基于模糊綜合評判法的航母編隊艦載機群體系作戰(zhàn)效能評估*

張永利 周榮坤 計文平 傅成彬

(中國電子科技集團公司電子科學研究院 北京 100041)

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基于模糊綜合評判法的航母編隊艦載機群體系作戰(zhàn)效能評估*

張永利 周榮坤 計文平 傅成彬

(中國電子科技集團公司電子科學研究院 北京 100041)

對航空編隊艦載機群體系作戰(zhàn)效能進行評估,分析影響艦載機群體系作戰(zhàn)效能的主要因素,建立艦載機群體系作戰(zhàn)效能評估指標體系,給出艦載機群體系作戰(zhàn)效能評估模型。采用AHP確定系統(tǒng)性能指標權重,利用模糊綜合評判法評價性能指標。結果表明此方法可以科學合理地對航母編隊艦載機群體系作戰(zhàn)效能進行評估,為艦載機群體系作戰(zhàn)效能評估提供新的研究視角。

航母編隊; 艦載機群; 層次分析法; 模糊綜合評判; 效能評估

Class Number TN953

1 引言

2013年11月26日,中國第一艘航母“遼寧”艦從青島某軍港起航,前往南海附近海域開展科研試驗和軍事訓練活動,并首次組織了作戰(zhàn)系統(tǒng)綜合測試[1]。

航母編隊要奪取海上制空權,必須擁有足夠數(shù)量的戰(zhàn)斗機;要想有效打擊毀傷對方,還需要一定數(shù)量的攻擊機。另外,航母編隊需要提前發(fā)現(xiàn)較遠距離的目標,并承擔一定的空中引導和指揮,需要配備艦載預警機。而且航母編隊由于艦艇數(shù)目眾多,航行速度快,噪聲大,容易被敵潛艇偵測和反擊,因此需要艦載反潛機[2]。未來我國也將研制艦載無人機,編入航母編隊。

“尼米茲”級航母是世界上最大的航母,搭載戰(zhàn)斗機的數(shù)量也是世界上最多的,包括兩個F/A-18C/D“大黃蜂”戰(zhàn)斗機中隊,兩個F/A-18E/F“超級大黃蜂”戰(zhàn)斗攻擊機中隊,一個E-2C/D“鷹眼”預警機中隊,一個EA-6B“徘徊者”戰(zhàn)術電子戰(zhàn)中隊,和一個SH-3“海王”或SH-60F“海鷹”反潛直升機中隊等,可以24小時不停頓進行戰(zhàn)斗巡邏[3]。

航母上不同種類、不同用途的機種,將它們組合和編配在一起,協(xié)調(diào)行動,必須遵循“合理、足夠、高效”的原則。20世紀90年代,美國、俄羅斯和一些西方國家從單純研究單武器裝備發(fā)展到研究武器裝備作戰(zhàn)系統(tǒng),對作戰(zhàn)效能評估形成系統(tǒng)化、自動化和智能化[4]。國內(nèi)在20世紀80年代開始,相繼開展多機協(xié)同作戰(zhàn)研究工作[5～6]。但是對于多機協(xié)同作戰(zhàn)效能研究則處于起步階段[7]。對航母編隊艦載機群的效能進行科學合理的評估可以提高航母編隊整體作戰(zhàn)效果,所以對這一領域進行研究是很有意義和必要的。

2 構建航母編隊艦載機群體系作戰(zhàn)效能評估體系

2.1 評估指標體系建立原則

航母編隊艦載機群體系作戰(zhàn)效能評估指標的選取,需要綜合考慮多種影響因素,遵循系統(tǒng)性、簡明性、客觀性、時效性、可測性、完備性、獨立性、一致性原則[8],使得艦載機群體系作戰(zhàn)效能評估指標體系的構建既相對簡單,又能全面而真實地反映系統(tǒng)的效能。

2.2 影響評估指標體系的主要因素

為了將多層次、多因素的評估問題進行科學的量化處理,采用模糊綜合評判法構建航母編隊艦載機群效能評估指標體系2級評判模型,有兩個層次,即能力層和技術指標層。能力層的因素集包含以下六個方面:協(xié)同情報處理能力、協(xié)同指控處理能力、協(xié)同打擊處理能力、協(xié)同電子干擾能力、數(shù)據(jù)鏈信息支持能力、抗毀生存能力;技術指標層有19個指標。

2.2.1 協(xié)同情報處理能力

協(xié)同情報處理能力通過多平臺多源情報數(shù)據(jù)共享和融合以及通用處理和顯示架構,在機群全網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)高質量態(tài)勢統(tǒng)一和共享以及多層級態(tài)勢信息生成和評估。

