基于IFF系統(tǒng)的殺傷兵器效能

姜廣順，董 亮，張 前，馬永平

(1.空軍二十三廠，北京 102200;2.空軍駐華北地區(qū)軍事代表室，北京 100086)

信息戰(zhàn)條件下，戰(zhàn)爭(zhēng)的成敗往往取決于準(zhǔn)確而及時(shí)的情報(bào)，無(wú)數(shù)次實(shí)戰(zhàn)中因敵我識(shí)別不清造成的慘重?fù)p失表明，準(zhǔn)確、可靠、迅速地掌握目標(biāo)的屬性信息已成為交戰(zhàn)雙方開(kāi)戰(zhàn)的首要前提條件［1］。敵我識(shí)別(identification friend or foe，IFF)是自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)的一項(xiàng)重要應(yīng)用，隨著殺傷兵器有效射程的不斷增大，在形勢(shì)瞬息萬(wàn)變的戰(zhàn)場(chǎng)上，如何識(shí)別打擊目標(biāo)的敵我屬性，已成為各主要軍事大國(guó)優(yōu)先發(fā)展的重點(diǎn)項(xiàng)目之一。敵我識(shí)別系統(tǒng)能夠解決大量部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗活動(dòng)問(wèn)題。有效地組織識(shí)別系統(tǒng)的使用，可以提高部隊(duì)行動(dòng)效能，其對(duì)達(dá)到戰(zhàn)役(戰(zhàn)斗)目的的貢獻(xiàn)，堪比使用突擊性武器系統(tǒng)的效果，但花費(fèi)卻低得多。筆者在建立與目視識(shí)別相比，敵我識(shí)別系統(tǒng)的使用效能準(zhǔn)則基礎(chǔ)上，通過(guò)坦克對(duì)決射擊示例，對(duì)敵我識(shí)別系統(tǒng)的戰(zhàn)場(chǎng)使用效能進(jìn)行了評(píng)估。

1 敵我識(shí)別系統(tǒng)

敵我識(shí)別系統(tǒng)從工作原理上一般可分為協(xié)同式敵我識(shí)別系統(tǒng)(CTR)和非協(xié)同式敵我識(shí)別系統(tǒng)(NCTR)2種類型。

1.1 協(xié)同式敵我識(shí)別系統(tǒng)

目前世界各國(guó)現(xiàn)役裝備的敵我識(shí)別系統(tǒng)大多是協(xié)同式的，其技術(shù)基礎(chǔ)是二次雷達(dá)。協(xié)同式敵我識(shí)別系統(tǒng)由詢問(wèn)機(jī)和應(yīng)答機(jī)構(gòu)成，通過(guò)兩者之間數(shù)據(jù)保密的詢問(wèn)/應(yīng)答通信實(shí)現(xiàn)識(shí)別。首先由詢問(wèn)機(jī)發(fā)出一個(gè)無(wú)線電詢問(wèn)信號(hào)，目標(biāo)應(yīng)答機(jī)接收詢問(wèn)信號(hào)，如果接收到的詢問(wèn)信號(hào)是正確的電子代碼，則應(yīng)答機(jī)將給詢問(wèn)機(jī)自動(dòng)發(fā)送出所請(qǐng)求的應(yīng)答信號(hào)，然后詢問(wèn)機(jī)對(duì)應(yīng)答信號(hào)進(jìn)行解碼，從而識(shí)別出目標(biāo)的敵我屬性。協(xié)同式敵我識(shí)別系統(tǒng)工作原理如圖1［2］。

圖1 協(xié)同式敵我識(shí)別系統(tǒng)工作原理

1.2 非協(xié)同式敵我識(shí)別系統(tǒng)

