地面電子對(duì)抗裝備損傷樹(shù)構(gòu)建研究

蘇周 劉飛 趙強(qiáng) 石晶

摘? 要：本文分析了地面電子對(duì)抗裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷研究的意義與現(xiàn)狀，簡(jiǎn)要介紹了損傷樹(shù)分析法。針對(duì)地面電子對(duì)抗裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷分析問(wèn)題，采用損傷樹(shù)分析方法，對(duì)裝備進(jìn)行了功能結(jié)構(gòu)劃分和規(guī)范化重構(gòu)，把裝備劃分為機(jī)動(dòng)功能、偵察功能、干擾功能三大功能子系統(tǒng)，構(gòu)建了裝備偵察和干擾等主要功能損傷樹(shù)，最后通過(guò)典型地面電子對(duì)抗裝備的模擬損傷樹(shù)分析，為裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷分析提供應(yīng)用參考。

關(guān)鍵詞：損傷樹(shù)分析? 電子對(duì)抗裝備? 戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估及修復(fù)? 故障樹(shù)分析

中圖分類號(hào)：TB114 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2021）04（c）-0145-04

Study on Damage Tree Construction of Land-Based Electronic Warfare Equipment

SU Zhou? LIU Fei? ZHAO Qiang? SHI Jing

（Air Force Early Warning Academy， Wuhan， Hubei province， 430019 China）

Abstract： This paper analyzes the significance and current situation of battlefield damage research of ground electronic countermeasure equipment， and briefly introduces the damage tree analysis method. Aiming at the problem of battlefield damage analysis of ground electronic countermeasure equipment， the damage tree analysis method is used to divide and reconstruct the functional structure of the equipment. The equipment is divided into three functional subsystems： maneuver function， reconnaissance function and jamming function， and the main functional damage tree of equipment reconnaissance and jamming is constructed. Finally， through the simulation damage tree analysis of typical ground electronic countermeasure equipment， it provides application reference for battlefield damage analysis of equipment.

Key Words： DTA; Electronic warfare equipment; BDAR; FDA

1? 引言

近幾場(chǎng)局部戰(zhàn)爭(zhēng)表明，信息化條件下，電子對(duì)抗是快速破壞敵方作戰(zhàn)體系的尖刀利器，因而電子對(duì)抗裝備將始終處于高精度、高殺傷、強(qiáng)對(duì)抗武器的威脅之下，已成為敵人打擊的重點(diǎn)目標(biāo)。為提高戰(zhàn)時(shí)電子對(duì)抗裝備的戰(zhàn)場(chǎng)生存能力，確保裝備作戰(zhàn)效能的持續(xù)輸出，需要快速高效地開(kāi)展精準(zhǔn)化裝備戰(zhàn)場(chǎng)搶修。戰(zhàn)場(chǎng)搶修，即戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估與修復(fù)（BDAR，Battlefield Damage Assessment and Repair）是指戰(zhàn)場(chǎng)上對(duì)武器裝備進(jìn)行快速損傷定位和損傷等級(jí)評(píng)估，并根據(jù)需要，運(yùn)用應(yīng)急措施快速修復(fù)損傷部位，使之恢復(fù)當(dāng)前任務(wù)所需工作狀態(tài)或自救的一系列活動(dòng)。

成功的戰(zhàn)場(chǎng)搶修可以使受損裝備恢復(fù)所需作戰(zhàn)能力，是裝備戰(zhàn)斗力的“倍增器”。根據(jù)第二次世界大戰(zhàn)及之后的多次局部戰(zhàn)爭(zhēng)經(jīng)驗(yàn)，在作戰(zhàn)環(huán)境下?lián)p傷裝備能否得到及時(shí)處理與修復(fù)成為制約作戰(zhàn)任務(wù)能否完成的關(guān)鍵因素。從20世紀(jì)70年代后期開(kāi)始，以美、英、德等為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)展了關(guān)于戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估及修復(fù)的研究工作，并取得一系列應(yīng)用成果。

