基于雙枝模糊評(píng)判的艦艇對(duì)海作戰(zhàn)能力評(píng)估＊

徐 林 葛 偉

（海軍裝備研究院 北京 100161）

基于雙枝模糊評(píng)判的艦艇對(duì)海作戰(zhàn)能力評(píng)估＊

徐 林 葛 偉

（海軍裝備研究院 北京 100161）

單艦艇平臺(tái)對(duì)海作戰(zhàn)能力的研究是水面艦艇編隊(duì)對(duì)海作戰(zhàn)能力研究的基礎(chǔ)。論文依據(jù)水面艦艇平臺(tái)對(duì)海上目標(biāo)作戰(zhàn)的流程，將水面艦艇對(duì)海作戰(zhàn)能力劃分為偵察預(yù)警能力、指揮控制能力、火力打擊能力、電子戰(zhàn)能力四個(gè)部分，并逐一分析了影響這四個(gè)部分能力的因素集，建立了水面艦艇對(duì)海作戰(zhàn)能力指標(biāo)體系。同時(shí)，根據(jù)水面艦艇對(duì)海作戰(zhàn)能力指標(biāo)體系的特點(diǎn)，采用了雙枝模糊綜合評(píng)判法對(duì)水面艦艇對(duì)海作戰(zhàn)能力進(jìn)行評(píng)估，并通過實(shí)例驗(yàn)證了該方法的可行性及普遍適用性。

水面艦艇；作戰(zhàn)能力；指標(biāo)體系；評(píng)估；雙枝模糊評(píng)判法

Class NumberE83

1 引言

作戰(zhàn)平臺(tái)能力評(píng)估是裝備論證的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)。平臺(tái)評(píng)估指標(biāo)體系是為平臺(tái)的論證和研制、綜合能力評(píng)估、優(yōu)選系統(tǒng)參數(shù)而確定的層次化的準(zhǔn)則和與方案相聯(lián)系的屬性集的總稱。對(duì)海作戰(zhàn)是水面艦艇擔(dān)負(fù)的主要作戰(zhàn)任務(wù)之一，水面艦艇對(duì)海作戰(zhàn)能力指標(biāo)體系的建立與評(píng)估，是科學(xué)分析影響水面艦艇作戰(zhàn)能力因素的關(guān)鍵。

2 單艦艇平臺(tái)對(duì)海作戰(zhàn)流程

圖1 單艦艇對(duì)海作戰(zhàn)流程圖

單艦艇平臺(tái)對(duì)海作戰(zhàn)是利用艦艇對(duì)海預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)實(shí)施對(duì)海情報(bào)搜集，再將搜集到的信息傳送到艦艇指控中心后，經(jīng)過信息處理、信息融合形成戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，并制定作戰(zhàn)方案，最后形成作戰(zhàn)命令指揮控制艦載武器系統(tǒng)完成對(duì)海作戰(zhàn)任務(wù)。單艦艇對(duì)海作戰(zhàn)流程如圖1所示。

3 單艦艇平臺(tái)對(duì)海作戰(zhàn)能力指標(biāo)體系建立

依據(jù)艦艇對(duì)海作戰(zhàn)流程，可以將艦艇對(duì)海作戰(zhàn)能力劃分為偵察預(yù)警能力、指揮控制能力、火力打擊能力和電子戰(zhàn)能力，建立如圖2所示的指標(biāo)體系框架。

圖2 單艦艇對(duì)海作戰(zhàn)能力指標(biāo)體系

3.1 偵察預(yù)警能力

在信息化條件下，無論戰(zhàn)時(shí)還是平時(shí)，制信息權(quán)的爭(zhēng)奪是最為激烈的，在戰(zhàn)時(shí)它直接影響著戰(zhàn)爭(zhēng)的進(jìn)程，在平時(shí)它是維護(hù)國(guó)家主權(quán)的重要標(biāo)志。單艦艇平臺(tái)偵察預(yù)警能力主要指利用對(duì)海警戒雷達(dá)獲取海上目標(biāo)信息，盡可能早的為指控系統(tǒng)提供信息，實(shí)現(xiàn)先敵發(fā)現(xiàn)。因此，衡量對(duì)海戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知能力的主要立足點(diǎn)在于分析艦載探測(cè)設(shè)備能力指標(biāo)，如圖3所示。

