基于GCA-TOPSIS的測(cè)發(fā)控能力需求滿足度評(píng)估方法研究

衛(wèi)鑫，聶熾巖，熊威

（中國(guó)人民解放軍91550部隊(duì)，遼寧 大連 116023）

測(cè)發(fā)控系統(tǒng)是某武器系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)測(cè)試無人飛行器控制性能及全系統(tǒng)電氣信號(hào)協(xié)調(diào)性，負(fù)責(zé)發(fā)射條件檢查和準(zhǔn)備，對(duì)檢查合格的無人飛行器進(jìn)行發(fā)射。隨著裝備信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化程度的提高，測(cè)發(fā)控系統(tǒng)運(yùn)用一體化指揮控制設(shè)計(jì)、提高快速反應(yīng)能力、縮短齊射時(shí)間間隔等設(shè)計(jì)手段，技術(shù)性能、作戰(zhàn)效能提升的同時(shí)，也對(duì)測(cè)發(fā)控系統(tǒng)能力評(píng)估提出了更高的要求。

武器裝備性能評(píng)估，是當(dāng)前裝備論證和體系研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，傳統(tǒng)的效能評(píng)估方法在應(yīng)用于測(cè)發(fā)控系統(tǒng)能力評(píng)估中遇到了諸多瓶頸問題，難以滿足試驗(yàn)鑒定的需求。本文從能力需求滿足度的視角出發(fā)，提出了一種基于灰色關(guān)聯(lián)分析法和理想解法的測(cè)發(fā)控系統(tǒng)能力評(píng)估方法，通過評(píng)估和實(shí)例仿真計(jì)算，查找測(cè)發(fā)控系統(tǒng)能力的缺口弱項(xiàng)，對(duì)測(cè)發(fā)控系統(tǒng)能力給出綜合評(píng)估結(jié)論。

1 測(cè)發(fā)控系統(tǒng)能力需求滿足度模型

1.1 能力需求滿足度評(píng)估思想

武器裝備能力需求，是指武器裝備為完成指定的使命任務(wù)和達(dá)到預(yù)期的作戰(zhàn)效果，需要具備能力的集合。能力需求可以從兩個(gè)維度來理解，第一個(gè)維度是為了完成作戰(zhàn)任務(wù)，武器裝備應(yīng)具備哪些能力，例如：火力支援艦作戰(zhàn)系統(tǒng)為完成作戰(zhàn)火力支援、遠(yuǎn)程對(duì)陸攻擊和對(duì)海打擊任務(wù)，必須具備遠(yuǎn)程對(duì)海精確飽和打擊能力、遠(yuǎn)程對(duì)陸人在回路精確打擊能力、由海向陸機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)與威懾能力、兩棲火力支援打擊能力、中近程防空反導(dǎo)能力等能力；第二個(gè)維度是為了完成作戰(zhàn)任務(wù)，裝備體系能力必須達(dá)到的水平和程度，例如：在航母編隊(duì)對(duì)空防御作戰(zhàn)中，預(yù)警機(jī)對(duì)艦船目標(biāo)發(fā)現(xiàn)距離應(yīng)不小于360km，對(duì)低空戰(zhàn)斗機(jī)目標(biāo)發(fā)現(xiàn)距離應(yīng)不小于400km等。能力需求滿足度評(píng)估，是指在給定的使命任務(wù)需求和武器裝備能力水平條件下，評(píng)價(jià)武器裝備提供的能力是否滿足任務(wù)需求，并給出完成任務(wù)的程度指標(biāo)。能力水平是裝備體系擁有作戰(zhàn)能力的客觀存在，能力需求是為了完成作戰(zhàn)任務(wù)對(duì)裝備體系能力的要求。因此，能力需求滿足度評(píng)估，就是分析能力水平與能力需求的關(guān)系，研究獲取裝備體系能力差距或能力冗余。

