基于雷達網的艦艇編隊作戰能力評估模型

方良，李照順，宋祥斌

（海軍指揮學院，江蘇南京 211800）

雷達網的作戰能力很大程度上影響了編隊的作戰效能。利用定性和定量分

0 引言

現代海戰中，敵我雙方基本上都是以編隊的形式進行對抗。海上艦艇編隊的作戰能力是指編隊在一定的作戰條件下完成作戰任務的能力，是衡量編隊完成各種戰斗任務的基本依據，也是衡量水面艦艇編隊及其裝備性能優劣的綜合性、整體性指標［1］，其數值大小直接體現了艦艇編隊作戰能力的優劣程度。國內有關機構對艦艇編隊作戰能力進行了研究［2－3］。在文獻［2］中，將各單艦自身作戰能力指數進行加權得到編隊綜合作戰能力指數，在此基礎上對艦艇編隊編成進行優化。文獻［3］中根據編隊各單項作戰能力指數不低于要求值，進行編隊編成模式優化。上述文獻計算艦艇編隊作戰能力時考慮了各艦艇雷達對自身艦艇作戰能力的影響，尚未考慮編隊雷達網作戰能力對編隊綜合作戰能力的影響。雷達網作戰能力是指雷達網探測預警、定位、跟蹤以及“四抗”（抗干擾、抗低空突防、抗反輻射導彈摧毀和抗隱身）的能力。然而，編隊雷達網的效能不是網內各部雷達效能的簡單疊加，而是有較大飛躍，通過合理組網可以提高艦艇雷達的探測能力以及“四抗能力”，編隊雷達網的作戰能力對艦艇編隊作戰能力的發揮具有重要作用，編隊雷達系統不僅能獲取、傳輸和處理攻擊敵方所需的各種信息，還擔負著編隊的火力指揮功能，只有合理的配置編隊雷達系統，才能確保艦艇編隊各種武器系統構成具有多功能、多層次、全方位的海上攻防作戰系統［3］，為編隊中的艦艇創造更有利的作戰環境，發揮優勢，達到事半功倍的效果。

通過科學分析影響雷達網作戰能力的有關因素，構建基于雷達網作戰能力的艦艇編隊綜合作戰能力指數模型，并采用AHP（層次分析法）確定權重，實現對艦艇編隊綜合作戰能力的定量評估。從而輔助指揮員進行科學預測，合理編成，選擇較好的配置方案，以取得較好的作戰效果。這對于海上艦艇編隊的發展規劃和戰斗使用具有重要意義。

1 海上艦艇編隊作戰能力指數體系

海上艦艇編隊的各艘艦艇具有指定的任務，配備針對性的武器裝備。根據編隊內各種裝備的功能，將其劃分為2類:預警探測裝備和作戰裝備。預警探測裝備的主要功能是對敵、我目標進行探測搜索，提供預警功能。作戰裝備的主要功能是對目標進行各種軟、硬打擊，直接施加作戰影響［4］。

海上艦艇編隊編成模式的確定，以最大限度地發揮編隊的作戰能力為總目標。海上艦艇編隊的作戰能力包括艦艇編隊雷達網作戰能力和編隊武器裝備作戰能力。艦艇編隊雷達網作戰能力通過編隊雷達網作戰能力指數體現，編隊武器裝備作戰能力通過編隊武器裝備作戰能力指數體現。體系如圖1所示。

圖1 海上艦艇編隊綜合作戰能力指數體系Fig.1Fleet integrated combat capability index system

編隊武器裝備作戰能力指數可分為對空作戰能力指數、對海作戰能力指數和對潛作戰能力指數［5］等。對空作戰能力指數又可分為每艘艦上武器裝備對空作戰能力指數;對海作戰能力指數又可分為每艘艦上武器裝備對海作戰能力指數;對潛作戰能力指數又可分為每艘艦上武器裝備對潛作戰能力指數。指數體系如圖2所示。

圖2 編隊武器裝備作戰能力指數體系Fig.2Fleet weapon equip combat capability index system

從雷達網的作戰目標和作戰任務方面分析，其作戰能力主要包括探測能力和防御能力。因此，雷達網作戰能力指數分為雷達網探測能力指數和防御能力指數。雷達網探測能力指數又可分為各艦雷達探測能力指數;雷達網防御能力指數又可分為雷達網抗干擾能力指數、抗低空突防能力指數、抗反輻射導彈能力指數及抗隱身目標能力指數。指標體系如圖3所示。