圖3 單艦艇對(duì)海偵察預(yù)警能力指標(biāo)體系

其中，雷達(dá)偵察預(yù)警系統(tǒng)探測(cè)能力包括最大作用距離、最小作用距離、觀察時(shí)間與數(shù)據(jù)率等十個(gè)能力指標(biāo)，分別用u1、u2、…、u10表示。

3.2 指揮控制能力

指揮控制能力主要描述作戰(zhàn)平臺(tái)的信息傳輸能力、武器控制能力、輔助決策能力、信息處理與融合能力以及指揮員的決策能力，建立指標(biāo)體系如圖4所示。

圖4 單艦艇對(duì)海指揮控制能力指標(biāo)體系

其中，指揮員決策能力用u11表示，信息傳輸能力包括信息通信手段與種類、通信覆蓋范圍等六個(gè)能力指標(biāo)，分別用u12、u13、…、u17表示。武器控制能力包括指揮控制流程合理性、武器通道組織合理性等四個(gè)能力指標(biāo)，分別用u18、u19、…、u21表示。輔助決策能力包括輔助決策內(nèi)容、輔助決策正確性等三個(gè)能力指標(biāo)，分別用u22、u23、u24表示。信息處理與融合能力包括信息處理與融合容量、信息處理與融合速度等三個(gè)能力指標(biāo)，分別用u25、u26、u27表示。

3.3 火力打擊能力

艦載偵察預(yù)警設(shè)備將目標(biāo)信息傳輸給指揮控制中心，再由指揮控制中心輸出指令給各種艦載武器系統(tǒng)，實(shí)施對(duì)敵火力打擊或電子對(duì)抗。武器系統(tǒng)的火力打擊能力是反映敵我雙方裝備直接對(duì)抗的情況，因此依據(jù)作戰(zhàn)目標(biāo)和裝備的不同建立如圖5所示的指標(biāo)體系［1］。

圖5 單艦艇對(duì)?；鹆Υ驌裟芰χ笜?biāo)體系

其中，艦炮火力包括主艦炮口徑、主艦炮射程等十個(gè)能力指標(biāo)，分別用u28、u29、…、u37表示。反艦導(dǎo)彈火力包括有效射程、最大平飛速度等十一個(gè)能力指標(biāo)，分別用u38、u39、…、u49表示。

3.4 電子戰(zhàn)能力

艦艇電子戰(zhàn)系統(tǒng)效能的影響因素眾多，根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)可以將艦艇電子戰(zhàn)能力分為電子信息支援能力、電子信息攻擊能力、電子信息防護(hù)能力，并建立如圖6的指標(biāo)體系［2，6～10］。

其中，電子信息支援能力包括信息情報(bào)收集處理能力、威脅識(shí)別告警能力等六個(gè)能力指標(biāo)，分別用u50、u51、…、u55表示。電子信息攻擊能力包括電子干擾能力、反輻射攻擊能力等四個(gè)能力指標(biāo)，分別用u56、u57、…、u59表示。電子信息防護(hù)能力包括艦艇隱身偽裝能力、電子抗干擾能力等五個(gè)能力指標(biāo)，分別用u60、u61、…、u64表示。

圖6 單艦艇電子戰(zhàn)能力指標(biāo)體系

4 雙枝模糊集理論

史開泉教授提出了雙枝模糊集的一般概念和它的基本理論［3］，為雙枝模糊決策的提出做了基礎(chǔ)性準(zhǔn)備，雙枝模糊決策具有普遍的意義。

4.1 基本定義

定義1［3］：設(shè)X是論域，X＋，X－，X0分別稱作X的上域，下域，如果：1）?xi∈X＋，xi與S的關(guān)系滿足：1≥S（xi）≥0；2）?xj∈X－，xj與S的關(guān)系滿足：0≥S（xj）≥－1；3）?xk∈X0，xk與S的關(guān)系滿足：S（xk）＝0。

定義2［3］：給出映射S：X→［－1，1］，x→S（x），S（x）確定一個(gè)X上雙枝模糊集S，S（x）稱作x關(guān)于S的模糊接吻函數(shù)，對(duì)于給定的x0∈X，S（x0）稱作x0關(guān)于S的模糊接吻度。

