基于網(wǎng)絡(luò)層次分析法的艦艇反導(dǎo)作戰(zhàn)效能評(píng)估

段繼琨

（91404部隊(duì)，河北秦皇島066001）

基于網(wǎng)絡(luò)層次分析法的艦艇反導(dǎo)作戰(zhàn)效能評(píng)估

段繼琨

（91404部隊(duì)，河北秦皇島066001）

艦艇反導(dǎo)作戰(zhàn)效能評(píng)估的方法主要有SEA法、ADC法、作戰(zhàn)模擬法和層次分析法等，這些方法存在多系統(tǒng)評(píng)估比較困難，或者沒(méi)有考慮系統(tǒng)之間或系統(tǒng)內(nèi)部的相互影響，從而導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果存在偏差。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，在層次分析法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，引入網(wǎng)絡(luò)層次分析法，較好地解決了系統(tǒng)之間或內(nèi)部相互影響和多系統(tǒng)評(píng)估難度較大的問(wèn)題。分析結(jié)果表明，該方法簡(jiǎn)潔實(shí)用，易于被普遍接受。

網(wǎng)絡(luò)層次分析法；反導(dǎo)；評(píng)估模型；作戰(zhàn)效能

艦艇反導(dǎo)作戰(zhàn)效能最好的評(píng)估方法是實(shí)戰(zhàn)評(píng)估，但在設(shè)計(jì)、論證和訓(xùn)練等過(guò)程中無(wú)法采用。目前常用的評(píng)估方法有ADC法、指數(shù)法、層次分析法、模糊綜合評(píng)判法、SEA法［1］。文獻(xiàn)［2］采用AHP建立了電子對(duì)抗反導(dǎo)的指標(biāo)體系，并運(yùn)用模糊函數(shù)較好地解決了定性指標(biāo)的量化問(wèn)題；文獻(xiàn)［3］從指揮控制、信息攻防、信火攔截等方面入手，建立了艦艇防空反導(dǎo)的指標(biāo)體系，并提出了指標(biāo)的量化處理方法；文獻(xiàn)［4］運(yùn)用SEA法建立防空作戰(zhàn)電子對(duì)抗作戰(zhàn)效能的評(píng)估模型，但其指標(biāo)體系不夠完善；文獻(xiàn)［5］分析了水面艦艇反導(dǎo)防御體系的基本結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)研究了艦載雷達(dá)發(fā)現(xiàn)距離、艦空導(dǎo)彈發(fā)射區(qū)和殺傷區(qū)3個(gè)方面問(wèn)題。

目前，國(guó)內(nèi)艦艇反導(dǎo)研究的文章多數(shù)為某一系統(tǒng)反導(dǎo)效能的評(píng)估，沒(méi)有對(duì)艦艇的各系統(tǒng)綜合反導(dǎo)效能進(jìn)行分析，而且忽略了系統(tǒng)之間或內(nèi)部存在相互影響的問(wèn)題。因此，本文從作戰(zhàn)角度出發(fā)，系統(tǒng)分析了水面艦艇反導(dǎo)的主要手段，以及各種反導(dǎo)手段與其他手段或系統(tǒng)存在的相互影響，提出了運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)層次分析法解決存在反饋問(wèn)題的思路，并給出了算例。

1　評(píng)估指標(biāo)體系建立

目前，艦艇的反導(dǎo)裝備主要包括艦艇指控系統(tǒng)、預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)、艦空導(dǎo)彈系統(tǒng)、電子對(duì)抗系統(tǒng)和速射炮系統(tǒng)（大口徑艦炮通常認(rèn)為不具備反導(dǎo)能力）。艦艇反導(dǎo)典型作戰(zhàn)流程為：預(yù)警機(jī)或其他手段將敵空襲信息傳遞給水面艦艇，水面艦艇警戒雷達(dá)對(duì)來(lái)襲方向進(jìn)行重點(diǎn)觀察，特別是對(duì)超低空快速小目標(biāo)的觀察；艦艇指控系統(tǒng)對(duì)各種信息進(jìn)行融合處理，艦長(zhǎng)識(shí)別威脅目標(biāo)，為本艦的各反導(dǎo)系統(tǒng)分配目標(biāo)，下達(dá)作戰(zhàn)命令；各部門(mén)根據(jù)命令，對(duì)來(lái)襲導(dǎo)彈實(shí)施抗擊，完成反導(dǎo)作戰(zhàn)任務(wù)。

