基于雷達(dá)網(wǎng)的艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)能力評(píng)估模型

方良，李照順，宋祥斌

（海軍指揮學(xué)院，江蘇南京 211800）

雷達(dá)網(wǎng)的作戰(zhàn)能力很大程度上影響了編隊(duì)的作戰(zhàn)效能。利用定性和定量分

0 引言

現(xiàn)代海戰(zhàn)中，敵我雙方基本上都是以編隊(duì)的形式進(jìn)行對(duì)抗。海上艦艇編隊(duì)的作戰(zhàn)能力是指編隊(duì)在一定的作戰(zhàn)條件下完成作戰(zhàn)任務(wù)的能力，是衡量編隊(duì)完成各種戰(zhàn)斗任務(wù)的基本依據(jù)，也是衡量水面艦艇編隊(duì)及其裝備性能優(yōu)劣的綜合性、整體性指標(biāo)［1］，其數(shù)值大小直接體現(xiàn)了艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)能力的優(yōu)劣程度。國內(nèi)有關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)能力進(jìn)行了研究［2－3］。在文獻(xiàn)［2］中，將各單艦自身作戰(zhàn)能力指數(shù)進(jìn)行加權(quán)得到編隊(duì)綜合作戰(zhàn)能力指數(shù)，在此基礎(chǔ)上對(duì)艦艇編隊(duì)編成進(jìn)行優(yōu)化。文獻(xiàn)［3］中根據(jù)編隊(duì)各單項(xiàng)作戰(zhàn)能力指數(shù)不低于要求值，進(jìn)行編隊(duì)編成模式優(yōu)化。上述文獻(xiàn)計(jì)算艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)能力時(shí)考慮了各艦艇雷達(dá)對(duì)自身艦艇作戰(zhàn)能力的影響，尚未考慮編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)能力對(duì)編隊(duì)綜合作戰(zhàn)能力的影響。雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)能力是指雷達(dá)網(wǎng)探測(cè)預(yù)警、定位、跟蹤以及“四抗”（抗干擾、抗低空突防、抗反輻射導(dǎo)彈摧毀和抗隱身）的能力。然而，編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)的效能不是網(wǎng)內(nèi)各部雷達(dá)效能的簡單疊加，而是有較大飛躍，通過合理組網(wǎng)可以提高艦艇雷達(dá)的探測(cè)能力以及“四抗能力”，編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)的作戰(zhàn)能力對(duì)艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)能力的發(fā)揮具有重要作用，編隊(duì)雷達(dá)系統(tǒng)不僅能獲取、傳輸和處理攻擊敵方所需的各種信息，還擔(dān)負(fù)著編隊(duì)的火力指揮功能，只有合理的配置編隊(duì)雷達(dá)系統(tǒng)，才能確保艦艇編隊(duì)各種武器系統(tǒng)構(gòu)成具有多功能、多層次、全方位的海上攻防作戰(zhàn)系統(tǒng)［3］，為編隊(duì)中的艦艇創(chuàng)造更有利的作戰(zhàn)環(huán)境，發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，達(dá)到事半功倍的效果。

通過科學(xué)分析影響雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)能力的有關(guān)因素，構(gòu)建基于雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)能力的艦艇編隊(duì)綜合作戰(zhàn)能力指數(shù)模型，并采用AHP（層次分析法）確定權(quán)重，實(shí)現(xiàn)對(duì)艦艇編隊(duì)綜合作戰(zhàn)能力的定量評(píng)估。從而輔助指揮員進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，合理編成，選擇較好的配置方案，以取得較好的作戰(zhàn)效果。這對(duì)于海上艦艇編隊(duì)的發(fā)展規(guī)劃和戰(zhàn)斗使用具有重要意義。

1 海上艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)能力指數(shù)體系

海上艦艇編隊(duì)的各艘艦艇具有指定的任務(wù)，配備針對(duì)性的武器裝備。根據(jù)編隊(duì)內(nèi)各種裝備的功能，將其劃分為2類:預(yù)警探測(cè)裝備和作戰(zhàn)裝備。預(yù)警探測(cè)裝備的主要功能是對(duì)敵、我目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)搜索，提供預(yù)警功能。作戰(zhàn)裝備的主要功能是對(duì)目標(biāo)進(jìn)行各種軟、硬打擊，直接施加作戰(zhàn)影響［4］。

海上艦艇編隊(duì)編成模式的確定，以最大限度地發(fā)揮編隊(duì)的作戰(zhàn)能力為總目標(biāo)。海上艦艇編隊(duì)的作戰(zhàn)能力包括艦艇編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)能力和編隊(duì)武器裝備作戰(zhàn)能力。艦艇編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)能力通過編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)能力指數(shù)體現(xiàn)，編隊(duì)武器裝備作戰(zhàn)能力通過編隊(duì)武器裝備作戰(zhàn)能力指數(shù)體現(xiàn)。體系如圖1所示。

