基于OODA的單艦實戰化防空作戰能力評估研究?

王光源 毛世超 劉智勇

（海軍航空大學 煙臺 264001）

1 引言

在信息化條件下的海上作戰中，空中對海火力打擊已呈現出全方位、全時段、大縱深和高強度的作戰特點［1］。同時反艦武器裝備平臺自動化、智能化、多樣化的發展及信息技術在反艦導彈中的不斷應用，使反艦導彈的超視距、超音速中遠程打擊水面艦艇的能力不斷提高［2～3］，對海上水面艦艇編隊的作戰行動帶來更加嚴重的空中威脅。當前，我水面艦艇編隊海上面臨的安全形勢日趨復雜嚴峻，如何提高實戰環境下的水面艦艇編隊防空作戰能力是亟需解決的現實問題之一。

單艦是水面艦艇編隊遂行防空作戰任務的基礎和防空能力的基本要素，如何提高單艦實戰環境下的防空作戰能力是增強艦艇編隊防空作戰能力的有效手段之一［4］。因此，分析與評估單艦海上防空作戰能力，找準制約核心防空作戰能力形成和提升的深層次矛盾，是提高水面艦艇編隊防空作戰能力的有效方法。據此摸透單艦防空作戰過程中存在的薄弱環節，通過裝備的改造升級，倒逼解決在作戰力量準備、指揮準備、訓練準備、保障準備等方面的問題，有效提升水面艦艇的防空能力。

由于單艦防空作戰裝備與作戰環節構成復雜，本文采用了OODA環理論對水面艦艇的實戰化防空作戰流程進行了模塊化分析，在此基礎上運用層級分析法建立了防空作戰能力評價指標體系，并采用灰色模糊評估理論建立評估模型，最后運用構建的模型對單艦綜合防空作戰能力進行仿真評估與檢驗。

2 基于OODA的單艦實戰化防空作戰流程分析

實戰化背景下水面艦艇防空作戰涉及多個領域、多項技術、多類人員和多種戰法的運用，具有緊迫性、復雜性、協同難度大等特點。美國陸軍上校約翰·包以德在總結分析空戰數據的基礎上，提出了 OODA（Observe，Orient，Decide，Act）環理論，該理論是體系作戰行動整個過程的一種高度抽象，能夠較為清晰地描述整個防空體系作戰行動的全過程。利用OODA環理論分析單艦防空作戰流程［5～6］（如圖1所示），明確作戰各階段需要完成的任務，可以將復雜的防空作戰問題簡單化、模塊化，進而有針對性地開展實戰化條件下的防空作戰訓練和作戰能力研究。

OODA（探測-判斷-決策-行動）環能夠清晰描述實戰化條件下單艦防空作戰的過程，同時也是作戰能力生成的基本回路，整個指控過程可看為做四個分立但又相互關聯的階段循環。具體內容如下：

1）觀察。戰場環境信息的種類多、含量大，水面艦艇利用雷達等探測裝備開展對空情報搜集，偵測到大量的戰場態勢信息，通過比對過濾，提取出戰場態勢變化信息，并對敵方來襲目標進行識別、跟蹤，進一步獲得目標信息。

2）判斷。根據觀察結果，結合戰場環境連續性、動態性的特點，對戰場態勢信息進行分析、預測和評估，對來襲目標的威脅程度做出判斷。

3）決策。在觀察、判斷的基礎上，指揮員對當前態勢進行綜合判斷，做出攔截來襲目標的決策，根據來襲目標情況對自身火力進行分配。

4）行動。行動即采取的防空手段，主要包含硬殺傷和軟殺傷兩個層次，根據作戰命令，各作戰單元控制艦載防空武器系統完成對空火力打擊任務，并對目標毀傷效果進行評估。

3 單艦實戰化防空作戰能力評估指標分析

指標體系是進行效能評估的基礎和依據，評估指標體系是否合理、完整，直接關系到最后的評估結果。選擇合適的指標體系并進行量化，是有效開展評估工作的關鍵。

通過采用OODA環理論對單艦實戰化對空作戰流程的模塊化分析，本文采用層次分析法將艦艇對空作戰的能力劃分為對空預警探測能力、指揮控制能力、火力打擊能力和電子戰能力［7～11］，如圖2所示。