由上述反導(dǎo)作戰(zhàn)過(guò)程進(jìn)行分析可知，艦艇反導(dǎo)作戰(zhàn)效能與指揮控制系統(tǒng)、預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)、電子對(duì)抗系統(tǒng)、航空導(dǎo)彈系統(tǒng)和速射炮系統(tǒng)等5個(gè)系統(tǒng)密切相關(guān)。

以反導(dǎo)作戰(zhàn)效能為控制準(zhǔn)則，建立反導(dǎo)效能評(píng)估的指標(biāo)組B，又因系統(tǒng)效能的發(fā)揮涉及該系統(tǒng)的多個(gè)能力指標(biāo)，因而每個(gè)系統(tǒng)又選取若干重要能力構(gòu)成指標(biāo)C，詳見(jiàn)表1。

表1　艦艇反導(dǎo)評(píng)估指標(biāo)Tab.1 Ship antimissile evaluation index table

2　基于網(wǎng)絡(luò)層次分析法的評(píng)估模型

2.1評(píng)估指標(biāo)權(quán)重確定原則

網(wǎng)絡(luò)層次分析法是一種多準(zhǔn)則測(cè)度理論，它是通過(guò)個(gè)人判斷（或者是將實(shí)際測(cè)量結(jié)果歸一化為一種相對(duì)形式）獲取指標(biāo)的相對(duì)優(yōu)先權(quán)即權(quán)重的一種方法。

2.1.1直接優(yōu)勢(shì)度

給定一個(gè)準(zhǔn)則，2個(gè)指標(biāo)對(duì)于該準(zhǔn)則的重要程度進(jìn)行比較。

2.1.2間接優(yōu)勢(shì)度

相對(duì)一個(gè)準(zhǔn)則，2個(gè)指標(biāo)在準(zhǔn)則下對(duì)第3個(gè)指標(biāo)（稱為次準(zhǔn)則）的影響程度進(jìn)行比較。例如，在艦艇綜合反導(dǎo)效能為主準(zhǔn)則、預(yù)警探測(cè)距離為次準(zhǔn)則下，對(duì)艦長(zhǎng)決策控制能力C1和態(tài)勢(shì)掌握情況C3之間的優(yōu)勢(shì)度比較。顯然，預(yù)警探測(cè)距離對(duì)態(tài)勢(shì)掌握情況相對(duì)艦長(zhǎng)決策控制能力要明顯一些。

2.2評(píng)估指標(biāo)量化處理

艦艇綜合反導(dǎo)效能評(píng)估指標(biāo)分為2類(lèi)：一類(lèi)是可量化的指標(biāo)，即其表示的值是實(shí)數(shù)，其大小是有明確意義的，比如導(dǎo)彈攔截多目標(biāo)能力、探測(cè)距離；另一類(lèi)是定性的指標(biāo)，即其表示的數(shù)值用極好、較好、好、一般、較差等概念表示，只能表示其能力高低的等級(jí)而不能直接用來(lái)對(duì)其作戰(zhàn)效能進(jìn)行評(píng)估。因此，這類(lèi)指標(biāo)在進(jìn)行效能評(píng)估前必須將其量化。例如，抗干擾性能、職手訓(xùn)練水平等。

