基于模糊综合评判法的航母编队舰载机群体系作战效能评估*

张永利 周荣坤 计文平 傅成彬

(中国电子科技集团公司电子科学研究院 北京 100041)



基于模糊综合评判法的航母编队舰载机群体系作战效能评估*

张永利 周荣坤 计文平 傅成彬

(中国电子科技集团公司电子科学研究院 北京 100041)

对航空编队舰载机群体系作战效能进行评估,分析影响舰载机群体系作战效能的主要因素,建立舰载机群体系作战效能评估指标体系,给出舰载机群体系作战效能评估模型。采用AHP确定系统性能指标权重,利用模糊综合评判法评价性能指标。结果表明此方法可以科学合理地对航母编队舰载机群体系作战效能进行评估,为舰载机群体系作战效能评估提供新的研究视角。

航母编队; 舰载机群; 层次分析法; 模糊综合评判; 效能评估

Class Number TN953

1 引言

2013年11月26日,中国第一艘航母“辽宁”舰从青岛某军港起航,前往南海附近海域开展科研试验和军事训练活动,并首次组织了作战系统综合测试[1]。

航母编队要夺取海上制空权,必须拥有足够数量的战斗机;要想有效打击毁伤对方,还需要一定数量的攻击机。另外,航母编队需要提前发现较远距离的目标,并承担一定的空中引导和指挥,需要配备舰载预警机。而且航母编队由于舰艇数目众多,航行速度快,噪声大,容易被敌潜艇侦测和反击,因此需要舰载反潜机[2]。未来我国也将研制舰载无人机,编入航母编队。

“尼米兹”级航母是世界上最大的航母,搭载战斗机的数量也是世界上最多的,包括两个F/A-18C/D“大黄蜂”战斗机中队,两个F/A-18E/F“超级大黄蜂”战斗攻击机中队,一个E-2C/D“鹰眼”预警机中队,一个EA-6B“徘徊者”战术电子战中队,和一个SH-3“海王”或SH-60F“海鹰”反潜直升机中队等,可以24小时不停顿进行战斗巡逻[3]。

航母上不同种类、不同用途的机种,将它们组合和编配在一起,协调行动,必须遵循“合理、足够、高效”的原则。20世纪90年代,美国、俄罗斯和一些西方国家从单纯研究单武器装备发展到研究武器装备作战系统,对作战效能评估形成系统化、自动化和智能化[4]。国内在20世纪80年代开始,相继开展多机协同作战研究工作[5～6]。但是对于多机协同作战效能研究则处于起步阶段[7]。对航母编队舰载机群的效能进行科学合理的评估可以提高航母编队整体作战效果,所以对这一领域进行研究是很有意义和必要的。

2 构建航母编队舰载机群体系作战效能评估体系

2.1 评估指标体系建立原则

航母编队舰载机群体系作战效能评估指标的选取,需要综合考虑多种影响因素,遵循系统性、简明性、客观性、时效性、可测性、完备性、独立性、一致性原则[8],使得舰载机群体系作战效能评估指标体系的构建既相对简单,又能全面而真实地反映系统的效能。

2.2 影响评估指标体系的主要因素

为了将多层次、多因素的评估问题进行科学的量化处理,采用模糊综合评判法构建航母编队舰载机群效能评估指标体系2级评判模型,有两个层次,即能力层和技术指标层。能力层的因素集包含以下六个方面:协同情报处理能力、协同指控处理能力、协同打击处理能力、协同电子干扰能力、数据链信息支持能力、抗毁生存能力;技术指标层有19个指标。

2.2.1 协同情报处理能力

协同情报处理能力通过多平台多源情报数据共享和融合以及通用处理和显示架构,在机群全网内实现高质量态势统一和共享以及多层级态势信息生成和评估。

2.2.2 协同指控处理能力

协同指控处理能力通过基于统一态势和指控条令的战术评估结果,和基于任务的全局资源优化调度和管理,为作战人员提供决策能力,以及对武器资源、传感器资源、通信资源的管理和调度能力,实现对传感器到武器的自动化管理。

2.2.3 协同打击处理能力

协同打击处理能力通过进行武器状态控制、武器交接控制、目标指示、近空火力支援等,实现智能化协同武器控制,构建传感器到武器的打击信息支持通路,为机载或舰载武器系统提供打击态势,利用SAR、ESM、红外、光电等传感器信息,提供对地/海目标的快速瞄准信息,同时,支持对跨平台作战武器的远程目指、中继制导等过程中的武器控制管理。