1.2 測(cè)發(fā)控系統(tǒng)能力需求獲取

武器裝備從研制立項(xiàng)開始，就已經(jīng)明確了其承擔(dān)的使命任務(wù)、體系定位和基本作戰(zhàn)使用要求。對(duì)于測(cè)發(fā)控系統(tǒng)而言，從研制總要求和設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定的使命任務(wù)可以分解出其在既定的軍事背景和作戰(zhàn)需求下，為完成無人飛行器發(fā)射任務(wù)，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略或戰(zhàn)術(shù)意圖而應(yīng)具備的系統(tǒng)能力需求。對(duì)于確定的能力需求或者能力需求所涉及的具備戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)，可繼續(xù)分解為系統(tǒng)子能力來實(shí)現(xiàn)。子能力需求以及子能力需求對(duì)應(yīng)的參數(shù)指標(biāo)，則對(duì)應(yīng)地映射到測(cè)發(fā)控系統(tǒng)各具備設(shè)備功能需求。設(shè)備功能需求繼而映射到測(cè)發(fā)控設(shè)備實(shí)體，各設(shè)備以硬件、軟件、電氣接口、機(jī)械接口和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議等實(shí)體形式具象化構(gòu)成測(cè)發(fā)控系統(tǒng)，而各子能力、性能參數(shù)、戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)、行為屬性以及各元素間相互關(guān)系則以抽象化形式匯聚為測(cè)發(fā)控系統(tǒng)能力。測(cè)發(fā)控系統(tǒng)從能力需求到設(shè)備體系結(jié)構(gòu)的建模框架如圖1所示。

圖1 從能力需求到設(shè)備體系結(jié)構(gòu)的建模框架

1.3 測(cè)發(fā)控系統(tǒng)能力指標(biāo)體系

測(cè)發(fā)控系統(tǒng)一級(jí)能力指標(biāo)與子能力指標(biāo)之間，通常來講是一對(duì)多的關(guān)系，每種能力都可以分解成多個(gè)子能力指標(biāo)；測(cè)發(fā)控系統(tǒng)子能力與系統(tǒng)功能之間，通常是多對(duì)多的關(guān)系，每個(gè)子能力指標(biāo)往往由多個(gè)系統(tǒng)功能共同實(shí)現(xiàn)，而各系統(tǒng)功能往往可以通過各種組合關(guān)系來實(shí)現(xiàn)不同的子能力需求；同樣，測(cè)發(fā)控系統(tǒng)功能與設(shè)備類型需求是一對(duì)多的關(guān)系，每種功能通常由一種或幾種不同類型的裝備實(shí)體來實(shí)現(xiàn)。按照從系統(tǒng)能力需求逐級(jí)分解映射，從而構(gòu)建能力需求模型的方法，按照科學(xué)性、獨(dú)立性、系統(tǒng)性、可行性、可比性、簡(jiǎn)捷性、層次性的原則，詳細(xì)分析測(cè)發(fā)控系統(tǒng)承擔(dān)的作戰(zhàn)任務(wù)、體系貢獻(xiàn)度、功能性能需求，并分解構(gòu)建測(cè)發(fā)控系統(tǒng)能力需求、子能力指標(biāo)和參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表1所示。

2 基于灰色關(guān)聯(lián)改進(jìn)的TOPSIS法

2.1 灰色關(guān)聯(lián)分析法

關(guān)聯(lián)度表征了系統(tǒng)內(nèi)部?jī)梢蛩刂g的關(guān)聯(lián)程度，灰色關(guān)聯(lián)分析法（GCA）是灰色理論的基本方法，其基本思想就是以分析各個(gè)因素樣本數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，并根據(jù)因素之間的發(fā)展態(tài)勢(shì)、接近程度，用灰色關(guān)聯(lián)度來表征因素之間的相關(guān)程度的一種方法。規(guī)范性、偶對(duì)稱性、整體性和接近性，為灰色關(guān)聯(lián)四公理。

表1 測(cè)發(fā)控系統(tǒng)能力需求關(guān)系列表

2.2 理想解法TOPSIS

理想解法TOPSIS，即逼近理想解的排序方法，是有限方案多目標(biāo)綜合評(píng)價(jià)的一種有效決策方法。其原理是通過構(gòu)造方案的正理想解和負(fù)理想解，求解被評(píng)價(jià)對(duì)象與正理想解和負(fù)理想解之間的加權(quán)歐式距離，并以此作為基準(zhǔn)來評(píng)價(jià)各對(duì)象與最優(yōu)解的相對(duì)貼近度。正理想解，是備選方案中屬性值的最優(yōu)值；負(fù)理想解，就是備選方案中屬性值的最差值。