2.2.1定量指標(biāo)無(wú)量綱化處理

比值模型：

式（1）中：Xi為指標(biāo)實(shí)際值；X0為完成任務(wù)所需的理想值。

假設(shè)預(yù)警探測(cè)距離（對(duì)100 m超低空快速小目標(biāo)）為50km，對(duì)反導(dǎo)來(lái)說(shuō)，其發(fā)現(xiàn)距離越遠(yuǎn)越好，但實(shí)際探測(cè)距離受視距限制。因此，其理想值為視距值61.5km（假設(shè)天線高度為25 m）。

將數(shù)據(jù)代入式（1）得：F=0.813。

2.2.2定性指標(biāo)無(wú)量綱化處理

將某一定性指標(biāo)劃分為5個(gè)評(píng)語(yǔ)等級(jí)｛極好，較好，好，一般，較差｝，根據(jù)各評(píng)語(yǔ)等級(jí)的相對(duì)重要性建立判斷矩陣，得出評(píng)語(yǔ)等級(jí)權(quán)重向量并進(jìn)行量化；不同的定性指標(biāo)可劃分為不同的等級(jí)，并求出不同的權(quán)重。

例如，對(duì)艦長(zhǎng)決策控制能力量化見(jiàn)表2。

表2　定性指標(biāo)無(wú)量綱化處理表Tab.2 Qualitative index non dimensional treatment table

2.3建立網(wǎng)絡(luò)分析法模型

1）確立模型的目標(biāo)和準(zhǔn)則。準(zhǔn)則就是艦艇反導(dǎo)能力，目標(biāo)是對(duì)艦艇反導(dǎo)能力進(jìn)行評(píng)估。

2）建立評(píng)估模型。通過(guò)比較，建立了如圖1所示的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部具有相互依賴關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)模型，雙向箭頭表示相互影響，單向箭頭表示單向影響。

圖1　網(wǎng)絡(luò)模型圖Fig.1 Network model diagram

3　基于網(wǎng)絡(luò)層次分析法的指標(biāo)計(jì)算

網(wǎng)絡(luò)層次分析法模型求取指標(biāo)權(quán)重的核心是根據(jù)判斷準(zhǔn)則和1-9標(biāo)度法構(gòu)造判斷矩陣和超矩陣，通過(guò)加權(quán)形成穩(wěn)定的極限超矩陣，得出各評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重。

3.1構(gòu)造判斷矩陣

首先以控制層目標(biāo)艦艇反導(dǎo)能力為主準(zhǔn)則，以網(wǎng)絡(luò)層指標(biāo)組指揮控制能力B1中的評(píng)估指標(biāo)職手訓(xùn)練水平C2為次準(zhǔn)則，考慮指標(biāo)組電子對(duì)抗B3中的指標(biāo)按其受C2的影響力大小進(jìn)行間接優(yōu)勢(shì)度比較，可構(gòu)造如表3所示的判斷矩陣，并求出歸一化特征向量Wi。其他次準(zhǔn)則下的判斷矩陣類(lèi)似。

表3　職手訓(xùn)練水平C2為次準(zhǔn)則下指標(biāo)組B3中指標(biāo)的判斷矩陣Tab.3 Personnel training levelC2for the sub criteria indicators in the groupB3judgment matrix

3.2構(gòu)造超矩陣

將C1、C2、C3、C4為次準(zhǔn)則下各判斷矩陣的歸一化特征向量匯總到一個(gè)矩陣W31中。該矩陣表示指標(biāo)組B1中的指標(biāo)與指標(biāo)組B3中的指標(biāo)之間的影響關(guān)系，態(tài)勢(shì)掌控程度C3、指控系統(tǒng)性能C4對(duì)指標(biāo)組B3無(wú)影響，所以歸一化特征向量為0。

式中，列向量就是指標(biāo)組B1中的指標(biāo)對(duì)指標(biāo)組B3中的指標(biāo)的影響程度排序向量。若指標(biāo)組B3中的指標(biāo)不受指標(biāo)組B1中指標(biāo)的影響，則W31=0。

