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联系方式 综合航空武器平台作战效能评估
2018-08-08 10:47 点击：
航空武器平台是航空器和机载武器系统的总和 ,是空军战斗力的物质基础. 在现代高技术战争条件下 ,夺取制空权仍是达成作战任务的前提。航空武器平台作战效能的分析、评估与研究 ,有助于军事部门制订作战飞机的长期发展规划、促进武器系统的配套协调发展、充分发挥现役武器装备的作战能力和作战潜力、提出新型合理可行的战术技术指标、确定武器装备体制和结构配置并做出军事行动决策. 另一方面 ,就新形式下的高技术局部战争而言 ,武器装备优劣对战争结局的影响和作用明显增大. 如果交战双方的主战武器相差不到一代 ,数量在一定程度上可以弥补质量的上差距,武器系统作战效能分析为装备处于劣势一方确立灵活的战略战术、实行正确的战争指导、优化部署现有兵力以争取战争的胜利提供理论支持 .本文在说明综合航空武器平台及作战效能概念的基础上 ,介绍其作战效能的评估方法 ,并提出一些关键研究方向和展望本领域的发展动向.
1 综合航空武器平台与作战效能
广义上讲 ,航空武器平台应包含航空器 (载机) 和机载武器系统两大部分. 整个武器系统效能取决于航空器性能和机载武器系统的完善程度.随着电子技术的发展 ,第四代战斗机已配置综合航空电子系统. 它是一个采用分布式计算机结构 ,通过多路传输数据总线把多种机载分系统交联在一起的综合体 ,用以实现信息的测量、采集、传输、处理、监控和显示等功能 ,并完成飞行控制、发动机控制、导航、导引、性能管理和火力控制等任务. 第四代战斗机的空对空武器以导弹为主 ,机炮用于自卫. 超视距空战使用射程达 80～150km的发射后不管导弹 ,可以对付以 9～12g 过载机动飞行的目标. 空对地武器强调使用高精度武器、火力圈外远程发射武器和反辐射导弹. 从越南战争到海湾战争以及科索沃战争的大量事实证明:在发挥航空武器装备的综合效能时 ,机载武器和
航空电子系统起着决定性的作用. 战斗机改进设计的焦点一般也集中在这两个方面. 因此 ,一般也把航空武器和弹药、航空火力控制系统和与其相关的综合航空电子系统的组合狭义地称为综合航空武器平台.武器系统的作战效能是一个内涵丰富、包容性高的概念. 作战效能的一个定义是 :在预期或规定的作战使用环境以及所考虑的组织、战略、战
术、生存能力和威胁等条件下 ,由有代表性的人员使用该装备完成规定任务的能力. 武器系统的效能有单项、系统和作战效能之分. 其中作战效能可以包容单项效能和系统效能. 因而 ,作战效能指标也是多种多样的 ,根据所研究对象的具体情况 ,可以选择不同的效能指标. 由于作战情况的复杂性和作战任务要求的多重性 ,有时需要用一组效能指标对作战效能进行评价.从系统的观点看 ,无论是作战行动效能或是武器系统的效能 ,都不过是一个复杂战争系统中不同层次子系统的效能. 系统的层次结构决定了不同层次之间子系统效能参数的相互联系. 如果把广义的航空武器平台定为武器系统层次 ,那么综合航空武器平台是其中几个子系统的组合.由于层次结构中上层的效能高度依赖于下层的效能 ,所以综合航空武器平台作战效能的研究将是作战飞机系统作战效能分析的重要基础.作战效能评估方法是多种多样的 ,归结起来主要有解析法、统计法和作战仿真方法 3 类 ,其中作战仿真是最为有效的一种手段. 许多数学分析方法 ,如模糊理论、概率统计和军事运筹理论等 ,在作战效能评估中发挥着重要作用. 根据评估目的的不同 ,在选用评估方法和选取效能指标方面是有所差异的. 本文主要针对具体的对象 ,综述国内外典型作战效能评估方法 ,然后给出自己的看法.
