基于熵權法的航空反潛魚雷作戰(zhàn)效能評估方法研究*

郭 聚 韓建立 李新成 呂照富 雷 瑤 李振宇 李 夫

（1.海軍航空大學 煙臺 264001）（2.中國人民解放軍65529部隊 遼陽 111000）

1 引言

航空反潛魚雷具有占領陣位能力強、爆破威力大等優(yōu)勢，隨著現(xiàn)代海軍立體反潛作戰(zhàn)的迅速發(fā)展，航空反潛魚雷逐步成為立體反潛作戰(zhàn)中的重要武器裝備［1］?，F(xiàn)代航空反潛魚雷結構復雜、信息化程度高、種類多樣，隨著在反潛作戰(zhàn)中的廣泛使用，對其作戰(zhàn)效能的評估需求隨之增加［2］。文獻［3］采用了灰色關聯(lián)分析法對魚雷進行了作戰(zhàn)效能評估，文獻［4］采用了模糊評判法對魚雷作戰(zhàn)效能進行評估。文獻［5］采用BP神經網絡對地空導彈混編群進行了作戰(zhàn)效能評估。雖然作戰(zhàn)效能評估方法眾多，但是對多是從靜態(tài)角度分析且主觀性不可避免；評估武器種類各異，但對于航空反潛魚雷的作戰(zhàn)效能評估的較少。本文采用熵權法基于航看反潛魚雷的攻擊過程對其進行了科學合理的作戰(zhàn)效能評估。

2 基于攻擊過程的航空反潛魚雷指標體系建立

對航空反潛魚雷的工作流程和工作原理進行分析，將其工作過程分為四個階段，分別為：占領陣位階段、搜索階段、跟蹤階段和毀傷階段，以上四部分可涵蓋航空反潛魚雷工作的主要過程。按照其工作過程對應的將其作戰(zhàn)效能評估指標體系分為占領陣位能力、搜索能力、跟蹤能力和毀傷能力。指標體系如圖1。

圖1 魚雷作戰(zhàn)效能指標體系

2.1 占領陣位能力

占領陣位能力是指反潛機得到目標的位置后，機上火控計算機計算得到最佳發(fā)射陣位，反潛機能到達該位置的能力［6～8］。當反潛機得到目標位置信息后，需要機動到最佳投雷點進行投雷，在占領陣位過程中魚雷的最大允許投放速度、最大允許投放高度和準備時間都會影響占領陣位能力。

發(fā)射準備時間：航空反潛魚雷投放前需要準備的平均最短時間，該指標越小越有利于魚雷占領陣位。

最大投放速度：反潛機機動到最佳投雷點的過程中速度越快，占領陣位能力越強，因此航空反潛魚雷的最大投放速度應盡可能接近反潛機的最大機動速度，以滿足反潛機快速機動到最佳投雷點進行投雷的要求。然而最大投放速度與魚雷自身設計密切相關，魚雷經空中投放入水會對雷體產生沖擊，顯然投放速度越快對魚雷產生沖擊越大。為了提高魚雷的最大投雷速度，一方面，需要提高魚雷各部件受沖擊后的可靠性；另一方面，需要降落傘具有更優(yōu)的減速能力。故最大投放速度是評估魚雷作戰(zhàn)效能的重要指標。

最大投放高度：航空反潛魚雷可進行投雷的最大高度。魚雷的最大投雷高度越大，其占領陣位過程中可投雷的高度范圍越大，投雷條件越容易滿足，其占領陣位的能力越強。

2.2 搜捕能力

航空反潛魚雷搜索能力指的是魚雷入水后發(fā)現(xiàn)目標的能力［9］。影響該過程的主要因素有自導作用距離，搜索扇面角，魚雷落點散布。

自導作用距離：航空反潛魚雷入水后導引頭開始工作時，導引頭所能識別目標的最遠距離。自導作用距離與目標反射強度、聲源級、指向性系數(shù)、導彈自噪聲等指標密切相關。魚雷的自導作用距離對于魚雷的搜捕目標能力的影響至關重要，魚雷的自導作用距離是其發(fā)現(xiàn)目標能力最直觀的體現(xiàn)。

搜索扇面：魚雷導引頭搜索目標的最大角度范圍為搜索扇面。其角度越大，搜索范圍越廣，捕獲目標的能力越強。

魚雷落點散布：魚雷的如水點與預定的入水點出現(xiàn)的偏差，該誤差是由多種因素造成，如機上火控系統(tǒng)解算誤差，飛機的投雷誤差等。當入水點與預定入水點不同時，會對搜捕概率產生一定影響。通常情況下，散布越小越好。

2.3 跟蹤能力

航空反潛魚雷捕獲目標后，魚雷會轉入跟蹤狀態(tài)。魚雷跟蹤目標的過程中，首先，需要具備一定的航程和航速，確保能追上目標且不至于在跟蹤過程中航程耗盡［10］。其次，面對一些具有較大航行深度的核潛艇，魚雷需要具備較大的航深來對其展開跟蹤。最后，最小回旋半徑反映了魚雷的機動能力，較小的最小回旋半徑可減少魚雷在追蹤過程中丟失目標情況。故跟蹤能力包括：航速、航程、航深、最小回旋半徑。

