预警卫星系统作战效能评估指标体系构建*

胡 磊，李 昊，闫世强，张 黎

（1.空军预警学院，武汉 430019；2.解放军94754部队，浙江 嘉兴 314000；3.湖北大学，武汉 430026）

预警卫星系统作战效能评估指标体系构建*

胡 磊1，李 昊2，闫世强1，张 黎3

（1.空军预警学院，武汉 430019；2.解放军94754部队，浙江 嘉兴 314000；3.湖北大学，武汉 430026）

预警卫星系统是导弹防御体系的重要组成部分，正确评估其作战效能对于提升导弹防御体系作战能力具有重要作用。首先分析了预警卫星系统的作战流程，明确了其作战效能评估准则，依据指标体系构建原则，构建了一套多层次预警卫星系统作战效能评估指标体系，并对各指标进行了分析，为系统全面地评估预警卫星系统作战效能奠定了基础。

预警卫星系统，作战效能，评估准则，指标体系

0 引言

评估预警卫星系统的作战效能需要解决三大问题：一是作战效能度量准则的定义；二是选取什么技术指标来评估其作战效能；三是采用什么方法来评估其作战效能。其中，明确作战效能的度量准则和构建相应的作战效能评估指标体系是开展效能评估的基础和前提。

在预警卫星效能度量准则与评估指标体系构建方面，国内有些学者对其进行了相关研究，邵立、浦甲伦等［1-6］学者主要以预警卫星的探测能力或发现能力作为度量准则，但不同的学者建立的效能指标体系有所不同，如邵立等［1］用探测距离来描述美国DSP预警卫星的探测能力；浦甲伦等［2］利用虚警概率和目标首次捕获时间这两个指标来描述美国DSP预警卫星探测能力；范玉珠等［3］利用探测概率、虚警概率和预警时间这3个指标来描述DSP预警卫星探测能力；叶庆等［4］提出了用探测概率、虚警概率、目标首次捕获时间和最低探测高度这4个指标来描述预警卫星探测效能的办法；乔永杰等［5］提出用覆盖范围、发现概率、落点预测能力来衡量预警卫星的发现能力。宋伟等［6］学者以预警卫星探测能力、预警能力和预报能力3个方面的综合能力作为度量准则，构建了相应的指标体系。可以看出，预警卫星效能评估准则经历了从以探测能力或发现能力单因子为评估准则到以探测能力、预警能力和预报能力等多因子综合评估准则的过程，指标体系也经历了从单一指标到多层次多指标的过程。采用多层次多指标比单一指标更能全面地描述预警卫星系统的作战效能，但传统的效能评估方法涉及面窄，结构单一，缺少一个比较完善可信的预警卫星系统作战效能评估体系。

1 效能评估概念界定

国军标GJB1364-92对武器系统效能的定义为：在规定的条件下达到规定使用目标的能力。目前，按照武器系统效能评估的需要，其效能主要分为3类［7］：

①单项效能：是指运用武器系统时，就单一使用目标所能达到的有效程度。如用对目标的探测概率来度量雷达的探测效能等；

②系统效能：是指武器系统在规定的条件下，满足一组规定任务要求的可能程度。一般采用WSEIAC提出的评价模型，即E=ADC，其主要用于描述武器系统完成其任务的总体能力；

③作战效能：是指在规定条件下，运用武器系统的作战兵力执行作战行动任务所能达到的预期可能目标的能力，是装备、人和环境综合作用的结果。

其中，单项效能和系统效能是武器系统本身所具有的基本效能，而作战效能是在有兵力和对抗条件下的动态效能。系统效能是武器系统单项效能的综合评价，也是作战效能的前提和约束条件。系统效能和作战效能的唯一区别在于系统效能不考虑人的因素和敌方对抗。

目前的文献资料中，对“作战效能”、“系统效能”、“总体效能”和“体系效能”的提法较多。笔者认为效能的定义应该根据评估目的和评估对象而定。

2 预警卫星系统作战流程分析与效能评估准则定义

2.1 预警卫星系统组成与作战流程分析

预警卫星系统由空间预警卫星、通信系统、固定地面站、移动地面站等组成，如图1所示。空间预警卫星装载红外探测器和可见光探测器等遥感装置，根据固定地面站的控制指令对指定区域的弹道导弹发射进行探测监视，其主要包括高轨预警卫星（大椭圆轨道和地球静止轨道预警卫星）和低轨预警卫星，本文主要讨论高轨预警卫星；通信系统作为整个系统的神经中枢，负责地面站和空间预警卫星之间的数据传送；固定地面站是整个系统的核心，主要负责对空间预警卫星的控制和情报数据的处理与分发；移动地面站主要负责接收和处理特定区域卫星的情报数据。

