艦空導彈射擊方案優(yōu)化指標體系研究

朱傳偉，斗計華，趙峰民

(海軍大連艦艇學院， 遼寧 大連 116018)

艦空導彈武器系統(tǒng)作為水面艦艇防空作戰(zhàn)的主要防空武器，是構成水面艦艇及其戰(zhàn)斗力的基本要素，對水面艦艇防空作戰(zhàn)的效果起到舉足輕重的作用。艦空導彈射擊方案是水面艦艇綜合防空反導作戰(zhàn)方案的重要組成部分，是在艦空導彈射擊過程中，需要科學合理執(zhí)行的一項組織實施計劃，屬于典型的武器裝備作戰(zhàn)使用問題。為使艦空導彈射擊方案優(yōu)化研究更具有針對性，需要量化分析艦空導彈射擊方案優(yōu)化的影響因素，采用相關統(tǒng)計方法建立艦空導彈射擊方案優(yōu)化的指標體系。建立射擊方案優(yōu)化指標體系，是對艦空導彈射擊方案優(yōu)化中涉及到的一系列評估要素，按照一定的結構層次關系進行排列組合，使其成為一個有機的整體。完整的方案優(yōu)化指標體系是武器裝備整體綜合性能的集中體現(xiàn)。建立科學合理的方案優(yōu)化指標體系是艦空導彈射擊方案研究中一個關鍵環(huán)節(jié)，沒有科學完整的指標體系，方案優(yōu)化就無法進行，而指標體系建立不合理，就無從談起方案優(yōu)化研究的準確性[1-4]。

1 艦空導彈射擊方案優(yōu)化問題

艦空導彈射擊方案是指在防空反導作戰(zhàn)中，針對不同的戰(zhàn)場環(huán)境條件、空襲目標態(tài)勢、武器裝備的狀態(tài)，射擊指揮員使用艦空導彈對來襲目標進行攔截的組織實施方法。艦空導彈射擊方案主要內(nèi)容包括明確需要攔截哪些目標，確定對一批目標的攔截采用幾發(fā)導彈，選擇由哪些火力通道執(zhí)行發(fā)射任務，選擇最佳的導彈發(fā)射時機，預計對一批目標的最大可攔截次數(shù)及對群目標的最多可抗擊數(shù)量。艦空導彈射擊方案問題的優(yōu)化與評價存在眾多影響因素，優(yōu)化艦空導彈射擊方案必須綜合考慮這些影響因素，為客觀系統(tǒng)評價射擊方案打下良好的基礎。依據(jù)艦空導彈防空反導作戰(zhàn)的特點，結合咨詢專家意見，歸納影響艦空導彈射擊方案優(yōu)化的因素主要包括目標因素、裝備因素、武器使用因素、環(huán)境因素、人員因素五個方面。

1) 目標因素

在艦空導彈防空反導作戰(zhàn)過程中，目標因素決定著目標威脅等級，自始至終受到各級指揮員的重點關注，目標因素對艦空導彈采取的有效抗擊手段存在重要的意義。在優(yōu)化艦空導彈射擊方案時需要考慮目標因素對方案優(yōu)化標準的影響[5]。

2) 人員因素

通過歷次實戰(zhàn)可以證明，人與武器裝備之間的關系是相輔相成的，人員因素可以在一定程度上大幅度提升武器裝備的作戰(zhàn)效能，也可降低其作戰(zhàn)效能。人員只有與武器裝備緊密結合，才能充分發(fā)揮裝備的作戰(zhàn)效能。雖然目前裝備自動化程度越來越高，但在艦空導彈射擊方案研究過程中，仍然不能忽視人員之間的協(xié)同配合及操作技能等因素。

3) 武器使用因素

武器使用決策對艦空導彈射擊方案的影響至關重要，既是射擊方案優(yōu)化的出發(fā)點，又是射擊方案優(yōu)化的最終歸宿[6]。針對艦空導彈武器使用方案優(yōu)化的目標，在武器使用決策方案中需要預計艦空導彈對單目標的最大攔截次數(shù)及對多目標的最大可攔截數(shù)量、優(yōu)化艦空導彈火力分配方案、確定艦空導彈的發(fā)射時機等。

