基于效能的艦艇電子對(duì)抗訓(xùn)練效果評(píng)估方法*

陳 奇，趙述千，姜 寧

(1.海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧 大連 116018;2.解放軍91278部隊(duì)，遼寧 大連 116041)

艦艇電子對(duì)抗作為一種反導(dǎo)防御軟殺傷手段，在實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練中其威脅環(huán)境構(gòu)設(shè)、交戰(zhàn)結(jié)果描述和把握與硬武器相比均具有顯著的間接性。經(jīng)過多年訓(xùn)練效果評(píng)估實(shí)踐暴露出其定性評(píng)估多、定量評(píng)估少、缺乏科學(xué)評(píng)估方法和統(tǒng)一評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)等問題。為有效形成訓(xùn)練閉環(huán)，滿足各級(jí)評(píng)估需求，本文針對(duì)其訓(xùn)練特點(diǎn)，構(gòu)建滿足訓(xùn)練評(píng)估所需、可操作性強(qiáng)的艦艇電子對(duì)抗訓(xùn)練效果量化評(píng)估方法。

1 艦艇電子對(duì)抗實(shí)兵訓(xùn)練效果評(píng)估內(nèi)容

要想明確艦艇電子對(duì)抗訓(xùn)練效果評(píng)估內(nèi)容，就必須對(duì)部隊(duì)作戰(zhàn)能力與作戰(zhàn)效能兩個(gè)概念加以界定和區(qū)分。作戰(zhàn)能力指部隊(duì)為執(zhí)行一定作戰(zhàn)任務(wù)所需的“本領(lǐng)”或應(yīng)具有的潛力;作戰(zhàn)效能是指特定條件下部隊(duì)執(zhí)行特定作戰(zhàn)任務(wù)所能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的有效程度。前者作為部隊(duì)固有屬性是一個(gè)相對(duì)靜態(tài)概念，由部隊(duì)裝備情況、人員編配、訓(xùn)練水平等決定，與作戰(zhàn)過程無關(guān);后者不但與部隊(duì)固有作戰(zhàn)能力有關(guān)，而且與作戰(zhàn)時(shí)面臨的環(huán)境、作戰(zhàn)編組和作戰(zhàn)中的實(shí)際運(yùn)用有關(guān)［1］。

因此，艦艇電子對(duì)抗訓(xùn)練效果量化評(píng)估的內(nèi)容應(yīng)確定為“部隊(duì)作戰(zhàn)效能”［2-3］，即訓(xùn)練所構(gòu)設(shè)的戰(zhàn)場電磁環(huán)境、末制導(dǎo)威脅環(huán)境和模擬導(dǎo)彈攻擊兵力態(tài)勢下，參訓(xùn)部隊(duì)完成反導(dǎo)防御訓(xùn)練任務(wù)的有效程度。同時(shí)，通過同一科目多次訓(xùn)練前后，部隊(duì)作戰(zhàn)效能的提高量來表示參訓(xùn)部隊(duì)訓(xùn)練效果(訓(xùn)練效益)［4］。

2 艦艇電子對(duì)抗作戰(zhàn)效能評(píng)估方法

2.1 量化評(píng)估總體技術(shù)方法

目前，部隊(duì)作戰(zhàn)效能評(píng)估常用方法有:指數(shù)法、蘭徹斯特方程法、層次分析法、模糊綜合評(píng)判法、計(jì)算機(jī)仿真法、組合評(píng)價(jià)法等［2，5-6］。本文中，反導(dǎo)防御訓(xùn)練中部隊(duì)電子對(duì)抗作戰(zhàn)效能的度量是一種對(duì)評(píng)估者而言完全透明的事后靜態(tài)量化工作，根據(jù)問題實(shí)際選用層次分析法(AHP法)，該方法具有符合思維規(guī)律、可操作性強(qiáng)、評(píng)估過程及評(píng)估結(jié)論可解釋性好等特點(diǎn)。

