基于實戰(zhàn)環(huán)境的反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估

王光源，沙德鵬，張有志，毛世超

（海軍航空工程學(xué)院a.軍事教育訓(xùn)練系；b.研究生管理大隊，山東煙臺264001）

基于實戰(zhàn)環(huán)境的反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估

王光源a，沙德鵬a，張有志a，毛世超b

（海軍航空工程學(xué)院a.軍事教育訓(xùn)練系；b.研究生管理大隊，山東煙臺264001）

針對導(dǎo)彈武器實戰(zhàn)化的作戰(zhàn)訓(xùn)練使用需求，結(jié)合反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的技術(shù)特性，在傳統(tǒng)ADC評估模型基礎(chǔ)上，引入實戰(zhàn)戰(zhàn)場環(huán)境影響因子。分析建立了反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)效能評估指標體系和改進的ADC評估模型，同時針對導(dǎo)彈武器系統(tǒng)能力構(gòu)成的復(fù)雜性，采用層次分析和集對分析法對評價指標進行綜合處理。分析表明，改進模型能夠有效地反映實戰(zhàn)環(huán)境條件下反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的綜合作戰(zhàn)效能，可為開展實戰(zhàn)化條件下的訓(xùn)練提供更具實際意義的支撐和幫助。

實戰(zhàn)環(huán)境；反艦導(dǎo)彈；作戰(zhàn)效能；ADC法

反艦導(dǎo)彈是對海上目標打擊的主戰(zhàn)武器裝備，直接決定著海上作戰(zhàn)任務(wù)的成敗，現(xiàn)已廣泛裝備在海軍艦艇和飛機等各類作戰(zhàn)平臺，并成為綜合作戰(zhàn)效能評估的重要組成部分，需要對其性能進行重點評估和掌握。所謂評估即指對所研究對象或系統(tǒng)的某個屬性給予度量，并在此基礎(chǔ)上進行判斷[1]。導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的效能是指武器裝備系統(tǒng)在規(guī)定的條件下達到規(guī)定使用目標的能力[2]，是武器系統(tǒng)完成規(guī)定任務(wù)程度的度量，能從總體上描繪出該武器在特定作戰(zhàn)環(huán)境下完成規(guī)定任務(wù)的實際能力。因此，及時分析評估和掌握導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能，是科學(xué)高效使用導(dǎo)彈武器裝備的前提，不僅戰(zhàn)時要準確掌握，而且需在平時實戰(zhàn)化的訓(xùn)練中應(yīng)用和檢驗。隨著信息化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的快速發(fā)展，導(dǎo)彈武器系統(tǒng)組成與使用也越來越復(fù)雜，涉及裝備使用的眾多隨機與非隨機因素，特別是在目前實戰(zhàn)環(huán)境條件下，反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估不僅要考慮導(dǎo)彈系統(tǒng)的戰(zhàn)技性能、內(nèi)在特性、工作機制以及攻防對抗等各個因素，而且要考慮到實戰(zhàn)化復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境要素的影響，因而對效能評估方法的選擇和效能模型的建立提出了較高的要求[3-4]。本文在傳統(tǒng)ADC法評估模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合導(dǎo)彈實戰(zhàn)化環(huán)境作戰(zhàn)使用與效能評估的需求，研究改進了評估模型結(jié)構(gòu)，充實了作戰(zhàn)環(huán)境要素的影響，使反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能的評估結(jié)果更好地適應(yīng)部隊實戰(zhàn)化使用需求。

1 反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的ADC評估指標體系分析

由于戰(zhàn)爭形態(tài)和作戰(zhàn)樣式的不斷改變，對武器系統(tǒng)性能和可靠使用等提出了新的更高要求，為綜合評估武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能，美國工業(yè)界武器裝備系統(tǒng)效能咨詢委員會（WSEIAC）提出了對武器系統(tǒng)的通用性評估模型[5-6]，即武器系統(tǒng)的效能是由其有效可用性、可信性及能力決定的，其評價模型為：

式（1）中：E（Effectiveness）表示武器系統(tǒng)的綜合作戰(zhàn)效能，是對武器系統(tǒng)完成所賦予它的使命任務(wù)能力的綜合量度，通常用概率值表示；A（Availability）表示武器系統(tǒng)的可用性（有效性）指標，是指武器系統(tǒng)在開始執(zhí)行任務(wù)時處于可工作狀態(tài)或可承擔任務(wù)狀態(tài)程度的量度，與系統(tǒng)的可靠性、維修性和維修管理水平、器材保障等有關(guān)，反映了系統(tǒng)戰(zhàn)備情況的優(yōu)劣；D（Dependability）表示武器系統(tǒng)的可信性（可依賴性）指標，是對系統(tǒng)在開始執(zhí)行任務(wù)處于某一狀態(tài)而結(jié)束時處于另一狀態(tài)的系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移性指標的表述，反映了系統(tǒng)可靠性的好壞；C（Capability）表示武器系統(tǒng)的能力，是對系統(tǒng)在各種不同狀態(tài)條件下完成所賦予使命任務(wù)能力的量度，反映了設(shè)計能力與作戰(zhàn)實際要求能力之間的符合程度[7-8]。

