防空作戰(zhàn)多目標(biāo)威脅度排序決策研究

昌　飛，張欣毅，林　瑩

(中國航天科工集團(tuán)上海浦東開發(fā)中心，上?！?00085)

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防空作戰(zhàn)多目標(biāo)威脅度排序決策研究

昌飛，張欣毅，林瑩

(中國航天科工集團(tuán)上海浦東開發(fā)中心，上海200085)

摘要：為了幫助作戰(zhàn)指揮員實(shí)施作戰(zhàn)決策，建立了目標(biāo)威脅度判斷數(shù)學(xué)模型作為作戰(zhàn)決策的輔助依據(jù)。采用層次分析法與效用函數(shù)相結(jié)合的方法，構(gòu)建了層次分析模型，對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行量化處理，構(gòu)造效用函數(shù)，加權(quán)計(jì)算出目標(biāo)威脅度的綜合量化值，建立了空中多目標(biāo)威脅度自動(dòng)判斷模型。利用某情報(bào)指揮系統(tǒng)的目標(biāo)指示雷達(dá)數(shù)據(jù)應(yīng)用實(shí)例表明：該研究方法具有一定的實(shí)用性，為目標(biāo)威脅度判斷提供了科學(xué)依據(jù)，可用于指導(dǎo)防空部隊(duì)的作戰(zhàn)訓(xùn)練。

關(guān)鍵詞：防空作戰(zhàn)；威脅度排序；層次分析；效用函數(shù)

Citation format:CHANG Fei，ZHANG Xin-yi，LIN Ying.Research and Decision for Multi-Target Threat Sequencing in Air Defense Combat[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(2):159-161.

目標(biāo)威脅度判斷是現(xiàn)代防空作戰(zhàn)指揮自動(dòng)化決策中的重要組成部分，是實(shí)施火力抗擊的重要依據(jù)，直接影響著攻擊效果[1-2]。作戰(zhàn)指揮員對(duì)空中來襲目標(biāo)威脅度進(jìn)行判斷、決策和指揮，選擇威脅最大的目標(biāo)抗擊。在現(xiàn)代多目標(biāo)防空作戰(zhàn)中，由于現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展，空襲兵器突防能力與突擊威力空前增強(qiáng)，空情信息與戰(zhàn)場態(tài)勢復(fù)雜，導(dǎo)致作戰(zhàn)指揮員判斷難度增加，容易貽誤戰(zhàn)機(jī)[3-5]。因此，必須建立目標(biāo)威脅度判斷數(shù)學(xué)模型作為作戰(zhàn)決策的輔助依據(jù)。

影響敵空襲兵器威脅度的因素較多，這些因素對(duì)威脅度的影響通常只能用模糊的語言描述，因此威脅度判斷一般需借助模糊模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等工具建模與評(píng)估，或根據(jù)作戰(zhàn)原則，實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，戰(zhàn)例分析等建立經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚6-8]。上述因素在作比較、判斷、評(píng)價(jià)和決策時(shí)，其重要性和影響力難以量化，主觀定性程度較大。文中采用層次分析法與效用函數(shù)相結(jié)合的方法，具有定量與定性相結(jié)合、簡潔實(shí)用、操作性強(qiáng)、便于火控計(jì)算機(jī)算法實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，為作戰(zhàn)指揮員對(duì)目標(biāo)威脅度判斷提供了科學(xué)依據(jù)。

1目標(biāo)威脅度模型的建立

1.1建立層次結(jié)構(gòu)模型

結(jié)合防空作戰(zhàn)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和空中目標(biāo)的特性，決定空中目標(biāo)威脅程度的主要因素包括目標(biāo)類型、目標(biāo)數(shù)量、飛行高度、臨界時(shí)間、航路捷徑、空襲方向，如圖1所示。

圖1　威脅度層次結(jié)構(gòu)模型

1.2構(gòu)造P-C層判斷矩陣

建立影響目標(biāo)威脅度的因素兩兩相互比較的比較矩陣。每次取兩個(gè)因素Ci和Cj，aij表示Ci和Cj對(duì)P的影響之比。在比較的過程中，為了使各因素之間進(jìn)行兩兩比較得到量化的判斷矩陣，引入1～9的標(biāo)度，其定義如表1所示。

