CEC协同防空态势质量试验及评估方法研究∗

张曦 杨光

（中国人民解放军91404部队 秦皇岛 066001）

1 引言

美军在九十年代初提出“协同交战能力”（Co⁃operative Engagement Capability，CEC）的概念，该系统是美军海上航母编队防空作战指挥系统，主要利用编队内舰载对空传感器实施协同探测、雷达图像复合处理和识别，为编队提供一致的协同防空态势，指挥控制舰载对空导弹武器实施防空反导，支持海上舰艇编队协同防空特别是抗饱和攻击作战，是未来水面舰艇编队防空作战的核心系统。对于该系统，美军于2001年2月9日到3月2日分两个阶段开展对于CEC的技术评估［1］。

该系统的核心能力是形成高精度、高质量的空中目标态势，为导弹武器提供火控级的空中目标信息。目前，国内已经有部分专家开展了对CEC的技术应用及评估方法研究工作，杨春周等开展了对CEC系统的作战效能评估研究［2］，赵彦博等开展了基于ABMS的CEC体系效能评估方法研究［3］，陈鹏等开展了CEC及其与战术数据链的联合应用研究［4］。但是针对该系统的核心能力即系统态势保障能力的评估方法，尚无人开展相关研究。论文针对CEC为海上编队提供的一致防空态势和目标信息质量开展研究，提出切实可行的试验方法和评估手段，可对未来同类系统的试验鉴定以及能力评估工作提供参考和支撑。

2 防空态势质量分析

CEC是美军网络中心战的核心系统之一，负责对空中威胁目标的探测、决策和打击，其特点是系统内各平台自主进行目标分配和打击。因而，该系统向各平台提供的空中目标态势保持一致、提供实时的目标指示信息，是各平台对来袭目标进行火力分配和决策打击的基础和前提。当各平台对空中目标态势有差别时，会出现各目标分配结果不一致，造成各平台分配和决策结果不同，导致对部分目标重复攻击或者未分配武器对其打击，严重制约作战能力发挥。同时，当空中目标信息出现不连续，例如出现批号改变、敌我属性改变等情况时，会导致各平台对目标的分配结果持续变化，影响后续打击时效性和准确性；最后，在交战条件下，敌我双方必然采取电磁干扰、压制、欺骗等手段，若CEC系统提供的防空态势中产生虚假目标过多，会造成分配决策方案失效、进而导致对武器资源的浪费，影响编队体系持续作战能力。

综上，将协同防空态势的一致性、航迹连续度（对空中目标跟踪的连续性）以及系统虚情率等三个指标共同作为协同防空态势的评价标准，在此统称为系统防空态势质量。三个指标中，航迹连续度和虚情率是对多平台信息支撑条件下单平台态势的约束条件和考核重点，在航迹连续度和虚情率能够满足要求的基础上，协同防空态势一致性是对全系统目标态势的统一约束，是多平台协同作战的基础保障。因此，在试验及评估过程中，应当按照从设备到系统，从单平台到多平台的顺序进行，先考核各平台航迹连续度和虚情率是否满足系统指标及作战使用要求，然后进行全系统多平台协同防空态势一致性考核。

3 防空态势质量试验及评估方法

3.1 航迹连续度指标定义及分析

航迹连续度可定义为：多平台传感器对某个或某一部分真实目标进行探测，在CEC系统内某一平台进行探测信息融合后，某一特定长度时间段内对探测目标批号信息变化的平均值。从指标定义分析，就是多信息源融合条件下，单平台对空中目标批号信息的变化程度。试验过程中，想要确定该指标定量考核方法，则需要确定两个因素：一是确定其批号变化的考核时间长度，另一个是真实航迹数量。同时要考虑在目标进入雷达探测区域边缘时，由于发现概率低、跟踪不稳定等因素，导致批号频繁更换。因此将目标进入雷达探测范围边缘附近的批号变化情况，进行相关处理后，纳入航迹连续度，也是要考虑的因素之一。