非協(xié)同式敵我識(shí)別系統(tǒng)不需要接收己方的應(yīng)答信號(hào)，而是通過(guò)分析目標(biāo)的惟一特征來(lái)完成目標(biāo)的敵我識(shí)別。系統(tǒng)工作時(shí)將被識(shí)別目標(biāo)看作系統(tǒng)外部環(huán)境，通過(guò)各種傳感器搜集其結(jié)構(gòu)特征、統(tǒng)計(jì)特征、空間特征和輻射參數(shù)信號(hào)特征等信息，這些信息被匯集到數(shù)據(jù)處理中心，通過(guò)信息融合技術(shù)得出識(shí)別結(jié)果。非協(xié)同式敵我識(shí)別系統(tǒng)工作原理如圖2［3］。由于非協(xié)同式敵我識(shí)別需要進(jìn)行大量計(jì)算，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各種干擾和不確定因素較多，數(shù)據(jù)融合的處理方法目前還不夠完善，可靠性難以保證，因此，目前還不能作為敵我識(shí)別系統(tǒng)獨(dú)立使用。

圖2 非協(xié)同式敵我識(shí)別系統(tǒng)工作原理

2 敵我識(shí)別系統(tǒng)的戰(zhàn)場(chǎng)使用

敵我識(shí)別系統(tǒng)能夠防止武裝力量殺傷本方部隊(duì)，偵察敵方目標(biāo)，準(zhǔn)確標(biāo)示敵我雙方接觸線、本方部隊(duì)配置區(qū)域界限等。防止殺傷本方部隊(duì)是敵我識(shí)別系統(tǒng)的基本和最常見(jiàn)功能，該功能之所以對(duì)各種戰(zhàn)斗行動(dòng)都具有代表性，原因在于:在對(duì)目標(biāo)開(kāi)火前，要事先確定其國(guó)籍。

2.1 在進(jìn)攻戰(zhàn)中使用敵我識(shí)別系統(tǒng)

部隊(duì)從出發(fā)地域拉動(dòng)到前線時(shí)，敵我識(shí)別系統(tǒng)接通“地－空”通信線應(yīng)答器標(biāo)示自己的隊(duì)形，防止遭到本方航空兵誤傷。當(dāng)拉動(dòng)、展開(kāi)和轉(zhuǎn)入進(jìn)攻時(shí)，由于敵方和本方部隊(duì)的位置可以相當(dāng)清晰地目視觀察，因此，通常無(wú)需使用敵我識(shí)別系統(tǒng)?？v深作戰(zhàn)時(shí)，形勢(shì)瞬息萬(wàn)變，部隊(duì)推進(jìn)不平衡，廣泛利用敵人戰(zhàn)斗隊(duì)形的間隔和缺口實(shí)施機(jī)動(dòng)，在這些條件下，使用敵我識(shí)別系統(tǒng)是必然的，特別是與單獨(dú)的戰(zhàn)車或戰(zhàn)車組遭遇時(shí)。對(duì)于在第2梯隊(duì)或預(yù)備隊(duì)行動(dòng)的部隊(duì)，使用敵我識(shí)別系統(tǒng)尤為重要。這時(shí)，需要注意的是使用敵我識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別只對(duì)裝備有相應(yīng)應(yīng)答器的目標(biāo)才有意義。詢問(wèn)目標(biāo)國(guó)籍時(shí)，同樣也必須考慮:不是所有目標(biāo)都可能裝應(yīng)答器，一些應(yīng)答器可能故障。因此，確定目標(biāo)組國(guó)籍時(shí)，為避免殺傷本方部隊(duì)，要做好詢問(wèn)目標(biāo)組中其它目標(biāo)的準(zhǔn)備。當(dāng)組織協(xié)同行動(dòng)時(shí)，必須規(guī)定本方部隊(duì)標(biāo)志信號(hào)，以防識(shí)別系統(tǒng)故障。

