基于ANP的通信對抗目標(biāo)選擇問題研究＊

宋 新 楊建波

（空軍航空大學(xué) 長春 130022）

1 引言

信息化條件下的戰(zhàn)場，作戰(zhàn)雙方大量使用衛(wèi)星、雷達(dá)、光電、導(dǎo)航、無線電通信、敵我識別和廣播、電視等各種軍用、民用電子設(shè)備，致使戰(zhàn)場上信號密集、交迭、多變，電磁環(huán)境日趨復(fù)雜。而我方通信對抗裝備數(shù)量有限，不可能對敵方所有通信設(shè)備進(jìn)行攻擊。通信對抗目標(biāo)選擇是對通信對抗作戰(zhàn)領(lǐng)域通信目標(biāo)的綜合分析和評估，其分析要點不僅基于待打擊目標(biāo)的威脅程度，而且更加依賴于我方通信對抗系統(tǒng)的實際能力和戰(zhàn)時的電磁背景，本文將以此為切入點，結(jié)合以上三個方面進(jìn)行研究。

通信對抗系統(tǒng)通常是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，通信對抗作戰(zhàn)由于本身的復(fù)雜性，對目標(biāo)進(jìn)行選擇的指標(biāo)較多，而且指標(biāo)間相互影響，相互制約，各指標(biāo)對總體的評估影響也不相同。在確定目標(biāo)優(yōu)先度的過程中，由于主客觀因素的影響，不能完全排除人為因素帶來的誤差，很難真實反映其好壞程度。Thomas.L.Satty于1996年在層次分析法的基礎(chǔ)上提出了網(wǎng)絡(luò)層次分析法（Analytic Network Process，ANP），對于確定通信對抗目標(biāo)打擊順序這樣復(fù)雜的問題，影響其目標(biāo)的因素往往存在相互依賴的關(guān)系和反饋關(guān)系，ANP可以將復(fù)雜系統(tǒng)描述得更為深刻，對各因素以1～9為標(biāo)度進(jìn)行量化，進(jìn)行兩兩比較，最后進(jìn)行綜合排序，是科學(xué)的實用決策方法，更能反映現(xiàn)實情況。

2 網(wǎng)絡(luò)分析法（ANP）介紹

Saaty在多個文獻(xiàn)中對ANP方法及其應(yīng)用進(jìn)行過詳細(xì)的闡述?？偨Y(jié)可知，網(wǎng)絡(luò)分析法分析流程簡要如下：

1）確定目標(biāo)和準(zhǔn)則。

2）構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型。常見模型有四種：內(nèi)部獨立的遞階層次結(jié)構(gòu)、內(nèi)部依存的遞階層次結(jié)構(gòu)、內(nèi)部獨立的循環(huán)系統(tǒng)以及內(nèi)部依存的循環(huán)系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 ANP結(jié)構(gòu)圖

3）構(gòu)建ANP無權(quán)重超矩陣。在控制層的某一個準(zhǔn)則Ps（s＝1，2，…，m）下，以網(wǎng)絡(luò)層元素組Cj中的某一個元素如Cjl（l＝1，2，…，nj）為次準(zhǔn)則，考慮另一個元素組Ci中的各個元素按其對Cjl影響力大小構(gòu)造Ps下的判斷矩陣，并由特征根法得到一個排序向量（，，…，）T。同理，依次將Cj的元素作為次準(zhǔn)則，得到矩陣：

這樣以Ps為準(zhǔn)則，依次將各元素組元素之間的內(nèi)外關(guān)系進(jìn)行比較，這里需要注意，當(dāng)元素組Ci與元素組Cj不相關(guān)聯(lián)時，Wij＝0。最終可獲得無權(quán)重超矩陣Ws：

4）構(gòu)建權(quán)重超矩陣。以Ps為主準(zhǔn)則，以元素組Cj為次準(zhǔn)則，對元素組進(jìn)行成對比較，構(gòu)造判斷矩陣aj，并進(jìn)行歸一化處理，得歸一化特征向量（a1j，a2j，a3j，…，aNj）T。同理，可以得到以下反映元素組間關(guān)系的權(quán)重矩陣As。

有了該權(quán)重矩陣，就可以獲得權(quán)重超矩陣，即以權(quán)重矩陣As，乘以無權(quán)重超矩陣得到權(quán)重超矩陣：

5）求極限超矩陣。在ANP中，要通過求極限超矩陣的方法確定穩(wěn)定的元素優(yōu)先權(quán)。

上式中表示極限超矩陣，Wk表示權(quán)重超矩陣。

6）計算最終排序，進(jìn)行敏感性分析

對每一控制準(zhǔn)則的極限向量按照各準(zhǔn)則權(quán)重進(jìn)行加總，并依據(jù)各可選方案的權(quán)重值排序，從而得出最佳選擇方案。