圖3 編隊雷達網作戰能力指數體系Fig.3Fleet radar netwok combat capability index system

2 海上艦艇編隊作戰能力指數模型

指數法曾作為“中國、美國國防系統分析方法學術討論會”研討的重要內容之一，提出了一個統一的度量標準，建立在軍事專家的豐富經驗之上，在量化方面有所改進，具有結構簡單、使用方便的特點，適用于宏觀分析和快速評估，而且效能建立在武器系統自身的戰術技術指標的基礎上，避開了大量不確定因素影響，從而增強了評估的確切性［6］。

根據以上所建立的海上艦艇編隊綜合作戰能力指標體系，編隊裝備作戰能力指數中對空作戰能力指數、對海作戰能力指數和對潛作戰能力指數相對獨立，共同構成編隊綜合攻防作戰能力，而這3種能力又與雷達網作戰能力指數密切相關，即雷達網作戰能力決定了艦艇的反艦、防空和反潛能力的發揮。

將海上艦艇編隊綜合作戰能力指數模型用下式表示:

式中:IB為海上艦艇編隊綜合作戰能力指數;IW為艦艇編隊武器裝備作戰能力指數;IL為艦艇編隊雷達網作戰能力指數。

2.1 編隊武器裝備作戰能力指數模型

編隊武器裝備作戰能力指數取決于編隊對空作戰能力指數、對海作戰能力指數和對潛作戰能力指數。編隊對空作戰能力是指艦艇在海上作戰中，依靠所攜帶的兵器對空中來襲目標進行抗擊的能力，主要取決于艦空導彈的作戰能力，而艦空導彈的作戰能力取決于射程、最大速度、最小射高、命中精度、裝藥量、反應時間、發射間隔、備彈數量和制導方式。編隊對海作戰能力是指在海上作戰中打擊敵方艦艇編隊以及運輸船隊的能力，主要取決于各艦反艦導彈的作戰能力，而反艦導彈的作戰能力取決于射程、戰斗部裝藥量、飛行速度、飛行高度和制導方式。編隊對潛作戰能力是指在敵方潛艇可能活動海域對敵方潛艇實施攻擊的能力，取決于魚雷反潛能力和火箭深彈反潛能力，魚雷反潛能力取決于航程、航速、航行深度、裝藥量和制導方式，火箭深彈反潛能力取決于射程和裝藥量［7］。

式中:IDK、IDH、IDQ分別為艦艇編隊對空、對海和對潛作的戰能力指數;α，β和γ為權重系數，且α+β+γ =1。

2.2 編隊雷達網作戰能力指數模型

編隊雷達網作戰能力指數模型用下式表示:

式中:IL為雷達網作戰能力指數;IT為艦艇編隊雷達網探測能力指數;IF為艦艇編隊雷達網的防御能力指數;k1和k2為權重指數，且k1+k2=1。

艦艇編隊雷達網的探測能力指數取決于各艦艇雷達的探測能力的疊加，各艦艇雷達的探測能力取決于作用距離、精度和分辨率。艦艇編隊雷達網的防御能力指數取決于雷達網的抗干擾能力指數、抗低空目標突防能力指數、抗反輻射導彈能力指數及抗隱身目標能力指數的疊加。

式中:n為雷達總數;ILi為每部雷達的探測能力;IKG，IKD，IKA和IKY分別為雷達網的抗干擾能力指數、抗低空突防能力指數、抗反輻射導彈能力指數和抗隱身能力指數。ω1，ω2，ω3，ω4分別為權重系數，且ω1+ω2+ ω3+ω4=1。

雷達網的抗干擾能力指數取決于雷達網的頻率重疊系數、極化類型因子、信號類型因子、單部雷達抗干擾能力指數;雷達網的抗低空突防能力指數取決于各雷達體制類型;雷達網的抗反輻射導彈能力指數取決于各雷達的電磁隱蔽性;雷達網的抗隱身能力指數取決于雷達網的空域反隱身能力指數、頻域反隱身能力指數和極化域反隱身能力指數。

