空空战场态势感知-意图与威胁判定
Lyndon Wong

1. 空中目标属性

数值属性

方位角(单位:mil:千分之一弧度)

距离

俯仰角

速度

高度

空中目标数值属性

非数值属性

​ 在实证应用方面,根据雷达站空战数据的实际特点,构建了空战目标作战强度数据库。

​ 空中目标的信息数据包括数值特征数据和非数值特征数据两部分。数值特征数据包括空中目标相对于我方的方位角、距离、航向角、速度和高度。非数值特征数据包括空对空雷达状态、空对地雷达状态、电子干扰状态、雷达横截面水平等。

空对空雷达状态

  • 1:目标正在使用雷达搜索空对空目标或引导空对空导弹

  • 0:没有上述状态

空对地雷达状态

  • 1:目标正在搜索地面和海面

  • 0:没有上述状态

电子干扰状态

  • 1:指目标正在使用相关设备进行电子干扰任务。

  • 0:没有上述状态

RCS等级

  • 1:隐身飞机,RCS<1
  • 2:中型飞机,1<RCS<10
  • 3:大型飞机,RCS>10
空战目标非数值属性

2. 目标意图关系表

目标意图对应关系

3. 基于目标机动态势威胁建模

​ 现有威胁评估模型主要针对 3 代常规作战飞机, 态势威胁建模主要从角度优势、距离优势、速度优势 3 个方面对空中态势进行评估。这里的模型还对隐身飞机的情况进行了修正。

探测有效性因子

​ 在态势威胁计算中, 若只考虑双方的相对态势,则实际上隐含了一个假设, 即双方可以完全感知对方。但在隐身条件下, 此假设己经不再适用。隐身作战条件下, 载机具备较强的信息隐蔽能力, 受低可探测性和己方先进电子战系统的支援, 有可能导致空域目标无法准确感知, 从而无法形成有效的战术策略, 因而从某种意义上降低了威胁的“有效性”。文中提出探测有效性因子衡量空域目标探测威胁的有效程度:

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式中: Pa 为当前态势下目标对我方的探测概率; k 为修正因子, 用以修正探测概率对威胁有效程度的影响。

攻击有效性因子

​ 受雷达探测能力等因素的影响, 隐身条件下的导弹发射距离也受到限制。空战对抗中, 敌导弹攻击是主要威胁, 可用我机与敌导弹攻击范围的相对位置来衡量攻击威胁。定义攻击有效性因子表示敌导弹攻击范围对态势的影响:

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​ 式中: RMmax为导弹最大发射距离; RKmax 为导弹不可逃逸攻击距离; φ∈[ - π, π] 为目标进入角。

角度优势模型

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ϕ , φ 分别是我机速度和敌机速度与目标线的夹角, 0< | | ϕ , | | φ <180。

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距离优势模型

​ 影响距离威胁指数的主要因素包括目标空空导弹的最大攻击距离 Rm-max 、最小攻击距离 Rm-min 、最大不可逃避区距离 Rnm-max 、最小不可逃避区距离 Rnm-min 和机载雷达探测距离Rr 。文献[9]的仿真结果表明:导弹对目标的杀伤概率在中间发射距离时较大,而在最近和最远发射区附近的杀伤概率较小且变化较快。在攻击区中间某一段距离发射时,杀伤概率大于某一设定门限值的区域称之为导弹的“不可逃避区”。

​ 当距离目标机载雷达探测范围一定距离,R_a,pq (第 q 类目标对第 p 类目标构成威胁的情况)时,需开始关注目标,即目标由无威胁变为有威胁。构造距离威胁指数如下

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​ 上式中C1 、 C2 、 C3 、 C4 和C5 都是大于 0 且小于 1 的常数,其中 C1 + C2 + C3 =1。

速度优势模型

​ 当敌我速度分别为v_e 和ν_w 时, 速度威胁指数可表示为:

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态势威胁计算模型

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​ 式中: ρ 为探测有效性因子; λ 为攻击有效性因子;Td为距离优势; Ta 为角度优势; Th 为速度优势

4.空中目标运动模型

参考李晓榕: Survey of Maneuvering Target Tracking. Part I: Dynamic Models

​ 在追踪民航客机时,2D模型通常就够用了,因为他们的转弯速率和纵向z周的变化通常都很小;但是在追踪具有高机动性的军用飞机目标时,由于他们具有“高g”特性,解耦的模型通常是不适用的。我们采用以下几种模型来描述他们:


分别代表位置,速度,加速度

代表体坐标系(body frame),用来描述角度,目标的角速度被定义在体坐标系下,即

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