空空導彈武器系統體系貢獻率評估

王 龍,李 斌,仇振安

(1.中國空空導彈研究院，河南 洛陽 471009；2.航空制導武器航空科技重點實驗室，河南 洛陽 471009; 3.陸裝駐洛陽地區航空軍事代表室,河南 洛陽 471009)

0 引 言

現代戰爭是敵對雙方作戰體系之間對抗，作為火力打擊的空空導彈武器裝備系統，已不適合再以戰技指標高低論英雄，而更注重其對整個作戰體系的貢獻作用，實現從“個體裝備獨立論證發展”到“體系裝備綜合論證發展”的轉變。

如何量化新型武器裝備對作戰體系的貢獻，已成為武器裝備發展論證的重要課題，為此，我國創造性地提出了裝備體系貢獻率的概念[1]。對于空空導彈武器系統論證而言，就是要求將其放入防空作戰體系背景，綜合考慮典型作戰想定和使命任務(如超視距攻擊或近距格斗任務)，評估其在防空作戰體系中對完成使命任務的貢獻率，優先選擇高體系貢獻率的空空導彈武器系統方案?？湛諏椢淦飨到y體系貢獻率評估對于作戰體系能力的量化和評估也具有非常重要的意義。

體系貢獻率是空空導彈武器系統發展的量化支撐，也是空空導彈武器系統型譜規劃的需要。但實際上，研究者對如何量化評估空空導彈武器系統體系貢獻率，甚至如何理解其內涵仍存在分歧，在體系貢獻率研究如火如荼的今天仍未見公開發表與其相關的研究成果或結論。

鑒于空空導彈武器系統裝備作戰體系貢獻率的重要性，本文對此進行了探索研究。

1 空空導彈武器系統體系貢獻率定義

貢獻率本是一個經濟學中的概念，是衡量經濟效益的指標，一種定義是用于分析經濟增長中各因素作用的大小程度，是指某因素的增長量(程度)占總增長量(程度)的比重。如技術貢獻率是指技術進步對產出增長速度的貢獻率，反映了技術進步對經濟增長作用的大小[2]。

近幾年體系貢獻率是國內武器裝備論證發展研究的熱點之一，文獻[3-4]對體系貢獻率研究進展進行了詳細的綜述。目前裝備論證部門、科研院所和高校對如何定義、評估體系貢獻率仍存在不同的認識。導致這種現狀的主要原因是各種武器裝備在整個作戰體系中處于不同作戰環節，執行不同作戰任務，例如在防空作戰體系中，處于“OODA”(觀察—判斷—決策—行動)作戰環最前端的預警雷達執行探測任務，而處于“OODA”作戰環最末端的空空導彈武器系統執行火力打擊任務，兩者的體系貢獻率內涵不同，評估方法自然存在差異。

文獻[5]認為艦船裝備體系貢獻率是“單艘艦船在某個海軍裝備體系或力量體系中，對該體系完成使命任務所發揮的作用”；文獻[6]認為防空導彈武器系統體系貢獻率是“有該裝備的體系作戰能力與無該裝備的體系作戰能力比率”；文獻[7]認為電子信息裝備體系貢獻率是“將電子裝備體系中的電子信息裝備對抗效能與體系對抗效能進行對比(擴展后可以將電子信息裝備體系對抗效能與包含該體系的裝備體系對抗效能進行對比)”；文獻[8]認為防空預警雷達裝備體系貢獻率是“由于貢獻方(某武器裝備系統)的使用或改變而使原有體系作戰能力提升的程度”；文獻[9]認為分布式殺傷武器裝備體系貢獻率是“增加或替換裝備后的體系作戰效能變化率”。