2.2 指標(biāo)體系構(gòu)建

作戰(zhàn)效能量化(即訓(xùn)練科目任務(wù)完成度度量)顯然可以以作戰(zhàn)結(jié)果為主要考察指標(biāo)，進(jìn)而采用層次分解思路建立評(píng)估指標(biāo)體系［4，6］。但由于艦艇電子對(duì)抗訓(xùn)練中通常采用信號(hào)發(fā)生器、固定布設(shè)的末制導(dǎo)等方式構(gòu)設(shè)威脅環(huán)境，難以逼真體現(xiàn)高速來襲導(dǎo)彈末制導(dǎo)系統(tǒng)與我艦干擾之間的動(dòng)態(tài)對(duì)抗過程;且所模擬構(gòu)設(shè)的末制導(dǎo)信號(hào)與敵潛射導(dǎo)彈搜捕及反電子干擾特性存在差異;因此，交戰(zhàn)結(jié)果的表達(dá)及應(yīng)用具有一定的間接性，僅以偵察與干擾結(jié)果來表示訓(xùn)練科目下的作戰(zhàn)效能，難以滿足全面暴露和發(fā)現(xiàn)問題的訓(xùn)練評(píng)估需求。本文提出一種“基于任務(wù)要求分解”的效能量化指標(biāo)體系構(gòu)建思路。

2.2.1 作戰(zhàn)效能結(jié)構(gòu)視圖

參訓(xùn)部隊(duì)要想完成訓(xùn)練科目，首先必須具備相應(yīng)的裝備技術(shù)基礎(chǔ);裝備職手依托現(xiàn)有裝備在各級(jí)指揮員指揮協(xié)調(diào)下展開作戰(zhàn)應(yīng)用;同時(shí)在有效情報(bào)和維修保障下形成持續(xù)任務(wù)能力。據(jù)此，建立如圖1所示的基于任務(wù)要求分解的效能結(jié)構(gòu)視圖，以裝備技術(shù)水平、作戰(zhàn)運(yùn)用水平、組織指揮水平、作戰(zhàn)保障能力四個(gè)一級(jí)指標(biāo)考察訓(xùn)練科目完成度。

2.2.2 作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系

依據(jù)“效能結(jié)構(gòu)視圖”，采用層次分解方法建立如圖2所示艦艇電子對(duì)抗作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系，其中底層指標(biāo)1－4反映了基于現(xiàn)有裝備開展戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用、組織指揮等任務(wù)完成工作的關(guān)鍵考察要素;指標(biāo)15－18反映了其余三個(gè)一級(jí)指標(biāo)對(duì)作戰(zhàn)保障的有關(guān)要求和電子對(duì)抗專業(yè)特點(diǎn);指標(biāo)5－10、13－14為依據(jù)艦艇電子對(duì)抗專業(yè)設(shè)計(jì);且由于軍事訓(xùn)練前，按照科目內(nèi)容預(yù)先制定的各類方案、預(yù)案、協(xié)同計(jì)劃等，對(duì)訓(xùn)練中組織指揮的開展具有重要指導(dǎo)意義，故引入指標(biāo)11－12。

圖1 基于任務(wù)要求分解的效能結(jié)構(gòu)視圖

圖2 艦艇電子對(duì)抗作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系

指標(biāo)體系中，“⊕”表示層次分析法中同層指標(biāo)相對(duì)獨(dú)立時(shí)采用的“加法對(duì)上聚合”關(guān)系;“?”為同層指標(biāo)強(qiáng)相關(guān)時(shí)，用于凸顯短板效應(yīng)的“乘法對(duì)上聚合”關(guān)系［4，7-8］。

加法聚合模型:

乘法聚合模型:

式中，y為上層次指標(biāo)值，ωj為權(quán)重。

2.3 指標(biāo)權(quán)重確定方法

AHP法本身具有較為成熟的指標(biāo)權(quán)重確定“方根積法(1－9標(biāo)度法)”或“和積法(0.1－0.9標(biāo)度法)”，但存在計(jì)算量大、需進(jìn)行一致性檢驗(yàn)、對(duì)同一層次指標(biāo)數(shù)有限制等缺點(diǎn)［7］。這里引入基于一致性排序原理的一致性排序權(quán)重確定方法，該方法直接體現(xiàn)群決策思想，具有保序性、計(jì)算相對(duì)簡單等優(yōu)點(diǎn)。具體步驟如下［8］。

步驟1 由p位專家對(duì)同一上級(jí)指標(biāo)下屬任意兩個(gè)同層指標(biāo)做三標(biāo)度比較，若Oi比Ok重要，則uik=1，uki=0;若 Ok比 Oi重要，則 uik=0，uki=1;若 Oi與 Ok一樣重要，則uik=0.5，uki=0.5。構(gòu)成p個(gè)二元定性排序標(biāo)度矩陣:

步驟2 分別檢驗(yàn)其充分必要條件:

步驟4 計(jì)算指標(biāo)Oi(i=1，2，…，m)對(duì)于上一層次指標(biāo)的權(quán)重:

