- 反輻射武器攻防對抗理論與試驗
- 周穎 甘德云 許寶民
- 4929字
- 2018-12-27 16:56:45
1.3 反輻射攻防對抗試驗與評估
1.3.1 電子信息裝備試驗與評估
電子信息裝備試驗與鑒定,主要是對被試電子信息裝備的性能和效能進行定量描述、測試和檢驗,以預測、評估其在完成作戰任務時的效果。試驗的目的是以客觀試驗結果為基礎,檢驗其性能是否達到規定的戰術技術指標要求,客觀嚴格地反映被試電子信息裝備的實際性能水平和質量狀況,對被試裝備進行全面、科學和正確的試驗結論和質量評價,為被試裝備的定型、生產和采購提供科學的依據;同時遵循“積極反饋”的方針,對被試裝備在試驗過程中暴露出來的問題,及時向研制單位進行技術反饋,并結合試驗戰情研究提出部隊作戰使用建議。
隨著戰場電磁環境的日益復雜,電子信息裝備作戰效能的發揮已經不簡單依賴于威力和精度指標,對于環境信號的適應能力也是決定其作戰效能的重要因素。與此相適應,電子信息裝備的鑒定評估已經由單純的威力、精度指標考核向復雜電磁環境下綜合作戰能力試驗與評估轉變。
下面從電子信息裝備的試驗和評估、靶場試驗中的不確定信息處理兩方面加以論述。
1.電子信息裝備的試驗和評估
由于試驗技術與評估方法對電子信息裝備發展的重要性,各軍事大國都積極開展相關的研究。美軍通過采用真實裝備、仿真模擬器、計算機仿真技術等構造逼真的戰場電磁環境,讓參演部隊在對抗的電磁環境下開展訓練,在真實演練中對武器系統性能進行評估。美國還建立了17個電子戰訓練靶場,讓部隊在這些電子戰靶場開展不同層次、不同規模的電子戰攻防演練。但是由于電子信息裝備試驗、訓練往往涉及新型電子信息裝備的性能指標和作戰想定,因此相關理論與技術是各國保密的重中之重,有關國外電子靶場試驗理論與技術的文獻十分有限,文獻也只是一般介紹,對具體的試驗開展方法、試驗環境產生方法、數據處理方法、裝備評估方法、裝備的仿真建模方法等關鍵試驗技術沒有進行詳細的論述。例如RTO(The Research and Technology Organization)作為北約組織的防御技術研究機構,其制定的Electronic Warfare Test and Evaluation
給出了電子信息裝備的測試評估的基本概念,介紹了北約組織電子信息裝備的試驗與評估過程及每一階段必須完成的主要工作,概念性地介紹了電子戰裝備各子系統進行地面試驗、建模與仿真試驗和飛行試驗的試驗與評估方法,強調了對電子戰裝備仿真建模在試驗與評估中的地位與作用。
經過多年的不斷摸索和實踐,國內電子信息裝備試驗評估技術取得了豐碩的成果,逐步形成了適合我國電子信息裝備特點的試驗評估理論。專著《電子裝備試驗概論》、《雷達對抗試驗替代等效推算原理與方法》
、《電子系統小子樣試驗理論與方法》
、《電子信息裝備試驗灰色系統理論運用技術》
等國防科研試驗工程技術系列教材就國內當前電子信息裝備試驗理論與方法進行了很好的概括和總結,一系列國軍標的制定為電子裝備的靶場試驗提供了標準和依據。
2.靶場試驗中的不確定信息處理
宇宙間的一切事物都在按照自身的客觀規律而存在和運動著,因此,對于純粹的客觀研究對象,無所謂確定和不確定。確定和不確定的對立,只有在研究對象與人發生關系的前提下,即只有在認識論范圍內才有意義。換句話說,并非是研究對象本身不確定,而是人們對于研究對象的認識不確定,即由于缺乏相關信息,所以在研究對象的某個方面的認識上沒有確定的把握。電子信息裝備的試驗,由于電磁環境的復雜性、電子系統噪聲、不同階段人和環境條件的不同等,造成多次試驗獲得的數據之間的差異,對數據處理后得到的估計值與實際值存在差異,這個差異也就反映了原始測試數據客觀地存在著不確定性。要想對武器裝備的效能進行合理評估,就需要對靶場試驗的不確定性(主要體現在試驗獲取的數據)進行處理。
對于試驗中不確定性的處理國內已經有很多研究成果,基于概率統計與假設檢驗方法、模糊理論
、灰色理論
和替代等效推算原理與方法
等得到了廣泛的應用。例如,文獻
提出的“雷達對抗試驗替代等效推算原理與方法”解決了很多電子信息裝備在試驗中缺少配試系統、難以與真實作戰對象進行對抗試驗的難題;文獻
認為隨著電子系統科技的進步和鑒定評估試驗事業的發展,傳統的經典統計方法有時對試驗結果的解釋與常識及人的直觀思維相矛盾,進而利用客觀存在的試驗前信息提出了基于Bayes理論的電子系統小子樣試驗理論與方法;文獻