定義3［4］：稱X＝｛xi｜0≤u＋（xi）≤1，i＝1，2，…，α｝是雙枝模糊決策因素域X的上域，映射u＋：X＋→［0，1］，x→u＋（x）稱X＋上的上－雙枝模糊決策，對(duì)于給定的x0∈X＋，u＋（x0）稱上枝模糊決策度，X＋?X。

定義4［4］：稱X－＝｛xj｜－1≤u－（xj）≤0，i＝1，2，…，β｝是雙枝模糊決策因素域X的下域，映射u－：X－→［－1，0］，x→u－（x）稱X－上的下－雙枝模糊決策，對(duì)于給定的x′0∈X－，u－（x′0）稱下枝模糊決策度，X－?X。

4.2 雙枝模糊決策算法［4］

雙枝模糊決策算法步驟如下：

1）建立模糊接吻函數(shù)然后進(jìn)行決策因素域的極性分解：X＋，X－，X0；

2）構(gòu)造目標(biāo)相對(duì)優(yōu)屬度矩陣：R＋，R－；

3）確定權(quán)重w，w′；

4）計(jì)算X＋上的上－雙枝模糊決策度u＋j，X－上的下－雙枝模糊決策度u－j，u＋j∈［0，1］，u－j∈［－1，0］；

5）uj的極性識(shí)別與輸出；

6）END。

5 雙枝模糊評(píng)估的模型與應(yīng)用

根據(jù)上文建好的單艦艇對(duì)海作戰(zhàn)能力指標(biāo)體系，本文選擇世界各國(guó)海軍典型的三種驅(qū)護(hù)艦分別建立評(píng)估模型進(jìn)行評(píng)估。并以其中一種驅(qū)護(hù)艦為例進(jìn)行詳述。

5.1 建立影響艦艇對(duì)海作戰(zhàn)能力的因素集

將本文選擇的世界各國(guó)海軍典型的三種驅(qū)護(hù)艦構(gòu)成一個(gè)水面艦艇平臺(tái)集，代號(hào)為m1、m2、m3。

令U＝｛u1，u2，…，un｝，其中，u1，u2，…，un的含義如圖3～圖6和3.1～3.4所述，根據(jù)文獻(xiàn)［1］得到這三種水面艦艇對(duì)海作戰(zhàn)指數(shù)的相關(guān)資料。

5.2 建立模糊接吻函數(shù)

定義mj艦艇對(duì)因素ui的模糊接吻度為

Aij為mj艦艇在因素ui方面表現(xiàn)的具體數(shù)值，l為評(píng)估艦艇的個(gè)數(shù)，n為因素的個(gè)數(shù)［5］。

以艦艇m1為例，計(jì)算m1艦艇在上述64個(gè)因素方面的模糊接吻度：

1）對(duì)于因素u1，應(yīng)用上面的模糊接吻函數(shù)，有α1＝min｛Aij｜j＝1，2，…，l｝＝20，

β1＝max｛Aij｜j＝1，2，…，l｝＝60，

2）對(duì)于因素u2，有α2＝1，β2＝2，ˉA2＝1.6，則δ2（m1）＝1；

3）對(duì)于因素u3，有α3＝4，β3＝6，ˉA3＝4.3，則δ3（m1）＝1；

4）對(duì)于因素u4，有α4＝3，β4＝4，ˉA3＝3.3，則δ4（m1）＝－1；

5）對(duì)于因素u5，u6，u8～u11，u17～u19，u22，u23，u32，u35，u37，u47，u48，u50～u64，建立它們的模糊接吻函數(shù)與原隸屬函數(shù)一致為

