段繼琨

（91404部隊，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)效能評估

段繼琨

（91404部隊，河北秦皇島066001）

艦艇反導(dǎo)作戰(zhàn)效能評估的方法主要有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)評估比較困難，或者沒有考慮系統(tǒng)之間或系統(tǒng)內(nèi)部的相互影響，從而導(dǎo)致評估結(jié)果存在偏差。針對這個問題，在層次分析法的基礎(chǔ)上進行了改進，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)評估難度較大的問題。分析結(jié)果表明，該方法簡潔實用，易于被普遍接受。

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

艦艇反導(dǎo)作戰(zhàn)效能最好的評估方法是實戰(zhàn)評估，但在設(shè)計、論證和訓(xùn)練等過程中無法采用。目前常用的評估方法有ADC法、指數(shù)法、層次分析法、模糊綜合評判法、SEA法［1］。文獻(xiàn)［2］采用AHP建立了電子對抗反導(dǎo)的指標(biāo)體系，并運用模糊函數(shù)較好地解決了定性指標(biāo)的量化問題；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］運用SEA法建立防空作戰(zhàn)電子對抗作戰(zhàn)效能的評估模型，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個方面問題。

目前，國內(nèi)艦艇反導(dǎo)研究的文章多數(shù)為某一系統(tǒng)反導(dǎo)效能的評估，沒有對艦艇的各系統(tǒng)綜合反導(dǎo)效能進行分析，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，提出了運用網(wǎng)絡(luò)層次分析法解決存在反饋問題的思路，并給出了算例。

1　評估指標(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)警探測系統(tǒng)、艦空導(dǎo)彈系統(tǒng)、電子對抗系統(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)對來襲方向進行重點觀察，特別是對超低空快速小目標(biāo)的觀察；艦艇指控系統(tǒng)對各種信息進行融合處理，艦長識別威脅目標(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；各部門根據(jù)命令，對來襲導(dǎo)彈實施抗擊，完成反導(dǎo)作戰(zhàn)任務(wù)。

由上述反導(dǎo)作戰(zhàn)過程進行分析可知，艦艇反導(dǎo)作戰(zhàn)效能與指揮控制系統(tǒng)、預(yù)警探測系統(tǒng)、電子對抗系統(tǒng)、航空導(dǎo)彈系統(tǒng)和速射炮系統(tǒng)等5個系統(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)的多個能力指標(biāo)，因而每個系統(tǒng)又選取若干重要能力構(gòu)成指標(biāo)C，詳見表1。

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

2　基于網(wǎng)絡(luò)層次分析法的評估模型

2.1評估指標(biāo)權(quán)重確定原則

網(wǎng)絡(luò)層次分析法是一種多準(zhǔn)則測度理論，它是通過個人判斷（或者是將實際測量結(jié)果歸一化為一種相對形式）獲取指標(biāo)的相對優(yōu)先權(quán)即權(quán)重的一種方法。

2.1.1直接優(yōu)勢度

給定一個準(zhǔn)則，2個指標(biāo)對于該準(zhǔn)則的重要程度進行比較。

2.1.2間接優(yōu)勢度

相對一個準(zhǔn)則，2個指標(biāo)在準(zhǔn)則下對第3個指標(biāo)（稱為次準(zhǔn)則）的影響程度進行比較。例如，在艦艇綜合反導(dǎo)效能為主準(zhǔn)則、預(yù)警探測距離為次準(zhǔn)則下，對艦長決策控制能力C1和態(tài)勢掌握情況C3之間的優(yōu)勢度比較。顯然，預(yù)警探測距離對態(tài)勢掌握情況相對艦長決策控制能力要明顯一些。

2.2評估指標(biāo)量化處理

艦艇綜合反導(dǎo)效能評估指標(biāo)分為2類：一類是可量化的指標(biāo)，即其表示的值是實數(shù)，其大小是有明確意義的，比如導(dǎo)彈攔截多目標(biāo)能力、探測距離；另一類是定性的指標(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而不能直接用來對其作戰(zhàn)效能進行評估。因此，這類指標(biāo)在進行效能評估前必須將其量化。例如，抗干擾性能、職手訓(xùn)練水平等。

