本站原创
摘要：本文针对空间预警系统综合效能评估问题，提出了PFT（Process-Focused Thinking，过程中心法）方法建立空间预警系统综合效能评估的数学模型，并参照DSP系统和SBIRS-High系统的轨道参数设计了两种星座方案，运用基于PFT的评估方法得出两种星座方案的总效能，验证了评估模型的有效性。
关键词：空间预警系统 效能评估 过程中心法
1007-9416（2013）05-0126-03
1 引言
空间预警系统是导弹防御系统的重要组成部分，它可以为导弹防御系统提供导弹及导弹发射阵地的位置信息；也可以测定导弹弹道参数，判断来袭导弹将要攻击的目标；并具有对弹头进行识别、排除检测目标的功能，为导弹防御系统后续的跟踪与拦截提供必要信息。
空间预警系统技术复杂、研制周期长、投资巨大，在论证、设计、研制与部署阶段均面临着多种方案的选择。效能评估可以充分论证各方案满足应用需求的程度，找出各备选方案的优势和不足，为方案的选择与改进提供科学的决策信息。本文通过对空间预警系统的结构、任务、功能以及预警流程的分析，研究空间预警系统的综合效能评估问题。
导弹预警。空间预警系统要能够尽早探测到发射的战术以及战略弹道导弹，确定落点，提高探测概率、延长预警时间；同时通过星上处理器的初步判断、星间链路的数据交换以及地面站的信息融合，排除检测目标，降低虚警率。
导弹防御。空间预警系统要能够获得导弹发射参数，计算出导弹运行轨迹，预测出导弹的落点和攻击时间，以支持作战部队和导弹拦截部队进行导弹防御。
提供情报支持。空间预警系统要能够检测到航天器的发射以及核试验的进行，获得相关情报。
目标探测能力。空间预警系统的目标探测能力主要是由预警卫星的星载红外探测器完成的，针对目标的红外辐射进行探测，属于被动探测方式。
目标参数识别能力。空间预警系统的参数识别能力是指通过星载探测器、星上处理器以及地面站对目标的发射地点、关机点速度、落点等参数的识别。
引导能力。包括引导后续预警系统以及引导拦截武器，预警雷达可在预警卫星的引导下对导弹所在方位进行重点搜索，从而为导弹拦截部队提供高质量的导弹位置信息；低轨预警卫星具有对导弹飞行全过程的探测定位能力，可直接引导拦截武器进行拦截。
可靠性。空间预警系统的可靠性是指在一定时间内、一定条件下无故障地完成指定任务的能力或可能性。
保障能力。表征空间预警系统质量的一种特性，是指系统发生故障或者维护升级时，系统的使其自身维护简便、迅速和经济的固有特性。
（1）进行预警流程分析。遂行导弹预警任务是空间预警系统的最重要任务，在建立系统效能评估指标体系前，通过分析其预警流程，明确影响系统完成任务程度的相关模块；
（2）构建系统效能评估指标体系。根据空间预警系统的组成结构、任务以及功能分析结果，将目标探测、目标参数识别、引导、可靠性、保障能力五个指标作为评估指标体系的第一层，即能力层。根据系统预警流程，提取覆盖性能、卫星平台性能、探测器成像性能、目标检测算法性能、目标定位性能、弹道配准算法性能、先验导弹数据的准确性和完备性、凝视探测器调度算法性能、通讯性能、星上处理器性能、地面处理器性能、信息融合性能、卫星寿命、星上设备故障率、地面站设备故障率、控制系统完备性、管理系统完备性、备用星数量、设备可维护性19个指标作为评估指标体系的第二层，即性能层。逐层细分建立如图3所示的空间预警系统效能评估指标体系；
（3）指标体系赋权。所有指标的权重取值都在0到1之间，每一层上各分项总和为1，每个指标的下层相关因素的权重值之和亦为1，本文采用层次分析法计算各指标权重值；
（4）获取底层指标属性值。通过计算机仿真以及相关理论模型和参考文献获得系统的底层指标属性值；
关键词：空间预警系统 效能评估 过程中心法
1007-9416（2013）05-0126-03
1 引言
空间预警系统是导弹防御系统的重要组成部分，它可以为导弹防御系统提供导弹及导弹发射阵地的位置信息；也可以测定导弹弹道参数，判断来袭导弹将要攻击的目标；并具有对弹头进行识别、排除检测目标的功能，为导弹防御系统后续的跟踪与拦截提供必要信息。
空间预警系统技术复杂、研制周期长、投资巨大，在论证、设计、研制与部署阶段均面临着多种方案的选择。效能评估可以充分论证各方案满足应用需求的程度，找出各备选方案的优势和不足，为方案的选择与改进提供科学的决策信息。本文通过对空间预警系统的结构、任务、功能以及预警流程的分析，研究空间预警系统的综合效能评估问题。