2.4 定性指標(biāo)量化方法

定性指標(biāo)量化通?？刹捎没疑碚摗⒛：C合評(píng)判等方法［4，9］;但由于實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練中，通常參訓(xùn)艦艇數(shù)量、訓(xùn)練科目及各艦訓(xùn)練次數(shù)眾多，評(píng)估工作量龐大，本文通過事先建立詳細(xì)的定性指標(biāo)量化評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，采用專家組群組評(píng)分法對(duì)圖2所示指標(biāo)體系中1、2、11、12、14、17、18等定性指標(biāo)直接量化更為實(shí)用。

2.5 定量指標(biāo)量化方法、模型及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

2.5.1 定量指標(biāo)量化方法

對(duì)定量指標(biāo)，依據(jù)專業(yè)知識(shí)構(gòu)建計(jì)算數(shù)學(xué)模型，采用原始采集數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算獲取指標(biāo)值，量化過程中通常需根據(jù)指標(biāo)物理含義對(duì)其進(jìn)行歸一化處理。

2.5.2 定量指標(biāo)歸一化模型

根據(jù)物理含義定量指標(biāo)分為:效益型、成本型、適度型、區(qū)間型等四類，實(shí)際評(píng)估中需選用適用模型按需進(jìn)行:正向化、去量綱、度量等級(jí)一致化等歸一化［7］。圖2指標(biāo)體系中，定量指標(biāo)3－10、13、15－16需進(jìn)行的處理主要涉及兩類:一類是對(duì)硬件可靠性等效益型指標(biāo)的去量綱處理;另一類是對(duì)目標(biāo)偵察虛警率等成本型指標(biāo)的正向化處理，及對(duì)偵察告警反應(yīng)時(shí)間等成本型帶量綱指標(biāo)的正向化及去量綱處理。因此優(yōu)選以下模型［10-11］。

效益型指標(biāo)歸一化模型:

式中，M為指標(biāo)Cij可能達(dá)到的最大值，m為指標(biāo)Cij可接受值下限。

成本型指標(biāo)歸一化模型:

2.5.3 定量指標(biāo)量化模型

1)“硬件可靠性”指標(biāo)

由于艦艇電子對(duì)抗裝備為系統(tǒng)級(jí)裝備，部分硬件故障時(shí)可能降功能實(shí)現(xiàn)部分戰(zhàn)術(shù)功能;因此該指標(biāo)應(yīng)采用“硬件無故障工作時(shí)間”而非“故障率”表示。作為“帶量綱效益型”指標(biāo)，其量化步驟及模型如下。

步驟1 “硬件無故障工作時(shí)間”量

式中，Tz為裝備工作總時(shí)間(min);Ti為第i次影響作戰(zhàn)功能實(shí)現(xiàn)硬件故障時(shí)間(min);δgzi為第i次硬件故障時(shí)間段內(nèi)的降功能系數(shù)，由專家根據(jù)故障出現(xiàn)時(shí)刻戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢及故障內(nèi)容綜合給定，取值范圍(0，1］。

步驟2 “硬件無故障工作時(shí)間”歸一化

式中，Tmax為最大無故障工作時(shí)間;Tmin為無故障工作時(shí)間可接受下限。

指標(biāo)4(軟件可靠性)量化模型類同。

2)“目標(biāo)偵察虛警率”指標(biāo)

該指標(biāo)為“無量綱成本型”指標(biāo)，量化步驟及模型如下:

步驟1 虛警率計(jì)算:

式中，nxj為虛警次數(shù);ngj為正確告警次數(shù)。

步驟2 虛警率歸一化

式中，pxjmax為虛警率可接受值上限;pxjmin為虛警率可能達(dá)到的理想下限。

3)“偵察告警平均反應(yīng)時(shí)間”指標(biāo)

該指標(biāo)是“帶量綱成本型”指標(biāo)，量化步驟及模型如下。

步驟1 單次偵察告警反應(yīng)時(shí)間歸一化

式中，Tgfmax為允許最長告警時(shí)間(s);Tgfmin為規(guī)定最短反應(yīng)時(shí)間(s)。

步驟2 “偵察告警平均反應(yīng)時(shí)間”指標(biāo)計(jì)算

式中，Tgfi'為第i正確告警反應(yīng)時(shí)間歸一化值;ngj為正確偵察告警總次數(shù)。

其中，顯然不能先對(duì)“反應(yīng)時(shí)間”先求均值，然后再歸一化，否則將導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)果。