图1 预警卫星系统作战概念图

由于高轨预警卫星系统不具备弹道导弹中段和再入段的探测能力，本文在此主要研究预警卫星系统针对弹道导弹助推段的作战效能。弹道导弹早期预警与概略引导场景下预警卫星系统作战流程简述如下［6，8］：空间预警卫星载荷根据任务指令进行扫描探测以捕获导弹尾焰辐射信息，当发现可疑目标时，调用凝视相机进行精确跟踪，并将数据实时传送到地面站，地面站根据探测数据对目标进行识别判断，以确定可疑目标是否导弹目标，确认导弹目标后，通过多星数据融合或预警信息库匹配，对导弹目标助推段弹道进行估计，并对其型号进行匹配以及战术参数的预测，导弹战术参数的预测主要包括发射时刻以及位置与导弹射向、导弹关机点时刻以及位置与速度、自由段弹道以及落点时刻与位置预报等，地面站根据这些参数对远程预警雷达以及拦截系统等进行实时引导，从而完成早期预警和概略引导的目的。

2.2 预警卫星系统作战效能评估准则

从目前公开的资料来看，对预警卫星系统作战效能评估的研究比较少，基本上是针对预警卫星系统的单项效能如探测效能、预警效能等进行的评估。预警卫星系统是由多颗空间预警卫星、地面站和通信链路等组成的庞大而又复杂的系统，仅对其单项效能评估还不足以评价整个系统的作战效能，其作战效能应考虑到空间卫星、地面站、通信、环境以及人等综合因素，因此，笔者在此提出预警卫星系统作战效能评估准则，为后续的指标体系构建和效能评估提供指导和依据。预警卫星系统作战效能评估准则定义如下：预警卫星系统作战效能准则是指在一定条件下，预警卫星系统探测、识别、跟踪定位、参数估计、数据的实时处理、生存抗毁以及指挥控制等体系的综合性能的量度法则。

3 预警卫星系统效能评估指标体系构建

指标是评估目标各方面属性的测度，指标体系的构造是一个不断深化、不断完善、不断系统化的过程。

3.1 效能评估指标体系构建原则

效能评估的合理性和指标体系的选择直接相关。在评估预警卫星系统作战效能时，其指标体系的构建应遵循以下原则［6，9］：

①针对性原则。复杂环境下影响预警卫星系统作战效能的因素多种多样，其指标选取要有针对性，要能反映预警卫星系统的作战能力和评估目的；

②完备性原则。完备的指标体系是全面、正确地评估预警卫星系统作战效能的基础，建立的指标体系应能全面反映其作战效能，不应遗漏重要指标，为了提高评估效率，可以适当忽略一些影响因素小的指标；

③层次性原则。预警卫星系统庞大而又复杂，其作战效能影响因素很多，在构建其作战效能评估指标体系时，应把指标进行分类，将关系密切的指标合成一个指标类，构成不同层次，逐层分解，以得到更具体的指标，以便量化处理；

④可度量性原则。预警卫星系统作战效能指标的选取要便于进行量化处理，反映预警卫星系统作战效能的底层指标应可以通过解析法、仿真模拟法或者专家打分法等进行量化。

预警卫星系统作战效能指标选取和指标体系的建立，还应遵守其他一些原则，如系统性原则、稳定性原则、科学性原则等。

3.2 预警卫星系统作战效能评估指标体系

根据效能指标选取原则，评估预警卫星系统作战效能的指标体系，要能充分反映预警卫星系统在探测导弹、实施导弹预警、概略引导等作战任务时的综合能力。影响预警卫星系统作战效能的各种因素很多，依据预警卫星系统的作战效能度量准则和系统作战流程，并向有关专家咨询，笔者从探测能力、识别能力、跟踪定位能力、预报能力、信息传输能力、生存抗毁能力以及指挥控制能力等7个方面构建了预警卫星系统作战效能评估指标体系，如图2所示，主要分为效能层、能力层和性能指标层等3个层次。

图2 预警卫星系统作战效能评估指标体系

①探测能力

探测能力是用来表征预警卫星监视和发现目标的能力，即对弹道导弹的探测能力。具体的性能指标层可用全球覆盖率、重点区域多重覆盖率、最大探测距离、虚警概率、探测概率来衡量。

