飞行员着舰的多层次模糊综合评价方法

许卫宝

海军装备部舰船办公室，北京100071

0 引 言

舰载机着舰是世界上最危险也是最困难的任务之一，着舰时舰载机要跟踪航空母舰的运动，承受海上复杂气流环境的干扰，准确降落在狭小的航空母舰甲板上完成阻拦着舰。飞行员在操控舰载机着舰时稍有不当，就会引起着舰事故。为了确保着舰安全性，要求每一位舰载机飞行员都必须拥有娴熟的着舰技能。飞行员着舰评估在舰载机飞行员训练中具有非常重要的意义，它可为飞行员着舰训练提供反馈，是提高飞行员着舰技能的有效途径［1-3］。国外的飞行员着舰评估虽然已经开展很多年，但多数是运用人工评价的方法，且采用的是单项指标评估方法，并没有综合各项指标给出飞行员综合技能评分［4-7］。目前，国内还未见针对于着舰过程的飞行员评估研究，本文将分析舰载机着舰过程的特点，建立着舰评估指标体系，采用多层次模糊综合评价的方法，对飞行员的综合着舰技能进行评估。

1 舰载机着舰的评估指标

着舰的最终表现由着舰过程中每个时刻的飞行表现综合决定。通常，舰载机距离理想着舰点越近，飞行状态对最终阻拦着舰表现影响越大。如图1所示，根据对最终着舰过程影响的大小，距离理想着舰点由远及近，将着舰过程分为如下几个阶段。

图1 着舰阶段划分Fig.1 Phase division of carrier landing

开始阶段：开始阶段简称为X 阶段，它包含舰载机由转弯进场到距离理想着舰点1 524 m 的范围。在这一阶段舰载机若偏离理想状态，后续还有足够的时间进行调整，因此这一阶段对最终阻拦着舰的影响并不是很大。

中间阶段：中间阶段简称为IM 阶段，包含距离理想着舰点1 219～1 524 m 的范围。中间阶段是舰载机进入下滑道飞行的稳定阶段。因中间阶段是开始阶段的延续，所以对最终阻拦着舰的影响较小。

接近阶段：简称为IC 阶段，包含距离理想着舰点609～1 219 m 的范围。与前两个阶段相比，接近阶段较长，是飞行状态小幅度调整的阶段。接近阶段是最终阻拦着舰表现的主要影响阶段，因为舰载机在后续阶段中几乎没有足够的时间进行调整，其调整效果直接决定了舰载机的落点精度。所以与前两个阶段相比，接近阶段对最终阻拦着舰的影响较大。

决断阶段：简称为AR 阶段，包含距离理想着舰点183～609 m 的范围。决断阶段是复飞决策阶段，这个阶段已经距离理想着舰点很近，此时若出现较大的飞行状态偏差已没有足够的时间完成调整过程，因此，当决断阶段的飞行偏差过大时，飞行员只能拉杆使舰载机复飞，否则舰载机将以较大的落点偏差着舰而不能钩挂阻拦索，进而冲出短距离降落跑道，发生事故。决断阶段的飞行表现关乎完成阻拦着舰安全性，是阻拦着舰过程的关键阶段。

着舰阶段：着舰阶段是阻拦着舰的最后阶段，包含距离理想着舰点183 m 至理想着舰点的范围。在着舰阶段，舰载机尾钩将着舰，舰载机能否挂上阻拦索就发生在这个阶段，着舰阶段的飞行表现直接体现了阻拦着舰的最终表现，因此与前几个阶段相比，着舰阶段对阻拦着舰的影响最大。

根据不同着舰阶段对阻拦着舰的影响，确定各阶段的评估指标如下：

1）开始阶段、中间阶段和接近阶段的评估指标。

开始阶段、中间阶段和接近阶段都是下滑道调整过程，它们对着舰表现具有相同种类的影响，只不过是影响大小不同而已。它们的评估指标是：下滑道偏差、速度偏差、航迹角偏差、下沉速度、对中偏差及横向速度偏差。

2）决断阶段的评估指标。

决断点一般定位在距离理想着舰点183 m 的位置，飞行员和着舰信号官主要根据舰载机在决断点的表现判断舰载机是否满足安全着舰的条件，是否需要复飞。舰载机在决断阶段的表现可以通过决断点的舰载机状态来评估，具体评估指标如下：决断点净高、决断点下沉速度、决断点滚转角及决断点俯仰角。

3）着舰阶段的评估指标。

一般在着舰阶段舰载机飞行员不再做任何调整，这一阶段飞行状态的表现仅由舰载机着舰时刻的状态表现决定，因此着舰阶段的评估指标即舰载机尾钩着舰时刻的评估指标，它们是尾钩着舰时刻的横向落点偏差、尾钩着舰时刻的纵向落点偏差、尾钩着舰时刻的舰载机下沉速度及尾钩着舰时刻的舰载机滚转角。

2 舰载机着舰的评估方法

2.1 着舰评估指标体系的建立和权重系数的确定

利用专家打分的形式确定评估指标的权重系数。具体方法为：将专家分为3 类，即特级专家、一级专家和二级专家；然后，对专家进行问卷调查，调查问卷要求专家根据评估指标的重要程度分别给出1～9 分，最重要的得9 分，最不重要的得1 分；最后，按特级专家评分权重0.9 分，一级专家评分权重0.8 分，二级专家评分权重0.7 分的比重对所有专家的评分进行加权平均，最终得到每个评估指标的权重系数［8］。这里，选取了6 名专家（其中特级专家1 名、一级专家2 名、二级专家3名）进行问卷调查，确定各评估指标的权重系数如图2 所示。