我軍長(zhǎng)期以劣勢(shì)裝備對(duì)敵優(yōu)勢(shì)裝備作戰(zhàn)，一貫重視研究與實(shí)施戰(zhàn)場(chǎng)搶修，素有戰(zhàn)場(chǎng)搶修的優(yōu)良傳統(tǒng)，從20世紀(jì)80年代后期開(kāi)始開(kāi)展戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估及修復(fù)的相關(guān)研究。在戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估與修復(fù)中，戰(zhàn)場(chǎng)損傷分析是后續(xù)工作的前提，因此，本文開(kāi)展電子對(duì)抗裝備損傷樹(shù)構(gòu)建研究，為戰(zhàn)場(chǎng)損傷分析奠定基礎(chǔ)。

2? 損傷樹(shù)分析方法

戰(zhàn)場(chǎng)損傷分析的主要內(nèi)容包括：基本功能項(xiàng)目分析、損傷模式及影響分析、損傷樹(shù)分析、戰(zhàn)場(chǎng)損傷定位分析、修復(fù)方法分析、搶修資源分析等，其中損傷樹(shù)分析是戰(zhàn)場(chǎng)損傷分析的重要環(huán)節(jié)。損傷樹(shù)分析法是基于故障樹(shù)分析法（FTA，F(xiàn)ault Tree Analysis）發(fā)展而來(lái)的，是裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷研究的基本方法之一。

2.1 故障樹(shù)分析

故障樹(shù)分析最早是由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室于1961年提出的一種定性定量相結(jié)合的可靠性分析方法[1]。故障樹(shù)是表示裝備部件或系統(tǒng)的故障與故障原因及其相互關(guān)系的一種邏輯因果關(guān)系圖，其形態(tài)呈倒立的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)[2]。通過(guò)故障樹(shù)的邏輯關(guān)系圖，可以分析確定裝備故障產(chǎn)生原因的各種組合及其發(fā)生概率。故障樹(shù)分析利用圖形化的演繹方法，針對(duì)某個(gè)不希望的故障事件進(jìn)行推理分析，找出導(dǎo)致故障的全部原因。既可以反映出導(dǎo)致故障發(fā)生的硬件、軟件、環(huán)境和人為因素的影響;也可以反映出單元故障或單元故障組合的影響;同時(shí)能將中間過(guò)程清楚表示出來(lái)。

2.2 損傷樹(shù)分析

損傷樹(shù)分析技術(shù)主要借鑒了故障樹(shù)分析方法，二者的建模過(guò)程和分析方法比較類似，甚至可以直接建立從故障樹(shù)到損傷樹(shù)的映射關(guān)系。但二者也有顯著區(qū)別，故障樹(shù)主要針對(duì)由內(nèi)部原因?qū)е碌难b備故障，應(yīng)用于裝備故障和非戰(zhàn)斗損傷分析，而損傷樹(shù)主要針對(duì)由外部戰(zhàn)場(chǎng)威脅導(dǎo)致的裝備損傷，應(yīng)用于裝備戰(zhàn)斗損傷事件分析。

損傷樹(shù)分析方法以損傷樹(shù)為工具，分析系統(tǒng)發(fā)生損傷的各種途徑和過(guò)程。分析目的是尋找導(dǎo)致頂事件發(fā)生的原因事件或原因事件組合，即識(shí)別導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有損傷模式。進(jìn)行損傷樹(shù)分析前，首先要在損傷模式及影響分析的基礎(chǔ)上建立裝備損傷樹(shù)。損傷樹(shù)是用來(lái)描述裝備系統(tǒng)的特定損傷模式（不希望發(fā)生事件）與它的各個(gè)子系統(tǒng)或各個(gè)部件的損傷模式之間的關(guān)聯(lián)與因果邏輯關(guān)系的倒立樹(shù)狀邏輯圖。目的是表明裝備組成部分的損傷或它們的組合將導(dǎo)致裝備整體發(fā)生一種給定損傷，或裝備的某一種損傷可以由哪些部件損傷引起[3]。在某一損傷樹(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)損傷事件，自上而下進(jìn)行分析，可以進(jìn)行損傷定位分析，進(jìn)而可以針對(duì)性的查找損傷原因，確定修復(fù)方法和順序。