航速：魚雷的航行速度。只有當魚雷的航行速度大于潛艇的航行速度時，魚雷才有可能追到潛艇。

航程：魚雷可航行的總距離。魚雷的航程要大于魚雷在搜捕段、跟蹤段和再跟蹤段的距離之和才有可能追到目標。故航程越大越好。

航深：魚雷的最大航行深度。面對一些航深較大的核潛艇，較大的航深才能追到目標，故航深越大越好。

最小回旋半徑：魚雷極限轉向時，軌跡圓的半徑，反映了魚雷的機動能力。在跟蹤過程中，跟蹤軌跡的曲率半徑要大于魚雷的最小回旋半徑，魚雷才能保證對目標的穩(wěn)定跟蹤，否則目標會丟失。故該指標越小魚雷跟蹤能力越強。

2.4 毀傷能力

魚雷引信出發(fā)后，對目標造成毀傷的能力。魚雷戰(zhàn)斗部的裝藥量、引信的觸發(fā)方式、引信的作用距離都對毀傷能力有影響。

裝藥量：魚雷戰(zhàn)斗部裝藥的質量。裝藥量越大毀傷能力越強。

引信作用距離：指魚雷非觸發(fā)引信的作用距離。通常來說作用距離越大，毀傷能力越強。非觸發(fā)引信的作用距離遠大于觸發(fā)引信，但在觸發(fā)非觸發(fā)結合的引信中，一種是只要滿足非觸發(fā)引信條件引信就觸發(fā)，另一種是在滿足非觸發(fā)引信條件后直到產生觸發(fā)引信信號或引信探測到距離目標距離開始變大后才觸發(fā)。顯然后者的毀傷效果要好于前者，在計算引信作用距離時也要注意。

3 基于熵權法的航空反潛魚雷作戰(zhàn)效能評估模型

通過對航空反潛魚雷工作流程的分析，按照工作流程，將魚雷作戰(zhàn)效能分為了四個方面，每個方面又由相應參數(shù)構成，構建了航空反潛魚雷作戰(zhàn)效能指標體系。對指標數(shù)據進行歸一化，通過熵權法［11～12］對指標客觀權重進行計算，最終求得航空反潛魚雷作戰(zhàn)效能。流程如圖2。具體步驟如下。

圖2 航空反潛魚雷作戰(zhàn)效能評估流程圖

3.1 建立評估因素集

基于對航空反潛魚雷工作過程的分析，建立航空反潛魚雷作戰(zhàn)效能評估指標體系，評估因素集為：第一層為總因素集u=(u1,u2,u3,u4)，第二層為各階段對應具體指標u=(u11,u12,u13)、u=(u21,u22,u23)、u=(u31,u32,u33,u34)、u=(u41,u42)。式中u1為占領陣位能力，u2為搜捕能力，u3為跟蹤能力，u4為毀傷能力；u11為發(fā)射準備時間，u12為最大投放速度，u13為最大投放高度；u21為自導作用距離，u22為搜索扇面角，u23為落點散布；u31為魚雷航速，u32為魚雷航程，u33為魚雷航深，u34為魚雷最小旋回半徑；u41為戰(zhàn)斗部裝藥量，u42為引信作用距離。

3.2 熵權法評估作戰(zhàn)效能步驟

航空反潛魚雷的各個階段對作戰(zhàn)效能的貢獻程度不一樣，各階段中具體指標對各階段的貢獻程度又不一樣，本文采用熵權法確定權重，具體步驟如下。

步驟1：將待評估的n個魚雷樣本的m個指標，構成矩陣：

步驟2：對矩陣A進行標準化處理，消除m個指標間量綱的區(qū)別，處理后得到矩陣。規(guī)范化處理的方法為

步驟7：獲得攻擊過程各階段評估得分R=D*W，根據分值重復步驟1～6獲得各階段權重，最終獲得航空反潛魚雷作戰(zhàn)效能評估值。

4 實例分析

遴選3種世界現(xiàn)役航空反潛魚雷，根據魚雷作戰(zhàn)效能指標體系建立因素集u=(u1,u2,u3,u4)，u=(u11,u12,u13)、u=(u21,u22,u23)、u=(u31,u32,u33,u34)、u=(u41,u42)。對各指標規(guī)范化處理如表1。

表1 魚雷參數(shù)表

由熵權法得到占領陣位能力中各指標客觀權重 W1s=（0.5816，0.2813，0.1371）T，搜捕能力中各指標客觀權重 W2s=（0.1883，0.4370，0.3747）T，跟蹤能力中各指標客觀權重W3s=（0.2247，0.4606，0.2624，0.0523）T，毀傷能力中各指標客觀權重W4s=（0.2671）T。

三型魚雷0.7329各階段評估值為

各階段權重為

三型魚雷作戰(zhàn)效能的評估結果為

5 結語

本文以航空反潛魚雷攻擊過程各階段為指標體系，建立評估模型，采用熵權法求得指標、階段權重，進行航空反潛魚雷作戰(zhàn)效能評估，得到如下結論：

1）根據評估結果，航空反潛魚雷各階段對作戰(zhàn)效能影響的重要度排序由高到低依次為：搜捕段、占領陣位段、跟蹤段、毀傷段。

2）熵權法可以客觀地為指標賦權，克服了專家打分等主觀賦權方法人為因素的干擾，三型魚雷的作戰(zhàn)效能排序由高到低依次為：魚雷2、魚雷3、魚雷1。