基于雙自適應調(diào)節(jié)算子的裝備作戰(zhàn)效能評估方法

高 娜，閆永玲，張慶波，張 琳

（1.解放軍69224 部隊，新疆 庫車 842000；2.空軍工程大學防空反導學院，西安 710051）

0 引言

加強新型武器裝備效能評估研究是有效應對我國周邊安全形勢變化的重要手段。通過研究近年來局部戰(zhàn)爭發(fā)現(xiàn)，提高某型裝備隱身性能，壓縮敵方雷達有效發(fā)現(xiàn)距離，擴大我方反擊或者組織對敵方干預范圍，對提升拒止區(qū)域內(nèi)對敵方目標的遠程精確打擊具有重要意義［1-3］。實戰(zhàn)研究發(fā)現(xiàn)，評估某型裝備在拒止區(qū)域內(nèi)作戰(zhàn)效能，對于提高其拒止能力起到?jīng)Q定性作用。目前大多數(shù)作戰(zhàn)效能評估模型［4-5］僅通過單一方法確定權重，當數(shù)據(jù)差異較大時，各方法所確定的權重往往也差異較大，嚴重地影響了效能評估的真實性［6］。

本文在充分分析某型裝備特點的基礎上，構建合理的評估指標體系，通過灰色關聯(lián)和信息熵組合賦權，設置雙自適應權重調(diào)節(jié)算子的方法，改進傳統(tǒng)效能評估模型，在使用定量計算方法的前提下，將定量與定性相結合，建立某型裝備拒止區(qū)目標滲透、偵察、監(jiān)視以及目標指示效能評估模型，以達到某型裝備對拒止區(qū)目標作戰(zhàn)效能的評估。

1 構建評估指標體系

構建評估指標體系是新一代某型裝備［7］拒止區(qū)滲透、偵察、監(jiān)視，以及目標指示作戰(zhàn)能力的核心和根本，只有選取合理、有效的評估指標，構建指標體系，才能確保效能評估的準確性。

1.1 評估指標體系構建

某型裝備因其能夠大幅度壓縮雷達有效發(fā)現(xiàn)距離，所以主要將其用于對敵各種雷達組成的雷達網(wǎng)探測區(qū)，以及各種防空導彈系統(tǒng)和火炮組成的密集防空火力網(wǎng)的作戰(zhàn)區(qū)域［8］。因此，新一代某型裝備的作戰(zhàn)任務有：1）利用其良好的隱身性能，規(guī)避拒止區(qū)內(nèi)敵防空系統(tǒng)的探測，實施突防，拒止區(qū)內(nèi)斬首行動、摧毀敵方指揮中心、打擊敵方軍事戰(zhàn)略設施、癱瘓敵方防空武器系統(tǒng)等，以獲得戰(zhàn)場的主動權；2）發(fā)現(xiàn)目標、監(jiān)視戰(zhàn)場、攻擊引導、攔截敵方戰(zhàn)機與導彈，奪取戰(zhàn)場制空權；3）某型裝備在拒止區(qū)對目標實施預警監(jiān)視、力量調(diào)配、引導占位、情報傳遞、裝備信息交連、敵我識別等，獲取戰(zhàn)場信息優(yōu)勢；4）電子對抗方面為電子偵察、支援干擾和自衛(wèi)干擾，獲取戰(zhàn)場電磁優(yōu)勢。考慮其具體作戰(zhàn)任務，本文采用DELPHI 方法多輪統(tǒng)計分析和意見集中［9］，選取其發(fā)現(xiàn)目標能力、通報目標能力、引導目標能力、裝備支撐度4 個方面作為評估其性能的一級指標，選取受雜波干擾可用度、抗干擾改善因子、壓制系數(shù)等17 項指標作為評估其性能的二級指標，其指標體系如圖1 所示。

圖1 某型裝備拒止區(qū)滲透、偵察監(jiān)視、目標指示作戰(zhàn)效果評估指標體系

1.2 指標量化及規(guī)范化處理

1.2.1 指標量化

指標體系中，受雜波干擾可用度AG、抗雜波干擾改善因子EIF、雜波干擾壓制系數(shù)η、自衛(wèi)距離改善因子JI、測量精度改善因子CI、抗雜波干擾效率ρy、目標起始航跡平均時間改善因子MI、平均錯誤航跡數(shù)改善因子CHI、平均虛假航跡數(shù)改善因子XHI、能量損失ejm、最大探測距離Pb、時間域抗干擾因子ejt、空間域抗干擾因子ejs、頻率域抗干擾因子ejf是目前評估機載雷達抗干擾效能的通用評估指標［10-12］。抗雜波決策質(zhì)量pO2［13］的指標量化公式為：

