指揮控制系統的精確度、響應時間和吞吐率等性能參數.
3 關鍵研究領域
3. 1 綜合航空電子系統效能評估
航空電子系統是現代軍用飛機提高作戰效能的重要手段以及改進舊武器平臺的主要內容. 作為航空武器平臺的重要子系統 , 綜合航空電子系統具有以下結構特征 :各子系統由數據總線連接 ,信息顯示通過平顯、下顯和 (或) 頭盔瞄準器完成 ,人機對話由雙桿控制、綜合控制板、預編程及語音控制等實現 , 高的系統可靠性、可維護性 , 資源共享和抗電子干擾能力. 軟件是綜合航空電子系統的核心.跟機載武器系統不同 ,綜合航空電子系統效能的評估是非常復雜的. 第四代戰斗機 ( F-22) 以及聯合攻擊戰斗機 (JSF) 的綜合航空電子效能是通過飛行實驗室測定的,以色列飛機工業公司也有類似的飛行實驗室完成航空電子的效能評估. 可靠度是綜合航空電子系統支持軟件的效能指標 ,軟件可靠性評估受到廣泛重視 ,并已在理論研究和實驗研究方面取得了進展. 人機接口的效能評估也是一個較大的挑戰.綜合航空電子系統效能的評估主要采取兩種方式進行 ,一是通過實驗數據用概率法結合專家意見得到效能指標 ,再就是用系統動力學理論對其中的關鍵子系統數學建模 ,然后進行求解.
3. 2 電子戰與空中指揮控制系統效能評估
電子戰或電子攻擊是增強航空武器平臺生存力的重要手段. 多年來很多人致力于這方面的研究 ,今后仍將向研究深度方向發展.
傳統的空中指揮控制通過空中專用指揮控制平臺 (預警機) 來完成 ,其效能評估除前面提到的Petri 網方法外 ,還可以用控制理論中的閉環控制來進行. 這方面已有一些研究成果,但仍是很有發展潛力和難度較大的研究方向.隨著雷達技術和數據融合技術的發展 ,第四代戰斗機上裝備了內部飛行數據鏈系統 ,通過這個系統 ,在編隊出擊時 ,長機和僚機可以不用無線
電通訊就能交換戰情數據來建立戰術 ,射擊表也可由數據鏈分發給僚機. 這樣由個別雷達開機搜集敵機數據 ,與其他飛機共享 ,能做到協調攻擊 ,不僅實現了傳統空中指揮飛機的部分工作 ,而且可以保持無線電靜默,極大地降低了機群的敏感性. 因而雷達數據共享對機群作戰效能的影響無疑將成為一個研究熱點.
3. 3 單機對抗到體系對抗效能評估
航空武器裝備級的作戰效能評估有單機、多機和體系對抗 3 個層次. 一對一對抗分析是作戰效能分析的基礎 ,主要考慮武器平臺的性能和設計特征 ,是工業部門型號發展和軍方裝備論證的主要依據和工作內容. 多機交戰效能研究是在單機對抗基礎上 ,考慮戰術運用和指揮通訊控制等因素 ,進行集成軍力評估 ,為軍方作戰訓練和行動決策提供支持. 體系對抗是作戰效能分析的最高層次 ,對空軍武器裝備體制制訂和結構配置有重要意義.發達國家航空武器作戰效能分析比較成熟 ,重點已轉移到體系對抗層次. 我國在積極的領空防御戰略的指導下 ,在完善一對一空戰作戰效能評估時 ,將重點考慮超視距攻擊 ,電子對抗和空中指揮控制的影響 ,然后逐步開展多機和體系對抗的研究工作. 體系對抗分析涉及不同類型武器的集成使用 ,戰場想定應該著眼于戰役級別. 文獻在空戰武器系統體系對抗分析方面進行了有益的探討.
3. 4 對地攻擊效能評估
航空武器平臺的主要任務有戰斗空中巡邏、護航、攔截、敵防空壓制、遮斷、制海和近距空中巡邏. 其中遮斷任務是攻擊戰場縱深地面目標 ,阻止敵人在規定區域內的軍事活動或通過摧毀高價值
目標來削弱敵人的戰爭能力. 遮斷戰術行動包括突防、精確導航以躲避威脅 ,必要時實施電子攻擊 ,然后發現、瞄準并攻擊地面目標. 遮斷的一種變型是所謂“外科手術式”打擊 ,這類打擊采用突襲方式 ,在一次攻擊中實現規定的目標.對地攻擊的戰斗環境越來越嚴峻 ,作戰飛機完成攻擊任務除與空中截擊飛機、地空導彈和防
空高炮等常規武器遭遇外 ,還可能受到生化、激光、高能和核武器的威脅. 防御戰略目標的中高空地空導彈的有效射程一般遠大于攻擊飛機的武器投射距離 ,飛機必須突破地空導彈防御圈才能對
目標實施有效攻擊. 作戰飛機對地攻擊效能分析非常復雜 ,它涉及飛機的可用性 ,飛行能力和操縱
品質 ,目標捕獲能力 ,攜載武器類型、效能和數量 ,指揮、控制、通訊和其他支持系統 ,飛機信號特征和所采用的對抗措施 ,使用的戰術和地形、氣候條件以及飛機的易損性等. 文獻對作戰飛機和攻擊直升機的對地攻擊效能進行了研究.

4 研究前瞻
1) 作為航空火力控制系統的關鍵部件 ,機載火控雷達對航空武器平臺的對空和對地作戰效能均有重大影響. 在第四代戰斗機上 ,通過有源陣列技術、低噪聲接收單元、高密度包裝和先進模態開發 ,實現了雷達在性能 ,可靠性和低可觀測性方面的大大提升 ,雷達的功能有很大增強. 因此 ,研究先進雷達的設計特征、系統性能、功能模態從而分析雷達對航空武器平臺作戰效能的影響 ,對單機作戰效能評估有重大意義.
2) 航空火控系統的終目的是引導機載武器彈藥的戰斗部精確地作用到目標的有效毀傷區 ,對戰斗部的打擊精度起著關鍵作用 ,因而在對火控雷達進行研究的基礎上 ,研究典型先進航空火控系統的系統構成、結構特征 ,構建描述火控系統動態的動力學方程 ,最后給出火控系統的效能指標是一項艱巨而有益的工作.
3) 綜合航空電子系統自動化了許多在第三代戰斗機上要由飛行員動手完成的工作 ,不僅為飛行員提供及時的戰情感知 ,而且極大地減輕了飛行員的飛行負荷 ,拓展了人機一體化系統的作戰
效能 因此綜合航空電子系統效能的研究一直受到關注并將繼續成為研究熱點.) 航空武器平臺對目標的毀傷終由機載武器彈藥來完成. 因此 ,研究新一代機載武器的先進性和物理特性 ,如先進中遠距空空導彈和對地精確打擊武器,分析其作戰能力是評估整個武器平臺作戰效能的基礎.
5) 在以上研究的基礎上完善單機作戰效能評估 ,進而開展多機對抗和體系對抗效能分析仍然是航空武器平臺作戰效能研究的主要內容. 由于對地攻擊作戰的復雜性 ,對地作戰效能評估將受
到特別關注. 界面友好和可視化程度高的作戰評估應用軟件的開發有著廣闊的發展空間.




 

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