用同樣的方法，通過(guò)考慮指標(biāo)間的相互關(guān)系，可以求得W11、W21、W31、W32、W13、W14、W42、W44。其他沒(méi)有列出的關(guān)聯(lián)矩陣均為0，說(shuō)明2個(gè)指標(biāo)組之間沒(méi)有關(guān)聯(lián)。這樣以自適應(yīng)干擾效能為主準(zhǔn)則，因此干擾效能指標(biāo)體系的指標(biāo)的未加權(quán)超矩陣為：

3.3構(gòu)造極限超矩陣

以艦艇反導(dǎo)效能為主準(zhǔn)則，指標(biāo)組B1、B2、B3、B4、B5為次準(zhǔn)則，依據(jù)各指標(biāo)組間的重要性進(jìn)行比較，采用標(biāo)度對(duì)其進(jìn)行間接優(yōu)勢(shì)度比較，建立各次準(zhǔn)則下的判斷矩陣，并求出其歸一化特征向量。將各次準(zhǔn)則下的判斷矩陣相對(duì)應(yīng)的歸一化特征向量匯總，可獲得艦艇反導(dǎo)效能準(zhǔn)則下的權(quán)重矩陣：

有了權(quán)重矩陣，就可以獲得加權(quán)超矩陣：

為反映各個(gè)元素之間相互依存和作用關(guān)系，在網(wǎng)絡(luò)層次分析法中需要對(duì)加權(quán)超矩陣做一個(gè)穩(wěn)定處理，即計(jì)算W的極限矩陣，如果此極限收斂而且是唯一的，那么其第 j列就是下層網(wǎng)絡(luò)各元素對(duì)于元素 j的極限相對(duì)排序，即各元素相對(duì)于最高目標(biāo)的權(quán)重值。圖2為利用的計(jì)算結(jié)果。

圖2　艦艇反導(dǎo)能力準(zhǔn)則下的極限超矩陣Fig.2 Super matrix under the antimissile capability of ship

3.4指標(biāo)權(quán)重分析

如圖3所示，權(quán)重排序在前5位的分別是預(yù)警距離C5、預(yù)警雷達(dá)抗干擾性能C6、導(dǎo)彈攔截多目標(biāo)能力C13、態(tài)勢(shì)掌握情況C3、艦長(zhǎng)決策控制能力C1。上述計(jì)算結(jié)果符合人們對(duì)艦艇綜合反導(dǎo)能力的認(rèn)識(shí)。

艦艇實(shí)施反導(dǎo)的前提條件是能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)來(lái)襲的反艦導(dǎo)彈，充分掌握戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)。及時(shí)發(fā)現(xiàn)來(lái)襲導(dǎo)彈的重要制約指標(biāo)是預(yù)警雷達(dá)抗干擾性能是否良好，而預(yù)警距離的大小、預(yù)警雷達(dá)抗干擾性能直接影響戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)掌握的程度，進(jìn)而影響艦長(zhǎng)的決策控制能力；信息化條件下的海上作戰(zhàn)，來(lái)襲導(dǎo)彈是從多個(gè)方向同時(shí)或分批來(lái)襲，導(dǎo)彈攔截多目標(biāo)的能力十分重要；速射炮系統(tǒng)由于射程較小，通常情況下只有幾km，對(duì)綜合反導(dǎo)能力影響也較??；電子對(duì)抗系統(tǒng)屬于末端反導(dǎo)自衛(wèi)手段，雖然可同時(shí)干擾同一方向來(lái)襲的多枚反艦導(dǎo)彈，但其可靠性較差，且對(duì)成像和激光制導(dǎo)的反艦導(dǎo)彈無(wú)能為力。

圖3　艦艇反導(dǎo)效能評(píng)估指標(biāo)曲線Fig.3 Evaluation curve of ship antimissile effectiveness

3.5實(shí)例分析

以現(xiàn)役典型光榮級(jí)、提康德羅加級(jí)巡洋艦反導(dǎo)能力為例子進(jìn)行評(píng)估，巡洋艦裝備性能見(jiàn)表4，通過(guò)評(píng)估結(jié)果驗(yàn)證評(píng)估方法的合理性。

