基于層次分析法對艦隊防空威脅度研究

謝常達 范璽斌 王雪峰

（1.中國人民解放軍32133部隊 大同 037006）（2.海軍指揮學院作戰實驗室 南京 210039）

1 引言

現代戰爭中，艦隊遂行作戰任務，將面對多種空襲兵器的威脅，度量并識別比較各型空襲兵器在不同作戰對手、不同作戰任務、不同作戰時節下對艦隊威脅的大小，對于多目標空襲威脅度定量分析，防空裝備使用管控輔助決策，做好針對性的反空襲作戰準備，有效實施反空襲作戰具有非常重要意義。

艦隊主要擔負搶灘登陸、海上作戰、護航等任務，對于不同的作戰時節各空襲平臺對艦隊的威脅肯定是各不相同，通過定性和定量分析不同空襲平臺在不同的戰場情境下對于艦隊威脅影響，為下一步定量分析多目標空襲威脅輔助決策提供數據。

層次分析法是一種用定量計算解決定性問題權重決策的運籌學方法，可有效解決多目標決策問題。通過對比和分析，本文主要使用層次分析法對艦隊執行某一特定任務，某一作戰時節的不同批次、不同類型空天襲擊平臺的威脅度進行簡單的研究，從而預測各武器平臺在不同戰斗時節對艦隊的威脅度情況進行定量的分析。不同國家對空襲兵器作戰運用原則各不相同，不同空襲武器平臺與打擊目標的作戰費效比也不盡相同，再加上一體化聯合作戰對各空襲平臺先期反擊程度和打擊程度各不相同，因此可能對艦隊的威脅程度不盡相同。任何一次空襲，其各批次、各種類空襲兵器平臺對艦艇編隊威脅度影響因素很多，如平臺數量、飛行高度、飛行速度、飛行捷徑等，如果只用模糊的強弱描述，無法得出定量的結論，對指揮員指揮決策會產生誤導，通過層次分析法構建模型可計算出相對合理要素權重值，再通過一致性檢驗和效用函數的比對就可以計算出某次作戰、某個作戰時節中不同批次的眾多空襲平臺對艦艇編隊威脅度的大小。本文主要是通過層次分析算法，預測出某次作戰、某個作戰時節各種空襲平臺對于艦隊威脅程度進行排序，從而為指揮員在空襲作戰指揮中更加精確地計算出各空襲兵器的威脅程度。

2 影響空襲多目標威脅度評估的主要因素

層次分析法的首要步驟是確定模型結構，對于艦隊空天襲擊威脅度的計算模型而言，必須事先確地模型中的各項參數，即影響空天目標威脅度的各類因素。結合防空作戰的戰例和實踐，綜合考慮掩護目標的防御特性和空中來襲目標的特性，將空中目標威脅度的主要因素確定為目標種類、目標毀傷能力、目標機動能力、目標搜索能力、目標被攔截概率以及目標動態威脅度來分析，指標體系如圖1所示。而不同空襲平臺種類對于艦隊威脅情況就需要根據戰場經驗定性的分析得出，不同作戰對手，在不同的作戰環境，不同的戰斗時節中艦艇編隊面對各空襲平臺的威脅度是不盡相同的，另外還需要考慮在聯合防空體系下，不同作戰對手空襲兵器先期火力打擊情況下剩余的作戰力量也會不同，因此平臺的種類在不同空襲背景下對于艦隊的威脅情況是不同的，存在一定的差異。下面以艦隊執行搶灘登陸任務時，上灘登陸階段時節為研究對象，預測各空襲平臺對艦隊威脅度的排名。

圖1 空中多目標威脅度指標體系

本部分針對艦艇編隊防空襲目標威脅度進行分析評估，主要選取上述6個因素構成空襲多目標威脅度評估指標體系。本部分對各類指標進行定性處理，采用G.A.Miller指標標度法將各類指標模糊評價為9個等級，分別是極大、很大、大、稍大、中等、稍小、小、很小、極小，并通過量化標尺將其映射為定量數值，具體對應值如表1所示。

表1 量化標尺對應值

對于艦艇編隊而言，水面艦艇是敵空中力量打擊的主要目標，本節以水面艦艇作為防護對象進行威脅度分析，關于威脅因素的選取，具體描述如下。

2.1 目標種類C1

在不同作戰樣式和具體作戰任務中，選擇合適的武器種類可能對戰場局勢發生決定性的作用。這里的目標種類C1可以反映出空襲目標的戰技性能和武器特性。不同的空襲目標可造成不同程度的威脅，如表2所示，艦載飛機對艦艇編隊的威脅度最大，無人機和陸基飛機可掛載反坦克導彈，而巡航導彈更多用于攻擊固定目標，彈道導彈的價值和戰略用途更高，相較而言對于艦艇的威脅度較小。

