基于改進模糊層次分析法的某攔截系統(tǒng)防護效能評估研究

劉一鳴，王德榮，熊自明，楊智謙，王宇濛

(1.陸軍工程大學(xué) 爆炸沖擊防災(zāi)減災(zāi)國家重點實驗室， 南京 210007； 2.南昌工學(xué)院， 南昌 330108)

隨著生產(chǎn)力的不斷提高和科學(xué)技術(shù)的不斷進步，戰(zhàn)爭形態(tài)也發(fā)生了深刻的變化。高科技武器層出不窮，毀傷效能日益提高，對地面高價值目標毀傷呈現(xiàn)準定位、高速度、深侵徹、強破壞等特點。本新型攔截系統(tǒng)(以下簡稱X系統(tǒng))是基于地面目標末端防護的新型主動攔截系統(tǒng)，X系統(tǒng)區(qū)別于現(xiàn)有高炮、防空導(dǎo)彈等現(xiàn)有武器系統(tǒng)[1-2]的點式攔截方式，而是采用發(fā)射攔截網(wǎng)攔截來襲彈藥[3]，進行面式攔截，攔截成功率高，經(jīng)濟性好。因此，研究如何對該種新型攔截系統(tǒng)進行直觀有效地攔截效能評估具有重要意義。現(xiàn)有武器系統(tǒng)的效能評估多參考依照美國WSEIAC提出的E=ADC模型[4-5]，在此基礎(chǔ)之上，進行相應(yīng)武器系統(tǒng)的建模評估分析[6-10]。由于X系統(tǒng)與現(xiàn)有武器系統(tǒng)攔截手段和攔截原理不同，導(dǎo)致當前已有的評估模型不能較好地反映其攔截效能，因此提出了基于改進模糊層次分析法的防護效能評估模型，為X系統(tǒng)的效能評估提供依據(jù)。

1 攔截系統(tǒng)組成

X系統(tǒng)利用雷達探測較遠距離的來襲彈藥，根據(jù)來襲彈藥的速度和方位，隨動發(fā)射攔截網(wǎng)，在距離防護目標較近的范圍內(nèi)對來襲目標實現(xiàn)擊爆，使防護目標由防直接命中變?yōu)榉榔破涂諝鉀_擊波。通過集成探測、控制以及隨動發(fā)射等多種技術(shù)，形成了由雷達探測系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)、隨動發(fā)射系統(tǒng)和發(fā)射攔截系統(tǒng)四部分組成的新型主動攔截系統(tǒng)，如圖1所示。當目標來襲時，雷達探測系統(tǒng)將探得的信息傳輸給中央控制系統(tǒng)，解算出攔截參數(shù)后，將發(fā)射信號和發(fā)射諸元傳遞給隨動發(fā)射系統(tǒng)，由隨動發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射攔截裝置對來襲目標進行攔截，攔截流程如圖2所示。X系統(tǒng)實現(xiàn)了由加強防護結(jié)構(gòu)抗打擊能力的傳統(tǒng)土木防護到主動攔截來襲彈藥的現(xiàn)代化防護的轉(zhuǎn)變。

2 攔截系統(tǒng)效能評估模型

X攔截系統(tǒng)效能評估模型的建立，采用改進的模糊層次分析法，該方法主要是依據(jù)被評價對象的相關(guān)屬性和信息進行評價，被評價對象往往都涉及多個屬性(或指標)，因此需對相關(guān)的屬性(或指標)進行仔細的篩選，通過建立模型對被評價對象做出公正合理的評價。

2.1 建立模型的因素集

一級因素集可表示為：

U={U1,U2,…,Uk}

二級因素集可表示為：

式中：i代表第i個一級因素；u的下標ni代表第i個一級因素的第ni個二級因素。

根據(jù)X攔截系統(tǒng)的攔截原理，采用層次分析法，建立系統(tǒng)的防護效能評價指標體系，如圖3所示。

2.2 建立模型的評價集

模型的評價集，即可能對X系統(tǒng)做出評價結(jié)果的集合，表示為V={v1,v2,…,vm}，結(jié)合該系統(tǒng)的實際情況，采用“很重要”、“重要”、“較重要”、“一般”、“不重要”五個等級，即V={v1,v2,v3,v4,v5}。按照滿分100分，則五個等級對應(yīng)分數(shù)分別為V1=90,V2=80,V3=70,V4=60,V5<60，如表1所示。

表1 評價等級劃分

圖3 X攔截系統(tǒng)的防護效能評價指標體系框圖

2.3 建立模型的權(quán)重集

系統(tǒng)權(quán)重集的建立過程采用改進的層次分析法，區(qū)別于一般權(quán)重集的建立過程，通過每一準則在同層次所有準則中的打分占比，來量化評價體系中每一準則的權(quán)重，以此來體現(xiàn)對X系統(tǒng)攔截防護效能的影響。