图2 指标权重值系数Fig.2 Weight coefficients of assessment indicators

2.2 单指标评估

在单指标评价中，评价指标分为关键时刻指标和过程指标两类，对于不同的指标，采用不同的评价方法。

1）关键时刻指标。

所谓关键时刻指标，是指该类指标只取决于某关键时刻的指标状态值。关键时刻指标的评估只需采用一般的隶属度函数对其进行评估，在图2 中，关键时刻指标有：二级层次里着舰表现中的最大俯仰角、下沉速度、着舰速度和最大滚转角，决断点表现中的决断点净高、决断点下沉速度、决断点滚转角和决断点俯仰角；三级层次里落点情况中的纵向落点偏差和横向落点偏差。对于关键时刻指标，采用一般的隶属度函数对其评价需要选择合适的隶属度函数和参数。对于参考值为明确量值的指标，选择三角隶属度函数，对于参考值为一个区域范围的，选择正态隶属度函数。其中，三角隶属度函数表示为

正态隶属度函数表示为

具体的隶属度函数选择及相关指标的标准值如表1 所示。

表1 隶属度函数类型及参数Tab.1 Subordinate functions types and parameters

2）过程指标。

所谓过程指标，是指该类指标值由一个过程内各个时刻的指标状态决定，过程数据是一个时间序列，以序列相对标准值的偏离度作为评价依据对测量值做出评价，其中标准值根据经验确定。在图2 中，四级层次中的所有指标均是过程指标。其评估公式为

2.3 综合评估

通过关键时刻指标和过程指标的评价，可以得到需要评价的指标在某组数据情况下的得分，接下来，便进行综合评估。

通过权重值系数的计算，可以得到每一层次指标的权重值系数，分别用wi，wij，wijq和wijqp代表第1、第2、第3 和第4 层指标的权重系数，其中下脚标 i(i=1，2，3)， j(j=1，2，3，4，5)，q(q=1，2，3，4)，p(p=1，2，3，4)分别代表各层指标的层级关系，如图3 所示。相应地，用具有相同脚标的fi，fij，fijq和fijqp代表第1、第2、第3 和第4 层指标的评估得分。

每一层次中各因素评估得分则是由其相对应的所有下一层次因素的权重值系数组成的权重值系数向量与它们的评估得分组成的评估得分列向量相乘所得，用相同的方法进行逐层计算，则最后得到的得分便是整个评估模型综合评估后所得的得分。

图3 一组数据评估得分Fig.3 Algorithm performance rating of a set of the data

三级层次中，各因素的得分为

二级层次中，各因素的得分为

一级层次中，各因素的得分为

整个评估模型的最终评估得分为

综合上述评估方法，在得到一组着舰数据后，便能算出此次着舰的最终评估得分，从而对该着舰过程做出评估。

3 评估方法仿真及验证

运用飞行员在回路的舰载机模拟系统进行着舰过程仿真，得到了10 组着舰仿真数据，将仿真数据作为评估数据源。

按照上述方法，基于MATLAB 建立飞行员着舰的多层次模糊综合评价体系。利用评价体系，对10 组数据分别进行评分，可以得到10 组数据的综合评分，图3 给出了其中一组仿真数据的评分。同时，专家对此10 组数据也进行评分，得到10 组专家的评估结果如表2 所示。

表2 10 组数据的综合评分及专家评估结果对比Tab.2 Comparison of algorithm performance rating with expert rating of ten sets of the data

将10 组评估数据与10 组专家评估结果进行对比，并使用THEIL 不等系数法对两份数据进行分析。THEIL 不等系数是一种量度两个序列一致性的指标，当THEIL 不等系数接近0 时，表明两个序列完全一致，反之，当不等系数接近1 时，表明两个序列完全不一致。对于单输出序列，THEIL不等系数定义为［9］：

式中：Pi为10 组数据仿真结果，i=1，2，…，10；实际输出序列Ai是专家对10 组数据的评估得分，i=1，2，…，10。将数据代入相应的THEIL 公式，计算可得u=0.038 6，因为u 十分接近于0，根据THEIL 公式，可以认为综合评估得分与专家评估得分的一致度很高。

4 结 语

舰载机阻拦着舰与一般的着陆过程相比虽然缩短了降落滑跑的距离，但却提高了对舰载机着舰落点的精度要求，增加了着舰过程的危险性。为了保证舰载机准确的落在阻拦区域内，安全完成阻拦着舰，要求飞行员必须拥有熟练的阻拦着舰技能，严格控制舰载机在着舰过程中的位置和姿态。飞行员阻拦着舰评估是为飞行员的阻拦着舰训练提供反馈，提高飞行员阻拦着舰技能的有效途径。本文建立了飞行员着舰评估体系，基于多层次模糊分析方法实现了飞行员的阻拦着舰评估，经验证，该方法的评估结果与专家的评估结果基本一致，可为提高舰载机飞行员的着舰技能提供支撑。

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