2.2.4 协同电子干扰能力

协同电子干扰能力通过实现频谱感知、高精度的时间同步、动态调整各节点用频等功能,统一协调、规划和使用频谱资源,分时、分频、分空间使用频谱资源。在压制干扰敌方电子设备的同时,最大限度地令我方电子设备正常工作,支持干扰环境下的协同电子火力打击。

2.2.5 数据链信息支持能力

数据链信息支持能力指标下层指标为三个:数据链系统性能指标、数据链装备单元性能指标和数据链的信息优势指标。数据链系统性能指标从整体上评价数据链系统的性能,数据链装备单元性能指标反映了数据链的固有性能,数据链信息优势指标主要是指数据链系统对信息优势的影响。

2.2.6 抗毁生存能力

武器装备的生存能力依赖于敌方攻击武器的性能、攻击策略和雷达装备的生存性能及机动作战特性,是多种因素综合的结果。可以将相关因素分为两大部分:外部攻击因素(攻击模式、攻击策略)和系统内部生存因素(机动性、隐蔽性、防护性、转换性、维修性等)。此外,机动策略(如作战原则、方法与阵地相配套的布局、机动路线等)也影响武器装备生存能力。

航母编队舰载机群体系作战效能评估指标体系结构如图1所示。

3 模糊综合评判法评估步骤

航母编队舰载机群效能评估体系需要综合考虑各方面的信息,涉及到很多不确定因素,难以精确描述,模糊综合评判法在定性分析影响系统效能的各指标因素的基础上,定量对各指标因素做出综合决策。其特点是按多项模糊的准则参数对被选方案进行综合评判,再根据综合评判结果对各备选方案进行比较排序,选出最好的方案。与综合评判有关的有限论域有准则论域和评语等级论域两种。对各指标建立评语集,分为四个评价等级(很好,好,一般,差),对应评分集为{1 0.8 0.6 0.4}。

模糊综合评判法的数学模型由因素集、评判集和模糊矩阵三个要素组成,过程如下[9～11]:

图1 航母编队舰载机群体系作战效能评估指标结构图

1) 确定因素集U={u1,u2,…,un},此处ui(i=1,2,…,n)表示影响事物评判值的第i个因素。

2) 确定因素评判集V={v1,v2,…,vm},此处vj(j=1,2,…,m)表示影响事物评判值的第j个等级。

3) 单因素评判,对单个因素Ri(i=1,2,…,n)评判,得到单因素评判模糊矩阵R:

5) 综合评判,可得综合评判B=W∘R=(b1,b2,…,bm)。其中∘表示合成运算。对于合成运算,典型模型有“加权平均型”、“主因素决定型”、“混合型”三种算法[12]。其中加权平均型对所有因素依权重大小均衡兼顾,比较适合于要求整体指标的情况。故这里采用加权平均型算法。加权平均型是按线性代数里普通矩阵的运算进行,即

4 使用层次分析法确定各指标权重

确定权重的方法很多,本文采用应用广泛的层次分析法来量化指标权重[13]。根据Saaty表度法,对航母编队舰载机群效能评估指标体系同一层级的各元素进行两两比较,构造判断矩阵,确定相应的指标权重。

表1 第一层指标体系权重U1,U2,U3,U4,U5,U6计算

λ=6.1232,C.I=0.0246;RI=1.26;CR=CI/RI=0.0246/1.26=0.0195。

从计算结果看出,CR<0.1,表明上述判断一致性可以接受,即权重值W=(0.3794,0.248,0.1604,0.1024,0.0655,0.0434)T是可以接受的。同理可得第二层各元素的权重,并分别对判断矩阵进行一致性检验,得到各评判指标的权重。