對體系貢獻率的不同理解導致了評估視角的多樣化，如從作戰能力[10]、體系效能[11]、體系結構[12]等視角進行評估。

本文認為，空空導彈武器系統體系貢獻率是在防空作戰體系中，針對特定作戰想定，空空導彈武器系統對完成作戰使命任務所貢獻作用的量化，并從作戰能力視角進行評估。

2 體系貢獻率評估

2.1 評估流程

體系貢獻率的研究必須具有針對性，即針對特定的作戰體系，分析作戰體系對抗過程和特點，合理選擇并量化體系貢獻率的評估指標，在此基礎上提出具體評估方法。

空空導彈武器系統體系貢獻率評估的一般流程為：

(1) 明確作戰體系，如防空作戰體系；

(2) 提出具體作戰想定，如作戰環境、對手等；

(3) 明確使命任務，如超視距攻擊、近距格斗等；

(4) 建立量化評估指標體系，分析各戰技指標對任務的影響，針對任務選擇體系級指標；

(5) 提出計算模型，給出明確計算公式；

(6) 最后進行量化評估，分析貢獻率數據組成。

2.2 體系貢獻率評估模型

本文采用“替代型”裝備體系貢獻率評估模型如下[13]：

(1)

式中:Con(A)表示作戰體系中由裝備A代替裝備B后，裝備A對體系的貢獻率；E裝備A表示包含裝備A的體系作戰效能；E裝備B表示包含裝備B的體系作戰效能。顯而易見，對于“有無型”裝備體系貢獻率，即當裝備A提供了新的能力時分母E裝備B=0，此時該式分母應替換為E裝備A。

2.3 評估方法

正如前文分析的各種武器裝備在整個作戰體系中處于不同作戰環節，執行不同作戰任務，其體系貢獻率評估方法也多種多樣，如指數法[5]、數據包絡法[14]、結構方程模型法[15]、粗糙集法[16]、規則推理法[17]、作戰環評估法[18]、復雜網絡評估法[19]、探索性仿真評估法[20]等。體系貢獻率評估方法總結詳見文獻[3-4,12]。

現有體系貢獻率評估主要集中在作戰能力或作戰效能視角，通過多款同類型武器裝備在作戰體系中完成任務的能力來度量。但如何定義并進行體系貢獻率評估仍處于理論階段，對空空導彈武器系統體系貢獻率量化評估的有效性不足，主要體現在：沒有統一的度量標準；缺乏解析模型的量化評估方法；以靜態評估方法為主[12]。

面對重大裝備立項需要確定體系貢獻率和當前體系貢獻率評估方法不成熟的矛盾，本文嘗試從簡單的作戰想定和使命任務出發，針對空空導彈武器系統在防空作戰體系中特點，構建空空導彈武器系統體系貢獻率評估指標體系，并在文獻[21]提出的“能力-任務”二維框架基礎上，以層次分析法代替其彩色積分卡法，開展空空導彈武器系統體系貢獻率評估，最后給出具體評估實例。

3 評估指標體系

3.1 指標體系建立原則

體系貢獻率評估需要量化的具體戰技指標，為此必須首先建立體系貢獻率評估指標體系。評估指標體系是否合理，將直接決定評估結論科學有效與否?？湛諏椢淦飨到y體系貢獻率評估指標體系不能只是簡單地羅列所有相關指標，而是要遵循特定的原則，進行刪減或補充。目前，空空導彈武器系統體系貢獻率評估指標體系還處于研究的探索階段。

指標項是對空空導彈底層能力項的具體描述方法，一個能力項通常由多個指標項進行度量。所以指標項應針對具體作戰想定和使命任務，結合對抗過程、目標特性和戰場環境等因素進行選擇，構建針對想定任務的評估指標體系。當變更作戰想定或作戰任務時，評估指標體系需重新分析選取?？湛諏椢淦飨到y體系貢獻率評估指標體系的指標項選擇主要遵循以下原則：

(1) 講體系：所列指標項應重點描述體系對抗條件下的裝備體系級“動態”能力或效能，一般不直接采用單項裝備系統的戰技指標或在其基礎上計算的“靜態能力”(指不考慮體系對抗因素影響)，如不考慮制導精度等。對處于“OODA”作戰環最末端的空空導彈武器系統而言，其使命是完成火力打擊任務，且對前面偵察、控制、決策環節影響很小，因此可主要采用空空導彈武器系統的體系級戰技指標，如殺傷概率等。

(2) 講場景：所列指標項必須針對特定場景時的特定任務，在不同作戰想定中，由于其使命任務不同，體系貢獻率評估所需的指標項也不同。如最大攻擊距離指標，在遠距攻擊時可以作為評估指標，但對于近距格斗時不適宜作為評估指標。

