基于物元模型－AHP的电子战无人机作战效能评估

金 朝，杨 文，梁 良，王永明

（解放军63893部队，洛阳471003）

0 引 言

在未来信息化条件下的局部战争中，作为网络中心站重要节点和打击平台的各类电子战无人机，既能执行各种电子支援、情报收集和战场监视等作战任务，又能执行各种旨在对敌方战场电子信息系统／网络和重要节点实施软（干扰、欺骗等）、硬（反辐射攻击和电子毁伤等）杀伤的进攻性电子战作战任务［1］，已成为未来陆、海、空、天、电磁一体化作战的“杀手锏”武器。

无人机的作战效能是指整个武器装备系统在一定或规定的使用环境以及所考虑的组织、战术、生存、保障等条件下，使用该系统完成规定任务的能力。影响作战效能的因素主要有任务区域、飞行距离、控制距离、威力区域和飞行航迹等，其效能评估应同系统的作战特点、任务轮廓及实际特性联系起来［2，3］。常用的效能评估方法有解析法、模糊决策法、系统效能分析（SEA）法、加权灰色关联度法、层次分析法（AHP）等，虽然各自都具有一定的优点，但这些方法对于复杂的多目标评价问题缺乏动态性和客观性，当规模较大时存在收敛速度慢、计算过程复杂、寻优能力较弱以及在数学上的完备性有待加强等缺点［4］。建立在可拓学物元理论基础上的多目标可拓综合评价物元模型，通过多目标性能参数等级的综合评判，可实现多目标化为单目标定量评估，是一种多元数据量化的新方法［5］。AHP分析法在权重分配上具有逻辑性、系统性强的特点，把物元模型和AHP分析法结合应用，取长补短，可以更加客观、准确地反映出评价结果，是一种无人机作战效能评估的新途径。

1 基于物元模型－AHP的数学评估模型

基于物元模型－AHP评估方法的基本思路是将物元分析理论应用于多层次的综合评价中，通过层次分析法确定各层次各指标的权重，考虑到各因素的重要性不同，把按乘法法则合并得到各指标权重系数加入关联度的计算，增加了对评价因素的定量分析，克服了层次分析法过分依赖评价因素权重的不足。评估步骤为：（1）对评价系统建立递阶层次结构；（2）物元分析，确定待评物元的量值、经典域和节域；（3）确定评价指标的权重；（4）评价指标关联度计算；（5）综合评判等级的确定。

1.1 物元分析

事物具有各种各样的特征，确定的事物关于某一特征有相应的量值。物元的概念为解决根据事物关于特征的量值来判断事物属于某集合程度的识别问题提供了新途径。给定事物的名称N，它关于特征C的量值为V，以有序三元R＝｛N，C，V｝作为描述事物的基本元，简称物元［5］。

（1）待评物元

对于待评估的对象，把所得到的各分项指标值用待评物元R0表示：

式中：N0为待评估状况等级；ci（i＝1，2，…，n）为 N的特征；xi（i＝1，2，…，n）为 N0关于ci所取的量值。

（2）经典域和节域

对于待评物元，在其评价指标体系和层次结构的分析的基础上，根据评估要求确定评估等级，并给出每个评估等级所规定的量值范围。

确定经典域：

式中：Nj（j＝1，2，…，m）为所划分的评估等级；ci（i＝1，2，…，n）为相应评估等级的特征，即分项指标；Xji＝＜aji，bji＞为 Nj关于ci所规定的量值范围，即经典域。

确定节域：

式中：Np为评估等级的全体；区间Xpi＝＜api，bpi＞为Np关于ci所取的量值范围，称为节域，显然有Xji＜Xpi。

1.2 确定评估指标权重

物元模型分析在关联度计算的过程中，指标权重是必须知道的，计算权重的方法有专家打分法、统计试验法、德尔菲法等，本文采用AHP分析法确定指标权重，AHP分析法是一种定性与定量分析相结合的多因素决策分析方法，具有较强的逻辑性、准确和系统性［6］。

首先，在建立层次结构体系后，以层次结构模型的第2层开始，对于同一层诸因素，用成对比较法和1～9比较尺度构造成对比较矩阵A＝（aij）n×m［7］，直到最下层。

其次，对每一个成对比较矩阵计算特征向量W及对应的最大特征根λmax，求解方法有和法、根法和幂法等。以“和法”为例求特征向量和最大特征根：

表1 随机一致性指标IR作为修正值表

1.3 关联度计算及等级评定

（1）确定关联度

关联度实际上定量描述各指标关于各评估等级的归属程度，以表征元素间的层次关系。定义对象N在指标Ci下关于等级j的关联度为：

（2）等级评定

若 Kj0（N0）＝maxKj（N0），j0∈（1，2，…，m），则判定N0属于等级j0。当Kj0（N0）＞0时，表示待评对象符合某级标准，且其值越大符合程度越好；Kj0（N0）＜0时，表示待评对象不符合某级评估标准，其值越小表明与某级评估标准的差距越大。