當(dāng)擊退敵人反攻時(shí)，本方部隊(duì)的標(biāo)志對(duì)于配合諸兵種行動(dòng)的航空兵有重要意義。追擊敵人，特別是按平行路線追擊敵人時(shí)，包括沿“地－地”和“空－地”通信線的所有敵我識(shí)別設(shè)備都應(yīng)投入使用。追擊路線應(yīng)告知友鄰部隊(duì)、上級(jí)機(jī)關(guān)。裝備敵我識(shí)別系統(tǒng)的戰(zhàn)車指派給先頭、側(cè)面行軍崗哨人員以及先遣隊(duì)，敵我識(shí)別系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)處于工作狀態(tài)。

夜間條件以及在有限能見(jiàn)度條件下，敵我識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)始終工作。只有在目標(biāo)未回答識(shí)別系統(tǒng)的詢問(wèn)，或目標(biāo)未能使用其它方法標(biāo)示其國(guó)籍時(shí)，才能對(duì)其開(kāi)火射擊。

2.2 在防御戰(zhàn)中使用敵我識(shí)別系統(tǒng)

在保障地帶進(jìn)行戰(zhàn)斗，特別是當(dāng)防守保障地帶的部隊(duì)撤出時(shí)，最迫切的問(wèn)題是不殺傷本方部隊(duì)。這期間所有兵器的敵我識(shí)別系統(tǒng)都應(yīng)始終工作。從保障地帶撤出的部隊(duì)，戰(zhàn)車上的應(yīng)答器以及步兵戰(zhàn)斗隊(duì)形中攜行的應(yīng)答器都應(yīng)處于開(kāi)啟狀態(tài)。接通“空－地”通信線上的應(yīng)答器，以排除航空兵對(duì)本方部隊(duì)的殺傷。在防御縱深實(shí)施機(jī)動(dòng)的各種情況下，如實(shí)施反攻;部隊(duì)推進(jìn)到敵方空中機(jī)動(dòng)編隊(duì)和空降兵機(jī)降區(qū);投入和撤出戰(zhàn)斗時(shí)，都應(yīng)該使用敵我識(shí)別系統(tǒng)設(shè)備，因?yàn)檫@時(shí)和本方部隊(duì)遭遇的概率相當(dāng)高。采用空中突擊、炮火射擊、遠(yuǎn)距離布雷裝備和伏擊部隊(duì)射擊等方式，保證成功撤出戰(zhàn)斗。在這些復(fù)雜的戰(zhàn)斗行動(dòng)條件下，使用戰(zhàn)車配裝的敵我識(shí)別系統(tǒng)和攜行的地面應(yīng)答設(shè)備，沿“空－地”和“地－地”通信線標(biāo)示本方部隊(duì)，避免遭到本方部隊(duì)誤擊。

2.3 在遭遇戰(zhàn)中使用敵我識(shí)別系統(tǒng)

敵我識(shí)別系統(tǒng)的作戰(zhàn)使用與上述進(jìn)攻戰(zhàn)和反攻時(shí)的防御戰(zhàn)情況類似。敵我識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)該保證本方部隊(duì)不被支援攻擊部隊(duì)的航空兵殺傷。當(dāng)先頭部隊(duì)和行軍警衛(wèi)分隊(duì)與飛行縱隊(duì)或臨戰(zhàn)隊(duì)形中的分隊(duì)遭遇時(shí)，要詢問(wèn)其屬籍，只有在詢問(wèn)后未收到“我是自己人”信號(hào)，且使用其它方法確定是敵人后，才投入戰(zhàn)斗。類似地，將主要兵力投入戰(zhàn)斗時(shí)，敵我識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)該工作。