表2 第二层指标体系权重U11,U12,U13,U14计算

λ=4.0310,C.I=0.031;RI=0.89;CR=CI/RI=0.031/0.89=0.0348。

从计算结果看出,CR<0.1,表明上述判断一致性可以接受,即权重值W1=(0.4658,0.2771,0.1611,0.096)T是可以接受的。

表3 第二层指标体系权重U21,U22,U23计算

λ=3.0092,C.I=0.0092;RI=0.52;CR=CI/RI=0.0092/0.52=0.0177。

从计算结果看出,CR<0.1,表明上述判断一致性可以接受,即权重值

W2=(0.5390,0.2973,0.1638)T

是可以接受的。

表4 第二层指标体系权重U31,U32,U33,U34计算

从计算结果看出,,表明上述判断一致性可以接受,即权重值是可以接受的。

表5 第二层指标体系权重C41,C42计算

λ=2,C.I=0;从计算结果看出,CR<0.1,表明上述判断一致性可以接受,即权重值

W4=(0.6667,0.3333)T

是可以接受的。

表6 第二层指标体系权重C51,C52,C53计算

λ=3.0092,C.I=0.0092;RI=0.52;CR=CI/RI=0/0.52=0。从计算结果看出CR<0.1,表明上述判断一致性可以接受,即权重值

W5=(0.5714,0.2857,0.1429)T

是可以接受的。

表7 第二层指标体系权重U61,U62,U63计算

λ=3.0183,C.I=0;RI=0.52;CR=CI/RI=0.0183/0.52=0.0352。

从计算结果看出,CR<0.1,表明上述判断一致性可以接受,即权重值

W6=(0.6232,0.2395,0.1373)T

是可以接受的。

5 评判航母编队舰载机群体系作战效能评估体系

航母编队舰载机群体系作战效能评估指标体系分为两个层次,第一层6个指标,第二层19个指标。根据层次分析法,已经确定各指标的权重。由专家意见,影响舰载机群系统效能各个指标的模糊评语如表8所示。

表8 舰载机群体系作战效能指标等级评语表

由上面计算所得的Ui的指标权重Wi和评语集合V,被评判对象相对于各个指标的模糊评语,即Ui×V上的模糊矩阵是Ri,进行下列模糊变换:Bi=Wi·Ri(i=1,2,…,n)。

对于第一层各个指标U的模糊评语Bi(i=1,2,…,4):B1=W1·R1= (0.1767 0.1051 0.0611 0.0364)

=(0.1684 0.1102 0.0698 0.0416)

归一化计算可得

B1=(0.4319 0.2826 0.1789 0.1066)

同理可得B2,B3,B4,B5,B6的值:

B2=(0.2867 0.2703 0.2133 0.2297)

B3=(0.3641 0.2721 0.2359 0.1279)

B4=(0.3330 0.4000 0.1667 0.1000)

B5=(0.3571 0.3000 0.2429 0.1000)

B6=(0.3616 0.3000 0.1623 0.1761)

由以上结果看出,该指标体系在协同情报处理能力、协同指控处理能力、协同打击处理能力、协同电子干扰能力、数据链信息支持能力、抗毁生存能力六项指标中好与较好的隶属度分别是0.7144、0.5569、0.6362、0.7333、0.6571、0.6616,评判结果比较客观。

将Bi合成一级评判矩阵B=[B1B2B3B4B5B6],则被评判问题相对于全部指标的二级评判矩阵为(按加权型算法计算):

A=W×B=(0.3668 0.2918 0.1988 0.1426)

这一评估结果表明航母编队舰载机群作战能力,37%的人认为是很好,29%的人认为是好,20%的人认为是一般,14%的人认为是差。将模糊评语A转化为总得分。对若干个方案进行排序,则需将综合评语A再综合为一个数。为此采用加权平均法对每个等级与权重分数赋值V情况如表9所示。

表9 等级与权重值分数设定情况

从而得到航母编队舰载机群体系作战效能评估方案得分为

=77.66

对于其它的航母编队舰载机群体系作战效能系统,可以按照上述方法进行同样的综合评判,最后根据评判结果选出较优的系统结构。

6 结语

从分析和计算过程可以看出,通过对航母编队舰载机群效能系统的主要因素进行分析,建立航母编队舰载机群效能评估体系模型,采用层次分析法与模糊综合评判法相结合,对航母编队舰载机群体系作战效能进行评估,为航母编队舰载机群作战系统的构成与优化提供定量依据。研究过程发现,由于航母编队舰载机群作战系统结构复杂,各项指标体系有待商榷,尚需进一步探讨和细化。

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Efficiency Evaluation for Carrier Formation Swarming Aircraft Based on Fuzzy Synthetic Evaluation Method

ZHANG Yongli ZHOU Rongkun JI Wenping FU Chengbin

(China Academy of Electronics and Information Technology, Beijing 100041)

In order to evaluate the operational efficiency for carrier formation swarming aircraft, the paper establishes a system with models based on parameters to analyze effectiveness about major factors of the swarming aircraft. The AHP method is used to calculate the weight of each parameter. The fuzzy synthetic evaluation method is applied to access the operational performance. The result demonstrates that the method is feasible to deliver a scientific evaluation and presents a new perspective to judge the efficiency of swarming aircrafts.

carrier formation, swarming aircraft, AHP, fuzzy synthetic evaluation, efficiency evaluation

2015年4月7日,

2015年5月26日

张永利,女,博士,高级工程师,研究方向:空基信息系统总体、无人机、信息融合技术。周荣坤,男,硕士,工程师,研究方向:空基信息系统总体、无人机、计算机软件。计文平,男,博士,高级工程师,研究方向:目标识别技术。傅成彬,男,硕士,工程师,研究方向:目标识别技术。

TN953

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.10.031