3 通信對抗目標(biāo)選擇模型的建立

通信對抗干擾目標(biāo)選擇評估就是指在預(yù)先戰(zhàn)略偵察和實時戰(zhàn)術(shù)偵察的基礎(chǔ)上，對當(dāng)前敵情、我情、戰(zhàn)場環(huán)境等情報信息進(jìn)行分析評估，力圖在廣闊的頻域和空域中挖掘出能大幅度降低敵作戰(zhàn)能力的高價值、高威脅的通信系統(tǒng)目標(biāo)。最后依據(jù)作戰(zhàn)要求和通信對抗裝備作戰(zhàn)能力，確定打擊順序及打擊優(yōu)先等級。通信對抗干擾目標(biāo)選擇是通信對抗指揮決策的關(guān)鍵組成部分，是通信對抗戰(zhàn)場數(shù)據(jù)融合中決策系統(tǒng)確定干擾目標(biāo)、干擾樣式以及任務(wù)分配的基礎(chǔ)和前提，其關(guān)鍵在于目標(biāo)干擾優(yōu)先等級的正確評估。本文從以下幾部分著手進(jìn)行分析。

1）分析任務(wù)、準(zhǔn)則、元素和指標(biāo)。為了對通信對抗決策問題進(jìn)行分析并建立ANP模型，必須先分析任務(wù)、準(zhǔn)則、元素和指標(biāo)。該問題中：（1）主要任務(wù)是對通信對抗目標(biāo)進(jìn)行排序，總體任務(wù)是有效分配干擾資源和提升通信對抗干擾效果；（2）對通信對抗目標(biāo)的選擇基于有效分配干擾資源和提升作戰(zhàn)整體效果。為了有效分配干擾資源和提升作戰(zhàn)整體效果，需要考慮以下三個主要影響因素：我方裝備實際能力、敵方目標(biāo)威脅程度和戰(zhàn)場環(huán)境影響。以往模型中往往只是考慮目標(biāo)威脅程度，而對我方通信對抗裝備的實際能力和戰(zhàn)場環(huán)境避而不談；（3）每個影響因素包含一系列的評價指標(biāo)，如表1所示。

表1 通信對抗目標(biāo)選擇的評價指標(biāo)體系

其中對我軍裝備偵察能力和干擾能力的評估另屬于一套復(fù)雜的系統(tǒng)，其子指標(biāo)集以及評估流程在此不做贅述。

2）以模型的形式表示任務(wù)、準(zhǔn)則、元素、指標(biāo)和通信目標(biāo)之間的關(guān)系。根據(jù)通信威脅評估指標(biāo)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)層次分析法，建立網(wǎng)絡(luò)模型如圖2。其中的箭頭方向決定了元素之間的相互影響。箭頭的元素影響著尾部，雙向箭頭表示元素之間有相互影響。在同一群中的元素之間有相互影響時用一個封閉環(huán)狀雙向箭頭表示。在這里，相對于AHP方法主要考慮到了元素組之間以及元素內(nèi)部的相互影響。

圖2為通信對抗目標(biāo)選擇ANP模型，該模型以網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)顯示了它們之間的關(guān)系。

圖2 為通信對抗目標(biāo)選擇ANP模型

3）將各個影響因素下的指標(biāo)進(jìn)行對比，建立對比矩陣，并計算出每個指標(biāo)的局部權(quán)重。

4）以有效分配干擾資源和提升作戰(zhàn)整體效果為目標(biāo)對比各個影響因素，建立對比矩陣，計算出各個因素的權(quán)重。

5）計算各個指標(biāo)的全局權(quán)重。

6）評價決策方案。

4 算例分析

為方便分析該評估指標(biāo)體系的科學(xué)性和網(wǎng)絡(luò)分析法的可行性與有效性，本文將借鑒文獻(xiàn)［1］中提出的經(jīng)典仿真場景進(jìn)行算例分析。

4.1 場景假定

如圖3所示，紅方某轟炸機(jī)編隊執(zhí)行對藍(lán)方防空導(dǎo)彈陣地的轟炸任務(wù)，為接下來的空中突防和空降作戰(zhàn)掃清障礙。情報顯示，對紅方構(gòu)成威脅的防御力量主要有在指揮控制中心A領(lǐng)導(dǎo)下的戰(zhàn)斗機(jī)陣地B、防空導(dǎo)彈陣地C、近距支援部隊D，并且配有預(yù)警機(jī)E和電子干擾機(jī)F。紅軍遠(yuǎn)距離支援干擾機(jī)、隨隊干擾機(jī)和近距支援干擾機(jī)奉命對藍(lán)方通信鏈路進(jìn)行干擾，為轟炸機(jī)編隊順利完成任務(wù)提供支援。另外，戰(zhàn)場電磁環(huán)境假定為理想狀況。