ADC模型能較全面地反映武器系統(tǒng)技戰(zhàn)術(shù)性能隨時間變化的特性，適合對較為復(fù)雜的導(dǎo)彈等武器系統(tǒng)效能綜合評估。但分析也發(fā)現(xiàn)，ADC評估主要考慮武器系統(tǒng)固有性能要素的影響，現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，任何裝備都離不開具體的戰(zhàn)場使用環(huán)境，并且武器裝備的信息技術(shù)含量越高，其作戰(zhàn)效能發(fā)揮對環(huán)境的依賴性就越大。因此，要使得導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能具有現(xiàn)實指導(dǎo)性，必須考慮可能面臨的實戰(zhàn)化使用環(huán)境影響，本文在原ADC模型基礎(chǔ)上，增加了導(dǎo)彈武器使用的實戰(zhàn)化使用戰(zhàn)場環(huán)境影響因子M，模型修正如下：

根據(jù)反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和使用特點及實戰(zhàn)環(huán)境條件對反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的影響因素，在充分考慮其系統(tǒng)性、可比性、獨立性、層次性、客觀性基礎(chǔ)上，按照定性和定量相結(jié)合的原則分析構(gòu)建導(dǎo)彈武器系統(tǒng)效能評價指標體系。武器系統(tǒng)的可用性A主要由系統(tǒng)的故障率和維修率組成；可信性D主要由導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的發(fā)射可靠性、飛行控制可靠性和命中毀傷可靠性組成[9]；能力C由兩層指標構(gòu)成：一層指標由導(dǎo)彈的選擇捕捉能力、突防能力、命中能力和毀傷能力組成[10]。二層指標中捕捉能力由制導(dǎo)方式、覆蓋能力和截獲能力組成；突防能力由飛行性能和隱身性能組成，命中能力即命中精度，由命中準確度和命中密集度組成，毀傷能力由引信性能和戰(zhàn)斗部性能組成[11]；戰(zhàn)場環(huán)境適應(yīng)能力M的指標組成：一層指標包括電磁環(huán)境和自然環(huán)境的適應(yīng)能力。電磁環(huán)境包括抗敵電磁干擾能力、抗戰(zhàn)場電磁信息干擾能力和裝備系統(tǒng)之間的電磁兼容能力；自然環(huán)境包括海洋氣象環(huán)境（風(fēng)、溫度、氣壓）和海洋水文環(huán)境（海浪、能見度）?；诟倪MADC的反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)評價指標體系如圖1所示。

2 反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估模型

上述根據(jù)實戰(zhàn)化環(huán)境下導(dǎo)彈武器系統(tǒng)使用構(gòu)建的改進ADC評價指標體系，需要進一步分析建立對應(yīng)的評價模型。按照評價指標模型的特點，本文采用冪指數(shù)法、層次分析法和集對分析法分析構(gòu)建具體的應(yīng)用評價模型。

2.1 反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的有效性建模

反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)由火力與發(fā)射控制系統(tǒng)和導(dǎo)彈系統(tǒng)共同組成[12]，火力與發(fā)射控制系統(tǒng)又包括目標指示平臺、計算與分配平臺和發(fā)射平臺。單一系統(tǒng)的初始狀態(tài)一般情況下可分為正常工作和故障維修兩種狀態(tài)[13]，對于反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)而言可以有4種狀態(tài)，其有效向量A為：

式（3）中：a1為火控系統(tǒng)和導(dǎo)彈系統(tǒng)都處于正常工作狀態(tài)的概率；a2為火控系統(tǒng)故障、導(dǎo)彈系統(tǒng)正常工作的概率；a3為火控系統(tǒng)正常工作、導(dǎo)彈系統(tǒng)故障的概率；a4為火控系統(tǒng)和導(dǎo)彈系統(tǒng)都處于故障狀態(tài)的概率。

又有：

式（4）中：aΗ為火控系統(tǒng)正常工作的概率；aΜ為導(dǎo)彈系統(tǒng)正常工作的概率。

由于火控系統(tǒng)由目指平臺、計算分配平臺和發(fā)射平臺串聯(lián)組成，則aΗ為：

式（5）中，aR、aC、aS分別為目指平臺、計算分配平臺和發(fā)射平臺的有效性。

對于單一系統(tǒng)或平臺來說，其處于正常工作狀態(tài)的概率為[14]：

式（6）中：MTBF為平均故障間隔時間；MTTR為平均故障修復(fù)時間；μ為修復(fù)率；λ為故障率。

2.2 反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的可信性建模

反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的可靠性矩陣反映的是系統(tǒng)在執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)過程中的特征[15]。由上述分析可知，系統(tǒng)在開始執(zhí)行任務(wù)時的可靠性矩陣為：