6）對(duì)于因素u7，有α7＝8，β7＝16，ˉA7＝10.6，則δ2（m1）＝－1；

7）對(duì)于因素u12，δ12（m1）＝0；

8）對(duì)于因素u13，因通信覆蓋范圍3艘艦艇都是全艦覆蓋，所以其模糊接吻度δ13（m1）＝0；

9）對(duì)于因素u14，有α14＝2，β14＝3，ˉA2＝1.6，則δ14（m1）＝1；

10）對(duì)于因素u15，有α15＝0.02，β15＝0.03，ˉA15＝0.023，則δ15（m1）＝0.28；

11）對(duì)于因素u16，有α16＝0.2，β16＝0.4，ˉA16＝0.3，則δ4（m1）＝－1；

12）對(duì)于因素u20，有α20＝2，β20＝4，ˉA20＝2.6，則δ20（m1）＝－1；

13）對(duì)于因素u21，有α21＝1，β21＝2，ˉA21＝1.6，則δ21（m1）＝1；

14）對(duì)于因素u24，有α24＝2，β24＝3，ˉA24＝2.6，則δ24（m1）＝－1；

15）對(duì)于因素u25，有α25＝2，β25＝8，ˉA25＝4.6，則δ25（m1）＝－0.23；

16）對(duì)于因素u26，有α26＝2，β26＝3，ˉA26＝2.3，則δ26（m1）＝1；

17）對(duì)于因素u27，有δ27（m1）＝0.5；

18）對(duì)于因素u28，有α28＝127，β28＝130，ˉA28＝128，則δ28（m1）＝－1；

19）對(duì)于因素u29，有α29＝23.7，β29＝29.5，ˉA29＝25.6，則δ29（m1）＝－1；

20）對(duì)于因素u30，有α30＝20，β30＝70，ˉA30＝43.3，則δ30（m1）＝－0.14；

21）對(duì)于因素u31，有α31＝0.5，β31＝0.7，ˉA31＝0.54，則δ31（m1）＝－1；

22）對(duì)于因素u33，有α33＝0.3，β33＝0.7，ˉA33＝0.46，則δ33（m1）＝－1；

23）對(duì)于因素u34，有α34＝20，β34＝40，ˉA34＝28.8，則δ34（m1）＝－1；

24）對(duì)于因素u36，有α36＝280，β36＝300，ˉA36＝300，則δ36（m1）＝0；

25）對(duì)于因素u38，有α38＝110，β38＝550，ˉA38＝370，則δ38（m1）＝0.44；

26）對(duì)于因素u39，有α39＝0.75，β39＝2.5，ˉA39＝1.36，則δ39（m1）＝－0.83；

27）對(duì)于因素u40，有α40＝20，β40＝275，ˉA40＝118.6，則δ40（m1）＝－1；

28）對(duì)于因素u41，有α41＝90，β41＝100，ˉA41＝96.6，則δ41（m1）＝1；

29）對(duì)于因素u42，有α42＝0.8，β42＝0.95，ˉA42＝0.88，則δ42（m1）＝0.28；

30）對(duì)于因素u43，建立它的模糊接吻度函數(shù)與原隸屬函數(shù)一致為

則δ43（m1）＝1；

31）對(duì)于因素u44，有α44＝8，β44＝24，ˉA44＝16，則δ44（m1）＝1；

32）對(duì)于因素u45，有α45＝0.7，β45＝0.75，ˉA45＝0.73，則δ45（m1）＝－1；

33）對(duì)于因素u46，有α46＝60，β46＝120，ˉA46＝90，則δ46（m1）＝－1；

34）對(duì)于因素u49，有α49＝100，β49＝150，ˉA49＝123.3，則δ49（m1）＝－1。

5.3 對(duì)艦艇m1進(jìn)行極性分解為U＋∪U0，U－

m1艦艇的決策因素域的極性分解為

5.4 對(duì)艦艇m1構(gòu)造目標(biāo)相對(duì)優(yōu)屬度矩陣R＋，R－

首先，確定總評(píng)判集V＝｛優(yōu)、良、中｝∪｛稍差、一般差、很差｝，接下來分別在U＋1∪U01上按V＋＝｛優(yōu)、良、中｝構(gòu)造目標(biāo)相對(duì)優(yōu)屬度矩陣R＋，在U－1上按V－＝｛稍差、一般差、很差｝構(gòu)造目標(biāo)相對(duì)優(yōu)屬度矩陣R－。確定評(píng)判集中元素的隸屬函數(shù)［5］艦艇的相對(duì)優(yōu)屬度矩陣R＋，R－：

5.5 對(duì)艦艇m1確定權(quán)重ω＋，ω－和ω（）＋′，ω（）－′

本文采用的雙枝模糊評(píng)判法是對(duì)不同艦艇的同種戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)之間的橫向比較，所以令m1艦艇的