將灰色系統理論應用到靶場試驗中,利用灰色處理方法解決靶場試驗中的不確定性問題。
1.3.2 反輻射武器試驗與評估
反輻射武器試驗隨著反輻射武器的誕生和發展幾乎從未間斷,尤其是為了應對復雜的戰場環境和目標雷達采取的對抗措施,反輻射武器不斷采用新技術應對這種威脅,也不斷進行著各種試驗。美國、俄羅斯等軍事強國對于新型反輻射武器的試驗更是頻繁。
美國雷聲公司網站于2006年8月21日報道:雷聲公司已經成功進行了具有更高制導精度的新型“哈姆”(HARM)高速反輻射導彈的飛行試驗。這種稱為“哈姆”摧毀敵防空攻擊模塊(HDAM)的新型反輻射導彈,在“哈姆”反輻射導彈的基礎上加裝了“慣性導航系統/全球定位系統”(INS/GPS),可大大提高導彈的攻擊效果,減小間接損傷和對友軍的威脅。
此次飛行試驗在美國加利福尼亞州中國湖試驗場進行。試驗中,HDAM先由F-16戰斗機發射,隨后位于預先編制的“導彈命中區域”之外的第一部目標雷達開機,由于該雷達不在攻擊允許區域之內,導彈未對其實施攻擊。HDAM繼續搜索目標,并在位于“導彈命中區域”之內的第二部雷達開機后立即將其鎖定,在確認該雷達位于“導彈命中區域”之內后,HDAM立即將其摧毀。試驗結果表明,加裝INS/GPS后“哈姆”反輻射導彈完全能自己根據預先編制的“導彈命中區域”來選擇攻擊目標,確保摧毀指定區域的既定目標。
高速反輻射導彈在2007年6月20日又進行了實彈試驗,同樣由F-16戰斗機發射,成功擊中兩部雷達中指定的一部。此次試驗證實了增加INS/GPS能力可以確保擊中確定目標。
據報道,2000年3月,美國海軍在加州中國湖海軍空戰中心武器部靶場,從F/A-18“大黃蜂”戰斗機上進行了“先進反輻射導彈”(AARGM,即AGM-88E)的首次自由飛行發射試驗。CVT21(1號控制試驗飛行器)按預編程進行了一系列機動飛行,并按彈上INS/GPS組件的信號截獲并命中一個模擬目標。據美國海軍稱,CTV21達到了所有試驗目的。為了檢驗AGM-88哈姆導彈彈體能否完成新的多模導引頭發出的末制導指令,CTV21完成了一系列包絡邊緣機動飛行,隨后又進行了CTV22的飛行試驗和在復雜場景下進行4次制導導彈的飛行試驗。
2007年5月25日,阿連特技術系統(ATK)公司和美國海軍在中國湖靶場利用F/A-18戰斗機試射了AGM-88E,此次試驗是AGM-88E系統研制與演示驗證階段的首次研制試驗。試驗中,導彈與飛機安全分離,在命中目標前進行了較長時間的巡航,并通過制導系統直接命中目標。試驗驗證了AGM-88E與F/A-18集成的有效性,AARGM對時間敏感目標的遠程、超聲速、GPS精確打擊能力,AGM-88E與ATK公司通用彈藥嵌入式試驗/重編程設備(CMBRE)、聯合任務規劃系統的兼容性,以及AGM-88E與F/A-18C/D軟件設置的兼容性,并成功將AGM-88E的軟、硬件與原來的AGM-88高速反輻射導彈部件相集成。
2008年8月3日,ATK公司、美海軍及意大利空軍在美海軍中國湖靶場再次進行了AGM-88E先進反輻射導彈的飛行試驗。該試驗是該導彈2次作戰鑒定試驗的首次。試驗中,AGM-88E導彈從一架F/A-18D戰斗機上發射。根據真實的作戰想法,驗證了該導彈在復雜環境下識別防空系統目標以及準確命中的能力。
2009年4月13日,ATK公司、美國海軍及意大利空軍在中國湖靶場再次成功試射了一枚AGM-88E先進反輻射導彈。此次試驗中,先進反輻射導彈在事先布置好的用來測試該導彈性能的戰場環境中從F/A-18C戰斗機上投放。試驗測試的能力有識別、定位、跟蹤多個雷達信號發射源目標以及對這些目標進行優先級排序的能力。在飛行過程中,該導彈成功識別出一個突然出現的重要輻射源目標,并將其與其他多個次要目標區分開,然后轉換制導方式。
試驗人員隨后將雷達輻射源關機,以此來檢驗導彈特有的克服輻射源關機問題的能力。在輻射源關機之后,先進反輻射導彈利用INS/GPS導航系統繼續飛向首要目標所處的位置。在末段飛行階段,該導彈利用毫米波雷達定位并導引到剛剛識別出的目標上。在導彈飛行的最后幾秒,先進反輻射導彈發出一份“武器撞擊評估信息”消息,以此方式報告該武器的相關信息,為“戰斗損傷評估”提供支持。發送消息后,該導彈直接撞上目標。算上此次成功試射,先進反輻射導彈已經在研制過程中連續12次成功進行了實彈試驗。此外,在其他眾多的試驗中,該導彈也充分演示了該系統的成熟性和可靠性,以及打擊多種目標的能力。
