基于ANP的通信對(duì)抗目標(biāo)選擇問(wèn)題研究＊

宋 新 楊建波

（空軍航空大學(xué) 長(zhǎng)春 130022）

1 引言

信息化條件下的戰(zhàn)場(chǎng)，作戰(zhàn)雙方大量使用衛(wèi)星、雷達(dá)、光電、導(dǎo)航、無(wú)線電通信、敵我識(shí)別和廣播、電視等各種軍用、民用電子設(shè)備，致使戰(zhàn)場(chǎng)上信號(hào)密集、交迭、多變，電磁環(huán)境日趨復(fù)雜。而我方通信對(duì)抗裝備數(shù)量有限，不可能對(duì)敵方所有通信設(shè)備進(jìn)行攻擊。通信對(duì)抗目標(biāo)選擇是對(duì)通信對(duì)抗作戰(zhàn)領(lǐng)域通信目標(biāo)的綜合分析和評(píng)估，其分析要點(diǎn)不僅基于待打擊目標(biāo)的威脅程度，而且更加依賴于我方通信對(duì)抗系統(tǒng)的實(shí)際能力和戰(zhàn)時(shí)的電磁背景，本文將以此為切入點(diǎn)，結(jié)合以上三個(gè)方面進(jìn)行研究。

通信對(duì)抗系統(tǒng)通常是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，通信對(duì)抗作戰(zhàn)由于本身的復(fù)雜性，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行選擇的指標(biāo)較多，而且指標(biāo)間相互影響，相互制約，各指標(biāo)對(duì)總體的評(píng)估影響也不相同。在確定目標(biāo)優(yōu)先度的過(guò)程中，由于主客觀因素的影響，不能完全排除人為因素帶來(lái)的誤差，很難真實(shí)反映其好壞程度。Thomas.L.Satty于1996年在層次分析法的基礎(chǔ)上提出了網(wǎng)絡(luò)層次分析法（Analytic Network Process，ANP），對(duì)于確定通信對(duì)抗目標(biāo)打擊順序這樣復(fù)雜的問(wèn)題，影響其目標(biāo)的因素往往存在相互依賴的關(guān)系和反饋關(guān)系，ANP可以將復(fù)雜系統(tǒng)描述得更為深刻，對(duì)各因素以1～9為標(biāo)度進(jìn)行量化，進(jìn)行兩兩比較，最后進(jìn)行綜合排序，是科學(xué)的實(shí)用決策方法，更能反映現(xiàn)實(shí)情況。

2 網(wǎng)絡(luò)分析法（ANP）介紹

Saaty在多個(gè)文獻(xiàn)中對(duì)ANP方法及其應(yīng)用進(jìn)行過(guò)詳細(xì)的闡述。總結(jié)可知，網(wǎng)絡(luò)分析法分析流程簡(jiǎn)要如下：

1）確定目標(biāo)和準(zhǔn)則。

2）構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型。常見模型有四種：內(nèi)部獨(dú)立的遞階層次結(jié)構(gòu)、內(nèi)部依存的遞階層次結(jié)構(gòu)、內(nèi)部獨(dú)立的循環(huán)系統(tǒng)以及內(nèi)部依存的循環(huán)系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 ANP結(jié)構(gòu)圖

3）構(gòu)建ANP無(wú)權(quán)重超矩陣。在控制層的某一個(gè)準(zhǔn)則Ps（s＝1，2，…，m）下，以網(wǎng)絡(luò)層元素組Cj中的某一個(gè)元素如Cjl（l＝1，2，…，nj）為次準(zhǔn)則，考慮另一個(gè)元素組Ci中的各個(gè)元素按其對(duì)Cjl影響力大小構(gòu)造Ps下的判斷矩陣，并由特征根法得到一個(gè)排序向量（，，…，）T。同理，依次將Cj的元素作為次準(zhǔn)則，得到矩陣：

這樣以Ps為準(zhǔn)則，依次將各元素組元素之間的內(nèi)外關(guān)系進(jìn)行比較，這里需要注意，當(dāng)元素組Ci與元素組Cj不相關(guān)聯(lián)時(shí)，Wij＝0。最終可獲得無(wú)權(quán)重超矩陣Ws：