表1　標(biāo)度值

1.3計(jì)算權(quán)重向量和一致性檢驗(yàn)

表2　平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI標(biāo)準(zhǔn)值

1.4構(gòu)造效用函數(shù)矩陣

對(duì)于m批空襲目標(biāo)的n個(gè)影響目標(biāo)威脅度的準(zhǔn)則因素，將第i(1，2,…，m)批目標(biāo)的第j(1，2,…，6)個(gè)準(zhǔn)則因素Cj的數(shù)據(jù)定義為cij，構(gòu)成準(zhǔn)則因素矩陣C為

準(zhǔn)則因素矩陣C不能直接用于威脅度判斷，必須先將其轉(zhuǎn)化為對(duì)威脅度的影響值，其次還需要統(tǒng)一的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)，即0～1之間的數(shù)，因此引入效用函數(shù)。準(zhǔn)則因素Cj可采用如下3種效用函數(shù)：

1) 若準(zhǔn)則因素Cj越大，目標(biāo)威脅度越大，則Cj采用的效用函數(shù)為

(1)

2) 若準(zhǔn)則因素Cj越小，目標(biāo)威脅度越大，則Cj采用的效用函數(shù)為

(2)

3) 若準(zhǔn)則因素Cj越接近某給定值c*，目標(biāo)威脅度越大，則Cj采用的效用函數(shù)為

(3)

根據(jù)具體情況選擇相應(yīng)的效用函數(shù)公式，通過計(jì)算可以求出效用函數(shù)矩陣為

1.5計(jì)算目標(biāo)威脅度的綜合量化值Pi

根據(jù)P-C層判斷矩陣計(jì)算得出的權(quán)重向量W和效用函數(shù)矩陣μ，則第i批空襲目標(biāo)的威脅度就可以用綜合量化值Pi表示為

(4)

最后對(duì){Pi}由大到小進(jìn)行排序，就可得出m批目標(biāo)中不同威脅的批次順序。

2模型應(yīng)用

2.1應(yīng)用場景

假定作戰(zhàn)指揮員預(yù)先判斷敵機(jī)主攻方向?yàn)榉轿唤?000密位(正北)，空襲目標(biāo)為4批。由防空總?cè)呵閳?bào)指揮系統(tǒng)的目標(biāo)指示雷達(dá)提供的參數(shù)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3　準(zhǔn)則因素(參數(shù))矩陣C

2.2計(jì)算P-C層判斷矩陣

根據(jù)防空指揮專家經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，全部的比較結(jié)果構(gòu)成如表4所示的P-C層判斷矩陣。

表4　P-C層判斷矩陣

2.3計(jì)算效用函數(shù)矩陣μ

為簡化模型而又符合實(shí)際，把空中目標(biāo)分為3種類型：中小型飛機(jī)(戰(zhàn)斗機(jī)和直升機(jī))、大型飛機(jī)(大型的戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略轟炸機(jī))和巡航導(dǎo)彈。目標(biāo)類型為巡航導(dǎo)彈時(shí)取1，為中小型飛機(jī)時(shí)取2，為大型飛機(jī)時(shí)取3。

目標(biāo)類型為巡航導(dǎo)彈時(shí)，雖然其突防能力很強(qiáng)本身具有較高的威脅度，但對(duì)城市目標(biāo)的威脅程度不如戰(zhàn)斗機(jī)，戰(zhàn)斗機(jī)則不如大型轟炸機(jī)的威脅度大，故目標(biāo)類型C1應(yīng)采用式(1)；目標(biāo)數(shù)量越多威脅度越大，目標(biāo)數(shù)量C2應(yīng)采用式(1)；飛行高度越低威脅度越大，飛行高度C3應(yīng)采用式(2)；臨界時(shí)間越短威脅度越大，臨界時(shí)間C4應(yīng)采用式(2)；航路捷徑越小威脅度越大，航路捷徑C5應(yīng)采用式(2)；空襲方向越接近主攻方向威脅度越大，空襲方向C6應(yīng)采用式(3)。