2.2.2 協(xié)同指控處理能力

協(xié)同指控處理能力通過基于統(tǒng)一態(tài)勢和指控條令的戰(zhàn)術評估結果,和基于任務的全局資源優(yōu)化調(diào)度和管理,為作戰(zhàn)人員提供決策能力,以及對武器資源、傳感器資源、通信資源的管理和調(diào)度能力,實現(xiàn)對傳感器到武器的自動化管理。

2.2.3 協(xié)同打擊處理能力

協(xié)同打擊處理能力通過進行武器狀態(tài)控制、武器交接控制、目標指示、近空火力支援等,實現(xiàn)智能化協(xié)同武器控制,構建傳感器到武器的打擊信息支持通路,為機載或艦載武器系統(tǒng)提供打擊態(tài)勢,利用SAR、ESM、紅外、光電等傳感器信息,提供對地/海目標的快速瞄準信息,同時,支持對跨平臺作戰(zhàn)武器的遠程目指、中繼制導等過程中的武器控制管理。

2.2.4 協(xié)同電子干擾能力

協(xié)同電子干擾能力通過實現(xiàn)頻譜感知、高精度的時間同步、動態(tài)調(diào)整各節(jié)點用頻等功能,統(tǒng)一協(xié)調(diào)、規(guī)劃和使用頻譜資源,分時、分頻、分空間使用頻譜資源。在壓制干擾敵方電子設備的同時,最大限度地令我方電子設備正常工作,支持干擾環(huán)境下的協(xié)同電子火力打擊。

2.2.5 數(shù)據(jù)鏈信息支持能力

數(shù)據(jù)鏈信息支持能力指標下層指標為三個:數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)性能指標、數(shù)據(jù)鏈裝備單元性能指標和數(shù)據(jù)鏈的信息優(yōu)勢指標。數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)性能指標從整體上評價數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的性能,數(shù)據(jù)鏈裝備單元性能指標反映了數(shù)據(jù)鏈的固有性能,數(shù)據(jù)鏈信息優(yōu)勢指標主要是指數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)對信息優(yōu)勢的影響。

2.2.6 抗毀生存能力

武器裝備的生存能力依賴于敵方攻擊武器的性能、攻擊策略和雷達裝備的生存性能及機動作戰(zhàn)特性,是多種因素綜合的結果?？梢詫⑾嚓P因素分為兩大部分:外部攻擊因素(攻擊模式、攻擊策略)和系統(tǒng)內(nèi)部生存因素(機動性、隱蔽性、防護性、轉換性、維修性等)。此外,機動策略(如作戰(zhàn)原則、方法與陣地相配套的布局、機動路線等)也影響武器裝備生存能力。

航母編隊艦載機群體系作戰(zhàn)效能評估指標體系結構如圖1所示。

3 模糊綜合評判法評估步驟

航母編隊艦載機群效能評估體系需要綜合考慮各方面的信息,涉及到很多不確定因素,難以精確描述,模糊綜合評判法在定性分析影響系統(tǒng)效能的各指標因素的基礎上,定量對各指標因素做出綜合決策。其特點是按多項模糊的準則參數(shù)對被選方案進行綜合評判,再根據(jù)綜合評判結果對各備選方案進行比較排序,選出最好的方案。與綜合評判有關的有限論域有準則論域和評語等級論域兩種。對各指標建立評語集,分為四個評價等級(很好,好,一般,差),對應評分集為{1 0.8 0.6 0.4}。

模糊綜合評判法的數(shù)學模型由因素集、評判集和模糊矩陣三個要素組成,過程如下[9～11]:

圖1 航母編隊艦載機群體系作戰(zhàn)效能評估指標結構圖

1) 確定因素集U={u1,u2,…,un},此處ui(i=1,2,…,n)表示影響事物評判值的第i個因素。

2) 確定因素評判集V={v1,v2,…,vm},此處vj(j=1,2,…,m)表示影響事物評判值的第j個等級。

3) 單因素評判,對單個因素Ri(i=1,2,…,n)評判,得到單因素評判模糊矩陣R:

5) 綜合評判,可得綜合評判B=W°R=(b1,b2,…,bm)。其中°表示合成運算。對于合成運算,典型模型有“加權平均型”、“主因素決定型”、“混合型”三種算法[12]。其中加權平均型對所有因素依權重大小均衡兼顧,比較適合于要求整體指標的情況。故這里采用加權平均型算法。加權平均型是按線性代數(shù)里普通矩陣的運算進行,即