2.2.1定量指標(biāo)無量綱化處理

比值模型：

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

假設(shè)預(yù)警探測距離（對100 m超低空快速小目標(biāo)）為50km，對反導(dǎo)來說，其發(fā)現(xiàn)距離越遠(yuǎn)越好，但實際探測距離受視距限制。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)無量綱化處理

將某一定性指標(biāo)劃分為5個評語等級｛極好，較好，好，一般，較差｝，根據(jù)各評語等級的相對重要性建立判斷矩陣，得出評語等級權(quán)重向量并進行量化；不同的定性指標(biāo)可劃分為不同的等級，并求出不同的權(quán)重。

例如，對艦長決策控制能力量化見表2。

表2　定性指標(biāo)無量綱化處理表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)是對艦艇反導(dǎo)能力進行評估。

2）建立評估模型。通過比較，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，通過加權(quán)形成穩(wěn)定的極限超矩陣，得出各評估指標(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)組電子對抗B3中的指標(biāo)按其受C2的影響力大小進行間接優(yōu)勢度比較，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)勢掌控程度C3、指控系統(tǒng)性能C4對指標(biāo)組B3無影響，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。其他沒有列出的關(guān)聯(lián)矩陣均為0，說明2個指標(biāo)組之間沒有關(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)組間的重要性進行比較，采用標(biāo)度對其進行間接優(yōu)勢度比較，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加權(quán)超矩陣做一個穩(wěn)定處理，即計算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)各元素對于元素 j的極限相對排序，即各元素相對于最高目標(biāo)的權(quán)重值。圖2為利用的計算結(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)勢掌握情況C3、艦長決策控制能力C1。上述計算結(jié)果符合人們對艦艇綜合反導(dǎo)能力的認(rèn)識。

艦艇實施反導(dǎo)的前提條件是能夠及時發(fā)現(xiàn)來襲的反艦導(dǎo)彈，充分掌握戰(zhàn)場態(tài)勢。及時發(fā)現(xiàn)來襲導(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)場態(tài)勢掌握的程度，進而影響艦長的決策控制能力；信息化條件下的海上作戰(zhàn)，來襲導(dǎo)彈是從多個方向同時或分批來襲，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，對綜合反導(dǎo)能力影響也較??；電子對抗系統(tǒng)屬于末端反導(dǎo)自衛(wèi)手段，雖然可同時干擾同一方向來襲的多枚反艦導(dǎo)彈，但其可靠性較差，且對成像和激光制導(dǎo)的反艦導(dǎo)彈無能為力。

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

3.5實例分析

以現(xiàn)役典型光榮級、提康德羅加級巡洋艦反導(dǎo)能力為例子進行評估，巡洋艦裝備性能見表4，通過評估結(jié)果驗證評估方法的合理性。

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)役世界先進防空導(dǎo)彈系統(tǒng)同時攔截12個目標(biāo)（理想能力）為基準(zhǔn)，由式（1）分別對光榮級和提康德羅加級巡洋艦進行計算，結(jié)果分別為0.75和1，定性指標(biāo)見表2的量化取值。

根據(jù)線性加權(quán)合成法公式對指標(biāo)進行合成：

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

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

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

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

4　結(jié)束語

本文針對層次分析法、ADC法和SEA法等方法在艦艇反導(dǎo)作戰(zhàn)效能評估方面不能很好解決系統(tǒng)之間或內(nèi)部存在影響的問題，引入網(wǎng)絡(luò)層次分析法；通過對主準(zhǔn)則、次準(zhǔn)則的比較，建立了判斷矩陣。對判斷矩陣進行運算，形成極限超矩陣，較好地解決了該問題，優(yōu)化了評估指標(biāo)權(quán)重向量的計算；同時，將定性指標(biāo)進行分級量化，解決了定性指標(biāo)評估量化的難點。實踐表明，該方法易于理解，可對復(fù)雜的問題進行定量與定性相結(jié)合的分析與評估，能夠顯著減小主觀因素對評估結(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)效能評估的影響；本文利用ANP法對艦艇反導(dǎo)作戰(zhàn)評估進行了初探，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。