航迹连续度指标本身对协同防空态势的人工观察影响有限，但由于CEC系统是主要采取自主的方式对空中目标进行决策分配和打击，因此目标批号的更改造成影响主要有两个方面：一是辅助决策软件或指挥员对其分配武器通道后，批号更改带来的影响；二是对空导弹武器发射后，目标批号改变对导弹带来的影响。在舰空导弹发射前，目标批号更改会造成目标指示数据中断，不满足武器发射条件，导致武器无法发射，CEC系统对该目标的武器通道进行重新分配；在舰空导弹武器发射后，以美军“海麻雀”和“海拉姆”导弹为例，目标批号改变导致目指数据中断后，导弹仍按照目标航迹外推进行被动寻的或雷达主动寻的，有一定概率仍能捕捉到目标并完成最终拦截；对于“宙斯盾”系统装备的“标准”II型导弹武器，在其升空后至末制导雷达开机前，由舰载或机载平台为其提供目标信息，此时对空目标批号改变后有可能导致目指数据中断，由于其射程较远，此时若空中目标进行机动，则存在无法命中目标的可能。因此，目标批号改变带来的作战影响是从分配武器通道开始，至导弹武器命中目标结束。因此在确定批号变化的考核时间长度时，那么将分配武器通道至导弹完成攻击这段长达数十秒甚至数百秒的时间作为考核“其批号变化的时间长度”是合理可行的。另外经过分析可知，考核批号变化的时间段越长，则期间内目标内发生批号改变的可能性越大，因此，针对不同导弹的速度、射程、弹道等技术参数不同，应该以舰空导弹武器自目标分配完成至其抵达攻击远界的时间节点，作为考核时长较为合适。

对于试验评估的航迹数量，可根据舰载警戒探测设备能力、不同任务下的威胁态势等因素，设置多种试验用例，搭建相应环境开展试验。

3.2 航迹连续度试验设计及评估

由于系统对样本量需求较大，可以借助仿真环境，构建不同样式下的空中威胁态势，将试验中每次空中兵力的批号变化进行统计，最终作为航迹连续度的试验数据。同时对于试验样本量，满足相关指标高一数量级要求，或参考目前最大作战样式即美军饱和攻击样式，也是合理可行的。此指标作为影响系统核心能力的指标之一，未来将直接影响系统甚至编队防空效能，在仿真试验的基础上，以实际进行验证，能够达到检验装备的目的，也能够避免仿真试验方法说服力不强的问题［5］。

试验数据处理方法为

其中：Mitj为在第i次试验中，第j个时间段内真实目标数量；Nitj为在第i次试验中，第j个时间段内目标航迹数量；k为试验次数；Ti为第i次试验中的时间段个数。

3.3 虚情率指标定义及分析

指标可定义为作战全过程中，系统对空中目标探测出现虚假目标的数量或比例。本指标主要是CEC系统在收集多平台探测信息后，即使前端部分传感器收到干扰等影响后，系统借助未被干扰的传感器保持防空态势对真实目标的反映能力，从另一个角度可以说是系统的抗干扰能力。这里要明确的一点是：CEC系统虚情率与指控系统由于软件处理模型、硬件处理能力等原因造成的虚情有本质的区别。单舰指控系统的虚情率一般指标较低，多为10-2数量级，对于干扰条件下的CEC系统虚情率可适当放宽考核要求，具体指标要求应当结合组成CEC系统的舰艇平台装备火力、导弹性能等因素进行统一衡量。本文仅对虚情率指标的试验评估方法进行研究。

