一种基于模糊决策的防空兵力区分模型*

施卫峰 王 伟 吴 聪

(中国电子科技集团公司第二十八研究所 南京 210007)



一种基于模糊决策的防空兵力区分模型*

施卫峰 王 伟 吴 聪

(中国电子科技集团公司第二十八研究所 南京 210007)

防空兵力区分是防空兵力部署的前提条件,兵力区分的有效与否是防空兵部队能否有效进行抗击敌空袭兵器的一个重要因素。以战区野战防空为背景,对防空兵力区分需要考虑的主要因素进行量化,建立了基于模糊决策的战区防空兵力区分模型,并给出了求解方法。模型的建立为辅助指挥员实现科学决策提供了参考,对高效合理地进行陆军战区防空兵力区分具有应用价值。

野战防空; 模糊决策; 兵力区分

Class Number V355

1 引言

兵力区分是防空作战部署的一项重要工作,指挥员实施兵力区分,大多是依赖笼统模糊的原则和要求,或者沿用固有的做法和战斗经验,兵力区分的效率和合理性大打折扣[1]。目前,有关的研究很多,并且已经建立了一些较为成熟的数学模型,这些模型在掩护目标数量防空兵力区分算法较少、参战兵力规模较小、作战地域有限的条件下,能够取得不错的兵力区分效果[2]。然而,对于战区野战防空来说,其参战兵力规模大,既有集团军属防空力量,又有战区直属防空力量,还包括预备役部队和民兵;同时战区防空作战地域广阔,掩护目标众多;为应对复杂的空袭情况,往往需采用多种防空兵力,强调不同装备的混编使用,这就对防空兵力的区分提出了很高的要求,现有的兵力区分模型已无法满足作战需要[3]。因此,本文针对战区级防空作战的特点和需求,建立了一种基于模糊决策的战区防空兵力区分模型,并给出了具体的求解方法。

2 模型描述

影响战区防空兵力区分的因素很多,主要有防空区域划分、各防空区域的地理位置和地形条件,各防空区域内目标的数量、集散度及重要性,敌空袭兵器、数量及主要空袭战术,敌主攻方向,防空兵的数量和武器性能等[4]。

本模型主要考虑首长意图u1,防空区域内掩护目标数量u2,集散度u3,重要性u4,敌空袭兵器数量u5,敌主攻方向u6,防空力量综合作战能力u7等七个指标,一个防空区域内的所有兵力构成一个防空作战集群。采用模糊综合决策的方法[5],取衡量兵力区分的因素集U={u1,u2,…,u7},取模型的评语集V={V1j,V2j,…,Vnj}={集群1,集群2,…,集群n},j=1,2,…,7。

3 相关因素的量化

为了模型构建和求解的方便,需要把与兵力区分相关的因素进行量化。

1) 指挥员意图Vi1,(i=1,…,n)

表示一个防空区域的重要程度,由指挥员采用9/9～9/1标度法[6]指定。即Vi1=1～9,(i=1,…,n),默认数值Vi1=9,(i=1,…,n)。

2) 掩护目标数量Vi2,(i=1,…,n)

Vi2=PNi,PNi表示第i(i=1,…,n)集群掩护区域内的目标数量。

3) 集散度Vi3,(i=1,…,n)

某个集群掩护区域内所有重要目标面积与该分区的总面积的比值。即Vi3=PSi/ASi,PSi表示第i(i=1,…,n)集群掩护区域内所有重要目标面积;ASi表示第i(i=1,…,n)集群掩护区域总面积。

4) 重要性Vi4,(i=1,…,n)

5) 敌空袭兵器数量Vi5,(i=1,…,n)

Vi5=BNi,BNi表示第i(i=1,…,n)集群掩护区域的敌空袭兵器数量。

6) 敌主攻方向Vi6,(i=1,…,n)

防空区域的敌机来袭方向划分为主攻方向、次主攻方向、次次主攻方向和其余方向,对不同的来袭方向取值如下。

7) 防空力量综合作战能力Vi7,(i=1,…,n)

将防空火力单位作战能力分解为火力、机动力、生存力三个分能力进行研究[8],而火力又需考虑单发(点射)毁伤概率、反应时间、有效射程、全天候作战能力和目标通道数等因素;机动力需考虑行军速度、行军-战斗转换时间和自行系数等因素;生存力需考虑火力单元可视面积和抗毁伤能力因素。常见防空火力单位的作战能力指数见表1,有关Cj的计算可由上述因素建立关系模型,综合采用幂指数法和加权求和法计算,限于篇幅,不再详述。

表1 防空火力单元作战能力指数表

4 模型建立及求解

4.1 战区兵力区分

在模糊综合决策中,权重是至关重要的,它反映了各个因素在综合决策过程中所占有的地位或所起的作用,它直接影响到综合决策的结果。对比兵力区分的各个要素,得到判断矩阵。

(1)

采用层次分析法中根法求解判断矩阵的特征向量(权重),首先计算矩阵中每一行元素的乘积Wri:

(2)

(3)

(4)

由此得出特征向量Br(r=1,…,7),Br=[br1,br2,…,brn],bri(i=1,…,n)即为对第r(r=1,…,7)个指标相对第i(i=1,…,n)防空区域的权重。

将每个因素子集ui视为U的一个因素,Bi作为它的单因素评判向量,可构成U到V的模糊评判矩阵:

(5)

B=A·R=[P1,…,Pn]

(6)

Pi(i=1,…,n)即为第i防空集群所需区分防空作战单位的比例。

设战区第j(j=1,…,q)种(q为防空武器种类)防空作战单位数量为Mj,因此得各集群的防空作战单位数量为

(7)

4.2 集群兵力编组

在把战区防空兵力划分给各防空集群后,还需要对防空集群兵力按照战术原则进行兵力编组。通常根据防空作战的任务要求和作战特点,将集群防空兵力分为区域掩护兵力、目标掩护兵力、机动掩护兵力和防空预备队兵力,如图1所示。

图1 防空集群兵力区分分类示意图

1) 确定编群数量

(8)

对于区域掩护防空群,每群的兵力一般在四个营左右,因此取

对于其它类型防空群,每群兵力一般在2～3个营,因此取

2) 兵力编组

为应对战场上复杂的空袭情况,构成远、中、近程,高、中、低空相结合的防空火力配置,往往需要多种防空兵力、不同装备的混编使用。首先将防空作战单位区分为导弹类、高炮类、弹炮混合类,其次按防空武器作用范围进行分类。将小口径高炮、肩扛导弹分为同一类,将中等口径高炮、近程导弹区分为同一类,将中程导弹区分为同一类,将大口径高炮、远程导弹区分为同一类,将弹炮结合类的作战单位单独分为一类。按这种分类方法将同一类(包括两种分类方法)防空作战单位均匀编配给各防空群,均编后剩余的作战单位再按上述分类方法将其区分给没有该类的防空群,尽量做到弹炮混编,作用区域互补,从而实现掩护火力的最佳配置[10]。

5 结语

本文以战区级野战防空作战为背景,重点对影响战区级防空兵力区分的主要因素进行了量化,详细探讨了基于模糊决策的战区防空兵力区分模型的构造过程以及求解方法。模型为陆军在大区域、多目标、参战部队众多的条件下快速有效地进行防空兵力区分提供了技术支撑[11]。

[1] 蒋里强,王桂花,王纯,等.基于规划方法的防空兵兵力区分问题建模[J].火力与指挥控制,2014,39(4):100-102.

[2] 陈杰,陈晨,张娟,等.基于Memetic算法的要地防空优化部署方法[J].自动化学报,2010,36(2):242-248.

[3] 徐霄冰,张涛,惠琦,等.防空群掩护固定目标兵力区分模型构建[J].现代防御技术,2007,34(6):24-27.

[4] 刘付显,王颖龙,邢清华.地面防空目标优化分配问题研究[J].火力与指挥控制,2003,28(4):45-48.

[5] 杨纶标,高英仪.模糊数学原理与应用[M].广州:华南理工大学出版社,2003.

[6] 钱颂迪.运筹学[M].北京:清华大学出版社,1996.

[7] 武文军,张弓胤,李红星,等.防空兵确定被保卫目标重要性的一种方法[J].火力与指挥控制,2006,31(2):69-72.

[8] 刘爽,杨宁,金国贵,等.地面防空战场体系总体作战能力的评估模型[J].兵工自动化,2007,26(5):12-15.

[9] 尤志锋,李勇,吴鹤.弹炮混编防空群兵力分配模型[J].情报指挥控制系统与仿真技术,2006,27(6):40-42.

[10] 霍磊,谷相玉,张新,等.防空武器阵地配置模型的建立[J].兵工自动化,2007,26(10):32-33.

[11] 张尊柏,贾春雨,蔚劲草.信息化条件下野战防空作战能力初探[J].科技信息,2010(01X):94-94.

An Antiaircraft Forces Distinction Model Based on Fuzzy Decision

SHI Weifeng WANG Wei WU Cong

(The 28thResearch Institute of CETC, Nanjing 210007)

Antiaircraft forces distinction is a prerequisite of the deployment, which distinction is correct or not is an important factor to air defense forces whether effectively carry out air strikes against the enemy’s weapons. On the basis of war zone field air defense operation, the model of war zone antiaircraft forces distinction based on fuzzy decision is set up according to the quantification of main factors and the method of model solution is developed. The model gives a reference to help commanders make science decision and has applied value for the effective distinction of war zone antiaircraft forces.

field air defense, fuzzy decision, forces distinction

2015年2月5日,

2015年3月25日

施卫峰,男,硕士,高级工程师,研究方向:防空作战指挥。王伟,男,硕士,助理工程师,研究方向:作战筹划。吴聪,男,博士,工程师,研究方向:数据分析和辅助决策。

V355

10.3969/j.issn1672-9730.2015.08.008