式（7）中，dij表示開始執(zhí)行任務(wù)時系統(tǒng)處于di狀態(tài)，任務(wù)完成時系統(tǒng)處于dj狀態(tài)的概率。

由于導(dǎo)彈武器系統(tǒng)自身不可修復(fù)，如果開始執(zhí)行任務(wù)時發(fā)生了故障，則執(zhí)行任務(wù)過程中必然處于故障而不可能正常工作[16]。設(shè)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)時故障率服從指數(shù)分布，則其可靠性矩陣為：

式（8）中：λh、λm分別為火控子系統(tǒng)和導(dǎo)彈子系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)時的故障率；Th、Tm為分別為火控子系統(tǒng)和導(dǎo)彈子系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)的持續(xù)時間。

2.3 反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力建模

反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的性能矩陣要根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用的具體任務(wù)和目的來確定[17]，反艦導(dǎo)彈一經(jīng)發(fā)射，系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)過程中則只存在可用和不可用2種狀態(tài)，則有：

由于火力與發(fā)射控制系統(tǒng)和導(dǎo)彈系統(tǒng)兩者有任何一個子系統(tǒng)故障，反艦導(dǎo)彈都無法形成作戰(zhàn)能力，因此C2=C3=C4=0。根據(jù)指數(shù)法構(gòu)建反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力，可設(shè)向量X=(x1,x2,…,xi,…,xN)表示反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)具備N項性能指標，其作戰(zhàn)效能指數(shù)為I，則有：

式（10）中：xi為影響反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)能力的具體性能指標；冪指數(shù)ωi為權(quán)重系數(shù)；K為一致性調(diào)整系數(shù)，用于調(diào)整不同武器裝備之間效能指數(shù)的一致性。

由于反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的某些性能指標很難量化，如是否復(fù)合末制導(dǎo)體制，且此類指標通常會在某一確定的范圍區(qū)間產(chǎn)生影響，因而可通過加入影響因子的方法對效能模型進行完善。此外，在反艦導(dǎo)彈的性能指標中既有效益型指標（如有效射程、飛行速度、毀傷能力等），又有成本型指標（如發(fā)射準備時間、射擊精度、轉(zhuǎn)彎半徑等），為統(tǒng)一模型的最終結(jié)果，可將式（8）改進為：

式（11）中：ε為影響因子；xi(i=1,2,…,n)為效益型指標；xi(i=n+1,n+2,…,N)為成本型指標。

通過上述分析，結(jié)合本文研究重點，反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力模型可表述為：

式（12）中：L為導(dǎo)彈最大有效射程；H為導(dǎo)彈最大巡航高度；M為導(dǎo)彈巡航速度；G為導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部質(zhì)量；D為末制導(dǎo)雷達作用距離；A為末制導(dǎo)雷達航向跟蹤范圍；S為末制導(dǎo)雷達距離跟蹤范圍；P為單發(fā)命中概率；ε為有無復(fù)合制導(dǎo)體制影響因子。

為了使模型結(jié)果滿足式（7）的要求，還需要采用集對分析法對指標體系進行處理，即通過構(gòu)造理想矩陣的指標向量方式形成聯(lián)系矩陣，再與所得的權(quán)重系數(shù)進行線性疊加，求出能力矩陣C。

2.4 反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的戰(zhàn)場環(huán)境適應(yīng)性建模

武器系統(tǒng)對于戰(zhàn)場環(huán)境適應(yīng)能力可以用戰(zhàn)場環(huán)境適應(yīng)因子M進行度量，在不同的戰(zhàn)場環(huán)境中，各種環(huán)境因素對于反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的影響程度是不同的。通過運用層次分析法和專家打分，歸一化處理后確定各個戰(zhàn)場環(huán)境因素的權(quán)重，用線性加權(quán)和法確定戰(zhàn)場環(huán)境適應(yīng)因子M[18]：

式（13）中：m為一級指標數(shù)量；ni為第i類一級指標中二級指標數(shù)量；μi、μij分別為一級指標和二級指標的權(quán)重系數(shù)；Fij為專家打分值。

3 仿真算例

設(shè)某型反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的火控子系統(tǒng)平均故障間隔時間為2 000 h，平均修理時間為48 h，導(dǎo)彈子系統(tǒng)平均故障間隔時間為3 000 h，平均修理時間為96 h，執(zhí)行任務(wù)的時間為10min，有復(fù)合末制導(dǎo)體制的反艦導(dǎo)彈ε=1，單一末制導(dǎo)體制的反艦導(dǎo)彈ε=0.7，設(shè)K=1，兩型導(dǎo)彈的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能指標如表1所示，戰(zhàn)場環(huán)境適應(yīng)因子如表2所示。