英國《簡氏防務周刊》于2006年4月12日報道,俄羅斯在阿赫圖賓斯克武器試驗中心進行Kh-31PMK高速反輻射導彈的作戰鑒定試驗。Kh-31PMK是在Kh-31P(又稱AS-17“氫”)高速反輻射導彈基礎上研制的一種新型導彈。Kh-31PMK的主彈體加長,因此長度大于Kh-31P,射程已增大至200km。俄羅斯采用了多種方法提高Kh-31PMK導彈沖壓噴氣發動機的性能,其中最重要的就是增大導彈的長度從而能加注更多的燃料。此外,Kh-31PMK導彈的軟件也進行了改進,以更有效地利用彈道從而達到增大射程的目的。與Kh-31P導彈配用3枚導引頭(每枚導引頭覆蓋不同的頻段以對付特定的北約雷達和導彈系統)不同,Kh-31PMK很可能配備了俄羅斯新研制的L-130寬波段導引頭,一個導引頭覆蓋了原來3枚導引頭的工作頻段。
1.3.3 反輻射武器攻防對抗效果與效能評估
為有效評估反輻射武器攻防對抗效果和作戰效能,國內外在多個層次開展了相關研究。分析導彈的效能時通常采用的方法有如下幾種:
(1)加權綜合評定法。這種方法簡單,對于那些難以定量地衡量影響導彈作戰效能的因素處理起來比較方便。其缺點是要依賴的經驗因素太多,得到的效能數值受主觀因素的影響,可信性不高。
(2)試驗統計法。它的特點是依據實戰經驗獲得大量統計資料,得到的數據比較可靠。但是這種方法周期長,而且耗費人力和物力,另外還需要大量的靶彈作為試驗基礎,因此在型號預研和導彈設計初期無法用此方法進行評估。
(3)解析評定法。它通過建立各個參數和效能之間定量的數學關系,分析各個因素對于武器效能的影響。其缺點是建立這樣的數學表達式很困難。
(4)仿真評估法。它依靠建立武器系統的相關模型和評估指標體系,利用仿真手段進行武器效能評估,優點是局限性小,缺點在于評估的準確度與模型的準確性密切相關,相關模型校驗的工作很重要。
邢尚平等在文獻中,提出通過計算機仿真、加載模擬試驗、實彈不打靶、實彈打靶四個過程開展反輻射導彈效能評估試驗,并對相應的對抗環境進行分級,以反輻射導彈單發殺傷概率作為評估反輻射導彈效能的評定指標,為反輻射武器的靶場試驗評估提出了一個思路。裴云在文獻
中給出了基于WSEIAC模型建立的反輻射武器效能評估方法,給出了信息系統效能可用度、系統能力和效能公式。馬東力在文獻
中分析了在飛機突防時,利用反輻射導彈對抗防空系統的作戰效能,從利用反輻射武器帶來的飛機突防損失比的角度對反輻射武器的作戰效能進行評估。
文獻使用HLA標準和Vega軟件實現了“基于HLA的作戰環境仿真系統”,并應用WSEIAC武器系統效能評估原理,對仿真作戰環境中無人機攻擊雷達的作戰效果進行了分析和評估。文獻
首先對導引頭跟蹤雷達信號的過程進行了仿真,通過計算得到了影響導彈命中概率的主要因素。
文獻首先建立ARM運動的數學模型,重點介紹了應用卡爾曼濾波器估計雷達位置坐標的方法;以某型ARM為背景,采用經典氣動估算理論,對ARM的氣動參數進行了估算;研究雷達關機與間歇輻射對抗ARM的效能,以ARM的運動數學模型和氣動參數為基礎,編制仿真程序對ARM的運動過程進行數學仿真;確定了雷達關機時刻與間歇輻射狀態對命中概率的影響,并計算不同間歇輻射狀態下ARM偵察系統的平均偵察時間。
文獻以美國工業界武器系統效能咨詢委員會系統效能評估為基礎,結合地-地反輻射導彈系統的特點,建立了評估地-地反輻射導彈作戰效能的方法,對影響效能的主要性能參數(如可靠性、突防能力、末制導雷達)的捕捉和發現概率、命中精度、戰斗部毀傷能力等都進行了分析。
文獻給出了空面反輻射導彈武器系統效能計算公式,討論了雷達對抗措施對反輻射導彈作戰效能的影響;著重分析了雷達采用反偵察技術、對反輻射導彈的告警和干擾技術、雙基地雷達技術及火力對抗措施對反輻射導彈的截獲、命中、生存概率和作戰效能的影響。
資料詳細深入地探討了組網雷達抗ARM能力評估指標及模型,建立了組網雷達抗ARM能力(AAC)、角閃爍干擾對ARM產生的定向偏差、組網雷達遭單發ARM攻擊后的生存概率、ARM連續攻擊摧毀整個組網雷達耗費的導彈數目等多個效能評估指標,并且進行了相關仿真評估工作。