2 典型作战效能评估模型
2. 1 研究动态
专门的作战效能分析研究始于二战以后. 20世纪 60 年代初期 ,美国和前苏联相继成立了专门的研究机构对武器系统的作战效能进行分析 ,取得了众多研究成果. 国内军地多家科研机构成立了专门的作战效能研究部门 ,为航空武器的效能评估开展了卓有成效的工作 .国外大型军用飞机工业公司与军方 ,从不同的要求和目的出发 ,都无例外地研究空战模拟. 电子对抗对航空武器作战效能的影响是一个研究热点. 在进行整机作战效能研究的同时 ,国外一些机构也在对飞机的子系统效能进行分析. 商用机器公司早在 20 世纪 60 年代就对航空电
子系统效能进行研究. 美国空军莱特实验室在综合航空电子系统效能方面做了大量工作 ,他们提出了航空电子系统对战斗机作战效能贡献的评价技 术 , 研 究 了 通 讯 系 统 共 享 平 台 的 保 障 问
题. 洛克西德·马丁航空系统公司探讨了精确空投的生存力和任务效能的关系. 英国克兰菲德大学航空学院探讨了飞机概念设计中航空电子可靠性提升的建模问题. 以色列飞机工业公
司在航空电子的改装方面做了大量的工作 ,他们对航空电子系统以及传感数据融合问题等进行了研究. 美国陆军弹药研发工程中心和 GNC 公司一起对火力控制系统的结构和分析方法进行了研究. 国内对机载软件系统作战效能的数学分析还不多见 ,除进行实验模拟外 ,还处于搜集、吸收和学习外资料和技术阶段.
2. 2 通用评估方法
WSEIAC 模型 美国工业界武器系统效能咨询委员会 (WSEIAC) 于 20 世纪 60 年代为美国空军拟定的系统效能指标计算模型 ,它规定系统效能是武器系统可用度、任务可信度和作战能力的函数.WSEIAC 模型实际是武器系统作战效能的一个数学定义 ,它奠定了当今武器系统作战效能研究的理论基础. 该模型频繁出现在许多与作战效能有关的著作和文献中. 一般说来 ,对于综合航空
武器平台这样复杂的系统 , 直接用此模型进行作战效能评估具有相当大的难度对数模型是迄今为止国内提出的作战效能模型中对飞机各分系统 (包括了机载武器系统 ,航空电子系统和火力控制系统) 效能指数描述最全面的一种方法 , 具有操作性强、实用性好等特点. 得到了军方和航空工业部门的广泛认可和引用. 不足之处是对某些飞机子系统能力的指数评估过于简化.专家打分模型“层次分析法”是 20 世纪70 年代中期 Saaty T L 提出的 ,是用于处理专家意见的值得推荐的方法 ,在规划、政策分析和方案评价方面有广泛的应用. 该方法的主要的特点是把复杂的问题分解为若干个组成因素 , 将这些因素按从属关系分为层次结构. 专家评比时只需要对各因素进行两两比较 , 确定同一层次中诸因素的相对重要性 ,然后综合专家的判断决定各因素相
对重要的顺序. 用“层次分析法”进行作战能力评估时必须进行一致性检验.“层次分析法” 是一个十分有效的作战效能评估方法 ,特别在对多个武器系统效能进行对比时. 当找不到其它适合的方法 , 就可用“层次分析法”来解决. 该方法体现的是专家意见 , 客观性差
一些.