4) 裝備因素

人與武器裝備是軍隊戰(zhàn)斗力形成的兩個重要因素，兩者相互制約，構成一個不可分割的整體。艦空導彈射擊方案優(yōu)化研究的著眼點是使用人員立足現(xiàn)有艦空導彈武器裝備技術水平的條件下，最大程度提升艦空導彈的作戰(zhàn)能力。

5) 環(huán)境因素

艦空導彈射擊時的環(huán)境條件包括電磁環(huán)境條件和自然環(huán)境條件。對于電磁環(huán)境條件不僅包括敵方實施的電磁干擾，還包括來自本艦和編隊友艦的電磁輻射信號。無論哪一種電磁干擾都是始終貫穿于艦空導彈防空反導作戰(zhàn)過程中的，因此，在艦空導彈射擊方案優(yōu)化過程中都要予以考慮。

艦空導彈射擊方案優(yōu)化的過程是在基于對目標因素、裝備因素、環(huán)境因素綜合分析，保證艦空導彈預期作戰(zhàn)效果的前提下，選擇艦空導彈火力分配、發(fā)射時機等因素中與艦空導彈射擊方案優(yōu)化直接相關且易于定量描述的子因素，建立艦空導彈射擊方案優(yōu)化目標函數(shù)，再采用相關算法進行計算的過程。其優(yōu)化目標是針對每次不同的射擊階段，優(yōu)化艦空導彈發(fā)射時機、合理選擇火力通道、恰當安排導彈發(fā)射數(shù)量，經(jīng)多方案比較后執(zhí)行一個最優(yōu)的射擊方案。

2 艦空導彈射擊方案優(yōu)化指標體系設計

為有效降低艦空導彈射擊方案優(yōu)化指標選擇的主觀性，提高優(yōu)化指標體系的實用性和針對性，文章采用德爾菲法對艦空導彈射擊方案優(yōu)化指標進行篩選，在得出優(yōu)化指標后，采取主成分分析方法對指標間的關系進行分析，最終構建艦空導彈射擊方案優(yōu)化指標體系。

德爾菲法屬于專家咨詢法的一種，它是使一群專家意見集中起來的方法。通過德爾菲法得到專家們對指標重要性大小的意見后，下一步工作是依據(jù)這些意見作重要性指標篩選[7]。在篩選出優(yōu)化指標后，對指標間的關系進行因子分析，將相關性比較密切的幾個指標歸在同一類因子中?；谝蜃臃治龊偷聽柗品ǖ闹笜梭w系調(diào)查流程見圖1。

2.1 基于德爾菲法的射擊方案優(yōu)化指標篩選

1) 主觀指標體系構建

確定艦空導彈射擊方案優(yōu)化指標是一項復雜的工程，艦空導彈射擊方案問題涉及因素眾多，相關的影響因素可以細化分為多種因素。為了便于分析問題和優(yōu)化指標體系的可操作性，依據(jù)本章前面關于艦空導彈射擊方案的影響因素、理論內(nèi)涵和指標體系建立原則的分析與論述，經(jīng)過分析歸納，建立艦空導彈射擊方案優(yōu)化的主觀指標體系Ⅰ，該體系由25個優(yōu)化指標組成，見表1。

表1 艦空導彈射擊方案優(yōu)化指標體系Ⅰ

2) 重要性指標篩選

假設一個問題有n個指標I1,I2,…,In，其重要性大小分別為x1,x2,…,xn。xi都為正數(shù)，其值越大，表明相應的指標越重要，從n個指標篩選出重要的指標，剔除不重要的指標，即為重要性指標篩選。對于上述主觀優(yōu)化指標的篩選可以通過德爾菲法和模糊數(shù)學分析法相結合，對指標的重要性描述可以采用隸屬度的概念來描述。隸屬度的計算公式為：

xi=mi/M

(1)

式(1)中：M是采用德爾菲法咨詢專家的數(shù)量；mi是第i個優(yōu)化指標Ii被專家選擇的次數(shù)。

隸屬度xi的值越大，表明該指標在優(yōu)化體系中越重要，如xi值過小，可以進行刪除。根據(jù)德爾菲法進行指標篩選的基本原理，本文選擇對艦空導彈作戰(zhàn)使用研究領域的20名專家學者進行咨詢。請專家結合自身的專業(yè)知識和經(jīng)驗，從25個艦空導彈射擊方案優(yōu)化指標中選擇12個最能反映射擊方案的指標，在專家咨詢結果的基礎上進行統(tǒng)計分析，分別得到了25個優(yōu)化指標的隸屬度，見表2。