對于水面艦艇而言，其對空預警探測能力主要是指紅外跟蹤器探測能力、雷達偵察預警能力和光電跟蹤器探測能力，利用這些艦載探測設備獲得目標的信息，以期做到先敵發現、先敵判斷、先敵行動，牢牢掌握戰斗的主動權。指揮控制能力主要包括指揮員的決策能力、信息傳輸能力、武器控制能力、輔助決策能力和信息處理與融合能力。火力打擊能力是我方對于來襲目標的打擊毀傷能力，根據來襲目標的特性不同，艦載防空武器系統主要包括打擊飛機等大型目標的中遠程導彈系統、打擊導彈等小型目標的近程防空導彈以及艦炮、密集陣等近程火力打擊系統。影響艦艇電子戰系統效能的因素比較多，本文依據艦艇作戰任務不同將其劃分為電子信息支援能力、電子信息攻擊能力和電子信息防護能力。

4 單艦實戰化防空作戰能力評估模型構建

4.1 單艦實戰化防空作戰能力判斷矩陣

根據單艦實戰化防空作戰能力評估指標體系，采用專家打分法分層次構造單艦防空作戰能力、對空預警探測能力、指揮控制能力、火力打擊能力和電子戰能力的判斷矩陣。選擇標度系統引用數字1～9及其倒數作為標度，應用1～9的比較標度法對指標體系各層指標進行兩兩比較，即可構造各層指標的比較判斷矩陣：

其中，aij為第i項指標與第 j項指標的比值。

4.2 確定各評估指標的權重系數

由于指標體系中的各個分指標對總指標的影響程度不盡相同，為了增加可比性，消除不同物理量綱對評價結果的影響，本文綜合采用方根法和和積法解算對應的判斷矩陣，求出判斷矩陣最大特征根及其對應的特征向量，進一步確定各評價指標相對于上一層級的權重系數［12～13］，具體的分析計算過程如下：

1）求解判斷矩陣的特征向量

首先計算判斷矩陣每一行元素的乘積，再求n次方根：

從而求得判斷矩陣A的特征向量即評估指標體系的權重向量W為W=(ω ，ω ，...，ω)'。12n

2）求解最大特征根

根據求得的特征向量W，可計算出判斷矩陣的最大特征根為：

3）一致性檢驗

有時，判斷矩陣A難免會出現判斷上的不一致性，因而需要計算判斷矩陣的隨機一致性比率來對判斷矩陣的一致性進行檢驗。

隨機一致性比率CR為判斷矩陣的一致性指標CI與同階平均隨機一致性指標RI之比：

當CR≤0.1時，即認為判斷矩陣具有滿意的一致性，否則需要對判斷矩陣進行調整，直到取得具有滿意的一致性為止。

其中判斷矩陣偏離一致性的指標CI為：

對于1～9階的判斷矩陣，其平均隨機一致性指標RI的值如表1所示。

表1 隨機一致性指標RI

4.3 對空作戰能力的灰色模糊評估模型

灰色模糊評估是一種綜合了灰色評估和模糊評估、定量與定性分析相結合的評估方法，這種方法是在已知的信息不夠充分、評估對象具有模糊因素的前提下，通過從總體上來考慮專家評價情況的不完全性，利用灰色聚類理論來得到灰色評價向量，最后聚合計算得到評估對象的綜合評估等級［14～16］。

1）確定評價灰類

根據作戰效能評估慣例，制定評價準則，如表2所示。

邀請專家根據評價準則對各作戰系統單元的能力進行評分，得到各系統單元作戰能力的評價值矩陣：

其中dij表示第 j個專家對于第i個作戰系統單元能力的綜合評分。

依據評價準則，劃分成4個評價灰類來確定評價灰類等級和白化函數。各灰類對應的灰數和白話函數如下：

第一類“優”(k =1)，對應灰數 ?∈[0 ，9，∞ ) ，白化函數為

表2 評價準則

其中，灰度表明指標評分dij對應的級別，函數區間表明評分可能的區間，中間值表明是該灰類的最優評分值。

2）確定灰色評價權向量

分別計算在各白化函數下的dij的灰色評價系數，處理后可得到灰色評價權矩陣：

其中，rik表示n位專家對各作戰系統單元在第k等級灰類下的灰色評價值，fk(dij)表示第k等級灰類下，第 j個專家對于第i個作戰系統單元能力的綜合評分值所對應的白化函數值。