4）構(gòu)建權(quán)重超矩陣。以Ps為主準(zhǔn)則，以元素組Cj為次準(zhǔn)則，對(duì)元素組進(jìn)行成對(duì)比較，構(gòu)造判斷矩陣aj，并進(jìn)行歸一化處理，得歸一化特征向量（a1j，a2j，a3j，…，aNj）T。同理，可以得到以下反映元素組間關(guān)系的權(quán)重矩陣As。

有了該權(quán)重矩陣，就可以獲得權(quán)重超矩陣，即以權(quán)重矩陣As，乘以無(wú)權(quán)重超矩陣得到權(quán)重超矩陣：

5）求極限超矩陣。在ANP中，要通過(guò)求極限超矩陣的方法確定穩(wěn)定的元素優(yōu)先權(quán)。

上式中表示極限超矩陣，Wk表示權(quán)重超矩陣。

6）計(jì)算最終排序，進(jìn)行敏感性分析

對(duì)每一控制準(zhǔn)則的極限向量按照各準(zhǔn)則權(quán)重進(jìn)行加總，并依據(jù)各可選方案的權(quán)重值排序，從而得出最佳選擇方案。

3 通信對(duì)抗目標(biāo)選擇模型的建立

通信對(duì)抗干擾目標(biāo)選擇評(píng)估就是指在預(yù)先戰(zhàn)略偵察和實(shí)時(shí)戰(zhàn)術(shù)偵察的基礎(chǔ)上，對(duì)當(dāng)前敵情、我情、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境等情報(bào)信息進(jìn)行分析評(píng)估，力圖在廣闊的頻域和空域中挖掘出能大幅度降低敵作戰(zhàn)能力的高價(jià)值、高威脅的通信系統(tǒng)目標(biāo)。最后依據(jù)作戰(zhàn)要求和通信對(duì)抗裝備作戰(zhàn)能力，確定打擊順序及打擊優(yōu)先等級(jí)。通信對(duì)抗干擾目標(biāo)選擇是通信對(duì)抗指揮決策的關(guān)鍵組成部分，是通信對(duì)抗戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)融合中決策系統(tǒng)確定干擾目標(biāo)、干擾樣式以及任務(wù)分配的基礎(chǔ)和前提，其關(guān)鍵在于目標(biāo)干擾優(yōu)先等級(jí)的正確評(píng)估。本文從以下幾部分著手進(jìn)行分析。

1）分析任務(wù)、準(zhǔn)則、元素和指標(biāo)。為了對(duì)通信對(duì)抗決策問(wèn)題進(jìn)行分析并建立ANP模型，必須先分析任務(wù)、準(zhǔn)則、元素和指標(biāo)。該問(wèn)題中：（1）主要任務(wù)是對(duì)通信對(duì)抗目標(biāo)進(jìn)行排序，總體任務(wù)是有效分配干擾資源和提升通信對(duì)抗干擾效果；（2）對(duì)通信對(duì)抗目標(biāo)的選擇基于有效分配干擾資源和提升作戰(zhàn)整體效果。為了有效分配干擾資源和提升作戰(zhàn)整體效果，需要考慮以下三個(gè)主要影響因素：我方裝備實(shí)際能力、敵方目標(biāo)威脅程度和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境影響。以往模型中往往只是考慮目標(biāo)威脅程度，而對(duì)我方通信對(duì)抗裝備的實(shí)際能力和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境避而不談；（3）每個(gè)影響因素包含一系列的評(píng)價(jià)指標(biāo)，如表1所示。

表1 通信對(duì)抗目標(biāo)選擇的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

其中對(duì)我軍裝備偵察能力和干擾能力的評(píng)估另屬于一套復(fù)雜的系統(tǒng)，其子指標(biāo)集以及評(píng)估流程在此不做贅述。