(3) 講性能：所列指標項盡量是可以量化的，便于體系貢獻率量化評估分析。量化方式包括試驗、統計、仿真、專家打分等。

(4) 講作戰：所列指標項要放在作戰體系中考慮，指標具有體系匹配性。例如，最大攻擊距離不應超過載機火控雷達的探測距離。

(5) 講型譜：這里的型譜是指廣義上的指標，所列指標項需考慮裝備A和裝備B都有，且適于對比。例如，裝備A具備抗面源干擾能力，裝備B具備抗拖曳誘餌能力，顯然抗干擾能力指標不適合直接進行對比。

空空導彈武器系統貢獻率評估指標體系中，指標項設計的總體思路是以“能看到、能對抗、能打到、能毀傷、能生存、能省錢”為主線，以體現作戰體系級能力為重點，對空空導彈武器系統火力打擊裝備能力項進行整體描述。

3.2 任務-能力分析

本文從“任務-能力”角度進行空空導彈武器系統體系貢獻率評估，為此必須根據具體作戰任務，給出相應的能力指標。

縱觀空空導彈發展和實戰應用的歷史，盡管幾十年來科學技術不斷發展，空空導彈性能不斷提高，但空戰仍然遵循“OODA”作戰環，圍繞著態勢感知、判斷決策、空空導彈性能這三個要素進行對抗?？湛諏椬鳛榭諔饘怪械闹饕淦?，其性能的高低已成為決定戰爭勝負的重要因素[22]。

空戰中的“OODA”作戰環見圖1。

圖1 空戰“OODA”環節Fig.1 Procedure of “OODA” loop

空空導彈武器“任務-能力”二維框架分析中，任務維是指在防空作戰體系中，針對具體作戰想定，需要空空導彈武器系統完成的任務，如遠程打擊、近距格斗等。能力維是指在防空作戰體系中，與完成任務維中具體任務相關的能力。為實現量化評估，還需給出反應對應能力的體系級戰技指標。

根據“OODA”作戰環理論，空空導彈武器系統執行火力打擊任務需要具備觀察能力、指揮控制能力(含判斷、決策)、火力打擊能力。除了“OODA”作戰環，還應考慮系統保障能力和載機生存能力，如表1所示。

表1 任務-能力二維框架Table 1 Task-capability two-dimensional frame

通過分析不同使命任務對空空導彈武器系統能力需求，并將能力分解為具體指標，建立能力需求指標體系。在此基礎上分析指標對體系的影響，篩選出空空導彈武器系統體系貢獻率評估指標。

3.3 超視距攻擊任務評估指標體系

結合空空導彈超視距攻擊任務的作戰使用流程，并按照“任務-能力”二維框架，可將所需能力細化為指標，整理出在防空作戰體系中與空空導彈武器系統執行超視距攻擊任務相關的指標，形成“任務-能力-指標”的指標體系，如圖2所示。

圖2 超視距攻擊任務指標Fig.2 Indexes of BVR attack task

如前文所述，對于空空導彈武器系統體系貢獻率評估有利的是，其處于“OODA”作戰環的最終端，在新型空空導彈系統代替原空空導彈武器系統時，對防空作戰體系而言僅影響火力打擊能力、載機生存能力和保障能力，因此在評估其貢獻率時，主要選擇與空空導彈武器系統打擊能力相關的指標作為體系貢獻率評估指標。最終確定的超視距攻擊任務評估指標體系共包含導彈攻擊距離、殺傷概率、打擊時間、抗干擾能力、多目標攻擊能力、連續快速發射能力、載彈量、持續作戰能力、掛飛可靠性、平臺生存概率共十個指標，如圖2中“√”所示。

顯而易見，各項指標對完成任務所貢獻的權重不同，該權重需要專業人員根據具體任務和作戰想定給出。這也是本文和文獻[21]在計算體系貢獻率時的不同之處，后者采用了“彩色積分卡”方法。

3.4 近距格斗攻擊任務評估指標體系

結合空空導彈近距格斗的作戰使用流程，并按照“任務-能力”二維框架，可將所需能力細化為指標，整理出在防空作戰體系中與空空導彈武器系統執行近距格斗攻擊任務相關的指標，形成“任務-能力-指標”的指標體系，見圖3。