圖1 海上艦艇編隊(duì)綜合作戰(zhàn)能力指數(shù)體系Fig.1Fleet integrated combat capability index system

編隊(duì)武器裝備作戰(zhàn)能力指數(shù)可分為對(duì)空作戰(zhàn)能力指數(shù)、對(duì)海作戰(zhàn)能力指數(shù)和對(duì)潛作戰(zhàn)能力指數(shù)［5］等。對(duì)空作戰(zhàn)能力指數(shù)又可分為每艘艦上武器裝備對(duì)空作戰(zhàn)能力指數(shù);對(duì)海作戰(zhàn)能力指數(shù)又可分為每艘艦上武器裝備對(duì)海作戰(zhàn)能力指數(shù);對(duì)潛作戰(zhàn)能力指數(shù)又可分為每艘艦上武器裝備對(duì)潛作戰(zhàn)能力指數(shù)。指數(shù)體系如圖2所示。

圖2 編隊(duì)武器裝備作戰(zhàn)能力指數(shù)體系Fig.2Fleet weapon equip combat capability index system

從雷達(dá)網(wǎng)的作戰(zhàn)目標(biāo)和作戰(zhàn)任務(wù)方面分析，其作戰(zhàn)能力主要包括探測(cè)能力和防御能力。因此，雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)能力指數(shù)分為雷達(dá)網(wǎng)探測(cè)能力指數(shù)和防御能力指數(shù)。雷達(dá)網(wǎng)探測(cè)能力指數(shù)又可分為各艦雷達(dá)探測(cè)能力指數(shù);雷達(dá)網(wǎng)防御能力指數(shù)又可分為雷達(dá)網(wǎng)抗干擾能力指數(shù)、抗低空突防能力指數(shù)、抗反輻射導(dǎo)彈能力指數(shù)及抗隱身目標(biāo)能力指數(shù)。指標(biāo)體系如圖3所示。

圖3 編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)能力指數(shù)體系Fig.3Fleet radar netwok combat capability index system

2 海上艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)能力指數(shù)模型

指數(shù)法曾作為“中國、美國國防系統(tǒng)分析方法學(xué)術(shù)討論會(huì)”研討的重要內(nèi)容之一，提出了一個(gè)統(tǒng)一的度量標(biāo)準(zhǔn)，建立在軍事專家的豐富經(jīng)驗(yàn)之上，在量化方面有所改進(jìn)，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的特點(diǎn)，適用于宏觀分析和快速評(píng)估，而且效能建立在武器系統(tǒng)自身的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，避開了大量不確定因素影響，從而增強(qiáng)了評(píng)估的確切性［6］。

根據(jù)以上所建立的海上艦艇編隊(duì)綜合作戰(zhàn)能力指標(biāo)體系，編隊(duì)裝備作戰(zhàn)能力指數(shù)中對(duì)空作戰(zhàn)能力指數(shù)、對(duì)海作戰(zhàn)能力指數(shù)和對(duì)潛作戰(zhàn)能力指數(shù)相對(duì)獨(dú)立，共同構(gòu)成編隊(duì)綜合攻防作戰(zhàn)能力，而這3種能力又與雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)能力指數(shù)密切相關(guān)，即雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)能力決定了艦艇的反艦、防空和反潛能力的發(fā)揮。

將海上艦艇編隊(duì)綜合作戰(zhàn)能力指數(shù)模型用下式表示:

式中:IB為海上艦艇編隊(duì)綜合作戰(zhàn)能力指數(shù);IW為艦艇編隊(duì)武器裝備作戰(zhàn)能力指數(shù);IL為艦艇編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)能力指數(shù)。

