驱逐舰软/硬武器协同反导决策优化模型研究*

朱悦萌 雷肖剑 张 诗 陈 双

(1.海军航空工程学院 烟台 264001)(2.海军驻天津地区航空军事代表室 天津 300308)



驱逐舰软/硬武器协同反导决策优化模型研究*

朱悦萌1雷肖剑2张 诗1陈 双1

(1.海军航空工程学院 烟台 264001)(2.海军驻天津地区航空军事代表室 天津 300308)

根据驱逐舰软/硬武器协同反导问题多阶段、多目标特性,选取多属性决策方法和动态规划理论,并引入拦截适宜度和协同度,构建了驱逐舰软/硬武器协同反导决策优化模型,对软/硬武器在反导作战中的合理分配与决策有较好的借鉴意义。

软/硬武器; 协同反导; 多属性决策; 动态规划

Class Number TN971.1

1 引言

水面舰艇对空防御作战的本质特征是以软/硬防空武器遂行对空防御作战任务。舰载防空硬武器通常是舰空导弹和舰炮,其杀伤对象是反舰导弹整体,它是通过弹头爆炸或弹丸直接穿透弹体,使反舰弹解体或散失控制而坠落于海中。舰载防空软武器在舰上归属于电子战系统,其杀伤对象是反舰导弹的制导寻的系统[1]。它采用电子干扰、迷惑、欺骗或引诱等手段阻止和破坏导弹制导的系统获得和提取舰艇的实际空间位置信息,或使其改变攻击方向。软武器的致命弱点是无法实际摧毁反舰导弹,反舰导弹在被诱骗后仍有能力重新对目标舰进行攻击。

驱逐舰反导决策是一个包括火力分配决策和软/硬武器协同反导决策的多阶段多目标的动态决策系统,本文依据它的多阶段特和多目标特性[2～3],选取多属性决策方法和动态规划理论,同时考虑到不同的舰空武器拦截不同的来袭目标时适宜程度不同,软/硬武器在综合使用时存在互相影响的问题,引入拦截适宜度和协同度两个指标,构建了软/硬武器协同反导决策优化模型,并通过算例仿真验证了模型的可行性,为驱逐舰软/硬武器协同反导的指挥决策提供了依据。

2 软/硬武器综合运用控制原则

在对付高空威胁目标时,为了避免软/硬武器的不利交互作用,需要对软/硬武器的使用在时域和空域上进行综合控制;在对付低空威胁目标时,系统从发现目标到采取相应措施是一个极短的作战过程,为确保舰艇生存,必须同时使用可用的软/硬武器。但软/硬武器综合使用时,必须对软杀伤武器严格控制使用,否则可能导致舰载电子干扰设备和舰外诱饵致盲己方舰载电子侦察系统和跟踪雷达,或者干扰舰空导弹和近防武器系统的使用[4]。总结舰载软/硬武器综合控制的基本原则如下:

1) 对干扰进行控制,避免不利的交互作用,保证对目标的探测和跟踪;

2) 软/硬武器交战协调控制;

3) 使用跟踪雷达数据,进行干扰弹发射控制;

4) 使用火控滤波数据,评估干扰弹效果;

5) 使用电子侦查告警设备提供反舰弹末制导雷达工作信息,及时评估硬武器特别是舰空导弹的毁伤效果;

6) 判断电子干扰成功的条件为目标航路捷径增大到500m以上,同时敌舷角增大为15°以上时,可不对该目标的硬武器进行打击。

3 软/硬武器协同反导动态决策优化方法

3.1 面向软/硬武器协同反导的多属性决策优选和动态规划理论

在驱逐舰防空反导过程中,可以将k种防空武器的使用决策划分为k个决策阶段,将来袭目标突防概率、消耗资源等决策目的设为m项优化目标。按由远及近的顺序,采用动态规划方法向后递推求解。递推公式可表示为[5～7]