對于隸屬度小于0.2的優(yōu)化指標可以不進行考慮，其余的15項指標按照隸屬度大小進行排序，并結合第二輪咨詢專家意見，增加了目標類型識別、人員協(xié)同配合、導彈發(fā)射間隔時間3項優(yōu)化評價指標，建立艦空導彈射擊方案優(yōu)化指標體系Ⅱ，共有18個優(yōu)化指標，見表3。

表2 艦空導彈射擊方案優(yōu)化指標的隸屬度

表3 艦空導彈射擊方案優(yōu)化指標體系Ⅱ

2.2 基于主成分法的優(yōu)化指標因子分析

因子分析是主成分分析的延伸與擴展，將相關性比較密切的多個指標或因素歸在同一類因子中，以較少幾個因子反映多個指標所包含的信息。

因子分析的數(shù)學模型是把P個觀測變量分別表示為m

(2)

在對指標進行因子分析時，采用德爾菲法對專家進行第三輪咨詢，用于對艦空導彈射擊方案優(yōu)化指標應用SPSS軟件進行量表分析情況見表4。文章對因子的分析與提取采用Spss Statistics17.0進行，采用KMO與Bartlett檢驗，KMO的值超過了0.65，Bartlett檢驗的P值等于0.000，說明優(yōu)化指標體系可以進行因子分析。

表4 優(yōu)化指標量表分析問卷

通過向?qū)＜易稍冋撟C，在對艦空導彈射擊方案優(yōu)化指標方面提問有18項，采用主成分法提取公因子，按照因子分析的步驟流程進行計算，公因子提取和矩陣旋轉(zhuǎn)處理后的結果見圖3。從圖3中可以看出每個主成分的方差，即特征值。圖3中前5個主成分的初始特征值和因子析取特征值分別為5.560、2.643、2.048、1.586、1.151；旋轉(zhuǎn)處理后的特征值分別為3.153、2.706、2.615、2.441、2.010，均大于1。按照累計貢獻率達到85%的原則，各主成分的方差貢獻率依次累計相加，經(jīng)計算前5個特征值大于1的主成分累計貢獻率達到85.075%，因此本文可以選擇5個公共因子來描述艦空導彈射擊方案優(yōu)化的18個指標包含的信息。

初始因子矩陣有時難以對公共因子的性質(zhì)做出適當說明，一般采取旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣使各個因子負荷值盡可能地向1或0兩個極值轉(zhuǎn)化，見圖4。

2.3 艦空導彈射擊方案優(yōu)化指標體系

從圖4中可以看出18項指標與各個公因子之間的相關系數(shù)，公因子1在目標攻擊可能性、目標類型識別、目標攻擊能力上有較大的載荷，它主要涉及來襲目標威脅等級對艦空導彈射擊方案優(yōu)化的影響，可以命名為目標威脅評估。同理，對18項優(yōu)化指標進行歸類合并，分別將上述4個公因子命名為射擊方法、人員運行、裝備質(zhì)量特征、環(huán)境因素，最終建立艦空導彈射擊方案優(yōu)化指標體系，見圖5所示。

3 結論

現(xiàn)在的海上空襲與反空襲作戰(zhàn)中，水面艦艇面臨的最大威脅是來自各種平臺發(fā)射的反艦精確制導武器，未來海戰(zhàn)中水面艦艇將面臨著多方向、多批次的飽和攻擊。對艦空導彈射擊方案問題進行研究就是為了正確運用艦空導彈火力，使其在防空作戰(zhàn)過程中發(fā)揮出最大效能毀傷目標、保護己方目標的安全。建立科學合理的評價指標體系是射擊方案優(yōu)化研究中一個關鍵環(huán)節(jié)，沒有科學完整的指標體系，艦空導彈射擊方案優(yōu)化研究就無法進行，優(yōu)化指標體系是聯(lián)系評估專家與優(yōu)化對象的紐帶，也是聯(lián)系優(yōu)化方法與優(yōu)化對象的橋梁，只有科學合理的評估指標體系，才能得出科學公正的評估結論[6,8-9]。