2.3 損傷樹(shù)結(jié)構(gòu)

損傷樹(shù)模型的結(jié)構(gòu)由事件、邏輯門和轉(zhuǎn)移符號(hào)組成。在損傷樹(shù)中，各種損傷狀態(tài)或完好狀態(tài)統(tǒng)稱為事件，事件可分為底事件、結(jié)果事件和特殊事件。邏輯門用來(lái)描述事件之間的與或非等邏輯關(guān)系，包括與門、或門非門等基本邏輯門和一些條件特殊門。轉(zhuǎn)移符號(hào)是為了避免畫(huà)圖時(shí)重復(fù)并使圖形簡(jiǎn)明而設(shè)置的符號(hào)。

3? 損傷樹(shù)構(gòu)建

3.1 結(jié)構(gòu)劃分

裝備型號(hào)繁多，根據(jù)不同的用途，功能結(jié)構(gòu)劃分方法也各不相同。以典型地面電子對(duì)抗裝備為例，進(jìn)行功能子系統(tǒng)劃分。地面電子對(duì)抗裝備在戰(zhàn)場(chǎng)上基本功能是機(jī)動(dòng)、偵察、干擾，當(dāng)然，指揮、控制、通信等功能也十分重要?？梢詫?duì)電子對(duì)抗類裝備進(jìn)行結(jié)構(gòu)規(guī)范化重構(gòu)，對(duì)裝備物理結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)分解，形成模塊化模型，便于戰(zhàn)場(chǎng)損傷分析和搶修保障。系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間具備一定獨(dú)立性，根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)需求不同，裝備受損后，只需具備偵察和干擾的核心功能，裝備仍具備一定作戰(zhàn)能力，以下對(duì)裝備各分系統(tǒng)進(jìn)行功能劃分描述，重點(diǎn)對(duì)偵察分系統(tǒng)和干擾分系統(tǒng)損傷樹(shù)分析。

3.2 機(jī)動(dòng)功能分系統(tǒng)

機(jī)動(dòng)功能是車載裝備的基本功能之一，裝備根據(jù)作戰(zhàn)需求進(jìn)入戰(zhàn)場(chǎng)指定位置，或根據(jù)任務(wù)變化在不同陣地之間轉(zhuǎn)移，都需要機(jī)動(dòng)能力作為基礎(chǔ)。普通車載裝備一般為車輛底盤加作戰(zhàn)功能單元的結(jié)構(gòu)組成，裝備機(jī)動(dòng)能力損傷源于載車車輛受損，關(guān)于車輛損傷分析的文獻(xiàn)較多[4-6]，這里不再贅述。

3.3 偵察功能分系統(tǒng)

典型地面電子對(duì)抗裝備的偵察功能由偵察設(shè)備完成，如圖1所示，包括天線、接收機(jī)、偵察信號(hào)處理和分析設(shè)備、情報(bào)分析設(shè)備、測(cè)向設(shè)備、顯示存儲(chǔ)設(shè)備、控制設(shè)備等[7]。其中天線用于電磁波的接收;接收機(jī)一般采取超外差體制，用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、混頻等處理;信號(hào)處理和分析設(shè)備用于完成信號(hào)技術(shù)參數(shù)檢測(cè);測(cè)向設(shè)備用于檢測(cè)信號(hào)來(lái)波方位;情報(bào)分析設(shè)備綜合技術(shù)參數(shù)和方位信息生成情報(bào);顯示存儲(chǔ)設(shè)備用于偵察結(jié)果記錄和顯示;控制設(shè)備起到協(xié)調(diào)、開(kāi)關(guān)、控制的作用。