2.1 編隊(duì)武器裝備作戰(zhàn)能力指數(shù)模型

編隊(duì)武器裝備作戰(zhàn)能力指數(shù)取決于編隊(duì)對(duì)空作戰(zhàn)能力指數(shù)、對(duì)海作戰(zhàn)能力指數(shù)和對(duì)潛作戰(zhàn)能力指數(shù)。編隊(duì)對(duì)空作戰(zhàn)能力是指艦艇在海上作戰(zhàn)中，依靠所攜帶的兵器對(duì)空中來襲目標(biāo)進(jìn)行抗擊的能力，主要取決于艦空導(dǎo)彈的作戰(zhàn)能力，而艦空導(dǎo)彈的作戰(zhàn)能力取決于射程、最大速度、最小射高、命中精度、裝藥量、反應(yīng)時(shí)間、發(fā)射間隔、備彈數(shù)量和制導(dǎo)方式。編隊(duì)對(duì)海作戰(zhàn)能力是指在海上作戰(zhàn)中打擊敵方艦艇編隊(duì)以及運(yùn)輸船隊(duì)的能力，主要取決于各艦反艦導(dǎo)彈的作戰(zhàn)能力，而反艦導(dǎo)彈的作戰(zhàn)能力取決于射程、戰(zhàn)斗部裝藥量、飛行速度、飛行高度和制導(dǎo)方式。編隊(duì)對(duì)潛作戰(zhàn)能力是指在敵方潛艇可能活動(dòng)海域?qū)撤綕撏?shí)施攻擊的能力，取決于魚雷反潛能力和火箭深彈反潛能力，魚雷反潛能力取決于航程、航速、航行深度、裝藥量和制導(dǎo)方式，火箭深彈反潛能力取決于射程和裝藥量［7］。

式中:IDK、IDH、IDQ分別為艦艇編隊(duì)對(duì)空、對(duì)海和對(duì)潛作的戰(zhàn)能力指數(shù);α，β和γ為權(quán)重系數(shù)，且α+β+γ =1。

2.2 編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)能力指數(shù)模型

編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)能力指數(shù)模型用下式表示:

式中:IL為雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)能力指數(shù);IT為艦艇編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)探測(cè)能力指數(shù);IF為艦艇編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)的防御能力指數(shù);k1和k2為權(quán)重指數(shù)，且k1+k2=1。

艦艇編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)的探測(cè)能力指數(shù)取決于各艦艇雷達(dá)的探測(cè)能力的疊加，各艦艇雷達(dá)的探測(cè)能力取決于作用距離、精度和分辨率。艦艇編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)的防御能力指數(shù)取決于雷達(dá)網(wǎng)的抗干擾能力指數(shù)、抗低空目標(biāo)突防能力指數(shù)、抗反輻射導(dǎo)彈能力指數(shù)及抗隱身目標(biāo)能力指數(shù)的疊加。

式中:n為雷達(dá)總數(shù);ILi為每部雷達(dá)的探測(cè)能力;IKG，IKD，IKA和IKY分別為雷達(dá)網(wǎng)的抗干擾能力指數(shù)、抗低空突防能力指數(shù)、抗反輻射導(dǎo)彈能力指數(shù)和抗隱身能力指數(shù)。ω1，ω2，ω3，ω4分別為權(quán)重系數(shù)，且ω1+ω2+ ω3+ω4=1。

雷達(dá)網(wǎng)的抗干擾能力指數(shù)取決于雷達(dá)網(wǎng)的頻率重疊系數(shù)、極化類型因子、信號(hào)類型因子、單部雷達(dá)抗干擾能力指數(shù);雷達(dá)網(wǎng)的抗低空突防能力指數(shù)取決于各雷達(dá)體制類型;雷達(dá)網(wǎng)的抗反輻射導(dǎo)彈能力指數(shù)取決于各雷達(dá)的電磁隱蔽性;雷達(dá)網(wǎng)的抗隱身能力指數(shù)取決于雷達(dá)網(wǎng)的空域反隱身能力指數(shù)、頻域反隱身能力指數(shù)和極化域反隱身能力指數(shù)。

式中:EPX為雷達(dá)網(wǎng)頻率重疊系數(shù)指標(biāo)值;EJL為雷達(dá)網(wǎng)極化類型因子指標(biāo)值;EXL為雷達(dá)網(wǎng)信號(hào)類型因子指標(biāo)值;EDK為單部雷達(dá)抗干擾能力指標(biāo)值;m1，m2，m3和m4為權(quán)重系數(shù)，且m1+m2+m3+m4=1;EL為雷達(dá)網(wǎng)體制類型指標(biāo)值;EDY為雷達(dá)網(wǎng)電磁隱蔽性指標(biāo)值;EKY，EPY和EJY分別為雷達(dá)網(wǎng)空域反隱身能力指標(biāo)值、頻域反隱身能力指標(biāo)值和極化域反隱身能力指標(biāo)值，且m5+m6+m7=1。

3 仿真評(píng)估計(jì)算及分析

3.1 仿真條件

假設(shè)在執(zhí)行某一任務(wù)時(shí)，某航母打擊群準(zhǔn)備配屬3艘護(hù)航水面艦艇，1艘核潛艇，1艘戰(zhàn)斗支援艦，核潛艇與戰(zhàn)斗支援艦為已選好艦艇?，F(xiàn)有4種型號(hào)護(hù)航水面艦艇，1型巡洋艦2艘，2型驅(qū)逐艦2艘，3型驅(qū)逐艦1艘，4型護(hù)衛(wèi)艦1艘，有3種編隊(duì)方式。