2 电子战无人机作战效能评估指标体系

电子战无人机的单机出航作战过程大致可分为任务规划、指挥引导、起飞、巡航飞行、威胁规避、目标探测、发现和确认、目标攻击、毁伤评估、退出攻击、返航、着陆等阶段。如果是编队出航作战，还存在空中会和、编队控制、目标分配等多机协同作战［8］。针对电子战无人机的作战过程及应用特点，结合无人机系统的实际特性，建立评估指标体系通用框架，主要从基本性能、生存能力、侦察监视能力、电子对抗能力、指挥控制能力、战斗能力、可靠性和作战保障能力8个方面对电子战无人机系统的作战效能进行分析，如图1所示。

图1 电子战无人机系统作战效能评估指标体系框架

该指标体系框架主要是针对无人机在电子战应用领域的效能评估，鉴于目前无人机种类多，机型差异和任务载荷的不同将直接影响评估指标的确立。因此，在开展无人机效能评估时，应在评估指标体系框架下，根据不同的实际情况，结合评估目的和要求，综合分析效能评估的相关因素，对评估指标进行调整和细化，建立科学合理的效能评估指标体系和方法体系，进行效能评估。在实际操作中，可以以机型为标准进行评估，也可以以任务为标准进行评估；可以单就某一功能评估，也可以进行整体系统评估。

3 算例分析

以某次复杂电磁环境下电子战无人机联合进攻演练为例，依据电子战无人机系统作战效能评估指标体系通用框架，结合演练任务需求，对演练中某型通信对抗无人机建立了作战效能评估体系，见图2。

图2 通信对抗无人机作战效能评估指标体系

3.1 物元分析

根据演练中采集数据的统计结果，专家组采用标度法（如表2所示）对各评估指标的实测值进行归一量化评测并确定量值。以发现目标能力为例，由演练中的统计数据计算得出该型无人机对地面超短波电台的平均侦察距离、信号的截获概率和侦察频率覆盖率，结合装备技战术指标和演练情况，专家组将指标b1、b2和b3的量值确定为6.5，7.1和7.8，其他指标量值见表3。

表2 标度的定义

表3 各指标相对于上级指标及评估对象的权重

结合专家意见和评估要求，将通信对抗无人机作战效能的评估等级定为：较低（N1）、一般（N2）、较好（N3）和好（N4）4个等级，并规定了每个评估等级对应的量值范围。依此确定经典域为：

确定节域为：

3.2 计算指标权重

运用1.2中的方法计算各指标相对于上级指标及评估对象的权重，由Matlab软件编写计算程序，计算结果如表3所示。

3.3 关联度计算和等级评定

根据各指标的量值和相对于上级指标和评估对象的权重，由式（4）和式（5）可计算出各指标及评估对象关于各评估等级的关联度。以发现目标能力为例，二级指标关于各等级的关联度为：

发现目标能力关于各等级的关联度为：

其它各指标及评估对象关于各评估等级的关联度的计算结果如表4和表5所示。

表4 一级指标关于各评估等级的关联度

从表4可以看出，通信对抗无人机飞行控制能力的评估结果为“好”，发现目标能力、干扰能力和可靠性的评估结果均为“较好”。

从表5中可以看出，通信对抗无人机整体作战效能的评估结果为“较好”水平。

表5 评估对象关于各评估等级的的关联度

4 结束语

电子战无人机在现代战争中的应用越来越广泛，科学合理地评估其作战效能是发展和提高电子战无人机作战能力的重要一环。本文提出了基于物元模型－AHP的评估方法无人机作战效能评估方法，建立了电子战无人机作战效能评估指标体系通用框架，并以某次复杂电磁环境下电子战无人机联合进攻演练任务为应用实例，运用基于物元模型－AHP的评估方法对作战效能进行评估，较好地将专家群体、数据和各种信息与计算机技术有机结合起来，将定性和定量分析结合起来，使得评估结果更趋于客观实际。该评估方法的应用对提高电子战无人机部（分）队在复杂电磁环境下的训练质量和训练效益具有一定的帮助。

［1］罗守贵.电子战无人机的发展现状及趋势［J］.舰船电子对抗，2009，32（2）：26－28.

［2］魏瑞轩，李学仁.无人机系统及作战使用［M］.北京：国防工业出版社，2009.

［3］陈建荣，郭齐胜.无人机系统的系统效能评估［J］.火力与指挥控制，2008，33（5）：45－47.

［4］俊红.武器系统效能评估方法浅论［J］.火控雷达技术，2003（12）：47－50.

［5］蔡文.物元模型及其应用［M］.北京：科学技术出版社，1994.

［6］魏继才，黄谦，胡晓峰.层次分析法在武器系统效能建模中的应用［J］.火力与指挥控制，2007，35（5）：24－28.

［7］Saaty T L.The Analytic Hierarchy Process［M］.New York：McGraw－Hill，1980.

［8］鞠明，陈永光.空袭行动中雷达干扰无人机作战运用初探［J］.飞航导弹，2009（8）：21－25.