利用式(1)、式(2)、式(3)計(jì)算出效用函數(shù)矩陣μ，如表5所示。

表5　效用函數(shù)矩陣μ

根據(jù)式(4)可以計(jì)算出目標(biāo)威脅度的綜合量化值Pi，如表6所示。

表6　威脅度綜合量化值

2.4結(jié)果分析

由表6結(jié)果可知：第三批目標(biāo)的威脅度0.833 5為最大，第四批目標(biāo)的威脅度0.701 6為第二，第一批目標(biāo)的威脅度0.584 3為第三，第二批目標(biāo)的威脅度0.511為最小。從參數(shù)矩陣表4中可以得知，第三批目標(biāo)為4架戰(zhàn)斗機(jī)，航路捷徑最小，從超低空快速進(jìn)入，方位靠近主攻方向，目標(biāo)威脅度最大，作戰(zhàn)指揮員應(yīng)該首先重點(diǎn)攻擊。第四批目標(biāo)為2架大型轟炸機(jī)，航路捷徑較小，目標(biāo)空襲方向十分接近主攻方向，威脅度也較大，故第四批目標(biāo)威脅度等級(jí)排在第一批目標(biāo)巡航導(dǎo)彈之前。第二批目標(biāo)為1架戰(zhàn)斗機(jī)，航路捷徑較大，距離較遠(yuǎn)，遠(yuǎn)離主攻方向，故該目標(biāo)的威脅度最小。因此，采用層次分析法與效用函數(shù)相結(jié)合建立的多目標(biāo)威脅度模型具有一定的實(shí)用性，符合目前指揮決策的實(shí)際情況。

3結(jié)論

在現(xiàn)代防空作戰(zhàn)中，采用層次分析法與效用函數(shù)相結(jié)合的方法對(duì)多目標(biāo)威脅度排序進(jìn)行了建模與決策研究。首先對(duì)影響空襲武器威脅度的相關(guān)因素進(jìn)行分析，構(gòu)建層次分析模型、對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行量化處理、構(gòu)造效用函數(shù)，最后計(jì)算出目標(biāo)威脅度的綜合量化值及批次排序。

研究方法具有定量與定性相結(jié)合、簡潔實(shí)用、操作性強(qiáng)、便于火控計(jì)算機(jī)算法實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，為目標(biāo)威脅度判斷提供了科學(xué)依據(jù)，具有一定的可信度和實(shí)用性，可用于指導(dǎo)防空部隊(duì)的作戰(zhàn)訓(xùn)練，對(duì)實(shí)現(xiàn)指揮自動(dòng)化有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

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(責(zé)任編輯楊繼森)

Research and Decision for Multi-Target Threat Sequencing in Air Defense Combat

CHANG Fei，ZHANG Xin-yi，LIN Ying

(Shanghai PuDong Development Center，China Aerospace Science & Industry Corp., Shanghai 200085，China)

Abstract:In order to help battle command to implement combat decision, target threat sequence model as an auxiliary operational decision based on mathematics was established. Using analytic hierarchy process (AHP) and utility function, we built AHP model, quantified the various indicators, constructed the utility function, weighted to calculate the target threat comprehensive quantitative index and built automatic judgment model of target threat sequence for multi-target. An application example to verify the research method that has a certain practicality in using the radar data which are received from a command system provides a scientific basis for target threat sequence which can be used to guide air defense forces combat training.

Key words：air defense combat; threat sequence; analytic hierarchy process; utility function

文章編號(hào)：1006-0707(2016)02-0159-04

中圖分類號(hào)：TJ01

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi:10.11809/scbgxb2016.02.038

作者簡介：昌飛(1981—)，男，碩士，主要從事武器系統(tǒng)集成、火控系統(tǒng)研究。

收稿日期：2015-07-29；修回日期：2015-08-19

本文引用格式：昌飛，張欣毅，林瑩.防空作戰(zhàn)多目標(biāo)威脅度排序決策研究[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2016(2):159-161.

【基礎(chǔ)理論與應(yīng)用研究】