式中，DB為零備件補充難度系數(shù)；DX為人員訓練周期；TRX為必須維修工時；TBX為戰(zhàn)損修理難度。

1.2.2 指標規(guī)范化處理

由上述各指標量化公式可知，各指標量化結果的量綱和數(shù)量級大都有所差異，無法直接進行綜合評估，更關鍵的是，指標可以分為成本型、效益型等不同類型［16-17］。前者指評價結果數(shù)值越小越好的指標，將其記為O1；后者指評價結果數(shù)值越大越好的指標，將其記為O2。如果直接使用指標值進行作戰(zhàn)效能評估會發(fā)生致命錯誤，所以必須對20 個數(shù)據(jù)指標進行預處理，進行歸一化處理。經(jīng)分析上述指標，指標類型分類見表1 所示。

表1 評價指標的分類

采用極變差法進行歸一化處理，其準則為：

2 雙自適應的某型裝備效能評估模型

本文所構建的雙自適應權重的某型裝備能力評估模型是將灰色關聯(lián)［18］與信息熵相結合綜合確定指標體系權重，利用線性加權求和法評估某型裝備拒止區(qū)內(nèi)進行滲透、偵察監(jiān)視，以及目標指示的能力。其中灰色關聯(lián)法和信息熵法實現(xiàn)了主、客觀賦權法的結合，從邏輯上保證了所得權重的真實性。

2.1 灰色關聯(lián)與信息熵

2.1.1 灰色關聯(lián)

如上分析，此圖號行走齒輪裂紋產(chǎn)生的原因為滲碳降溫淬火后回火時間較短以及嚴重混晶導致淬火應力無法完全釋放，淬火應力超出材料抗拉強度后產(chǎn)生開裂。

灰色關聯(lián)是通過灰色關聯(lián)度來分析和確定評價指標間的影響程度，或指標對某型裝備性能貢獻度的方法，它對樣本有無規(guī)律和多少沒有限制要求，且其計算量較小，不會出現(xiàn)定性分析結果與量化結果不相符的情況，使用非常方便。步驟如下：

其中，Dj表示第i 個評價指標差值的最大值。

2.1.2 信息熵

信息熵通過度量一個概率分布中所含平均信息量的多少來衡量系統(tǒng)的不確定度，其實質(zhì)反映了系統(tǒng)內(nèi)狀態(tài)的不確定程度。信息熵主要用來解決對信息的量化度量問題。信息熵公式為：

2.2 構建新一代某型裝備效能評估模型

本文采用線性加權和法，構建新一代某型裝備拒止區(qū)偵察監(jiān)視、目標指示效果評估模型。考慮到新一代某型裝備效能評估指標龐大，單一方法確定權重不夠精確，且易隨數(shù)據(jù)變化波動，本文將灰色關聯(lián)與信息熵相結合，并設計雙自適應調(diào)節(jié)算子，當兩種方法所確定的權重越接近，表明這個權重的置信度越高，則雙自適應調(diào)節(jié)算子越傾向于保留這個權值，反之則對其進行修正。確定具體步驟如下：

第1 步：利用某型裝備相關性能參數(shù)，根據(jù)2.1中的信息熵求解方法，確定的第1 個自適應權重πj。

第2 步：利用某型裝備相關性能參數(shù)，根據(jù)2.1 中的灰色關聯(lián)求解方法，確定的第2 個自適應權重βj。

第3 步：利用雙自適應權重調(diào)節(jié)算子計算評價指標權重為：

某型裝備能力的評估總體采用線性加權和法，得新一代某型裝備拒止區(qū)偵察監(jiān)視以及目標指示效果評估模型

式中：rj為歸一化矩陣中各元素值；E 為某型裝備拒止區(qū)偵察、監(jiān)視以及目標指示效果評估值。

3 案例仿真

C 國和M 國在D 區(qū)域因主權歸屬問題發(fā)出沖突，C 國決定從A、B 兩類新型空中裝備中選派一種執(zhí)行滲透、偵察、監(jiān)視以及作戰(zhàn)目標指示任務，飛行路線如圖2 所示。