指標(biāo)9(偵察告警反應(yīng)時(shí)間)、13(干擾決策反應(yīng)時(shí)間)量化模型類同。

4)其它定量指標(biāo)

指標(biāo)5(目標(biāo)識(shí)別正確率)、8(干擾決策正確率)、10(干擾成功概率)為“無量綱效益型”指標(biāo)，根據(jù)有關(guān)戰(zhàn)術(shù)建立概率計(jì)算模型即可。

2.5.4 定量指標(biāo)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)確定

定量指標(biāo)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)制定是評(píng)估重要準(zhǔn)備工作，這里如表1所示的“上下限值”即為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

表1 艦艇電子對(duì)抗作戰(zhàn)效能評(píng)估定量指標(biāo)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

其中，

1)無故障工作時(shí)間Tmax可能最大值應(yīng)為系統(tǒng)總工作時(shí)間，可接受下限Tmin由專家根據(jù)參訓(xùn)裝備實(shí)際情況確定且一般不應(yīng)過小。

2)虛警率上限pxjmax、反應(yīng)時(shí)間上限Tfymax通常由專家根據(jù)“軍事訓(xùn)練與考核大綱”結(jié)合科目內(nèi)容確定;

3)反應(yīng)時(shí)間下限Tfymin由戰(zhàn)術(shù)知識(shí)可知，其短到一定程度后即能完全滿足作戰(zhàn)需要，因此不應(yīng)為“0”，而是由專家根據(jù)“大綱”和科目內(nèi)容確定的某具體值，否則將導(dǎo)致考核標(biāo)準(zhǔn)過嚴(yán)且不符合實(shí)際。

3 基于效能的艦艇電子對(duì)抗訓(xùn)練效果評(píng)估

3.1 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

根據(jù)前文所確定的指標(biāo)體系編制專家咨詢表，采用2.3節(jié)步驟1、2，根據(jù)式(3)獲取3位專家關(guān)于一級(jí)指標(biāo)(C1，C2，C3，C4)二元定性標(biāo)度矩陣:

依據(jù)步驟3式(5)獲得一致性排序結(jié)果:s1=(C2，C3，C1，C4)，s2=(C2，C1，C4，C3)，s3=(C3，C2，C4，C1)，則 φ(C1)=3，φ(C，φ(C3)=5，φ(C4)=2;

同理，獲得各指標(biāo)權(quán)重如表2所示。

3.2 訓(xùn)練效果評(píng)估

依據(jù)前文方法與模型分別獲取A艦?zāi)晨颇坑?xùn)練第一次訓(xùn)練和最后一次訓(xùn)練的底層指標(biāo)量化結(jié)果如表3、表4。

根據(jù)圖2中所確定的指標(biāo)對(duì)上聚合方式和聚合模型求得第一次訓(xùn)練A艦?zāi)晨颇孔鲬?zhàn)效能C1=0.575;最后一次訓(xùn)練作戰(zhàn)效能Cn=0.892;因此訓(xùn)練效果ΔC=Cn－C1=0.317。

表2 根據(jù)一致性排序原理計(jì)算所得指標(biāo)權(quán)重

表3 A艦?zāi)晨颇康谝淮斡?xùn)練底層指標(biāo)量化值

表4 A艦?zāi)晨颇孔詈笠淮斡?xùn)練底層指標(biāo)量化值

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和參訓(xùn)艦艇實(shí)際情況，定義如表5所示的訓(xùn)練效果分級(jí)表。

表5 訓(xùn)練效果分級(jí)表

因此，A艦艦艇電子對(duì)抗訓(xùn)練效果評(píng)估結(jié)論為“優(yōu)秀”。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)艦艇電子對(duì)抗專業(yè)訓(xùn)練特點(diǎn)，提出了“基于任務(wù)要求分解”的作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建思路和訓(xùn)練效果表達(dá)方法。以層次分析法效能量化技術(shù)為基礎(chǔ)，提出了相應(yīng)的定性指標(biāo)量化方法、定量指標(biāo)計(jì)算模型、定量指標(biāo)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)思路。實(shí)際應(yīng)用表明，該評(píng)估方法體系具有可操作性強(qiáng)、科學(xué)性好等特點(diǎn)，能夠滿足全面暴露與發(fā)現(xiàn)問題的訓(xùn)練效果評(píng)估所需，所提出的評(píng)估思路對(duì)其它專業(yè)軍事訓(xùn)練的效果評(píng)估工作亦具有借鑒意義。

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