基于網絡層次分析法的艦艇反導作戰效能評估

段繼琨

（91404部隊，河北秦皇島066001）

基于網絡層次分析法的艦艇反導作戰效能評估

段繼琨

（91404部隊，河北秦皇島066001）

艦艇反導作戰效能評估的方法主要有SEA法、ADC法、作戰模擬法和層次分析法等，這些方法存在多系統評估比較困難，或者沒有考慮系統之間或系統內部的相互影響，從而導致評估結果存在偏差。針對這個問題，在層次分析法的基礎上進行了改進，引入網絡層次分析法，較好地解決了系統之間或內部相互影響和多系統評估難度較大的問題。分析結果表明，該方法簡潔實用，易于被普遍接受。

網絡層次分析法；反導；評估模型；作戰效能

艦艇反導作戰效能最好的評估方法是實戰評估，但在設計、論證和訓練等過程中無法采用。目前常用的評估方法有ADC法、指數法、層次分析法、模糊綜合評判法、SEA法［1］。文獻［2］采用AHP建立了電子對抗反導的指標體系，并運用模糊函數較好地解決了定性指標的量化問題；文獻［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的指標體系，并提出了指標的量化處理方法；文獻［4］運用SEA法建立防空作戰電子對抗作戰效能的評估模型，但其指標體系不夠完善；文獻［5］分析了水面艦艇反導防御體系的基本結構，重點研究了艦載雷達發現距離、艦空導彈發射區和殺傷區3個方面問題。

目前，國內艦艇反導研究的文章多數為某一系統反導效能的評估，沒有對艦艇的各系統綜合反導效能進行分析，而且忽略了系統之間或內部存在相互影響的問題。因此，本文從作戰角度出發，系統分析了水面艦艇反導的主要手段，以及各種反導手段與其他手段或系統存在的相互影響，提出了運用網絡層次分析法解決存在反饋問題的思路，并給出了算例。

1　評估指標體系建立

目前，艦艇的反導裝備主要包括艦艇指控系統、預警探測系統、艦空導彈系統、電子對抗系統和速射炮系統（大口徑艦炮通常認為不具備反導能力）。艦艇反導典型作戰流程為：預警機或其他手段將敵空襲信息傳遞給水面艦艇，水面艦艇警戒雷達對來襲方向進行重點觀察，特別是對超低空快速小目標的觀察；艦艇指控系統對各種信息進行融合處理，艦長識別威脅目標，為本艦的各反導系統分配目標，下達作戰命令；各部門根據命令，對來襲導彈實施抗擊，完成反導作戰任務。

由上述反導作戰過程進行分析可知，艦艇反導作戰效能與指揮控制系統、預警探測系統、電子對抗系統、航空導彈系統和速射炮系統等5個系統密切相關。

以反導作戰效能為控制準則，建立反導效能評估的指標組B，又因系統效能的發揮涉及該系統的多個能力指標，因而每個系統又選取若干重要能力構成指標C，詳見表1。

表1　艦艇反導評估指標Tab.1 Ship antimissile evaluation index table

2　基于網絡層次分析法的評估模型

2.1評估指標權重確定原則

網絡層次分析法是一種多準則測度理論，它是通過個人判斷（或者是將實際測量結果歸一化為一種相對形式）獲取指標的相對優先權即權重的一種方法。

2.1.1直接優勢度

給定一個準則，2個指標對于該準則的重要程度進行比較。

2.1.2間接優勢度

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

2.2評估指標量化處理

艦艇綜合反導效能評估指標分為2類：一類是可量化的指標，即其表示的值是實數，其大小是有明確意義的，比如導彈攔截多目標能力、探測距離；另一類是定性的指標，即其表示的數值用極好、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效能進行評估。因此，這類指標在進行效能評估前必須將其量化。例如，抗干擾性能、職手訓練水平等。

2.2.1定量指標無量綱化處理

比值模型：

式（1）中：Xi為指標實際值；X0為完成任務所需的理想值。

假設預警探測距離（對100 m超低空快速小目標）為50km，對反導來說，其發現距離越遠越好，但實際探測距離受視距限制。因此，其理想值為視距值61.5km（假設天線高度為25 m）。

將數據代入式（1）得：F=0.813。

2.2.2定性指標無量綱化處理

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

例如，對艦長決策控制能力量化見表2。

表2　定性指標無量綱化處理表Tab.2 Qualitative index non dimensional treatment table

2.3建立網絡分析法模型

1）確立模型的目標和準則。準則就是艦艇反導能力，目標是對艦艇反導能力進行評估。

2）建立評估模型。通過比較，建立了如圖1所示的網絡內部具有相互依賴關系的網絡模型，雙向箭頭表示相互影響，單向箭頭表示單向影響。

圖1　網絡模型圖Fig.1 Network model diagram

3　基于網絡層次分析法的指標計算

網絡層次分析法模型求取指標權重的核心是根據判斷準則和1-9標度法構造判斷矩陣和超矩陣，通過加權形成穩定的極限超矩陣，得出各評估指標的權重。

3.1構造判斷矩陣

首先以控制層目標艦艇反導能力為主準則，以網絡層指標組指揮控制能力B1中的評估指標職手訓練水平C2為次準則，考慮指標組電子對抗B3中的指標按其受C2的影響力大小進行間接優勢度比較，可構造如表3所示的判斷矩陣，并求出歸一化特征向量Wi。其他次準則下的判斷矩陣類似。