表4　典型巡洋艦裝備性能表Tab.4 Performance table of typical cruiser equipment

根據(jù)評(píng)估指標(biāo)處理方法，參考圖2的數(shù)據(jù)處理。如，導(dǎo)彈攔截多目標(biāo)能力C13，可選取現(xiàn)役世界先進(jìn)防空導(dǎo)彈系統(tǒng)同時(shí)攔截12個(gè)目標(biāo)（理想能力）為基準(zhǔn)，由式（1）分別對(duì)光榮級(jí)和提康德羅加級(jí)巡洋艦進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果分別為0.75和1，定性指標(biāo)見(jiàn)表2的量化取值。

根據(jù)線性加權(quán)合成法公式對(duì)指標(biāo)進(jìn)行合成：

式（6）中：WCi為指標(biāo)權(quán)重；Fi為指標(biāo)量化值。

經(jīng)計(jì)算光榮級(jí)和提康德羅加級(jí)巡洋艦反導(dǎo)作戰(zhàn)效能分別為0.652 01和0.772 4，計(jì)算結(jié)果符合認(rèn)知情況，詳見(jiàn)表5、6。

表5　典型巡洋艦反導(dǎo)效能評(píng)語(yǔ)表1Tab.5 Performance table 1 of typical cruiser antimissile

表6　典型巡洋艦反導(dǎo)效能評(píng)語(yǔ)表2Tab.6 Performance table 2 of typical cruiser antimissile

4　結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)層次分析法、ADC法和SEA法等方法在艦艇反導(dǎo)作戰(zhàn)效能評(píng)估方面不能很好解決系統(tǒng)之間或內(nèi)部存在影響的問(wèn)題，引入網(wǎng)絡(luò)層次分析法；通過(guò)對(duì)主準(zhǔn)則、次準(zhǔn)則的比較，建立了判斷矩陣。對(duì)判斷矩陣進(jìn)行運(yùn)算，形成極限超矩陣，較好地解決了該問(wèn)題，優(yōu)化了評(píng)估指標(biāo)權(quán)重向量的計(jì)算；同時(shí)，將定性指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)量化，解決了定性指標(biāo)評(píng)估量化的難點(diǎn)。實(shí)踐表明，該方法易于理解，可對(duì)復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行定量與定性相結(jié)合的分析與評(píng)估，能夠顯著減小主觀因素對(duì)評(píng)估結(jié)果的影響，較好地兼顧了系統(tǒng)之間或內(nèi)部整體作戰(zhàn)效能評(píng)估的影響；本文利用ANP法對(duì)艦艇反導(dǎo)作戰(zhàn)評(píng)估進(jìn)行了初探，下一步將詳細(xì)研究艦艇反導(dǎo)的指標(biāo)體系和指標(biāo)無(wú)量綱化處理。

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Antimissile Operational Effectiveness Evaluation of Naval Ships Based on Analysis Network Process

DUAN Jikun
（The 91404thUnit of PLA，Qinghuangdao Hebei 066001，China）

The main evaluation methods of ship anti-missle operational effectiveness include system effectiveness analysis，availability dependability，combat simulation and analysis hierarchy process，etc.In these methods，there are such problems as the difficulty of evaluating multi-system，no considering inter-system interaction and in-system interaction，etc. These problems lead to the deviation of evaluation results.For this reason，in this paper，ANP method based on the improvement of analysis hierarchy process method is proposed to solve such problems as inter-system，in-system interaction，and the difficulty of evaluating multi-system.Analysis results showed that this method was simple and practical，and is easy to be widely accepted.

analysis network process；antimissile；model of evaluation；operation efficiency

E843

A

1673-1522（2016）04-0489-06

10.7682/j.issn.1673-1522.2016.04.015

2016-04-21；

2016-05-23

段繼琨（1976-），男，工程師，碩士。