表2 標種類威脅度C1

2.2 目標毀傷能力C2

目標的毀傷能力主要表現為空襲武器平臺的打擊面積、命中概率以及對被攻擊目標造成毀傷的程度等，更多與武器平臺相關。上述三個變量都與我防護目標的威脅程度成正比。例如：艦載攻擊機使用具有跟蹤能力的遠程反艦導彈，命中率較高，毀傷能力強，威脅度自然也大；陸基陸基飛機（包括固定翼無人機）相較而言，受航程影響隊海上艦艇編隊威脅相比艦載航空兵力威脅相對弱化，打擊面積與毀傷打擊能力則與掛載武器直接相關。

表3 目標毀傷能力C2

2.3 目標機動能力C3

目標機動能力主要表現為空襲目標的飛行速度與機動靈活性，對于攻擊運動目標產生一定影響，同時會影響到被攔截和命中概率等多個因素。例如：陸基飛機相較于巡航導彈的靈活機動能力更強，對于運動目標的空襲威脅度更大。

表4 目標機動能力C3

2.4 目標搜索能力C4

空襲目標的搜索能力與武器平臺搭載的觀瞄系統密切相關，而武器強大的搜索能力可大大提高發現我方的概率，且對于坦克這類運動目標的機動位置也能提供很好的預判數據，因此，目標搜索能力也與威脅度高低成正比，如表5所示。

表5 目標搜索能力C4

2.5 目標被攔截概率C5

目標被攔截概率與隱身技術、反追蹤技術和速度等技戰術能力息息相關，被攔截概率越小，對我防御造成的威脅度就越高。

表6 目標被攔截概率C5

2.6 目標動態威脅度C6

對于固定目標可不考慮該要素，但對于艦艇有一定機動能力的移動目標，在作戰中應考慮到動態威脅度。該指標與目標距離、目標速度和目標攻擊角度（來襲方向與防御方向夾角）等相關，要根據具體空襲目標情報進行分析。

1）目標距離威脅度I1

將敵我雙方距離re-w、空襲目標武器有效打擊距離re、我方防御有效打擊距離rw綜合考慮，可分為6種情況。

（1）當敵我雙方距離大于空襲目標武器有效打擊距離時，即re＜re-w時，敵空襲目標無法對我實施有效打擊，此時動態距離威脅度I1為0；

（2）當敵我雙方距離小于敵空襲目標武器有效打擊距離，且大于我方防御有效打擊距離，即re＞re-w＞rw時I1為1；

（3）當雙方的有效打擊距離均在敵我雙方距離范圍內，即 re＞rw＞re-w或 rw＞re＞re-w時，按如下公式進行計算：

2）目標速度威脅度I2

這里主要考慮敵我武器運動速度的比值大小，敵空襲目標武器的運動速度越快，我方防御系統瞄準、跟蹤到攔截打擊的難度就隨之加大，從而對我的威脅度就越高。

3）目標攻擊角度威脅度I3

目標攻擊角度是目標的襲擊方向與敵我攻防武器平臺間連線的夾角，由此，當空襲目標的打擊方向為我方防御防御，且我方防御系統打擊方向指向來襲相反方向時，目標威脅度最大，相反則最小。

目標動態威脅度：

3 構造效用函數

根據研究對象，單純考慮不同武器種類對艦艇編隊打擊的威脅度，不考慮單個批次的目標數量和掩護目標的防御能力，將艦艇編隊作為一個整體進行考慮。

根據圖1所示，對m類空中目標進行分析，可得到準側因素矩陣：

其中，準則因素Cij由于單位不同、對威脅度影響不同，不能直接用于威脅度判斷，須先將其轉化為對威脅度的影響值，并進行歸一化處理，即得到0～1的值，因此需要引入效用函數。對于以上模型，可采用如下兩種效用函數。

1）若準則因素Cj越大，對掩護目標威脅度越大時，效用函數為

2）若準則因素Cj越小，對掩護目標威脅度越大時，效用函數為

根據具體因素選擇相應的效用函數公式，通過計算可得到效用函數矩陣：

4 層次分析法計算權重

對于同一類別空襲目標，評估不同準則Cj對于目標威脅度P的影響度，并按以下標準進行評價，給出1～9的評價分數。

表7 準則影響度評分

表8 各要素層判斷矩陣

C5越小P越高，采用式（6），C1～C4、C6越大P越高，采用式（5）。進而，可以得到該矩陣的特征向量W。

通過W計算得到矩陣的最大特征值λ：

層次分析法中一項重要的工作是進行一致性檢驗，該步驟是為了檢驗判斷矩陣是否在容許的范圍內，從一致性可以看出給出的判斷矩陣是否合理。

當CR=CI/RI＜0.1時，可以認為判斷矩陣的一致性可以接受，否則就需要重新構造判斷矩陣。

表9 一致性檢驗標準RI值

5 應用舉例

這里以艦隊執行渡海登島任務，艦艇編隊火力打擊和戰場防空等作戰任務，著手向縱深方向進攻這個時節，敵人可能使用5種平臺對我艦艇編隊海上目標進行空襲，A為察打一體無人機，B為艦載飛機，C為固定翼有人駕駛飛機，D為巡航導彈，E為戰術彈道導彈。

