Operationele Research: INtercept DIAgrams model (INDIA) – 1996
INtercept DIAgrams model (INDIA) – 1996
Bij TNO-FEL worden luchtverdedigingsonderzoeken uitgevoerd om de strijdkrachten te ondersteunen bij het aanschaffen, upgraden en inzetten van luchtverdedigingssystemen. Verschillende tools en modellen zijn ontwikkeld voor kwantitatieve analyse relevant voor die studies. Een van die modellen is INDIA (het INETcept DIAgrams-model), ontwikkeld om implementatieanalyse te ondersteunen.
In het algemeen is het luchtverdedigingsplanningsproces gebaseerd op standaardfactoren:
- missie,
- vijand, en
- terrein.
De factor missie beschrijft de luchtverdedigingstaken bijvoorbeeld de bescherming van doelen. Het belang van die doelen, zijnde puntdoelen of te verdedigen gebieden, bepaalt de vereiste sterkte van de verdediging.
De factor vijand beschrijft de typen en aantallen aanvallers waarvan kan worden verwacht dat ze het doel aanvallen. Een verwachte aanvalsrichting kan ook bekend zijn. Het type wapens dat kan worden gelanceerd en de verwachte afvuurafstanden zijn mogelijk ook bekend. Deze informatie kan worden omgezet in een planningslijn rond de doelen, vaak aangeduid als Estimated Weapon Release Line (EWRL). De luchtverdediging moet dan proberen om de vijand vóór deze EWRL te (onderscheppen) om wapeninzet te voorkomen.
Het factor terrein bepaalt de natuurlijke gesteldheid die de implementatieopties op twee manieren beperken. Het maakt sommige posities ongeschikt om te worden gebruikt voor de inzet van luchtverdedigingssystemen omdat de posities niet over de weg kunnen worden bereikt en de zichtlijnen of de inzetmogelijkheden op de gekozen posities zijn beperkt.
Afgezien van deze factoren, moet de luchtverdedigingsplanner ook rekening houden met zaken zoals verwachte weersomstandigheden, tegenmaatregelen en verplaatsings- of mobiliteitsvereisten. Op basis van de hierboven beschreven factoren moet de luchtverdedigingsplanner bepalen welke type(n) en aantal luchtverdedigingssystemen op welke positie moeten worden ingezet. Training en ervaring van de planner spelen een belangrijke rol in dit proces, bijvoorbeeld met betrekking tot de kennis van prestatiekenmerken van het luchtverdedigingssysteem en de inschatting van de geschiktheid voor het terrein op basis van militaire kaarten.
Als er voldoende tijd beschikbaar is, kan de planner verkenningsteams (Recce) sturen om geschikte locaties te vinden voor het opstellen van luchtverdedigingssystemen. Deze Recce-teams kunnen ook de Line-of-Sight-beperkingen van die locaties meten. Dergelijke metingen worden vervolgens vertaald in dekkingsdiagrammen. De dekkingsdiagrammen kunnen worden gebruikt als overlays op de kaart met de EWRL rond het te beschermern doel om te achterhalen of de onderzochte locaties acceptabel zijn.
Een probleem met de planning van de luchtverdediging is dat de dekking de luchtverdedigingsplanner niet in staat stelt te evalueren of de gekozen inzet het mogelijk maakt om de aanvallers tijdig te onderscheppen buiten de EWRL. De dekking toont alleen de Line-of-Sight-voorwaarden voor de opstelling. Dit betekent dat het planningsproces sterk afhankelijk is van de luchtverdedigingsplanner om een schatting te maken (op basis van zijn opleiding en ervaring) van de interceptiemogelijkheid buiten de EWRL. Het binnen een beperkte hoeveelheid tijd maken van een goede schatting voor een inzet van verschillende luchtverdedigingssystemen (misschien zelfs verschillende typen) tegen een vijand die vanuit verschillende richtingen kan benaderen, met terreinomstandigheden die in alle richtingen variëren, moet worden beschouwd als een schier onmogelijke en zeker subjectieve taak. Om deze redenen is besloten om een model met de naam INDIA te ontwikkelen dat deze schatting op een objectieve manier kan uitvoeren.
INDIA is een model dat verschillende soorten onderscheppingsdiagrammen berekent en tekent op basis van gedigitaliseerde terreindatabases. Die onderscheppingsdiagrammen tonen grafisch de onderscheppingscapaciteit rond het beschermde doel. Daarnaast biedt INDIA kwantitatieve metingen van de defensieve kwaliteit volgens geldende richtlijnen voor luchtverdediging. Door de mate waarin de implementatie het doel van de richtlijn bereikt te kwantificeren, is het mogelijk om de verschillende inzetmogelijkheden te rangschikken op basis van zes basisrichtlijnen. Samen met de onderscheppingsdiagrammen moet dit de luchtverdedigingsplanner voldoende informatie geven om een objectieve inzetkeuze te maken afhankelijk van zijn luchtverdedigingsmissie die het relatieve belang van de zes richtlijnen bepaalt.
Verschillende factoren beïnvloeden de positie van een interceptie. Deze factoren zijn:
- Terrein dat blokkerings- en zichtmomenten bepaalt
- Luchtverdedigingssysteem:
- commandocel
- sensorkarakteristieken
- wapenkarakteristieken
- locaties van systeemelementen (sensoren en lanceerinrichtingen)
- inzetlogica en onderscheppingslogica, inclusief tijdvertragingen voor verschillende fasen van het gevecht
- Doel of aanvaller inclusief hoogte, snelheid en signatures
INDIA maakt gebruik van een digitale terreindatabase (Digital Land Mass System (DLMS) van het Amerikaanse Digital Mapping Agency (DMA)) die zowel terreinhoogtegegevens als gegevens met kenmerken (bebouwde gebieden, bossen, enz.) van het terrein bevat. Op basis van deze database en de doelhoogte kunnen de blokkerings- en zichtposities worden bepaald voor elk mogelijk doel.