2 空间预警系统分析
2.1 系统结构分析
空间预警系统是由多颗卫星和多个地面站组成，利用卫星上的红外探测器探测导弹飞行阶段的发动机尾焰，和地面站配合判明导弹的发射轨迹来达到预警目的的一种系统。空间预警系统包括空间分系统、地面分系统和通讯分系统三个部分构成，如图1所示。2.2 任务需求分析
分析现有空间预警系统和空间预警计划，可以看出空间预警系统的主要任务包括：导弹预警。空间预警系统要能够尽早探测到发射的战术以及战略弹道导弹，确定落点，提高探测概率、延长预警时间；同时通过星上处理器的初步判断、星间链路的数据交换以及地面站的信息融合，排除检测目标，降低虚警率。
导弹防御。空间预警系统要能够获得导弹发射参数，计算出导弹运行轨迹，预测出导弹的落点和攻击时间，以支持作战部队和导弹拦截部队进行导弹防御。
提供情报支持。空间预警系统要能够检测到航天器的发射以及核试验的进行，获得相关情报。
2.3 功能需求分析
空间预警系统要满足上述任务需求，应当具备目标探测、目标参数识别、目标引导、可靠性和保障五个方面的能力，下面对这五个能力进行简要分析。目标探测能力。空间预警系统的目标探测能力主要是由预警卫星的星载红外探测器完成的，针对目标的红外辐射进行探测，属于被动探测方式。
目标参数识别能力。空间预警系统的参数识别能力是指通过星载探测器、星上处理器以及地面站对目标的发射地点、关机点速度、落点等参数的识别。
引导能力。包括引导后续预警系统以及引导拦截武器，预警雷达可在预警卫星的引导下对导弹所在方位进行重点搜索，从而为导弹拦截部队提供高质量的导弹位置信息；低轨预警卫星具有对导弹飞行全过程的探测定位能力，可直接引导拦截武器进行拦截。
可靠性。空间预警系统的可靠性是指在一定时间内、一定条件下无故障地完成指定任务的能力或可能性。
保障能力。表征空间预警系统质量的一种特性，是指系统发生故障或者维护升级时，系统的使其自身维护简便、迅速和经济的固有特性。
2.4 预警流程分析
空间预警系统对导弹目标进行预警的一般流程是，卫星利用扫描探测器在覆盖范围内进行扫描，当有导弹发射时，迅速探测到导弹发出的强红外辐射，获取红外图像；星上处理系统经图像预处理判断目标存在之后，将红外图像通过星地链路传回地面，地面站对图像进行处理，并与其他卫星数据进行融合；随后调用凝视探测器进行连续跟踪，获取红外图像直到目标信号消失；地面站融合目标位置信息以及红外信号特征数据，与数据库中的先验信息进行比较，进行目标弹道配准，预测出导弹的落点范围等预警信息并输出，整个流程如图2所示。3 基于PFT的评估方法过程
PFT（Process-Focused Thinking，过程中心法）方法，即以过程为中心建立效能评估模型的方法，其中过程是指空间预警系统的预警流程剖面。预警流程剖面能够反映出系统执行任务过程中模块间的相互关系，为构建效能评估指标体系性能层提供客观依据，同时明确指标间的因果联系和相互约束，为底层指标确定数值大小和范围。基于PFT的空间预警系统效能评估基本过程如下。（1）进行预警流程分析。遂行导弹预警任务是空间预警系统的最重要任务，在建立系统效能评估指标体系前，通过分析其预警流程，明确影响系统完成任务程度的相关模块；
（2）构建系统效能评估指标体系。根据空间预警系统的组成结构、任务以及功能分析结果，将目标探测、目标参数识别、引导、可靠性、保障能力五个指标作为评估指标体系的第一层，即能力层。根据系统预警流程，提取覆盖性能、卫星平台性能、探测器成像性能、目标检测算法性能、目标定位性能、弹道配准算法性能、先验导弹数据的准确性和完备性、凝视探测器调度算法性能、通讯性能、星上处理器性能、地面处理器性能、信息融合性能、卫星寿命、星上设备故障率、地面站设备故障率、控制系统完备性、管理系统完备性、备用星数量、设备可维护性19个指标作为评估指标体系的第二层，即性能层。逐层细分建立如图3所示的空间预警系统效能评估指标体系；
（3）指标体系赋权。所有指标的权重取值都在0到1之间，每一层上各分项总和为1，每个指标的下层相关因素的权重值之和亦为1，本文采用层次分析法计算各指标权重值；
（4）获取底层指标属性值。通过计算机仿真以及相关理论模型和参考文献获得系统的底层指标属性值；
学位论文www.udooo.com