不管是典型的單環還是雙環格斗態勢，載機平臺固定的情況下，空空導彈性能仍是評估體系貢獻率的主要指標，最終確定的近距格斗任務評估指標體系包括攻擊區(綜合反映了作戰使用模式、最小攻擊距離、最大發射離軸角、最大轉彎角速率、允許發射高度差、最大可用過載、導引頭最大跟蹤角速度等性能因素)、殺傷概率、打擊時間、抗干擾能力、載彈量、連續快速發射能力(同時打擊目標數)、掛飛可靠性、平臺生存率共八個指標，如圖3中“√”所示。

圖3 近距格斗攻擊任務指標Fig.3 Indexes of short range dogfight attack task

4 評估實例

4.1 背 景

本節以空空導彈武器系統執行近距格斗攻擊任務為例，開展空空導彈武器系統體系貢獻率評估。

作戰想定：某年，敵我雙方在某海域發生局部戰爭，雙方戰機爭奪制空權。天氣良好，戰機可正常起降。我軍根據戰場態勢，指揮戰機與敵機進行近距格斗?？湛諏椚蝿帐姑窍麥鐢硻C。

體系構成：敵我雙方都有良好的偵察、指揮控制和保障能力。敵我雙方火力打擊裝備皆為第四代近距格斗空空導彈，載機平臺皆為第三代戰斗機。

對抗過程：在復雜電磁環境下，敵我雙方載機在近距發現對方，進入近距格斗狀態。對于近距格斗，考慮敵我識別等因素，一對一空戰仍可作為典型空戰場景，本文以此進行動態評估載機生存率。

4.2 層次分析法評估

近距格斗任務空空導彈武器系統指標對比如表2所示，本文拓展公式(1)用于求解表中Coni，即：

Coni=(M4i-M3i)/M3i(i=1，2，…，8)

(2)

根據近距格斗任務評估指標體系，利用層次分析法(analytic hierarchy process，AHP)[23]，確定表2中各項指標權重。AHP是將定性問題進行量化，并通過權重評價一致性的檢驗，確定權重的一種應用方法。

表2 指標對比Table 2 Comparison of evaluation indexes

采用AHP確定體系貢獻率評估指標權重的主要步驟如下：

(1) 構造判斷矩陣，將表2中各指標按照1～9的標度方法[24]，判斷其相對重要程度，如表3所示。表3中，Ai為表2中序號i的指標。

表3 判斷矩陣Table 3 Judgment matrix

(2) 計算判斷矩陣A(U)的最大特征值λmax，并將對應的特征向量作為權重。

最大特征值：λmax=8.276，對應的權重特征向量為B=(0.19 0.19 0.06 0.19 0.03 0.02 0.02 0.30)。

(3) 一致性檢驗

對判斷矩陣A(U)的最大特征值對應特征向量進行一致性檢驗，其中n為矩陣階數：

C.I=(λmax-n)/(n-1)

(3)

C.I=(8.276-8)/(8-1)=0.039

(4)

一致性指標R.I(n=8)為1.41，所以一致性比例C.R=C.I/R.I=0.028，即C.R小于0.1，因此可以認為判斷矩陣的一致性是可以接受的。所以表2中各項指標的權重可由權重特征向量給出。

(4) 評估貢獻率

(5)

4.3 評估結果

在防空作戰體系中，當“四代彈”代替“三代彈”后，在執行近距格斗任務時，“四代彈”對防空體系的作戰體系貢獻率為247%。

相對于第三代近距空空導彈，第四代近距空空導彈重點提升了全向攻擊能力和抗紅外誘餌干擾能力[25]，這也正是“四代彈”具有高體系貢獻率的主要原因。

5 結 論

本文在對體系貢獻率基本概念和內涵的理解基礎上，對空空導彈武器系統作戰體系貢獻率評估進行了探索研究。

針對空空導彈武器系統在空戰中使命任務，重點建立了空空導彈武器系統體系貢獻率評估指標體系，針對具體作戰想定和使命任務采用AHP法給出了體系貢獻率評估實例。

結果表明，本文給出的體系貢獻率評估方法合理有效，可用于空空導彈武器系統裝備武器論證；本文提出的確定體系貢獻率評估指標體系的思路和方法也適用于其他處于“OODA”作戰環末端執行火力打擊任務的武器裝備體系貢獻率評估。