3）建立灰色模糊評估模型

結合方根法計算出的單艦實戰化作戰能力評估指標的權重W和灰色評價權矩陣R，計算出作戰能力評價指標的灰色模糊評估結果E為

結合制定的評價準則，將作戰能力的灰色模糊評估結果進行量化得到單艦實戰化防空作戰能力值U為：

其中，F=[9 7 5 1]'為灰度評價的最優值向量。

采用該模型可分別對單艦實戰化防空作戰能力、對空預警探測能力、指揮控制能力、火力打擊能力和電子戰能力進行灰色模糊評估。

5 算例分析

本文以某型驅逐艦為例，由4位專家組成評審小組，通過評審一級指標，應用1～9的比較標度法，得到驅逐艦防空作戰能力的比較判斷矩陣：

根據式（2）、（3）計算出判斷矩陣 A的權重向量W為：

根據式（5）、（6）以及表1數據，計算得判斷矩陣A的一致性檢驗結果為CR=0＜0.1，因此判斷矩陣具有滿意的一致性。

邀請專家依據評價準則給驅逐艦防空作戰系統的各作戰模塊系統進行評分，得到各系統單元作戰能力的評價值矩陣為：

根據式（12）、（13）可得驅逐艦各作戰系統單元的灰色評價權向量為：

根據式（14），驅逐艦綜合評價指標的灰色模糊評估結果為：即驅逐艦作戰系統模塊在各評價灰類上的評估值。

根據式（15）和本文制定的評價準則將灰色模糊評估結果進行定量化得：

由此可見，該水面艦艇的防空作戰能力綜合灰色估值為7.0332，對應評估結果為“良”。

從防空作戰系統單元作戰能力的判斷矩陣A的權重向量W可知，對于驅逐艦而言，火力打擊能力對艦艇防空作戰能力的影響最大，其次是對空預警探測能力和指揮控制能力，電子戰能力對其影響最小。根據圖2，采用同樣的方法可評估出評價指標體系第三層指標對于第二層指標的影響，進而可以發現驅逐艦防空作戰能力的短板。

6 結語

本文依據實戰化條件下單艦防空作戰能力的評估需求，利用OODA環理論對單水面艦艇實戰化防空作戰流程進行了模塊化分析，運用層次分析法建立艦艇的防空作戰能力評價指標體系，并采用專家打分法、方根法和和積法對各評價指標權重進行了量化分析，建立了單艦實戰化防空作戰的灰色模糊評估模型，對艦艇的防空作戰能力進行評估與檢驗。通過案例評估應用表明該方法選取指標全面，評估過程簡便、可靠，能有效解決實戰化復雜條件下單艦綜合防空能力的評估問題，為進一步開展艦艇編隊綜合防空作戰能力的評估，提高部隊實戰化作戰訓練的能力等提供有效的理論參考與幫助。

［1］杜正軍.推進水面艦艇單艦作戰能力評估的幾點思考［J］.海軍大連艦艇學院院報，2015，38（2）：1-3.

［2］WANG Guang-hui，SUN Xue-feng，YAN JIan-gang，etal.Study on Anti-ship Missile Saturation Attack Model［J］.JournalofChina Ordnace，2010（01）：10-15.

［3］WANG Xiao-fang.Research on terminalmaneuver strate?gy of anti-ship missiles［J］.Journal of Beijing Institute of Technology，2011，20（4）：456-461.

［4］陳國生，馬良，張明.艦艇編隊協同防空作戰效能評估［J］.艦船科學技術，2011，33（2）：105-107.

［5］徐宇茹，龔偉，姜文志.基于OODA過程的島礁防空CGF模型［J］.海軍航空工程學院學報，2015，30（1）：83-86.

［6］劉鄭國，周介群.艦載近程彈-炮結合反導武器系統（CI?WS）淺析［J］.艦船科學技術，2003，25（2）：3-10.

［7］陸欣，譚樂祖，高斌.水面艦艇平臺防空作戰能力指標體系與評估［J］.艦船電子工程，2012，32（9）：23-25.

［8］徐建志.水面艦艇作戰能力綜合分析方法研究［J］.艦船科學技術，2005，27（1）：49-51.

［9］徐林，葛偉.基于雙枝模糊評判的艦艇對海作戰能力評估［J］.艦船電子工程，2015，35（11）：26-30.

［10］吳巋華，任耀峰，周勝.海戰場環境下艦艇作戰能力評估［J］.艦船電子工程，2013，33（5）：4-5.

［11］馬政偉，姜偉.艦艇編隊防空作戰復雜網絡建模［J］.艦船科學技術，2010，32（11）：101-104.

［12］劉雄，張繩，韓宗真，等.一種艦艇作戰能力的綜合評估方法［J］.艦船科學技術，2011，33（10）：120-123.

［13］李微波，傅調平，鄢力，等.基于模糊綜合評判的艦艇編隊防空隊形優化研究［J］.艦船電子工程，32（4）：25-27.

［14］倪志鵬，周慶軍，丁軍.基于能力需求和灰色ANP的艦艇作戰能力評估［J］.指揮控制與仿真，2015，37（5）：57-61.

［15］譚樂祖，任東彥，李大鵬.灰色層次分析法在艦艇防空作戰方案優選中的應用［J］.兵工自動化，2010，29（1）：40-42.

［16］嚴超，馬量.內河船舶溢油風險的灰色模糊綜合評判［J］.艦船科學技術，2011，33（1）：113-117.