2.4 提高坦克和步戰(zhàn)車的射擊效能

火力殺傷兵器有效射擊距離的增大，本質(zhì)上取決于對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)上目標(biāo)及時(shí)、可靠地識(shí)別。問(wèn)題在于，借助于戰(zhàn)車上的瞄準(zhǔn)器，大多數(shù)情況下不可能識(shí)別坦克和摩托步兵分隊(duì)武器有效射擊距離上的目標(biāo)。瞄準(zhǔn)手通過(guò)車載熱成像瞄準(zhǔn)具早早就能夠發(fā)現(xiàn)4 000 m外的潛在目標(biāo)，但是從顯示器上看到的只是5美分大小的光點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)光學(xué)儀器識(shí)別出目標(biāo)敵我屬性的距離為:天氣晴好條件下，距目標(biāo)1 500～2 000 m;能見(jiàn)度差時(shí)，距目標(biāo)500～600 m。坦克及步戰(zhàn)車上主戰(zhàn)兵器的有效射程分別為:“陶”式反坦克導(dǎo)彈3 750 m;120 mm坦克炮3 000 m;25 mm機(jī)炮2 500 m左右?？梢?jiàn)，在主戰(zhàn)兵器最大有效射程上，戰(zhàn)勤人員缺乏識(shí)別目標(biāo)的能力。戰(zhàn)勤組不能在相應(yīng)于現(xiàn)有武器殺傷距離的距離上識(shí)別目標(biāo)，就會(huì)極大地降低坦克和步戰(zhàn)車的作戰(zhàn)效能。等到與潛在敵人接近時(shí)，還不能對(duì)其目視識(shí)別，瞄準(zhǔn)手被迫推遲開(kāi)火。戰(zhàn)勤組不能遠(yuǎn)距離識(shí)別目標(biāo)是錯(cuò)誤地向本方部隊(duì)射擊的眾多原因之一。要解決研制并向陸軍目標(biāo)裝備敵我識(shí)別系統(tǒng)的問(wèn)題，首先就要確定這些系統(tǒng)可能和適合使用的條件及范圍，并大致評(píng)估其效能。

殺傷兵器(如坦克、步戰(zhàn)車等)發(fā)現(xiàn)未知目標(biāo)，確定目標(biāo)屬籍為敵方后，殺傷兵器向其開(kāi)火。射擊持續(xù)到某一時(shí)刻t*，這時(shí)目標(biāo)離開(kāi)射擊區(qū)，火力已達(dá)不到。目標(biāo)被識(shí)別時(shí)刻T是一個(gè)以恒定密度分布在0～t*之間的隨機(jī)值。未知的移動(dòng)目標(biāo)識(shí)別如圖3。

圖3 未知的移動(dòng)目標(biāo)識(shí)別

t*－T時(shí)間內(nèi)向目標(biāo)的射擊次數(shù)是按泊松分布的隨機(jī)值，數(shù)學(xué)期望為α=λ(t*－T)，其中，λ為射擊流參數(shù)。

每一次射擊時(shí)，目標(biāo)被殺傷概率為p。分析密度為λ的殺傷射擊泊松流，得到:

由式(1)可以得出，假設(shè)目標(biāo)識(shí)別與目標(biāo)發(fā)現(xiàn)時(shí)刻一致時(shí)的目標(biāo)殺傷概率。這種情況通常出現(xiàn)在殺傷兵器加裝瞬間即可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別的敵我識(shí)別系統(tǒng)條件下。

如果殺傷兵器沒(méi)有敵我識(shí)別系統(tǒng)，那么發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后的目標(biāo)目視識(shí)別將占用一定的時(shí)間Δt。該時(shí)間值將取決于目標(biāo)能見(jiàn)度條件、目標(biāo)類型等。相應(yīng)地，對(duì)目標(biāo)的射擊時(shí)間將縮短為t*－Δt，這里Δt＜t*。這時(shí)，t*－Δt時(shí)間內(nèi)的射擊次數(shù)將由下式?jīng)Q定α=λ［(t*－Δt)－T］。

在所分析的情況條件下，得出下列關(guān)系式，作為識(shí)別系統(tǒng)使用效能準(zhǔn)則

其中，Δt/t*表示用于識(shí)別的目標(biāo)可見(jiàn)時(shí)間利用率，0≤Δt/t*＜1。

繪制函數(shù)μ=f(Δt/t*)關(guān)系曲線，即根據(jù)用于識(shí)別的目標(biāo)可見(jiàn)時(shí)間利用率，確定與目視識(shí)別相比，敵我識(shí)別系統(tǒng)的使用效能準(zhǔn)則，見(jiàn)圖4。