2. 3 综合航空电子系统效能的评估模型
航空电子系统效能模型由商用机
器公司 ( IBM) 提出. 考察一个典型战术任务的以
下阶段 :阶段 I :起飞 ,阶段 II :突防 ,阶段 III :武器投射 (打击) ,阶段 IV :返回基地 ,阶段 V :着陆. 该模型是对航空电子系统效能分析使用的方法之一 ,是从系统效能定义发展而来的计算
方法 ,操作性稍差.火控系统目标跟踪分析模型美国陆军弹药研发与工程中心与 GNC 公司建立了目标跟踪的分析模型. 火控系统主要包含两个功能模块 ,平台 / 目标状态预测与弹道计算. 平台 / 目标状态预测采用扩展的 Kalman 滤波技术 ,根据预测的状态和观测到的环境条件进行弹道计算. 工大学符意德等提出了用 Petri 网分析与综合指挥控制系统的方法. 其思路是把指挥控制系统组织的处理过程划分为初始化处理 、数据融合、中间处理、结果融合和终处理等阶段. 在初始化处理阶段 ,通过传感器收集环境信息 ,并形成假设 ,即对环境态势进行估计 ;数据融合阶段 ,对多个初始化处理阶段的结果进行融合 ,形成所监测区域的综合态势估计 ,在中间处理阶段 ,对数据融合阶段的结果进行处理 ,形成火力分配方案 ;结果融合阶段 ,对多个中间处理阶段的结果进行融合 ,形成作战方案 ;在处理阶段 ,选择一个作战方案 ,并输出指挥. 该方法可以计算指挥控制系统的精确度、响应时间和吞吐率等性能参数.
3 关键研究领域
3. 1 综合航空电子系统效能评估
航空电子系统是现代军用飞机提高作战效能的重要手段以及改进旧武器平台的主要内容. 作为航空武器平台的重要子系统 , 综合航空电子系统具有以下结构特征 :各子系统由数据总线连接 ,信息显示通过平显、下显和 (或) 头盔瞄准器完成 ,人机对话由双杆控制、综合控制板、预编程及语音控制等实现 , 高的系统可靠性、可维护性 , 资源共享和抗电子干扰能力. 软件是综合航空电子系统的核心.跟机载武器系统不同 ,综合航空电子系统效能的评估是非常复杂的. 第四代战斗机 ( F-22) 以及联合攻击战斗机 (JSF) 的综合航空电子效能是通过飞行实验室测定的,以色列飞机工业公司也有类似的飞行实验室完成航空电子的效能评估. 可靠度是综合航空电子系统支持软件的效能指标 ,软件可靠性评估受到广泛重视 ,并已在理论研究和实验研究方面取得了进展. 人机接口的效能评估也是一个较大的挑战.综合航空电子系统效能的评估主要采取两种方式进行 ,一是通过实验数据用概率法结合专家意见得到效能指标 ,再就是用系统动力学理论对其中的关键子系统数学建模 ,然后进行求解.
3. 2 电子战与空中指挥控制系统效能评估
电子战或电子攻击是增强航空武器平台生存力的重要手段. 多年来很多人致力于这方面的研究 ,今后仍将向研究深度方向发展.
传统的空中指挥控制通过空中专用指挥控制平台 (预警机) 来完成 ,其效能评估除前面提到的Petri 网方法外 ,还可以用控制理论中的闭环控制来进行. 这方面已有一些研究成果,但仍是很有发展潜力和难度较大的研究方向.随着雷达技术和数据融合技术的发展 ,第四代战斗机上装备了内部飞行数据链系统 ,通过这个系统 ,在编队出击时 ,长机和僚机可以不用无线
电通讯就能交换战情数据来建立战术 ,射击表也可由数据链分发给僚机. 这样由个别雷达开机搜集敌机数据 ,与其他飞机共享 ,能做到协调攻击 ,不仅实现了传统空中指挥飞机的部分工作 ,而且可以保持无线电静默,极大地降低了机群的敏感性. 因而雷达数据共享对机群作战效能的影响无疑将成为一个研究热点.