裝備發(fā)生戰(zhàn)場(chǎng)損傷導(dǎo)致偵察功能受損后，直接現(xiàn)象是可見(jiàn)的部件外觀損傷或偵察結(jié)果顯示異常。偵察功能是通信對(duì)抗裝備的核心功能，作為裝備一級(jí)子系統(tǒng)，偵察系統(tǒng)損傷事件可由一系列子事件導(dǎo)致。本文以“無(wú)法正常偵察”為例，對(duì)偵察系統(tǒng)建立損傷樹(shù)如圖2所示，損傷樹(shù)中定義了相應(yīng)損傷事件名稱與上下層損傷事件之間的邏輯關(guān)系。

3.4 干擾功能分系統(tǒng)

典型地面電子對(duì)抗裝備的干擾功能由干擾設(shè)備完成，如圖3所示，包括天線、偵察引導(dǎo)設(shè)備、干擾信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備、功率放大器、控制設(shè)備等。其中偵察引導(dǎo)和干擾可用同一副天線，也可用不同天線;引導(dǎo)設(shè)備用于截獲目標(biāo)信號(hào)、分析參數(shù)，為干擾設(shè)備提供樣式參數(shù)信息，并及時(shí)調(diào)整干擾策略和參數(shù);干擾信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備根據(jù)干擾樣式和參數(shù)設(shè)置產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào);功率放大器用于將小功率干擾激勵(lì)信號(hào)放到足夠大的功率電平;控制設(shè)備根據(jù)目標(biāo)參數(shù)形成干擾決策，對(duì)干擾資源進(jìn)行優(yōu)化配置，最大限度發(fā)揮干擾機(jī)性能。

以無(wú)法發(fā)射干擾為例，建立干擾系統(tǒng)損傷樹(shù)，如圖4所示。

4? 應(yīng)用示例

某型地面電子對(duì)抗裝備，戰(zhàn)前進(jìn)行了全面的維護(hù)保養(yǎng)和性能檢測(cè)，戰(zhàn)場(chǎng)修理機(jī)構(gòu)配有陣地修理小組，負(fù)責(zé)本陣地裝備的戰(zhàn)場(chǎng)搶修，配置戰(zhàn)場(chǎng)搶修工具箱和易損備件;后方設(shè)有野戰(zhàn)修理機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)修理陣地不能完成搶修的電子對(duì)抗裝備。該型裝備作戰(zhàn)任務(wù)包括陣地轉(zhuǎn)移、信號(hào)偵察、實(shí)施干擾，以干擾為例進(jìn)行分析。

裝備出現(xiàn)無(wú)法正常實(shí)施干擾現(xiàn)象后，按照?qǐng)D4所示的裝備干擾系統(tǒng)損傷樹(shù)進(jìn)行損傷定位分析。事件“無(wú)法正常干擾”有4個(gè)下層原因事件“天線系統(tǒng)損壞”“偵察引導(dǎo)設(shè)備損壞”“功放損壞”“干擾信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備損壞”，4個(gè)事件相互獨(dú)立，分別確定其是否損壞。發(fā)現(xiàn)損壞部位后再確定下層原因，直至確定最終損傷部位為止。完成損傷定位后，再根據(jù)損傷程度進(jìn)行損傷評(píng)估，進(jìn)行搶修決策，并實(shí)施戰(zhàn)場(chǎng)搶修。

5? 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)地面電子對(duì)抗裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷分析問(wèn)題，介紹了損傷樹(shù)分析法和損傷樹(shù)構(gòu)建方法，為裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估的實(shí)施奠定了良好的基礎(chǔ)。從作戰(zhàn)需求出發(fā)， 把裝備劃分為機(jī)動(dòng)功能、偵察功能、干擾功能三大功能子系統(tǒng)，全面反映了地面電子對(duì)抗裝備的功能特性。根據(jù)功能損傷樹(shù)構(gòu)建方法，以典型地面電子對(duì)抗裝備為例，在深入分析子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能特征的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了偵察和干擾功能子系統(tǒng)損傷樹(shù)，為地面電子對(duì)抗裝備的損傷樹(shù)分析提供了應(yīng)用場(chǎng)景。

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