圖4 μ與Δt/t*的關(guān)系曲線

圖4分析顯示，當(dāng) Δt/t*＞0.8，即 μ＞5時(shí)，使用敵我目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)的殺傷兵器要比一般目視識(shí)別的殺傷兵器具有較大優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)?根據(jù)戰(zhàn)術(shù)條件，射擊高機(jī)動(dòng)目標(biāo)時(shí)，用于殺傷目標(biāo)的時(shí)間很短;在有限能見(jiàn)度條件下射擊，以及對(duì)極限射程上的目標(biāo)射擊時(shí)，目視或者通過(guò)光學(xué)瞄準(zhǔn)具很難識(shí)別被發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的國(guó)籍［4］。

3 示例分析

坦克埋伏在射擊地點(diǎn)，要在500 m長(zhǎng)的土路段上采取直接瞄準(zhǔn)、突然射擊的方式，對(duì)敵實(shí)施最有效打擊。不排除本方部隊(duì)個(gè)別車輛有可能沿該道路進(jìn)行兵力轉(zhuǎn)移。在干燥季節(jié)，技術(shù)裝備運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的濃濃塵土可能會(huì)在很大程度上遮掩被觀測(cè)目標(biāo)的輪廓和識(shí)別標(biāo)志，瞄準(zhǔn)手只有在確定目標(biāo)的國(guó)籍后才開(kāi)火。

針對(duì)這些條件，確定與目視目標(biāo)識(shí)別相比，使用技術(shù)設(shè)備完成該任務(wù)時(shí)殺傷概率的增長(zhǎng)。這里假設(shè)識(shí)別系統(tǒng)實(shí)際上瞬間完成目標(biāo)的國(guó)籍識(shí)別(Δt=0)。

假定射擊扇區(qū)內(nèi)出現(xiàn)未知目標(biāo)，其識(shí)別標(biāo)志和輪廓被車輪卷起的塵土遮蔽，不能充分可靠地目視確定目標(biāo)國(guó)籍。裝甲輸送車時(shí)速可達(dá)60 km/h，因此，在射擊區(qū)內(nèi)的駐留時(shí)間為30 s。如果不使用敵我識(shí)別系統(tǒng)，目標(biāo)識(shí)別要15 s完成，對(duì)于所研究的條件，這一結(jié)果完全可以接受，這時(shí)Δt/t*=0.5。

正如圖4所示，采用敵我識(shí)別系統(tǒng)可以使目標(biāo)殺傷概率提高2倍。由于另有一些使能見(jiàn)度下降的因素，如黃昏或黎明時(shí)分，大霧、陰霾天氣，降雨等，目標(biāo)的目視識(shí)別過(guò)程可能更長(zhǎng)，例如長(zhǎng)達(dá)25 s(Δt/t*≈0.8)，這時(shí)使用敵我識(shí)別系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)增大5倍。

殺傷兵器，例如坦克，在其射擊扇區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)一不明國(guó)籍的坦克，該坦克占領(lǐng)陣地后準(zhǔn)備射擊。設(shè)想殺傷兵器裝備有敵我識(shí)別系統(tǒng)，依靠及時(shí)的目標(biāo)識(shí)別首先開(kāi)火，并以概率p1殺傷敵人。敵方隨后還擊，不過(guò)由于射擊條件變差，技術(shù)裝備損傷等因素，炮彈的命中概率下降，下降系數(shù)為q2(q2＜1)，還擊的殺傷概率將為q2×p2。在類似條件下，殺傷兵器進(jìn)行二次射擊，目標(biāo)殺傷概率為q1×p1(q1＜1)。敵人二次還擊射擊效能為q22×p2。假設(shè)雙方交替進(jìn)行n次(n=1，2，3…)射擊。如果殺傷兵器沒(méi)有敵我識(shí)別系統(tǒng)，敵人首先識(shí)別目標(biāo)并提前開(kāi)火。接下來(lái)，射擊決斗按上面描述的順序進(jìn)行。