4 使用層次分析法確定各指標權重

確定權重的方法很多,本文采用應用廣泛的層次分析法來量化指標權重[13]。根據(jù)Saaty表度法,對航母編隊艦載機群效能評估指標體系同一層級的各元素進行兩兩比較,構造判斷矩陣,確定相應的指標權重。

表1 第一層指標體系權重U1,U2,U3,U4,U5,U6計算

λ=6.1232,C.I=0.0246;RI=1.26;CR=CI/RI=0.0246/1.26=0.0195。

從計算結果看出,CR<0.1,表明上述判斷一致性可以接受,即權重值W=(0.3794,0.248,0.1604,0.1024,0.0655,0.0434)T是可以接受的。同理可得第二層各元素的權重,并分別對判斷矩陣進行一致性檢驗,得到各評判指標的權重。

表2 第二層指標體系權重U11,U12,U13,U14計算

λ=4.0310,C.I=0.031;RI=0.89;CR=CI/RI=0.031/0.89=0.0348。

從計算結果看出,CR<0.1,表明上述判斷一致性可以接受,即權重值W1=(0.4658,0.2771,0.1611,0.096)T是可以接受的。

表3 第二層指標體系權重U21,U22,U23計算

λ=3.0092,C.I=0.0092;RI=0.52;CR=CI/RI=0.0092/0.52=0.0177。

從計算結果看出,CR<0.1,表明上述判斷一致性可以接受,即權重值

W2=(0.5390,0.2973,0.1638)T

是可以接受的。

表4 第二層指標體系權重U31,U32,U33,U34計算

從計算結果看出,,表明上述判斷一致性可以接受,即權重值是可以接受的。

表5 第二層指標體系權重C41,C42計算

λ=2,C.I=0;從計算結果看出,CR<0.1,表明上述判斷一致性可以接受,即權重值

W4=(0.6667,0.3333)T

是可以接受的。

表6 第二層指標體系權重C51,C52,C53計算

λ=3.0092,C.I=0.0092;RI=0.52;CR=CI/RI=0/0.52=0。從計算結果看出CR<0.1,表明上述判斷一致性可以接受,即權重值

W5=(0.5714,0.2857,0.1429)T

是可以接受的。

表7 第二層指標體系權重U61,U62,U63計算

λ=3.0183,C.I=0;RI=0.52;CR=CI/RI=0.0183/0.52=0.0352。

從計算結果看出,CR<0.1,表明上述判斷一致性可以接受,即權重值

W6=(0.6232,0.2395,0.1373)T

是可以接受的。

5 評判航母編隊艦載機群體系作戰(zhàn)效能評估體系

航母編隊艦載機群體系作戰(zhàn)效能評估指標體系分為兩個層次,第一層6個指標,第二層19個指標。根據(jù)層次分析法,已經(jīng)確定各指標的權重。由專家意見,影響艦載機群系統(tǒng)效能各個指標的模糊評語如表8所示。

表8 艦載機群體系作戰(zhàn)效能指標等級評語表

由上面計算所得的Ui的指標權重Wi和評語集合V,被評判對象相對于各個指標的模糊評語,即Ui×V上的模糊矩陣是Ri,進行下列模糊變換:Bi=Wi·Ri(i=1,2,…,n)。

對于第一層各個指標U的模糊評語Bi(i=1,2,…,4):B1=W1·R1= (0.1767 0.1051 0.0611 0.0364)

=(0.1684 0.1102 0.0698 0.0416)

歸一化計算可得

B1=(0.4319 0.2826 0.1789 0.1066)

同理可得B2,B3,B4,B5,B6的值:

B2=(0.2867 0.2703 0.2133 0.2297)

B3=(0.3641 0.2721 0.2359 0.1279)

B4=(0.3330 0.4000 0.1667 0.1000)

B5=(0.3571 0.3000 0.2429 0.1000)

B6=(0.3616 0.3000 0.1623 0.1761)

由以上結果看出,該指標體系在協(xié)同情報處理能力、協(xié)同指控處理能力、協(xié)同打擊處理能力、協(xié)同電子干擾能力、數(shù)據(jù)鏈信息支持能力、抗毀生存能力六項指標中好與較好的隸屬度分別是0.7144、0.5569、0.6362、0.7333、0.6571、0.6616,評判結果比較客觀。

將Bi合成一級評判矩陣B=[B1B2B3B4B5B6],則被評判問題相對于全部指標的二級評判矩陣為(按加權型算法計算):

A=W×B=(0.3668 0.2918 0.1988 0.1426)