TOPSIS法評(píng)價(jià)步驟一般為：

（1）構(gòu)建初始評(píng)價(jià)矩陣。假設(shè)需要評(píng)估的某裝備體系有m套系統(tǒng)（設(shè)備），其關(guān)鍵戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)有n項(xiàng)，通過對(duì)裝備體系功能、性能進(jìn)行分析和關(guān)鍵戰(zhàn)技指標(biāo)建模，可以得到戰(zhàn)技指標(biāo)的權(quán)重為wj(j=1,2,...,n)。各系統(tǒng)對(duì)于各項(xiàng)關(guān)鍵戰(zhàn)技指標(biāo)的貢獻(xiàn)或者關(guān)系為xij(1 ≤ i≤ m ,1 ≤ j≤n)；即得到初始評(píng)價(jià)矩陣X為：

（2）無量綱化處理。裝備體系的關(guān)鍵戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)有射程、精度、速度、尺寸、重量、反應(yīng)時(shí)間等各種類型參數(shù)，不僅其量綱和單位差異很大，而且參數(shù)規(guī)律和評(píng)定準(zhǔn)則迥然不同，因此必須對(duì)參數(shù)進(jìn)行歸一化處理，消除量綱和量綱單位，形成標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)矩陣V=(vij)m×n。根據(jù)裝備體系能力指標(biāo)體系的特點(diǎn)，可以歸納為趨小型、趨大型、中心點(diǎn)型、區(qū)間型和布爾型。以趨大型和趨小型指標(biāo)為例：

貼近度表示武器裝備體系各設(shè)備對(duì)應(yīng)各戰(zhàn)技指標(biāo)上的表現(xiàn)與正理想解之間的距離，貼近度越大，距離正理想解越近，方案就越好，評(píng)價(jià)越高。

2.3 基于GCA-TOPSIS的能力滿足度評(píng)估流程

步驟一：面向作戰(zhàn)使命任務(wù)，按照從系統(tǒng)能力到設(shè)備實(shí)體的映射建模，建立測(cè)發(fā)控系統(tǒng)能力指標(biāo)與設(shè)備之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并根據(jù)規(guī)定的原則和方法，對(duì)能力指標(biāo)分層。

步驟二：確定測(cè)發(fā)控系統(tǒng)能力指標(biāo)體系各層指標(biāo)的類型，區(qū)分定性、定量指標(biāo)，并按照趨大型、趨小型、居中型、區(qū)間型等類型對(duì)指標(biāo)進(jìn)行分類，明確指標(biāo)參數(shù)需求。

步驟三：對(duì)能力指標(biāo)進(jìn)行處理，對(duì)于定性指標(biāo)，按照專家決策法給出評(píng)分；對(duì)于定量指標(biāo)，進(jìn)行無量綱化處理；結(jié)合各指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算測(cè)發(fā)控系統(tǒng)各設(shè)備對(duì)應(yīng)能力的滿足度綜合評(píng)分。

步驟四：采用改進(jìn)TOPSIS法建模，求各能力與目標(biāo)的貼近度；采用改進(jìn)的GCA法建模分析關(guān)聯(lián)度；綜合貼近度和關(guān)聯(lián)度，求解測(cè)發(fā)控系統(tǒng)設(shè)備對(duì)于能力需求的滿足程度。

3 測(cè)發(fā)控系統(tǒng)能力需求滿足度評(píng)估實(shí)例

以測(cè)發(fā)控系統(tǒng)參加某無人飛行器試驗(yàn)數(shù)據(jù)為輸入信息，對(duì)測(cè)發(fā)控系統(tǒng)發(fā)射控制能力需求滿足度進(jìn)行評(píng)估。

3.1 確定能力指標(biāo)參數(shù)