5.6 計(jì)算雙枝模糊決策度

計(jì)算X＋∪X0上的上－雙枝模糊決策度δ＋，X－上的下－雙枝模糊決策度δ－，δ＋∈［0，1］，δ－∈［－1，0］。經(jīng)過計(jì)算得到，m1艦艇的上－雙枝模糊決策度下－雙枝模糊決策度δ－1＝

5.7 極性識(shí)別與輸出

δ的極性識(shí)別與輸出（δ＋，δ－，λ1δ＋＋λ2δ－）：令最終權(quán)重λ1＝λ2＝1，則m1艦艇的極性識(shí)別與輸出

類似的按步驟求出m2艦艇的識(shí)別與輸出艦艇的識(shí)別與輸出

結(jié)論：由極性識(shí)別與輸出結(jié)果可以看出艦艇對(duì)海作戰(zhàn)能力排序?yàn)閙1＞m3＞m2。

6 結(jié)語

水面艦艇對(duì)海作戰(zhàn)能力涉及到很多因素，有些因素是定性的、有些因素是定量的，給評(píng)估工作帶來了困難。本文采用的雙枝模糊評(píng)判法既體現(xiàn)了艦艇對(duì)海作戰(zhàn)能力評(píng)估中定性與定量指標(biāo)相結(jié)合，又考慮到制約艦艇對(duì)海作戰(zhàn)能力的短板，為以后此類問題的研究提供了一定得參考價(jià)值。

［1］黃勇，紀(jì)永清，紀(jì)軍，等.海軍水面艦艇作戰(zhàn)指數(shù)計(jì)算［J］.火力與指揮控制，2004，（1）：91－94.

［2］雷中原，梁義芝，王哲.基于模糊綜合評(píng)判的艦艇電子戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估［J］.電子信息對(duì)抗技術(shù)，2006，（4）：42－44.

［3］史開泉.雙枝模糊集（Ⅰ－Ⅲ）［J］.BUSEFAL，1998，（75）：146－174.

［4］史開泉，李歧強(qiáng).雙枝模糊決策與決策識(shí)別問題［J］.中國(guó)工程科學(xué)，2001，（1）：71－77.

［5］解維河，李選海，馬樂梅.雙枝模糊評(píng)判在艦艇作戰(zhàn)效能評(píng)估中的應(yīng)用［J］.系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用，2006，（4）：868－871.

［6］周智超.基于模糊綜合評(píng)判的艦艇指揮控制效能評(píng)估研究［J］.指揮控制與仿真，2006，（1）：68－71.

［7］譚樂祖，楊明軍，向迎春，等.武器系統(tǒng)效能評(píng)估方法研究［J］.兵工自動(dòng)化，2010，（8）：88－90.

［8］王澤眾，劉鋒，鐘兆根，等.一種新的機(jī)載電子對(duì)抗作戰(zhàn)效能評(píng)估模型［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2009，（20）：67－70.

［9］李婧嬌，張友益，徐朝陽.多功能電子戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能仿真技術(shù)研究［J］.艦船電子工程，2010，（2）：50－53.

［10］郭輝，徐浩軍，任博，等.基于模糊綜合評(píng)判的預(yù)警機(jī)作戰(zhàn)效能評(píng)估［J］.數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí)，2012，（4）：137－140.

Evaluation of Combat CapabilityAgainst Sea Targets of Surface Ship Based on the Both－Branch FuzzyComprehensive Evaluation

XU Lin GE Wei
（Naval Armament Academy，Beijing 100161）

The research of combat capability against sea targets of surface ship formation is based on the research of single ship platform's.Based on the combat process against sea targets of surface ship platform，the capability is divided into four parts as ability of detecting and warning，ability of command and control，ability of air attack and ability of elecronic warfare.At the same time，the index system of combat capability against sea targets of surface ship is built after analysing the factor collection of the four abilities.Meanwhile，considering the characteristic of index system of surface ship combat capability against sea targets，the both－branch fuzzy comprehensive evaluation theory is introduced to evaluate the surface ship combat capability against sea targets.Finally we take an example to prove the feasibility and universal application of this theory.

surface ship，combat capability，index system，evaluation，both－branch fuzzy comprehensive evaluation

E83DOI：10.3969／j.issn.1672－9730.2015.11.008

2015年5月6日，

2015年6月29日

徐林，女，碩士研究生，助理工程師，研究方向：火力控制、裝備保障。葛偉，男，高級(jí)工程師，研究方向：裝備保障。