其中全球覆盖率和重点区域多重覆盖率主要描述空间预警卫星的覆盖特性以及组网特性，如利用STK（Satellite Tool Kit）软件仿真可得：美国DSP星座全球覆盖率为96.43%，SBIRS系统中的高轨星座全球覆盖率达到98.215%；最大探测距离是指检测信号能够满足预警卫星载荷所需的最小可检测信噪比时，预警卫星载荷的探测距离（通常以导弹目标在10 km高度为标准）；虚警概率是平均虚警概率的简称，是指预警卫星系统单位时间内的虚警次数，一般取为10-6～10-5；探测概率是指在满足特定虚警概率的条件下，预警卫星系统能够检测出特定距离上目标的可能性大小。

②识别能力

识别能力是用来描述预警卫星正确识别导弹目标的能力。本文讨论的预警卫星系统主要作战任务是对弹道导弹进行早期预警和概略引导，其作战阶段是弹道导弹助推段，此阶段的识别目的主要是区分导弹与飞机/卫星目标。因此，这里的识别能力是指预警卫星正确区分导弹与飞机/卫星目标的能力。识别能力可用识别概率和预警时间来度量。

识别概率是指预警卫星正确识别导弹目标的可能性大小；预警时间是指从预警卫星确认导弹目标，并发出首点预警信息时刻开始，到导弹弹头落地这段时间，预警时间反映了预警卫星系统为导弹防御体系实施防御提供的准备时间［6］。

③跟踪定位能力

跟踪定位能力是用来描述预警卫星对目标进行高精度连续跟踪监视和定位的能力。预警卫星的跟踪定位能力可用方位角跟踪精度、俯仰角跟踪精度、成像周期、连续跟踪时间和定位能力等性能指标度量。

预警卫星载荷主要采用被动探测，单颗预警卫星理论上只能获得目标的两维视角（方位角和俯仰角）信息，因此，这里选用方位角和俯仰角跟踪精度来度量跟踪时两维视角的精度；

预警卫星对目标的跟踪有两种方式：扫描跟踪和凝视跟踪。成像周期是指预警卫星载荷在扫描跟踪或凝视跟踪时成一幅图像所需时间，如美国DSP预警卫星只有扫描模式，其成像周期为10 s，而SBIRS中静止轨道预警卫星的扫描成像周期为5 s，凝视成像周期达到毫秒级；

连续跟踪时间是指从预警卫星发现导弹目标时刻起，至目标消失（通常指导弹关机后）的一段时间；

定位能力是指预警卫星确定导弹目标空间位置的能力。单颗预警卫星理论上不具备目标定位能力，只能根据预警信息库进行拟合定位，一般两颗或多颗卫星同步探测目标才能对目标进行精确定位。

④预报能力

预报能力主要用来描述预警卫星系统通过探测信息对导弹战术参数的预测能力，预警卫星的预报能力又可具体分为发射点估计精度、关机点估计精度和落点预报精度等指标。

发射点估计精度主要包括发射时刻估计精度、发射点位置估计精度和导弹射向估计精度；关机点估计精度主要包括关机点时刻估计精度、关机点位置估计精度和关机点速度估计精度；落点预报精度主要包括落点位置预报精度和落点时刻预报精度。

⑤信息传输能力

信息传输能力是用来描述预警卫星与地面站之间的通信能力。可用传输速率、误码率和通信延时等性能指标来度量。传输延时主要是指从卫星下传数据时刻起至地面站接收到数据所经历的时间，卫星与地面站之间的通信延时主要受传输路径、数据大小以及数据传输速率影响；误码率是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标，它是衡量数字通信系统性能优劣的重要参数；传输速率是通信服务能力的重要尺度参数指标。当传输速率达到2.4 kb/s～9.6 kb/s时，可以传输话音等低速数据；当传输速率达到9.6 kb/s～8 Mb/s时，可以传输高速数据；当传输速率达到8 Mb/s～30 Mb/s时，可以传输动态图像；当传输速率达到30 Mb/s以上时，可以传输虚拟现实［7］。