式中:EPX為雷達網頻率重疊系數指標值;EJL為雷達網極化類型因子指標值;EXL為雷達網信號類型因子指標值;EDK為單部雷達抗干擾能力指標值;m1，m2，m3和m4為權重系數，且m1+m2+m3+m4=1;EL為雷達網體制類型指標值;EDY為雷達網電磁隱蔽性指標值;EKY，EPY和EJY分別為雷達網空域反隱身能力指標值、頻域反隱身能力指標值和極化域反隱身能力指標值，且m5+m6+m7=1。

3 仿真評估計算及分析

3.1 仿真條件

假設在執行某一任務時，某航母打擊群準備配屬3艘護航水面艦艇，1艘核潛艇，1艘戰斗支援艦，核潛艇與戰斗支援艦為已選好艦艇。現有4種型號護航水面艦艇，1型巡洋艦2艘，2型驅逐艦2艘，3型驅逐艦1艘，4型護衛艦1艘，有3種編隊方式。

1）1型巡洋艦1艘，2型驅逐艦2艘。

2）1 型巡洋艦1艘，2型驅逐艦1艘，3型驅逐艦1艘。

3）1 型巡洋艦1艘，2型驅逐艦1艘，4型護衛艦1艘。

3.2 權重分配

根據上級下達的任務要求，利用AHP法，對各指標的權重進行分配［8］。

1）確定判斷矩陣

對式（5）中的4個戰技指標，通過專家咨詢，將各指標兩兩比較，得出如下判斷矩陣:

對式（6）中的4個戰技指標，通過專家咨詢，將各指標兩兩比較，得出如下判斷矩陣:

對式（9）中的3個戰技指標，通過專家咨詢，將各指標兩兩比較，得出如下判斷矩陣:

2）求解最大特征值及對應特征向量

求解矩陣A，B，C的最大特征值λmax1，λmax2，λmax3及其對應的特征向量u1，u2，u3如下:

由AHP法原理可知，特征向量u即為目標的權重。

3）一致性檢驗

計算出評價判斷矩陣的權重后，應進行一致性檢驗。利用一致性指標CI進行檢驗，

式中:n為判斷矩陣的階數。

查平均隨機一致性指標表（如表1）可以得到相應的平均隨機一致性指標RI，計算隨機一致性比例CR=CI/RI，當CR＜0.1時，表示判斷矩陣符合一致性指標。對上述判斷矩陣，當λmax1=4.091，n=4，有CI=0.03，CR=0.034，符合一致性條件;當λmax2=4.192，n=4，有CI=0.064，CR=0.071，符合一致性條件;當λmax3=3，n=3，有CI=0，CR=0，符合一致性條件。

3.3 仿真結果

確定各權重系數，利用上述艦艇編隊綜合作戰能力指數模型，對3種編隊方式進行仿真計算，得到各編隊方式下的艦艇編隊綜合作戰能力指數（見表2）。

從仿真計算結果可以看出，3種編隊的作戰能力評估排序為:

編隊方式1＞編隊方式2＞編隊方式3。

適合此次作戰任務的艦艇編隊方式是編隊方式1。在這種編成模式下，編隊中各艦艇所組成的雷達網作戰指數達到最大，具有較強的探測能力和較好的“四抗能力”，從而確保艦艇編隊中各種武器系統構成多功能、多層次、全方位的海上攻防作戰系統，使海上艦艇編隊獲得較好的作戰能力。

4 結語

利用定性和定量分析相結合的方法分析了影響雷達網作戰能力指標體系，建立了基于雷達網作戰能力的編隊綜合作戰能力指數模型，并通過AHP法確定權重，最終計算出編隊作戰能力指數，仿真結果表明，所建立的艦艇編隊綜合作戰能力指數模型能反映艦艇編隊編成配置的要求以及編隊裝備體系效能與編隊雷達網之間的關系。使用此指數模型，對于輔助指揮員進行科學預測，合理編成，選擇較好的配置方案，具有較好的指導意義。

在對艦艇編隊作戰能力指數模型進行建模時，還沒有考慮在體系對抗的環境下，對雷達網能力發揮的影響，主要是在靜態條件下對艦艇編隊綜合作戰能力的建模，下一步的工作，是在考慮對抗的條件下，對雷達網作戰能力進行建模，研究雷達網以及艦艇編隊綜合作戰能力。

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