這一評估結果表明航母編隊艦載機群作戰(zhàn)能力,37%的人認為是很好,29%的人認為是好,20%的人認為是一般,14%的人認為是差。將模糊評語A轉化為總得分。對若干個方案進行排序,則需將綜合評語A再綜合為一個數(shù)。為此采用加權平均法對每個等級與權重分數(shù)賦值V情況如表9所示。

表9 等級與權重值分數(shù)設定情況

從而得到航母編隊艦載機群體系作戰(zhàn)效能評估方案得分為

=77.66

對于其它的航母編隊艦載機群體系作戰(zhàn)效能系統(tǒng),可以按照上述方法進行同樣的綜合評判,最后根據(jù)評判結果選出較優(yōu)的系統(tǒng)結構。

6 結語

從分析和計算過程可以看出,通過對航母編隊艦載機群效能系統(tǒng)的主要因素進行分析,建立航母編隊艦載機群效能評估體系模型,采用層次分析法與模糊綜合評判法相結合,對航母編隊艦載機群體系作戰(zhàn)效能進行評估,為航母編隊艦載機群作戰(zhàn)系統(tǒng)的構成與優(yōu)化提供定量依據(jù)。研究過程發(fā)現(xiàn),由于航母編隊艦載機群作戰(zhàn)系統(tǒng)結構復雜,各項指標體系有待商榷,尚需進一步探討和細化。

[1] 王宇,鄭茂,黃勝.“遼寧”艦海試報告[J].艦船知識,2014,2:22-25.

[2] 安東.中國航母編隊之旗艦——“遼寧”號[J].兵工科技,中國航母編隊專輯:17-26.

[3] 伊鳴.世界主要國家航母編隊[J].兵工科技,中國航母編隊專輯:148-149.

[4] 李瑞,朱偉鋒,王允峰.美國海軍指揮控制系統(tǒng)未來發(fā)展研究[J].艦船電子工程,2013,33(6):6-9.

[5] 劉萬俊,傅裕松,翁興偉.有人機—無人機群協(xié)同空戰(zhàn)目標分配算法[J].火力與指揮控制,2012,37(5):124-127.

[6] 李越嶺,梁廣真.我國海軍主要作戰(zhàn)對象分析以及相應對策[J].艦船電子對抗,2007,30(5):10-13.

[7] 王明緒.數(shù)據(jù)鏈支持下的多機協(xié)同作戰(zhàn)效能評估研究[D],鄭州:鄭州大學,2013.

[8] 劉杲靚.綜合航空電子系統(tǒng)效能評估研究[D],西安:西北工業(yè)大學,2007.

[9] 高山,劉建華,劉思彤.地空導彈混編群作戰(zhàn)協(xié)同效能評估研究[J].戰(zhàn)術導彈技術,2011,44(6):44-50.

[10] 郭輝,徐浩軍,任博.基于模糊綜合評判的預警機作戰(zhàn)效能評估[J].數(shù)學的實踐與認識,2012,42(4):102-106.

[11] 陳松輝,邱宏理.基于AHP和模糊綜合評判法的登陸作戰(zhàn)效能分析[J].艦船電子工程,2013,33(2):91-93.

[12] 何友,王國宏,關欣.信息融合理論及應用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010:248-250.

[13] 張永利,劉春旭.基于Vague集TOPSIS法的防空戰(zhàn)場信息感知系統(tǒng)效能評估[J].中國電子科學研究院學報,2013,8(4):373-376.

Efficiency Evaluation for Carrier Formation Swarming Aircraft Based on Fuzzy Synthetic Evaluation Method

ZHANG Yongli ZHOU Rongkun JI Wenping FU Chengbin

(China Academy of Electronics and Information Technology, Beijing 100041)

In order to evaluate the operational efficiency for carrier formation swarming aircraft, the paper establishes a system with models based on parameters to analyze effectiveness about major factors of the swarming aircraft. The AHP method is used to calculate the weight of each parameter. The fuzzy synthetic evaluation method is applied to access the operational performance. The result demonstrates that the method is feasible to deliver a scientific evaluation and presents a new perspective to judge the efficiency of swarming aircrafts.

carrier formation, swarming aircraft, AHP, fuzzy synthetic evaluation, efficiency evaluation

2015年4月7日,

2015年5月26日

張永利,女,博士,高級工程師,研究方向:空基信息系統(tǒng)總體、無人機、信息融合技術。周榮坤,男,碩士,工程師,研究方向:空基信息系統(tǒng)總體、無人機、計算機軟件。計文平,男,博士,高級工程師,研究方向:目標識別技術。傅成彬,男,碩士,工程師,研究方向:目標識別技術。

TN953

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.10.031