2）以模型的形式表示任務(wù)、準(zhǔn)則、元素、指標(biāo)和通信目標(biāo)之間的關(guān)系。根據(jù)通信威脅評(píng)估指標(biāo)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)層次分析法，建立網(wǎng)絡(luò)模型如圖2。其中的箭頭方向決定了元素之間的相互影響。箭頭的元素影響著尾部，雙向箭頭表示元素之間有相互影響。在同一群中的元素之間有相互影響時(shí)用一個(gè)封閉環(huán)狀雙向箭頭表示。在這里，相對(duì)于AHP方法主要考慮到了元素組之間以及元素內(nèi)部的相互影響。

圖2為通信對(duì)抗目標(biāo)選擇ANP模型，該模型以網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)顯示了它們之間的關(guān)系。

圖2 為通信對(duì)抗目標(biāo)選擇ANP模型

3）將各個(gè)影響因素下的指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，建立對(duì)比矩陣，并計(jì)算出每個(gè)指標(biāo)的局部權(quán)重。

4）以有效分配干擾資源和提升作戰(zhàn)整體效果為目標(biāo)對(duì)比各個(gè)影響因素，建立對(duì)比矩陣，計(jì)算出各個(gè)因素的權(quán)重。

5）計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的全局權(quán)重。

6）評(píng)價(jià)決策方案。

4 算例分析

為方便分析該評(píng)估指標(biāo)體系的科學(xué)性和網(wǎng)絡(luò)分析法的可行性與有效性，本文將借鑒文獻(xiàn)［1］中提出的經(jīng)典仿真場(chǎng)景進(jìn)行算例分析。

4.1 場(chǎng)景假定

如圖3所示，紅方某轟炸機(jī)編隊(duì)執(zhí)行對(duì)藍(lán)方防空導(dǎo)彈陣地的轟炸任務(wù)，為接下來(lái)的空中突防和空降作戰(zhàn)掃清障礙。情報(bào)顯示，對(duì)紅方構(gòu)成威脅的防御力量主要有在指揮控制中心A領(lǐng)導(dǎo)下的戰(zhàn)斗機(jī)陣地B、防空導(dǎo)彈陣地C、近距支援部隊(duì)D，并且配有預(yù)警機(jī)E和電子干擾機(jī)F。紅軍遠(yuǎn)距離支援干擾機(jī)、隨隊(duì)干擾機(jī)和近距支援干擾機(jī)奉命對(duì)藍(lán)方通信鏈路進(jìn)行干擾，為轟炸機(jī)編隊(duì)順利完成任務(wù)提供支援。另外，戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境假定為理想狀況。

圖3 戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖

藍(lán)方的通信鏈路如圖3中的虛線所示，經(jīng)過(guò)初步分析重要的通信網(wǎng)絡(luò)有：指揮中心—預(yù)警機(jī)（T1）、指揮中心—戰(zhàn)斗機(jī)（T2）、指揮中心—防空導(dǎo)彈陣地（T3）、預(yù)警機(jī)—近距支援部隊(duì)（T4）、預(yù)警機(jī)—防空導(dǎo)彈部隊(duì)（T5）和預(yù)警機(jī)—戰(zhàn)斗機(jī)（T6）。為方便仿真結(jié)果的對(duì)比分析，只取部分通信鏈路參數(shù)進(jìn)行分析，如表2所示。

表2 藍(lán)方通信鏈路參數(shù)指標(biāo)

4.2 建立網(wǎng)絡(luò)模型

網(wǎng)絡(luò)模型如圖2所示，不再贅述。需要特別指出的是，本算例分析中評(píng)估通信對(duì)抗目標(biāo)威脅程度大小的指標(biāo)體系有所簡(jiǎn)化，其主要目的是方便與現(xiàn)有評(píng)估模型進(jìn)行對(duì)比，重點(diǎn)突出我方裝備實(shí)際能力在進(jìn)行目標(biāo)選擇中的重要作用。