表3　職手訓練水平C2為次準則下指標組B3中指標的判斷矩陣Tab.3 Personnel training levelC2for the sub criteria indicators in the groupB3judgment matrix

3.2構造超矩陣

將C1、C2、C3、C4為次準則下各判斷矩陣的歸一化特征向量匯總到一個矩陣W31中。該矩陣表示指標組B1中的指標與指標組B3中的指標之間的影響關系，態勢掌控程度C3、指控系統性能C4對指標組B3無影響，所以歸一化特征向量為0。

式中，列向量就是指標組B1中的指標對指標組B3中的指標的影響程度排序向量。若指標組B3中的指標不受指標組B1中指標的影響，則W31=0。

用同樣的方法，通過考慮指標間的相互關系，可以求得W11、W21、W31、W32、W13、W14、W42、W44。其他沒有列出的關聯矩陣均為0，說明2個指標組之間沒有關聯。這樣以自適應干擾效能為主準則，因此干擾效能指標體系的指標的未加權超矩陣為：

3.3構造極限超矩陣

以艦艇反導效能為主準則，指標組B1、B2、B3、B4、B5為次準則，依據各指標組間的重要性進行比較，采用標度對其進行間接優勢度比較，建立各次準則下的判斷矩陣，并求出其歸一化特征向量。將各次準則下的判斷矩陣相對應的歸一化特征向量匯總，可獲得艦艇反導效能準則下的權重矩陣：

有了權重矩陣，就可以獲得加權超矩陣：

為反映各個元素之間相互依存和作用關系，在網絡層次分析法中需要對加權超矩陣做一個穩定處理，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列就是下層網絡各元素對于元素 j的極限相對排序，即各元素相對于最高目標的權重值。圖2為利用的計算結果。

圖2　艦艇反導能力準則下的極限超矩陣Fig.2 Super matrix under the antimissile capability of ship

3.4指標權重分析

如圖3所示，權重排序在前5位的分別是預警距離C5、預警雷達抗干擾性能C6、導彈攔截多目標能力C13、態勢掌握情況C3、艦長決策控制能力C1。上述計算結果符合人們對艦艇綜合反導能力的認識。

艦艇實施反導的前提條件是能夠及時發現來襲的反艦導彈，充分掌握戰場態勢。及時發現來襲導彈的重要制約指標是預警雷達抗干擾性能是否良好，而預警距離的大小、預警雷達抗干擾性能直接影響戰場態勢掌握的程度，進而影響艦長的決策控制能力；信息化條件下的海上作戰，來襲導彈是從多個方向同時或分批來襲，導彈攔截多目標的能力十分重要；速射炮系統由于射程較小，通常情況下只有幾km，對綜合反導能力影響也較小；電子對抗系統屬于末端反導自衛手段，雖然可同時干擾同一方向來襲的多枚反艦導彈，但其可靠性較差，且對成像和激光制導的反艦導彈無能為力。

圖3　艦艇反導效能評估指標曲線Fig.3 Evaluation curve of ship antimissile effectiveness

3.5實例分析

以現役典型光榮級、提康德羅加級巡洋艦反導能力為例子進行評估，巡洋艦裝備性能見表4，通過評估結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

根據評估指標處理方法，參考圖2的數據處理。如，導彈攔截多目標能力C13，可選取現役世界先進防空導彈系統同時攔截12個目標（理想能力）為基準，由式（1）分別對光榮級和提康德羅加級巡洋艦進行計算，結果分別為0.75和1，定性指標見表2的量化取值。

根據線性加權合成法公式對指標進行合成：

式（6）中：WCi為指標權重；Fi為指標量化值。

經計算光榮級和提康德羅加級巡洋艦反導作戰效能分別為0.652 01和0.772 4，計算結果符合認知情況，詳見表5、6。

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

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

4　結束語

本文針對層次分析法、ADC法和SEA法等方法在艦艇反導作戰效能評估方面不能很好解決系統之間或內部存在影響的問題，引入網絡層次分析法；通過對主準則、次準則的比較，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，優化了評估指標權重向量的計算；同時，將定性指標進行分級量化，解決了定性指標評估量化的難點。實踐表明，該方法易于理解，可對復雜的問題進行定量與定性相結合的分析與評估，能夠顯著減小主觀因素對評估結果的影響，較好地兼顧了系統之間或內部整體作戰效能評估的影響；本文利用ANP法對艦艇反導作戰評估進行了初探，下一步將詳細研究艦艇反導的指標體系和指標無量綱化處理。

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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。