一級準則Ui中對系統(tǒng)防護效能Q的權(quán)重Mi可表示為：

(1)

(2)

其中，n=1,2或n=1,2,3，因為在X系統(tǒng)的防護效能評價指標體系中，部分一級準則對應(yīng)2個二級準則，部分對應(yīng)3個二級準則。

2.4 確定各因素的隸屬函數(shù)

根據(jù)X系統(tǒng)效能評估建模的特征，在咨詢過多位專家后，確定使用Г型模糊分布[12]為各因素的隸屬函數(shù)。

偏小型模糊分布，采用如下函數(shù)計算隸屬度，如評價體系中的測角精度、測距精度等。

中間型模糊分布，采用如下函數(shù)計算隸屬度，如評價體系中的探測水平(俯仰)范圍等。

偏大型模糊分布，采用如下函數(shù)計算隸屬度，如評價體系中的探測距離等。

上述函數(shù)中的h是評價體系相同地位二級準則中的指標總個數(shù)。

2.5 計算攔截效能

首先計算評價準則中各因素的隸屬度，可得：

(3)

則X系統(tǒng)的總效能可表示為：

(4)

其中，k為一級準則中的因素個數(shù)。

3 模型計算評估過程分析

根據(jù)任務(wù)需求及系統(tǒng)配置，X系統(tǒng)的攔截目標主要為中遠程、中快速來襲目標，系統(tǒng)布置在重要地面目標周圍，對目標進行攔截，保障防護目標安全。通過上述建立的評估模型，可對其防護效能評估進行計算分析。

3.1 計算二級準則對總效能的對應(yīng)權(quán)重

經(jīng)過征求專家決策意見，依據(jù)因素評價集中等級劃分標準，對一級評判準則和二級評判準則打分如表2和表3所示。

表2 一級準則得分

表3 二級準則得分

由表2和表3的打分，根據(jù)式(1)和式(2)計算一級準則和二級準則權(quán)重的結(jié)果，如表4所示。

3.2 計算攔截系統(tǒng)中各評價因素隸屬度

由2.4節(jié)已確定隸屬度函數(shù)，根據(jù)評價因素不同的性質(zhì)，將二級評價準則的模糊分布劃分列表，如表5。

表4 一級準則和二級準則權(quán)重

表5 二級評價準則模糊分布劃分

因此，各評價因素的隸屬度計算如下。

1) 符合偏小型模糊分布的隸屬度計算

2) 符合中間型模糊分布的隸屬度計算

3) 符合偏大型模糊分布的隸屬度計算

3.3 計算攔截系統(tǒng)的攔截效能

攔截系統(tǒng)的攔截效能計算若只考慮系統(tǒng)本身，缺乏一定科學(xué)性和合理性，應(yīng)兼顧考慮系統(tǒng)所處環(huán)境和來襲目標特性，因此在經(jīng)過合理分析和征求專家意見后，決定根據(jù)所處環(huán)境的優(yōu)劣程度和來襲目標的威脅程度對計算得出的攔截效能進行修正，其修正系數(shù)λ如表6所示。

表6中的環(huán)境條件優(yōu)劣度主要根據(jù)該新型主動攔截系統(tǒng)所處的溫度環(huán)境、風(fēng)力環(huán)境、空氣濕度、作業(yè)天候(晝夜)以及雨熱等環(huán)境因素來確定；來襲目標的威脅度則主要根據(jù)目標的彈徑彈長、飛行速度、制導(dǎo)方式、裝藥量以及引信體制等方面進行確定，其中修正系數(shù)表達式為：

λ=λ1λ2

(5)

由式(3)、式(4)、式(5)計算攔截效能結(jié)果如表7所示。

表6 修正系數(shù)λ取值

表7 攔截效能分析

評價項評價結(jié)果探測及時性1.000 0探測精度0.835 2解算及時性0.903 3解算精度1.000 0發(fā)射及時性0.846 1發(fā)射精度0.871 8攔截有效性1.000 0系統(tǒng)攔截效能0.736 4

4 結(jié)論

X攔截系統(tǒng)是區(qū)別于目前高炮及防空導(dǎo)彈的新型末段攔截系統(tǒng)，攔截空間窗口大，經(jīng)濟性好，可靠性高，因此對其能夠進行直接客觀的效能評估具有重要意義。本研究通過采用改進的模糊層次分析法，建立系統(tǒng)的針對性攔截效能評估模型，提升了評估結(jié)果的可靠性，較為真實地反映了系統(tǒng)的攔截效能，改進了常規(guī)的模糊層次分析方法和傳統(tǒng)效能評估模型，為后續(xù)攔截系統(tǒng)的進一步研發(fā)升級提供參考。