4.3 構(gòu)造判斷矩陣

在確定通信對(duì)抗目標(biāo)選擇的ANP網(wǎng)絡(luò)后，首先需要構(gòu)建無(wú)權(quán)重超矩陣，即通過(guò)元素間的兩兩比較、歸一化處理獲得。如以“通信鏈路”為主準(zhǔn)則，以“通信技術(shù)”為次準(zhǔn)則，可構(gòu)造如表3所示的判斷矩陣（表3～表5均按1～9標(biāo)度進(jìn)行兩兩比較）。

表3 “通信鏈路”與“通信技術(shù)”準(zhǔn)則下的判斷矩陣

該矩陣反映出，單就通信技術(shù)而言，通信鏈路T1采用的通信體制較為復(fù)雜，相應(yīng)的威脅程度則較高，但是并不能由此就斷定通信鏈路T1的干擾優(yōu)先性。此時(shí)以“通信鏈路”為主準(zhǔn)則，以“干擾能力”為次準(zhǔn)則，可構(gòu)造如表4所示的矩陣。

該矩陣反映出，單就干擾能力而言，通信鏈路T1采用的通信體制較為復(fù)雜，相應(yīng)的威脅程度則較高，但是干擾難度也相應(yīng)增加，干擾效果有所降低。依次可以構(gòu)造多個(gè)判斷矩陣，并對(duì)判斷矩陣進(jìn)行歸一化處理，組成無(wú)權(quán)重超矩陣。在獲得無(wú)權(quán)重超矩陣后對(duì)各元素組進(jìn)行組間比較，如以“通信鏈路”為準(zhǔn)則，對(duì)元素組進(jìn)行兩兩比較，可得如表5的判斷矩陣。

表4 “通信鏈路”與“干擾能力”準(zhǔn)則下的判斷矩陣

表5 “通信鏈路”準(zhǔn)則下的判斷矩陣

4.4 計(jì)算極限超矩陣

如此，依各準(zhǔn)則進(jìn)行元素組之間的比較，并將獲得的各判斷矩陣歸一化，然后合并，再與無(wú)權(quán)重矩陣相乘，即可獲得權(quán)重超矩陣，依據(jù)該權(quán)重超矩陣可最終獲得如表6所示的極限超矩陣。

根據(jù)表 6，將 0.070、0.039、0.101、0.081、0.108、0.061六個(gè)數(shù)值進(jìn)行歸一化處理就可得到各通信鏈路的選擇權(quán)重，即進(jìn)行干擾打擊的優(yōu)先順序應(yīng)該為：預(yù)警機(jī)—防空導(dǎo)彈部隊(duì)（T5）、指揮中心—防空導(dǎo)彈陣地（T3）、預(yù)警機(jī)—近距支援部隊(duì)（T4）、指揮中心—預(yù)警機(jī)（T1）、預(yù)警機(jī)—戰(zhàn)斗機(jī)（T6）和指揮中心—戰(zhàn)斗機(jī)（T2）。

表6 極限超矩陣

本算例的分析結(jié)果表明，指揮中心和預(yù)警機(jī)之間通信鏈路并沒有得到較大的優(yōu)先權(quán)，而防空導(dǎo)彈部隊(duì)與預(yù)警機(jī)和指揮中心的通信鏈路擺到了更重要的位置。這樣的結(jié)果更加科學(xué)有效，因?yàn)轭A(yù)警機(jī)與指揮中心之間的通信鏈路運(yùn)用的通信技術(shù)更加復(fù)雜，但是卻難以對(duì)其進(jìn)行有效干擾和壓制，而根據(jù)“轟炸防空導(dǎo)彈陣地”這一作戰(zhàn)任務(wù)的需要，切斷防空導(dǎo)彈部隊(duì)和其他部隊(duì)之間的聯(lián)系，成為上上之策。

5 結(jié)語(yǔ)

本文在分析目標(biāo)威脅影響因素的基礎(chǔ)上，引入“我方裝備性能”這一重要影響因素，提出了通信對(duì)抗目標(biāo)選擇的指標(biāo)體系，運(yùn)用ANP方法構(gòu)建了目標(biāo)選擇的評(píng)估模型，并進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證，取得了比較滿意的結(jié)果，為指揮員決策提供了理論依據(jù)。

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