正如第一種情況，下面將采用類似準(zhǔn)則評(píng)估敵我識(shí)別系統(tǒng)的使用效能

其中:P1為裝有敵我識(shí)別系統(tǒng)的殺傷兵器對(duì)敵方目標(biāo)的殺傷概率，P1=f1(p1，q1，n);P2為敵方對(duì)我方殺傷兵器的殺傷概率，P2=f2(p2，q2，n)。

為簡(jiǎn)化研究，取p1=p2=p;q1=q2=q，在同型號(hào)殺傷兵器對(duì)決中，這些值非常接近，符合實(shí)際情況。當(dāng) n=1，2，3時(shí)，求R的表達(dá)式。

繪制 q=0.7，0.9;n=1，3 時(shí)，R －p的曲線圖，見(jiàn)圖5。

分析圖5可見(jiàn)，在對(duì)決情況下，殺傷兵器效能高時(shí)，敵我識(shí)別系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)得尤為明顯。如p為0.8～0.9時(shí)，保證能夠?qū)δ繕?biāo)提前瞄準(zhǔn)射擊獲取的優(yōu)勢(shì)，以指標(biāo)R評(píng)價(jià)介于5～15之間。殺傷兵器效能低時(shí)，敵我識(shí)別系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)取決于連續(xù)對(duì)決射擊的次數(shù)以及每次射擊時(shí)殺傷概率的下降程度?？梢?jiàn)，在保證不殺傷本方部隊(duì)的情況下，敵我識(shí)別系統(tǒng)的作用越大，進(jìn)行作戰(zhàn)行動(dòng)的條件就越復(fù)雜，戰(zhàn)場(chǎng)上投入使用的殺傷兵器效能越高。因此，必須保證兵器在作戰(zhàn)條件下首先進(jìn)行準(zhǔn)確射擊，然后縮短在幾秒內(nèi)依次射擊的準(zhǔn)備時(shí)間。

圖5 對(duì)決射擊時(shí)的目標(biāo)殺傷概率－與目視識(shí)別相比識(shí)別系統(tǒng)使用效能準(zhǔn)則關(guān)系

4 結(jié)束語(yǔ)

敵我識(shí)別作為現(xiàn)代信息化戰(zhàn)場(chǎng)上軍事對(duì)抗的重要手段，可以大大增強(qiáng)作戰(zhàn)指揮控制的準(zhǔn)確性和作戰(zhàn)單位之間的協(xié)調(diào)性，提高作戰(zhàn)系統(tǒng)的反應(yīng)速度，降低誤傷概率，特別適用于多軍兵種聯(lián)合作戰(zhàn)。未來(lái)的敵我識(shí)別技術(shù)，將是不同體制，各種技術(shù)、設(shè)備的綜合運(yùn)用，高新技術(shù)正在不斷地應(yīng)用在敵我識(shí)別系統(tǒng)中，必將使敵我識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)一步完善，從而滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)需要。同時(shí)，由于這些系統(tǒng)仍然要靠人來(lái)操作，所以其可靠性也與人密切相關(guān)。正像美國(guó)戰(zhàn)爭(zhēng)歷史學(xué)家和軍事戰(zhàn)略家所指出的“戰(zhàn)場(chǎng)誤擊的風(fēng)險(xiǎn)依然存在，因?yàn)樵傧冗M(jìn)的技術(shù)也不能永遠(yuǎn)完全地消除戰(zhàn)爭(zhēng)風(fēng)險(xiǎn)”［5］。

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(責(zé)任編輯楊繼森)