3. 3 单机对抗到体系对抗效能评估
航空武器装备级的作战效能评估有单机、多机和体系对抗 3 个层次. 一对一对抗分析是作战效能分析的基础 ,主要考虑武器平台的性能和设计特征 ,是工业部门型号发展和军方装备论证的主要依据和工作内容. 多机交战效能研究是在单机对抗基础上 ,考虑战术运用和指挥通讯控制等因素 ,进行集成军力评估 ,为军方作战训练和行动决策提供支持. 体系对抗是作战效能分析的最高层次 ,对空军武器装备体制制订和结构配置有重要意义.发达国家航空武器作战效能分析比较成熟 ,重点已转移到体系对抗层次. 我国在积极的领空防御战略的指导下 ,在完善一对一空战作战效能评估时 ,将重点考虑超视距攻击 ,电子对抗和空中指挥控制的影响 ,然后逐步开展多机和体系对抗的研究工作. 体系对抗分析涉及不同类型武器的集成使用 ,战场想定应该着眼于战役级别. 文献在空战武器系统体系对抗分析方面进行了有益的探讨.
3. 4 对地攻击效能评估
航空武器平台的主要任务有战斗空中巡逻、护航、拦截、敌防空压制、遮断、制海和近距空中巡逻. 其中遮断任务是攻击战场纵深地面目标 ,阻止敌人在规定区域内的军事活动或通过摧毁高价值
目标来削弱敌人的战争能力. 遮断战术行动包括突防、精确导航以躲避威胁 ,必要时实施电子攻击 ,然后发现、瞄准并攻击地面目标. 遮断的一种变型是所谓“外科手术式”打击 ,这类打击采用突袭方式 ,在一次攻击中实现规定的目标.对地攻击的战斗环境越来越严峻 ,作战飞机完成攻击任务除与空中截击飞机、地空导弹和防
空高炮等常规武器遭遇外 ,还可能受到生化、激光、高能和核武器的威胁. 防御战略目标的中高空地空导弹的有效射程一般远大于攻击飞机的武器投射距离 ,飞机必须突破地空导弹防御圈才能对
目标实施有效攻击. 作战飞机对地攻击效能分析非常复杂 ,它涉及飞机的可用性 ,飞行能力和操纵
品质 ,目标捕获能力 ,携载武器类型、效能和数量 ,指挥、控制、通讯和其他支持系统 ,飞机信号特征和所采用的对抗措施 ,使用的战术和地形、气候条件以及飞机的易损性等. 文献对作战飞机和攻击直升机的对地攻击效能进行了研究.
4 研究前瞻
1) 作为航空火力控制系统的关键部件 ,机载火控雷达对航空武器平台的对空和对地作战效能均有重大影响. 在第四代战斗机上 ,通过有源阵列技术、低噪声接收单元、高密度包装和先进模态开发 ,实现了雷达在性能 ,可靠性和低可观测性方面的大大提升 ,雷达的功能有很大增强. 因此 ,研究先进雷达的设计特征、系统性能、功能模态从而分析雷达对航空武器平台作战效能的影响 ,对单机作战效能评估有重大意义.
2) 航空火控系统的终目的是引导机载武器弹药的战斗部精确地作用到目标的有效毁伤区 ,对战斗部的打击精度起着关键作用 ,因而在对火控雷达进行研究的基础上 ,研究典型先进航空火控系统的系统构成、结构特征 ,构建描述火控系统动态的动力学方程 ,最后给出火控系统的效能指标是一项艰巨而有益的工作.
3) 综合航空电子系统自动化了许多在第三代战斗机上要由飞行员动手完成的工作 ,不仅为飞行员提供及时的战情感知 ,而且极大地减轻了飞行员的飞行负荷 ,拓展了人机一体化系统的作战
效能 因此综合航空电子系统效能的研究一直受到关注并将继续成为研究热点.) 航空武器平台对目标的毁伤终由机载武器弹药来完成. 因此 ,研究新一代机载武器的先进性和物理特性 ,如先进中远距空空导弹和对地精确打击武器,分析其作战能力是评估整个武器平台作战效能的基础.
5) 在以上研究的基础上完善单机作战效能评估 ,进而开展多机对抗和体系对抗效能分析仍然是航空武器平台作战效能研究的主要内容. 由于对地攻击作战的复杂性 ,对地作战效能评估将受
到特别关注. 界面友好和可视化程度高的作战评估应用软件的开发有着广阔的发展空间.
