基于層次分析法的水面艦艇防空反導(dǎo)評估方法研究?

朱錦輝

（中國人民解放軍91404部隊 秦皇島 066001）

1 引言

隨著軍事技術(shù)和武器裝備快速發(fā)展，未來高端海戰(zhàn)條件下水面艦艇防空反導(dǎo)作戰(zhàn)正面臨新的威脅與挑戰(zhàn)。當(dāng)前，復(fù)雜電磁環(huán)境下基地化訓(xùn)練已成常態(tài)，作戰(zhàn)效能評估作為實戰(zhàn)化訓(xùn)練不可或缺的重要組成部分，將直接影響水面艦艇作戰(zhàn)能力的快速提升。如何準(zhǔn)確客觀地確定水面艦艇防空反導(dǎo)作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)體系架構(gòu)、關(guān)鍵要素因子和理論計算模型，對評估的一致性結(jié)果至關(guān)重要。

本文通過對層次分析法［1］的介紹和分析，研究提出基于層次分析的水面艦艇防空反導(dǎo)作戰(zhàn)效能評估方法實現(xiàn)技術(shù)路徑，旨在探索一種適用于復(fù)雜電磁環(huán)境下基地化訓(xùn)練場景下作戰(zhàn)效能評估方法。

2 評估指標(biāo)體系構(gòu)建

水面艦艇在海上防空反導(dǎo)作戰(zhàn)中，其作戰(zhàn)效能評估主要涵蓋艦艇單平臺整體效能和各對空武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能等方面，重點針對空中威脅目標(biāo)打擊能力，開展評估指標(biāo)體系模型架構(gòu)構(gòu)建，主要包含平臺整體、預(yù)警探測、電子對抗、指揮通信、防空武器及敵對海作戰(zhàn)能力等六方面要素因子，具體詳見圖1。

圖1 防空反導(dǎo)評估指標(biāo)體系

3 評估方法解析

3.1 層次分析法

3.1.1 方法概述

層次分析法，簡稱AHP，是指將與決策相關(guān)的要素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)之上進行定性和定量分析的決策方法［1］。該方法能夠?qū)?fù)雜多變的水面艦艇防空反導(dǎo)多目標(biāo)實時決策評估問題作為一個完整系統(tǒng)，將威脅目標(biāo)分解為多個作戰(zhàn)行為準(zhǔn)則，進而分解為多威脅目標(biāo)或準(zhǔn)則的不同層級，依據(jù)要素間的從屬關(guān)系及不同因素的影響因子，進行不同威脅層級的要素聚合［2］，形成一個多層級的分析結(jié)構(gòu)模型，從而最終使問題歸結(jié)為最低層級（供決策的方案、措施等）相對于最高層級（總目標(biāo)）的相對重要權(quán)值的確定或相對優(yōu)劣次序的排定［3］。

3.1.2 計算步驟

1）建立層次結(jié)構(gòu)模型

防空反導(dǎo)效能評估按照不同威脅目標(biāo)、不同威脅等級、不同作戰(zhàn)要素、不同武器系統(tǒng)間的相關(guān)關(guān)系和影響因素，分為效能評估最高層級、中間層級和最低層級，并按照各系統(tǒng)、各要素間的關(guān)系，構(gòu)建層級結(jié)構(gòu)圖。其中，最高層級是指水面艦艇效能評估需要達成的目標(biāo)或要解決的問題；中間層級為影響制約最高層級目標(biāo)實現(xiàn)的因素或決策準(zhǔn)則；最低層級為支撐以上兩個層級的關(guān)鍵因素，也可稱為因素層級［3］。

2）構(gòu)造判斷矩陣

水面艦艇防空反導(dǎo)效能評估受威脅目標(biāo)、威脅等級、作戰(zhàn)要素等因素變量影響較大，可采取層次分析法［4～5］分析確定各層級要素/因素權(quán)重，采取統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、兩兩比較，并按照重要性程度確定等級，按照1-9標(biāo)度賦值法［6～7］，根據(jù)不同重要程度的兩個要素間的比對結(jié)果，采取人在回路方式構(gòu)造判斷矩陣［8］，并應(yīng)具有以下性質(zhì)特點：

判斷矩陣要素axy的標(biāo)度方法如表1。

表1 比例標(biāo)度表

3）層次單排序及其一致性檢驗

層次單排序在于如何準(zhǔn)確計算判斷矩陣的最大特征向量，并通過歸一化處理，從而得到各級指標(biāo)的權(quán)值排序。在這個排序過程，判斷矩陣可能存在誤差，造成計算不準(zhǔn)確，需要對其進行一致性檢驗，若不滿足一致性要求，則需要重新修訂完善判斷矩陣各要素權(quán)值指標(biāo)。計算一致性指標(biāo)的公式如下［9］：

其中，CI數(shù)值越小，則代表一致性滿意度越高，數(shù)值越大，則代表判斷矩陣不一致問題越嚴重。為進一步精確標(biāo)定CI 數(shù)值大小，可以引入隨機一致性指標(biāo)RI：