測(cè)發(fā)控系統(tǒng)發(fā)射控制能力可分解為供配電能力、漏電檢測(cè)能力、電池激活能力、轉(zhuǎn)電控制能力、解鎖控制能力、點(diǎn)火能力、連續(xù)發(fā)射能力等共7種子能力（指標(biāo)），分別以X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7表示。測(cè)發(fā)控系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的4臺(tái)設(shè)備，分別以 E1、E2、E3、E4表示。

3.2 指標(biāo)無量綱化處理

根據(jù)作戰(zhàn)使用任務(wù)要求和流程控制原則，確定測(cè)發(fā)控系統(tǒng)發(fā)射控制能力7種子能力權(quán)重為：

7種子能力（指標(biāo)）中，X6為定性指標(biāo)，其他為定量指標(biāo)。對(duì)于定性指標(biāo)X6，4臺(tái)設(shè)備的評(píng)分值分別為1，0.8，0.6，0.6，這些指標(biāo)可以看做無量綱化結(jié)果。

對(duì)于定量指標(biāo) X1、X2、X3、X4、X5、X7，按照屬性分別確定為趨大型、趨小型、居中型指標(biāo)，根據(jù)4臺(tái)設(shè)備對(duì)應(yīng)各指標(biāo)的試驗(yàn)實(shí)測(cè)值，按照無量綱化處理方法，分別得出各設(shè)備在指標(biāo)上的無量綱化結(jié)果。將各設(shè)備對(duì)于各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)分結(jié)果與各指標(biāo)的權(quán)重相結(jié)合，得出測(cè)發(fā)控系統(tǒng)各設(shè)備對(duì)于發(fā)射控制能力滿足度的評(píng)分，如表2所示。

表2 測(cè)發(fā)控系統(tǒng)各設(shè)備對(duì)于發(fā)射控制能力需求滿足度評(píng)分

3.3 改進(jìn)TOPSI法求解貼近度

3.4 改進(jìn)灰色關(guān)聯(lián)分析法建模求解關(guān)聯(lián)度

測(cè)發(fā)控系統(tǒng)設(shè)備i對(duì)正理想解關(guān)于第j個(gè)指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)：

測(cè)發(fā)控設(shè)備與正理想解的灰色關(guān)聯(lián)度為：

構(gòu)造加權(quán)矩陣同上，計(jì)算測(cè)發(fā)控系統(tǒng)各設(shè)備與正理想解的關(guān)聯(lián)度，同理計(jì)算各設(shè)備與負(fù)理想解的關(guān)聯(lián)度：

3.5 求解能力需求滿足度

測(cè)發(fā)控系統(tǒng)4個(gè)設(shè)備對(duì)于發(fā)射控制能力的滿足程度為（），結(jié)果表明：測(cè)試發(fā)控臺(tái)對(duì)于發(fā)射控制能力的需求滿足程度最高，為0.8592；中心計(jì)算機(jī)對(duì)于發(fā)射控制能力的需求滿足程度最低，為0.6782。仿真計(jì)算結(jié)果與測(cè)發(fā)控系統(tǒng)各設(shè)備作戰(zhàn)使命任務(wù)相符，反映了武器裝備與系統(tǒng)能力之間的定量關(guān)系。

4 結(jié)語

武器裝備性能評(píng)估是系統(tǒng)科學(xué)、軍事裝備學(xué)等學(xué)科的研究熱點(diǎn)，各種理論方法很多，然而在解決具體問題時(shí)效果卻差異很大。本文根據(jù)測(cè)發(fā)控系統(tǒng)性能功能特點(diǎn)和作戰(zhàn)使用流程，構(gòu)建了能力指標(biāo)體系，基于GCA-TOPSIS方法求解了測(cè)發(fā)控系統(tǒng)各設(shè)備對(duì)于發(fā)射控制能力的貼近度和關(guān)聯(lián)度，繼而得出了能力需求滿足度。仿真計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了方法的可行性，此方法既可運(yùn)用于全武器系統(tǒng)能力評(píng)估，也有助于優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于系統(tǒng)方案論證，具有較好的推廣應(yīng)用前景。