圖3 戰(zhàn)場態(tài)勢圖

藍(lán)方的通信鏈路如圖3中的虛線所示，經(jīng)過初步分析重要的通信網(wǎng)絡(luò)有：指揮中心—預(yù)警機(jī)（T1）、指揮中心—戰(zhàn)斗機(jī)（T2）、指揮中心—防空導(dǎo)彈陣地（T3）、預(yù)警機(jī)—近距支援部隊（T4）、預(yù)警機(jī)—防空導(dǎo)彈部隊（T5）和預(yù)警機(jī)—戰(zhàn)斗機(jī)（T6）。為方便仿真結(jié)果的對比分析，只取部分通信鏈路參數(shù)進(jìn)行分析，如表2所示。

表2 藍(lán)方通信鏈路參數(shù)指標(biāo)

4.2 建立網(wǎng)絡(luò)模型

網(wǎng)絡(luò)模型如圖2所示，不再贅述。需要特別指出的是，本算例分析中評估通信對抗目標(biāo)威脅程度大小的指標(biāo)體系有所簡化，其主要目的是方便與現(xiàn)有評估模型進(jìn)行對比，重點突出我方裝備實際能力在進(jìn)行目標(biāo)選擇中的重要作用。

4.3 構(gòu)造判斷矩陣

在確定通信對抗目標(biāo)選擇的ANP網(wǎng)絡(luò)后，首先需要構(gòu)建無權(quán)重超矩陣，即通過元素間的兩兩比較、歸一化處理獲得。如以“通信鏈路”為主準(zhǔn)則，以“通信技術(shù)”為次準(zhǔn)則，可構(gòu)造如表3所示的判斷矩陣（表3～表5均按1～9標(biāo)度進(jìn)行兩兩比較）。

表3 “通信鏈路”與“通信技術(shù)”準(zhǔn)則下的判斷矩陣

該矩陣反映出，單就通信技術(shù)而言，通信鏈路T1采用的通信體制較為復(fù)雜，相應(yīng)的威脅程度則較高，但是并不能由此就斷定通信鏈路T1的干擾優(yōu)先性。此時以“通信鏈路”為主準(zhǔn)則，以“干擾能力”為次準(zhǔn)則，可構(gòu)造如表4所示的矩陣。

該矩陣反映出，單就干擾能力而言，通信鏈路T1采用的通信體制較為復(fù)雜，相應(yīng)的威脅程度則較高，但是干擾難度也相應(yīng)增加，干擾效果有所降低。依次可以構(gòu)造多個判斷矩陣，并對判斷矩陣進(jìn)行歸一化處理，組成無權(quán)重超矩陣。在獲得無權(quán)重超矩陣后對各元素組進(jìn)行組間比較，如以“通信鏈路”為準(zhǔn)則，對元素組進(jìn)行兩兩比較，可得如表5的判斷矩陣。

表4 “通信鏈路”與“干擾能力”準(zhǔn)則下的判斷矩陣

表5 “通信鏈路”準(zhǔn)則下的判斷矩陣

4.4 計算極限超矩陣

如此，依各準(zhǔn)則進(jìn)行元素組之間的比較，并將獲得的各判斷矩陣歸一化，然后合并，再與無權(quán)重矩陣相乘，即可獲得權(quán)重超矩陣，依據(jù)該權(quán)重超矩陣可最終獲得如表6所示的極限超矩陣。

根據(jù)表 6，將 0.070、0.039、0.101、0.081、0.108、0.061六個數(shù)值進(jìn)行歸一化處理就可得到各通信鏈路的選擇權(quán)重，即進(jìn)行干擾打擊的優(yōu)先順序應(yīng)該為：預(yù)警機(jī)—防空導(dǎo)彈部隊（T5）、指揮中心—防空導(dǎo)彈陣地（T3）、預(yù)警機(jī)—近距支援部隊（T4）、指揮中心—預(yù)警機(jī)（T1）、預(yù)警機(jī)—戰(zhàn)斗機(jī)（T6）和指揮中心—戰(zhàn)斗機(jī)（T2）。

表6 極限超矩陣

本算例的分析結(jié)果表明，指揮中心和預(yù)警機(jī)之間通信鏈路并沒有得到較大的優(yōu)先權(quán)，而防空導(dǎo)彈部隊與預(yù)警機(jī)和指揮中心的通信鏈路擺到了更重要的位置。這樣的結(jié)果更加科學(xué)有效，因為預(yù)警機(jī)與指揮中心之間的通信鏈路運用的通信技術(shù)更加復(fù)雜，但是卻難以對其進(jìn)行有效干擾和壓制，而根據(jù)“轟炸防空導(dǎo)彈陣地”這一作戰(zhàn)任務(wù)的需要，切斷防空導(dǎo)彈部隊和其他部隊之間的聯(lián)系，成為上上之策。

5 結(jié)語

本文在分析目標(biāo)威脅影響因素的基礎(chǔ)上，引入“我方裝備性能”這一重要影響因素，提出了通信對抗目標(biāo)選擇的指標(biāo)體系，運用ANP方法構(gòu)建了目標(biāo)選擇的評估模型，并進(jìn)行了實例驗證，取得了比較滿意的結(jié)果，為指揮員決策提供了理論依據(jù)。

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