圖2 作戰(zhàn)想定圖

通過程序隨機模擬裝備A 和B 的參數(shù)，并計算得兩種型號的裝備評價指標如表2、下頁表3 所示。

表2 裝備A 評價指標值

根據(jù)式（12）對權重的定義，本文各評價指標權重為：

將原始數(shù)據(jù)輸入python 編輯器中，計算灰色關聯(lián)度如圖3 所示。

圖3 裝備灰色關聯(lián)度熱力圖

選擇受雜波干擾可用度為標準列，則利用式（6）計算各評價指標的權重為：

將原始數(shù)據(jù)帶入由式（7）、式（8）計算得出裝備的信息熵和權重如下頁表4 和表5 所示。

表4 裝備的信息熵值

從表5 可知，用灰色關聯(lián)確定權重時，權重按照從大到小的順序依次為AG，MI，Dz，ejs，XHI，η，ejt，ejm，ejn，ejf，CI，Pb，Po2，JI，CHI，ρy，EIF；信息熵確定權重時權重按照從大到小的順序依次為，JI，Po2，ejm，Pb，MI，AG，EIF，η，XHI，ejs，ejn，ejt，CI，ρy，Dz，CHI，ejf。表明不同方法確定權重時，雖然均是基于數(shù)據(jù)特征求解權重，但因各種方法對數(shù)據(jù)處理的思路不同，其每個評價指標權重的值也不盡相同。因此，僅用單一的權重求解方法，往往只能反映數(shù)據(jù)“某方面”的信息，無法得到正確的效能評估值。

表5 裝備信息熵法確定的權重值

此時灰色關聯(lián)確定權重的效能評估值為

由式（13）～式（16）可知，兩種方法計算出的A、B 兩種方案效能值也不盡相同，選擇的方案也截然不同，更加證明了單一權重確定方法的片面性。考慮到當選擇的權重確定方法對數(shù)據(jù)處理的思路完全不同或數(shù)據(jù)本身存在較大波動時，單一方法確定權重的方法將更加極端地反映數(shù)據(jù)“某方面”信息。

由式（10）可知，當某一個權重確定方法得出的權重大于另一個權重確定方法得出的權重時，調(diào)節(jié)算子就會綜合考慮“兩方面”的信息，對權重進行修正，將較小的權重“調(diào)”大，將較大的權重“調(diào)”小；并且，調(diào)節(jié)算子還具有“判真”的功能，當兩個方法確定的權重大小一致時，算子不采取修正，此時這個權重的可信度最高。但當兩種方法確定的權重不一致時，則兩個權重的可信度也降低。隨著某一個權重確定方法得出的權重比另一個權重確定方法得出的權重大越來越多時，調(diào)節(jié)算子就會對這兩個權重產(chǎn)生“質(zhì)疑”，將權重修正的越來越小。

根據(jù)構建基于雙自適應調(diào)節(jié)算子的某型裝備能力評估模型，計算調(diào)整后的權重值如表6 所示：

表6 裝備信息熵法確定的權重值

則A、B 兩型空中裝備的作戰(zhàn)效能為：

因此，按照本文所提出的模型，A 型號裝備更適合執(zhí)行本次作戰(zhàn)任務。

當隨機挑選效能評估指標，并同向改變該指標值20 次，以本文提出的模型對其進行效能評估，得到的實驗結果如圖4 所示。可以看出，雖然每次本模型對A、B 方案的效能評估結果不盡相同，但因為每次同向改變某一效能指標，A 方案的效能評估值始終大于B 方案的效能評估值。可以得出，本文所提出的模型不僅能綜合數(shù)據(jù)“多方面”的信息，進行綜合評價，而且評估結果真實可靠。

圖4 實驗結果

4 結論

本文構建的模型能夠將某型裝備多種抽象的參數(shù)轉化定性的評價指標，構建的指標體系完善，指標量化方法合理，并且能夠考慮到效能評估權重設計的不合理之處，設計了雙自適應調(diào)節(jié)因子，對其進行修正。但由于雙自適應調(diào)節(jié)因子的作用，本模型不適用于參數(shù)相差較大的裝備，因此，在下一步工作中本文主要對其進行改進。