表1 反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能指標Tab.1 Tactical and technical performance index of anti-ship missile weapon system

表2 反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的戰(zhàn)場環(huán)境適應(yīng)因子Tab.2 Adaptive capacity factor for battlefield environment of anti-ship missile weapon system

3.1 有效性和可靠性矩陣計算

3.2 作戰(zhàn)能力矩陣計算

3.1.1 利用AHP法進行指標權(quán)重分配

1）建立判斷矩陣。采用1～9的比例標度進行度量，經(jīng)過專家咨詢和兩兩比較，得出如下判斷矩陣：

2）求最大特征值及特征向量。求解所得最大特征值及特征向量u分別為：

所得特征向量u即為各指標的權(quán)重系數(shù)，即：

3）一致性檢驗。求得相容性指標為：

當n=8時，其平均隨機一致性指標RI=1.41，則有C/RI=0.033＜0.1，符合相容一致性原則。

3.1.2 構(gòu)造理想矩陣和聯(lián)系矩陣

根據(jù)兩型反艦導(dǎo)彈各項性能指標的最優(yōu)值確定理想矩陣：

這里討論某型號反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)能力與理想型號作戰(zhàn)能力的同一度，故聯(lián)系矩陣即為同一度矩陣[19]。根據(jù)集對分析法，可通過計算被評估系統(tǒng)與理想系統(tǒng)所對應(yīng)指標的同一度得出兩型反艦導(dǎo)彈的聯(lián)系矩陣：

3.1.3 指標合成

根據(jù)C1=[ω1ω2ω3ω4ω5ω6ω7ω8]?B?ε，分別計算出兩型反艦導(dǎo)彈的能力矩陣為：

3.3 環(huán)境適應(yīng)能力計算

根據(jù)式（13），分別計算出兩型導(dǎo)彈的戰(zhàn)場環(huán)境適應(yīng)能力為：Ma=0.821 7；Mb=0.838 6。

3.4 作戰(zhàn)效能計算

通過分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：a型反艦導(dǎo)彈雖然在某些技術(shù)指標上優(yōu)于b型導(dǎo)彈，但由于制導(dǎo)體制和戰(zhàn)場環(huán)境適應(yīng)能力的不同，b型復(fù)合末制導(dǎo)體制反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的綜合作戰(zhàn)效能優(yōu)于a型導(dǎo)彈。

4 結(jié)束語

本文以實戰(zhàn)化條件下導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)使用為需求，在傳統(tǒng)ADC綜合評估方法的基礎(chǔ)上，充分考慮實戰(zhàn)化戰(zhàn)場環(huán)境因素的影響，分析構(gòu)建改進ADC法的反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估模型，使評估結(jié)果能更好地適應(yīng)現(xiàn)實作戰(zhàn)使用需要，同時針對導(dǎo)彈突防使用日益復(fù)雜的需要，采用層次分析等定性與定量相結(jié)合的方式對能力指標進行量化處理，可更好適應(yīng)對復(fù)合制導(dǎo)體制反艦導(dǎo)彈的效能評估，具有較強的實際應(yīng)用價值。通過研究看出，反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)效能評估是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要從使用需求的不同角度和層次對進行側(cè)重和延伸分析，從而為不同的使用對象和作戰(zhàn)需求提供具有針對性的評價模型和結(jié)論。

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Combat Effectivenessof Anti-Ship Missile Weapon System Based on Practical Environment

WANG Guangyuana,SHA Depenga,ZHANG Youzhia,MAO Shichaob
（Navy Aeronautical and Astronautical University a.Department of Military Education and Training; b.Graduate Students’Brigade,Yantai Shandong 264001,China）

In the ligut of the demand for the use of missile weapon combat,combined with the technical characteristics of the anti-ship missile weapon system,the influence factors of battlefield environment were introduced based on the tradi?tional evaluation model.The evaluation index system of anti-ship missile weapon system and the improved evaluation mod?el were established.Meanwhile,in view of the complexity of the capability of missile weapon system,the analytic hierarchy process and set pair analysis method were used in the comprehensive treatment of the evaluation index.The analysis showsed that the improved model could effectively reflect the integrated operational effectiveness of practical environment, and could provide more practical support and help for the training of actual combat conditions.

practical environment;anti-ship missile;combat effectiveness evaluation;ADC

TJ761.1；E911

：A

1673-1522（2017）01-0105-06

10.7682/j.issn.1673-1522.2017.01.002

2016-11-07；

：2016-12-01

王光源（1964-），男，教授，博士。