⑥生存抗毁能力

生存抗毁能力是用来表征预警卫星系统装备在敌方各种“软”、“硬”打击下，仍能工作的能力。具体的性能指标层可用地面站防护能力、卫星防护能力、卫星机动能力和通信能力等指标来度量。地面站防护能力是指地面站防各种自然威胁、人为干扰、导弹攻击以及备份等能力；卫星防护能力是指卫星防各种自然威胁、红外及弱激光干扰、导弹攻击以及备份等能力；卫星机动能力是指空间预警卫星进行轨道保持、轨道修正以及轨道机动等能力；通信能力是指在敌方各种干扰条件下，卫星之间以及星地之间的通信能力。

⑦指挥控制能力

指挥控制能力是指在预警探测能力和通信传输能力的支持下，正确决策、快速生成作战计划，迅速命令和调配预警卫星系统内的资源，实施作战计划，并对结果进行评估的能力。可用指挥员素质、指挥机关能力和指挥系统能力等来度量。指挥员素质是指指挥员知识水平、理解能力以及独立决策处置能力等方面综合素质；指挥机关能力是指指挥机关设置的合理性、效率以及协调筹划等综合能力；指挥系统能力是指指挥系统的通信稳定性、安全保密能力以及快速组网能力等综合能力。

上述7个方面的能力层指标既包含定量指标也包含定性指标，下一步将对各指标进行数学建模和预警卫星系统探测仿真系统构建，依托STK软件、Visual Studio和Matlab，融入预警卫星轨道预报模型、预警卫星载荷调度模型、大气环境分析模型、目标探测模型、双星定位模型、发落点预报模型等，对预警卫星系统特定作战方案进行仿真运行，以此为效能评估提供评估指标体系相应的指标值。

4 结束语

预警卫星系统在导弹防御体系中担负着早期预警和概略引导等重要的战略预警任务，因此，评估其作战效能对于评估导弹防御体系的作战效能具有重要的意义。本文依据作战效能评估准则和指标体系构建原则，结合预警卫星系统作战流程，构建了一套完善、全面、低冗余的预警卫星系统作战效能评估指标体系，并分析了各个指标的含义，为下一步预警卫星系统探测仿真系统的构建和作战效能的评估工作奠定了基础。

［1］邵立，李双刚，孙晓泉.导弹预警卫星探测原理及其攻防技术探讨［J］.红外技术，2006，28（1）：43-46.

［2］浦甲伦，崔乃刚，郭继峰.天基DSP预警卫星系统及其探测能力分析［J］.现代防御技术，2008，36（4）：68-72.

［3］范玉珠，张为华，刘杰.预警卫星对导弹主动段的探测功能仿真［J］.航天控制，2009，27（3）：42-50.

［4］叶庆，汪亚夫，邵立，等.DSP预警卫星探测能力评估［J］.光电工程，2010，37（6）：65-72.

［5］乔永杰，孙亮，陈兴波，等.导弹预警系统作战活动的效能评估［J］.火力与指挥控制，2011，36（6）：120-123.

［6］宋伟，伍晓华，杨晶.预警卫星探测预警效能指标体系研究［J］.飞航导弹，2012（10）：41-44.

［7］罗小明，杨娟，吴玉飞，等.弹道导弹攻防对抗的建模与仿真［M］.北京：国防工业出版社，2009：5-6.

［8］高桂清，刘刚，刘风林，等.预警卫星对战术弹道导弹预警能力研究［J］.现代防御技术，2007，35（4）：79-82.

［9］李涛.作战指挥效能评估指标体系的构建［J］.四川兵工学报，2011，32（6）：132-134.

Building of Operational Effectiveness Evaluation Index System of Early Warning Satellite System

HU Lei1，LI Hao2，YAN Shi-qiang1，ZHANG Li3
（1.Air Force Early Warning Academy，Wuhan 430019，China；2.Unit 94754 of PLA，Jiaxing 314000，China；
3.Hubei University，Wuhan 430026，China）

Early warning satellite system is an important part of missile defense system，and evaluating its operational effectiveness correctly played an important role in improving operational ability of missile defense system.First，the operational process of early warning satellite system is analyzed，and the operational effectiveness evaluation standard is defined.On the basis of the index system building principle，an multi-level operational effectiveness evaluation index system of early warning satellite system is built，and then the indexes are analyzed，and the foundation of evaluating the operational effectiveness of early warning satellite system comprehensively is laid.

early warning satellite system，operational effectiveness，evaluation standard，index system

TP391.9

A

1002-0640（2015）05-0065-04

2014-03-07

2014-05-23

军队科研重点项目（KJ2012228）

胡 磊（1985- ），男，江苏宿迁人，在读博士。研究方向：导弹预警卫星系统体系结构建模与效能评估。