1）1型巡洋艦1艘，2型驅(qū)逐艦2艘。

2）1 型巡洋艦1艘，2型驅(qū)逐艦1艘，3型驅(qū)逐艦1艘。

3）1 型巡洋艦1艘，2型驅(qū)逐艦1艘，4型護(hù)衛(wèi)艦1艘。

3.2 權(quán)重分配

根據(jù)上級(jí)下達(dá)的任務(wù)要求，利用AHP法，對(duì)各指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行分配［8］。

1）確定判斷矩陣

對(duì)式（5）中的4個(gè)戰(zhàn)技指標(biāo)，通過專家咨詢，將各指標(biāo)兩兩比較，得出如下判斷矩陣:

對(duì)式（6）中的4個(gè)戰(zhàn)技指標(biāo)，通過專家咨詢，將各指標(biāo)兩兩比較，得出如下判斷矩陣:

對(duì)式（9）中的3個(gè)戰(zhàn)技指標(biāo)，通過專家咨詢，將各指標(biāo)兩兩比較，得出如下判斷矩陣:

2）求解最大特征值及對(duì)應(yīng)特征向量

求解矩陣A，B，C的最大特征值λmax1，λmax2，λmax3及其對(duì)應(yīng)的特征向量u1，u2，u3如下:

由AHP法原理可知，特征向量u即為目標(biāo)的權(quán)重。

3）一致性檢驗(yàn)

計(jì)算出評(píng)價(jià)判斷矩陣的權(quán)重后，應(yīng)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。利用一致性指標(biāo)CI進(jìn)行檢驗(yàn)，

式中:n為判斷矩陣的階數(shù)。

查平均隨機(jī)一致性指標(biāo)表（如表1）可以得到相應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，計(jì)算隨機(jī)一致性比例CR=CI/RI，當(dāng)CR＜0.1時(shí)，表示判斷矩陣符合一致性指標(biāo)。對(duì)上述判斷矩陣，當(dāng)λmax1=4.091，n=4，有CI=0.03，CR=0.034，符合一致性條件;當(dāng)λmax2=4.192，n=4，有CI=0.064，CR=0.071，符合一致性條件;當(dāng)λmax3=3，n=3，有CI=0，CR=0，符合一致性條件。

3.3 仿真結(jié)果

確定各權(quán)重系數(shù)，利用上述艦艇編隊(duì)綜合作戰(zhàn)能力指數(shù)模型，對(duì)3種編隊(duì)方式進(jìn)行仿真計(jì)算，得到各編隊(duì)方式下的艦艇編隊(duì)綜合作戰(zhàn)能力指數(shù)（見表2）。

從仿真計(jì)算結(jié)果可以看出，3種編隊(duì)的作戰(zhàn)能力評(píng)估排序?yàn)?

編隊(duì)方式1＞編隊(duì)方式2＞編隊(duì)方式3。

適合此次作戰(zhàn)任務(wù)的艦艇編隊(duì)方式是編隊(duì)方式1。在這種編成模式下，編隊(duì)中各艦艇所組成的雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)指數(shù)達(dá)到最大，具有較強(qiáng)的探測(cè)能力和較好的“四抗能力”，從而確保艦艇編隊(duì)中各種武器系統(tǒng)構(gòu)成多功能、多層次、全方位的海上攻防作戰(zhàn)系統(tǒng)，使海上艦艇編隊(duì)獲得較好的作戰(zhàn)能力。

4 結(jié)語

利用定性和定量分析相結(jié)合的方法分析了影響雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)能力指標(biāo)體系，建立了基于雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)能力的編隊(duì)綜合作戰(zhàn)能力指數(shù)模型，并通過AHP法確定權(quán)重，最終計(jì)算出編隊(duì)作戰(zhàn)能力指數(shù)，仿真結(jié)果表明，所建立的艦艇編隊(duì)綜合作戰(zhàn)能力指數(shù)模型能反映艦艇編隊(duì)編成配置的要求以及編隊(duì)裝備體系效能與編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)之間的關(guān)系。使用此指數(shù)模型，對(duì)于輔助指揮員進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，合理編成，選擇較好的配置方案，具有較好的指導(dǎo)意義。

在對(duì)艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)能力指數(shù)模型進(jìn)行建模時(shí)，還沒有考慮在體系對(duì)抗的環(huán)境下，對(duì)雷達(dá)網(wǎng)能力發(fā)揮的影響，主要是在靜態(tài)條件下對(duì)艦艇編隊(duì)綜合作戰(zhàn)能力的建模，下一步的工作，是在考慮對(duì)抗的條件下，對(duì)雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)能力進(jìn)行建模，研究雷達(dá)網(wǎng)以及艦艇編隊(duì)綜合作戰(zhàn)能力。

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