3.4 虚情率指标试验设计及评估

本指标测试关键试验需求为具备模拟对抗条件下对虚假目标模拟能力雷达模拟器或外平台模拟器。

指标测试环境搭建方法如图1所示。

图1 指标测试环境搭建方法

在测试时，应当考虑目标进行机动、交叉、重叠等战术机动情况，以达到充分考核系统能力的目的。

由于虚情率指标主要是影响CEC对空中目标分配结果，所以评定虚情率指标时，应当将试验数据定义为参与决策的实际目标数量来考虑［6］。同时，在试验过程中，将参与决策的目标，按照武器毁伤概率进行消除或进入二次打击分配通道。评估方法如下：

式中：pm为CEC虚情率；k为试验次数；Ni为第次试验中进行决策分配的虚假目标数量；Mi为第次试验中，真实目标数量。

3.5 态势一致性指标定义及分析

指标可定义为一定时间内，各平台协同防空态势中目标影响决策分配的信息一致性比率。从指标定义分析，这个指标主要考察的是系统内各平台在一定时间内，各协同防空平台所生产的态势一致性比率。态势作为指控系统上显信息，主要目的是为指挥员决策服务，其使用者也是编队指挥员或防空协调官。在CEC系统中，防空态势作为系统自主决策和打击的依据，其影响目标决策的信息主要有批号、属性和类别等三项。同时，应当考虑各平台间，同一目标批号的目标位置偏差必须在各平台处理时延、探测信息传输时延、导航误差引起的坐标转换误差等因素影响范围之内［7］。

作为一个定量指标，试验过程中需要控制的变量有：一是考察时长，二是平台数量。某一时间段内，各平台防空态势中对于某指定目标的三项信息存在动态变化可能，而CEC系统对于目标的分配和决策是依据目标建立航迹瞬间或进入协同防空范围瞬间的态势。因而对于各平台协同防空态势一致性的考察时长不能过长，甚至只能是一个时间点。对于“平台数量”，在单平台融合处理模型和处理能力相差不大的前提下，系统平台数量越多，则平台间协同防空态势中不一致的可能性越大，同时考虑到系统需要借助数据链设备来共享各平台的探测信息，因而考虑数据链传输时延以及中继传输问题后，平台数量增加带来的原始探测数据在各平台间到达时间延长，会严重影响各平台的协同防空态势一致性。

综上分析，将“观测时间”确定为新出现目标态势形成时刻或有目标进入协同防空决策范围时刻为宜，同时应当考虑信息传输时延等因素，各平台录取试验数据时适当延长录取时刻。平台数量的确定则有两种情况：在实际条件下，将每次试验中各平台的协同防空态势进行一致性统计；在仿真条件下，可以任意设置平台数量进行防空态势一致性统计，但此时无法引入通信装备的传输过程中由于丢包、误码、传输时延等因素带来的影响。

3.6 态势一致性指标试验数据采集要求及评估方法

各平台防空态势数据采集过程中，要求采集信息有目标时戳信息、批号、属性、类别和位置信息等内容，同时应当采集各平台导航信息、位置真值等信息，作为不同平台目标信息进行相关处理的依据。

以两个平台间的态势一致性为例，一致性数据处理方法如下：

式中：P为态势一致性；M1为平台1态势中，批号、属性、类别任一参数与真实不同的个数；M2为平台2态势中，批号、属性、类别任一参数与真实不同的个数；G为两个平台中，批号、属性、类别等参数一致，但位置信息无法关联的目标个数。M为真实目标个数。

G的计算方式如下：

式中：σp1、σp2为平台1、2导航实际误差；σR1、σR2为平台1、2探测信息融合精度。

4 结语

针对美军CEC在对空协同作战过程中的防空态势评估需求，本文重点针对CEC防空态势的应用级对作战效果的影响进行分析，提出了防空态势质量的概念，对防空质量概念下三个核心指标的定义进行了描述，分析了指标含义，最后从试验角度提出了数据录取要求和数据处理方法。本文研究内容未来可扩展至高协同度的海上跨平台的信息保障系统，对类似系统的研制和试验具有一定的借鉴意义。