De beschrijving van het luchtverdedigingssysteem bevat de gegevens (sensorbereiken en tijdsvertragingen) voor de operatie. Er is een simulatiemodel ingebouwd in INDIA om voor elk mogelijk enkelvoudig doel de onderscheppingsposities te berekenen. Deze simulatie omvat een eenvoudig fly-outmodel. Het fly-out-model bestaat uit een geleidingsprincipe en een methode voor het berekenen van de vluchtbaan (bijvoorbeeld: F & F-begeleiding met een puur volg / achtervolgingstraject).
Een ander kenmerk van INDIA is de mogelijkheid om rekening te houden met de individuele posities van de verschillende sensorsystemen en de wapenlanceerinrichtingen. Dat maakt bijvoorbeeld onderzoek van gedistribueerde architecturen mogelijk waarbij zoek- of bewakingssensor, volg- en geleidingssensor en sommige wapenlanceerinrichtingen op verschillende locaties met verschillende Line-of-Sight-beperkingen zijn gepositioneerd.
Het simulatiemodel volgt de basistijdlijn: ontdekking, informatie inwinnen, identificatie 1, doelprioriteitsstelling, doeltracking, identificatie 2, doelwit / wapentoewijzing, startbeslissingen en fly-out, onderschepping en kill-beoordeling. De simulatie kan doorgaan naar de volgende fase op deze tijdlijn wanneer aan de voorwaarden wordt voldaan zoals doel in bereik en in sector, tijdvertraging verstreken en Line-Of-Sight is bekend. Op een vergelijkbare manier kan de simulatie één of meer fasen teruggaan wanneer aan dergelijke voorwaarden niet wordt voldaan. Met behulp van deze benadering kan de onderscheppingspositie worden berekend voor elk mogelijk doel.
INDIA maakt het mogelijk posities van eerste, tweede, Nde en laatste onderschepping te bepalen. Op basis van de onderscheppingspositieberekeningen kunnen onderscheppingsdiagrammen worden geproduceerd. Hierbij worden twee dreigingsmogelijkheden onderscheiden: een uni-directionele dreiging en een alzijdige dreiging.
Voor een uni-directionele bedreiging worden parallelle lijnen op gelijke afstanden getekend over de volle breedte van het verdedigingsgebied. Onderscheppingsposities worden berekend voor elk van die lijnen. Een onderscheppingslijn (eerst, Nde of laatste) wordt vervolgens gemaakt door deze punten te verbinden. Zie figuur.
Voor een omni-directionele bedreiging worden tracks vastgelegd vanuit het centrum of referentiepunt (bijvoorbeeld het verdedigde doel) van de verdediging naar alle richtingen. Op dezelfde manier als bij de uni-directionele dreiging kunnen de interceptielijnen worden bepaald (zie figuur). Het uni-directionele onderscheppingdiagram maakt het mogelijk om een inzet voor gebiedsverdediging te evalueren tegen een dreiging die uit één richting komt. Het omni-directionele aftakkingsdiagram is bedoeld voor een puntverdedigingssituatie.
Maatregelen van effectiviteit zijn ontwikkeld voor de volgende zes standaardsituaties:
- balanced fires
gelijke vuurkracht in alle richtingen - gewogen dekking
geconcentreerde vuurkracht in de meest waarschijnlijke aanvalsrichting - vroegtijdige interceptie
interceptie van de vijand voordat deze wapens kan inzetten - defence in depth
een aanvallend vliegtuig on ondervindt een steeds toenemende hoeveelheid vuur wanneer het het verdedigde doel nadert - overlapping firezones
overlappende inzetzones van de luchtverdedigingseenheden - mutual support
wederzijdse ondersteuning ter bescherming van naburige luchtverdedigingssystemen.
Een voorbeeld van hoe een richtlijn kan worden ontwikkeld tot een kwantitatieve MOE wordt hier gegeven. De standaardsituatie voor vroegtijdige interceptie wordt gebruikt als voorbeeld. Het doel van vroegtijdige interceptie is om luchtafweer zo te positioneren en te oriënteren dat ze in staat zijn om vliegtuigen in dienst te nemen voorafgaand aan het vrijgeven van wapens. Om een kwantitatieve meting van de mate van vroegtijdige interceptie te verkrijgen, moet de EWRL rond de inzet worden gedefinieerd. Het moment van eerste onderschepping wordt bepaald voor elke track over het inzetgebied als het aantal seconden vóór de EWRL. De MOE is de gemiddelde waarde voor alle tracks. Hoe hoger de waarde van deze MOE, hoe beter de inzet de doelstelling van vroegtijdige interceptie haalt. Extra MOE’s kunnen helpen bij het bepalen van de standaardafwijking van de MOE en het percentage tracks waarbij verdediging vóór de EWRL niet mogelijk is. Merk op dat het voor deze MOE’s niet uitmaakt of een uni-directioneel of een omni-directioneel onderscheppingdiagram wordt gebruikt voor de berekeningen. Op een vergelijkbare manier zijn MOE’s gedefinieerd voor de andere standaardsituaties voor luchtverdediging.
In november 2003 verkocht TNO INDIA aan BAE Systems (Defence Systems) Ltd voor integratie in BAE’s Tactical Command Software (TCS) voor het Ground Based Air Defence System (GBADS) van de South African National Defence Forces (SANDF).