其中，判斷矩陣階數(shù)多少直接決定了RI 數(shù)值的大小，其對應(yīng)關(guān)系如表2。

表2 隨機一致性指標(biāo)和判斷矩陣對應(yīng)關(guān)系表

若CI/RI< 0.1，說明該判斷矩陣具有滿意的一致性檢驗［4，10］。

3.2 實例應(yīng)用

層次分析法主要是根據(jù)研究對象的特性分解為多個指標(biāo)與子指標(biāo)，形成一種自上而下的遞階層次關(guān)系，并將系統(tǒng)看成一個層次結(jié)構(gòu)模型，最終獲得最低層指標(biāo)對總目標(biāo)的重要性權(quán)重。

應(yīng)用層次分析法開展防空反導(dǎo)作戰(zhàn)效能評估方法主要涵蓋以下三個步驟。

1）建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)水面艦艇防空反導(dǎo)效能評估的指標(biāo)體系，建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示。

2）構(gòu)建判斷矩陣

根據(jù)建立的防空反導(dǎo)指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)模型，構(gòu)建各要素因子的判斷矩陣，從最低層向上依次構(gòu)建。

（1）平臺整體作戰(zhàn)能力由空中態(tài)勢掌握有效率、威脅判斷正確率、目標(biāo)分配與指示有效率、軟硬武器攔截有效率四個要素因子組成，構(gòu)建判斷矩陣：

（2）預(yù)警探測能力由發(fā)現(xiàn)目標(biāo)及時率、目標(biāo)識別正確率、目標(biāo)跟蹤有效率、抗干擾措施有效性四個要素因子組成，構(gòu)建判斷矩陣：

（3）電子對抗能力由信號識別正確率、有源干擾有效性、無源干擾有效性三個要素因子組成，構(gòu)建判斷矩陣：

（4）指揮通信能力由數(shù)據(jù)鏈通聯(lián)率、抗干擾成功率兩個要素因子組成，構(gòu)建判斷矩陣：

（5）防空導(dǎo)彈能力由導(dǎo)彈發(fā)射反應(yīng)時間、導(dǎo)彈抗擊有效率兩個要素因子組成，構(gòu)建判斷矩陣：

（6）突防飛機打擊能力由突擊成功率、防御有效性、電子干擾兵力支援掩護有效性三個要素因子組成，構(gòu)建判斷矩陣：

3）層次單排序及一致性檢驗

（1）平臺整體作戰(zhàn)能力檢驗結(jié)果為

λmax=4.09，CR=0.033<0.1，具有滿意一致性。經(jīng)計算得到：ω=(0.47,0.23,0.2,0.11)。

（2）預(yù)警探測能力檢驗結(jié)果為

λmax=4.09，CR=0.033<0.1，具有滿意一致性。經(jīng)計算得到：ω=（0.47,0.23,0.2,0.11）。

（3）電子對抗能力一致性檢驗結(jié)果為

λmax=3.02，CR=0.017<0.1，具有滿意一致性。經(jīng)計算得到：ω=（0.26，0.64，0.1）。

（4）指揮通信能力權(quán)重經(jīng)過計算得到：ω=（0.25,0.75）。

（5）防空導(dǎo)彈能力權(quán)重經(jīng)過計算得到：ω=（0.25,0.75）。

（6）突防飛機打擊能力一致性檢驗結(jié)果為

λmax=3.02，CR=0.017<0.1，具有滿意一致性。經(jīng)計算得到：ω=（0.26，0.64，0.1）。

4 葉指標(biāo)計算

為實現(xiàn)快速準(zhǔn)確評估，需要對以下兩方面進行量化處理：一是按一定規(guī)則對各定性因素（或指標(biāo)）進行量化處理，二是對所有指標(biāo)進行歸一化處理，得到最后統(tǒng)一無量綱的量化結(jié)果。本項目對每個葉節(jié)點（最小不可分的性能指標(biāo)）設(shè)計出歸一化和效用函數(shù)，通過量化處理指標(biāo)要素，利用數(shù)學(xué)變換消除指標(biāo)量綱、指標(biāo)變化范圍影響，把不同指標(biāo)轉(zhuǎn)化為可以綜合比較的相對統(tǒng)一“量化值”，使不同指標(biāo)數(shù)據(jù)量綱不影響指標(biāo)間的綜合。歸一化變換后的指標(biāo)值域范圍限制為（0，1］，具體詳見表3［11～12］。

表3 防空反導(dǎo)評估指標(biāo)表征

5 結(jié)語

針對復(fù)雜電磁環(huán)境下防空反導(dǎo)各作戰(zhàn)系統(tǒng)能力的應(yīng)用性評估，作戰(zhàn)效能只是特定對抗條件下評估結(jié)果的一種表征，如各作戰(zhàn)要素間的體系關(guān)聯(lián)度、貢獻度，作戰(zhàn)行動間的協(xié)同融合度，以及裝備性能指標(biāo)，都是影響作戰(zhàn)效能評估的重要因素。此外，為進一步驗證實兵條件下作戰(zhàn)效能評估結(jié)果可信度，可以依托作戰(zhàn)仿真實驗室，對實兵數(shù)據(jù)和評估結(jié)果開展作戰(zhàn)演繹評估，進行內(nèi)外場一致性校驗和作戰(zhàn)仿真演繹推論，進一步發(fā)現(xiàn)和挖掘防空反導(dǎo)作戰(zhàn)中各要素因子存在的問題和短板弱項，提出解決策略，實現(xiàn)實戰(zhàn)化訓(xùn)練的閉環(huán)管理艦艇防空反導(dǎo)作戰(zhàn)能力的快速提升。