根據上述想定，首先構造效用矩陣，如表10所示。

表10 各空襲平臺準則因素

對表10給出的矩陣Aij進行歸一化處理，在計算效用矩陣時，C1-C4，C6均是越大，威脅度越大，采用效用計算式（5）；C5均是越小，威脅度越大，因此采用效用計算式（6）。得到如表11效用矩陣結果。

表11 效用矩陣

根據式（7）可以得到特征向量。

通過計算得出λ=6.366。

可見，CR＜0.1，因此該判斷矩陣的一致性可以接受。

根據特征向量W和效用函數矩陣μ，則第i類空中目標的威脅度量化值Pi表示為

最后，對Pi進行排序，可得到該次空襲中，不同空襲目標對艦艇編隊造成威脅的排序。

表12 各空襲平臺威脅度排序

通過層次分析法得到了各空襲目標的威脅度排序，可以預測在渡海登島作戰，要點奪控作戰時節，對艦隊威脅最大的是艦載飛機，其次是無人機，因此在這個作戰時節具體到某一次空襲作戰，對于不同批次的不同作戰平臺，在模型設計上，艦載飛機的種類的權重值設定就要大些。指揮員在此作戰時節也將重點關注在對艦載飛機和無人機的應對上來。那么，當想定假設情況不同時，也就是說艦隊在不同的作戰任務和作戰時節中我們可以得到何種結果，這些數據是否能夠為合成旅對空防御的戰法和部署提供參考和依據。對此，我們給出了6種不同情況的作戰想定，通過層次分析法進行計算得到對應的空襲目標威脅度排序，進一步分析討論各類武器平臺在不同作戰樣式和作戰目的的情況下，對艦艇編隊防空造成的威脅程度，為合成旅對空防御部署提供參考和啟發。

以下是6個想定。

1）兩棲編隊擔負渡海登島和要地奪控，我岸集結登船階段；

2）兩棲編隊擔負渡海登島和要地奪控，搶灘登陸階段；

3）艦隊擔負海上反擊作戰，艦隊集結階段；

4）艦隊擔負海上反擊作戰，部隊開進展開階段；

5）艦隊擔負海上反擊作戰，編隊海上通道要點奪控階段；

6）艦隊擔負海外權益維護，編隊執行護航作戰階段。

同樣也是針對五種空襲平臺對我艦艇編隊艦艇目標威脅度進行排序，也是用A代表察打一體無人機，B代表艦載飛機，C代表固定翼有人駕駛飛機，D代表巡航導彈，E代表戰術彈道導彈。通過層次分析法對上述6個作戰想定進行了計算，得到了不同作戰樣式和作戰目標下的空襲武器平臺威脅度排序，如表13所示。

表13 不同作戰樣式和作戰目標下的空襲武器平臺威脅度排序

6 結語

本文利用層次分析法解決了海上艦艇編隊聯合防空作戰中空襲目標威脅度的判斷，并針對不同作戰樣式和作戰目標情況下，設計了6種具有代表性的作戰想定，通過層次分析法對6個作戰想定分別進行數學計算，得到不同的空襲武器威脅度排序。通過上表可以看出，不同的作戰任務、不同的戰斗階段，艦隊對于不同的空襲平臺的威脅度也不盡相同。整體來說，艦載航空兵力和陸基航空兵力對艦隊的威脅仍然很大，但是隨著人工智能技術的不斷升級和完善，無人機技術發展越來越成熟；同時移動互聯、5G通信、新媒體技術發展的戰場新聞輿論的制高點對于本國軍人傷亡特別是飛行員的死傷，對于國內反戰情緒和執政黨的執政有著非常大的影響，因此大量使用察打一體無人機已成為各主要大國的首要選擇，其較低的費效比、較易的操作性、較低的價值使得無人機空襲平臺必將成為艦隊最大的空襲威脅武器，從最近的敘利亞戰爭和亞美尼亞、阿塞拜疆納卡沖突中也可以看到，察打一體無人機對地面作戰力量的威脅越來越大。