状态转移方程代表该决策产生的作战使用效果和消耗的武器资源,可表示为

Sk=φk(Sk-1,dk)k=1,2,…,K

当前向递推时,第k个阶段对应nk个策略、m项优化目标、状态为Sk时的目标合成值矩阵为

引入多属性决策方法,令Γ+代表效益型指标集合,Γ-代表成本型指标集合。若ej∈Γ+,有

若ej∈Γ-,有

权重代表各决策目标的相对重要性,设m项优化目标的重要性权向量为

则可以得到规范化后的加权决策矩阵为

确定理想解与负理想解:

当第一个阶段有L个选择决策,暂定每个决策均为最优决策,运用上述方法进行L次推导计算,从而得最终阶段K的目标合成值矩阵为

以及整个决策优选系统的最优策略,即各阶段武器使用的最优决策集合:

当目标权向量w确定时,运用上述方法可以计算得到软/硬武器综合反导的最优决策解。当水面舰艇面临的态势危急情况变化时,决策者可以根据目标的相对重要性变化而相应改变目标权向量w,从而选择出一个最适宜当前情况的系统优化的最优均衡策略。

3.2 改进的武器拦截适宜度判断模型

为了使软/硬武器能够协同使用,论文改进拦截适宜性度系数,使得火力单元能够自动判断并放弃拦截被软武器诱偏的目标。将改进的拦截适宜度定义如下[8]:

ck(tij,sij,pk(xij))描述第k阶段武器j对目标i的拦截适宜性。以ck(tij,sij,pk)为元素构成的多元矩阵ck(tij,sij,pk(xij))称为拦截适宜度矩阵。

对武器的拦截适宜性进行具体分析如下:

设定软武器诱偏成功判定系数pk(xij)表示判断第k阶段以前使用的软抗击手段是否成功,对pk(xij)定义如下

根据软/硬武器综合使用原则,判断电子干扰成功的条件为目标航路捷径增大到500m以上,同时敌舷角增大为15°以上时,可不进行对该目标的硬武器打击[9]。

对软武器抗击成功的判定条件量化到判定系数的约束条件中:

3.3 软/硬武器间的协同度

3.4 基于协同的动态决策优化模型

将拦截适宜度判断和协同度影响代入到各决策阶段,得基于协同的动态决策优化模型:

⊗XTDk-1,k⊗ck(tij,sij))}

当拦截适宜度ck(tij,sij)=1时,进行递推计算可获得全局最优决策方案。

1) 当ck(tij,sij)=0时,判定第k阶段武器不适宜拦截该目标。此时m项目标值Hk(Sk,dk)⊗XTDk-1,k⊗ck(tij,sij)=0,则有:

⊗XTDk-1,k+1⊗ck+1(tij,sij))}

这样,在决策计算过程中就能自动将不适宜进行目标拦截的防空武器排除在外,从而实现动态构建决策阶段的目的。

Hk(Sk,dk)⊗XTDk-1,k⊗ck(tij,sij)=Hk(Sk,dk)×ξ

则:

由此,便可将决策阶段间的相互影响程度代入到决策流程计算中。

4 算例仿真计算

假设某驱逐舰的舰载防空手段包含:远程舰空导弹、近程舰空导弹、近防火炮、冲淡干扰和质心干扰。假设现有一反舰导弹在距离23km处来袭,通过计算得:

1) 阶段k=1,C1(tij,sij)=1,远程舰空导弹可以抗击。经过该决策阶段后,导弹突防概率和作战资源消耗为

F1(1)=(1,0)⊕(0.75,0.2)=(0.25,0.2);
F1(2)=(1,0)⊕(0.92,0.4)=(0.08,0.4)

2) 阶段k=2,C2(tij,sij)=1,可以使用冲淡干扰。将阶段1中的最优决策暂定为F1(1),对冲淡干扰的诱偏阶段有:

5 结语

本文依据反导决策的多阶段和多目标特性,引入拦截适宜度和协同度的概念,构建了能够动态构建决策流程的软/硬武器协同反导决策优化模型,为驱逐舰防空反导作战中的软硬武器协同指挥决策提供了参考,提高了反导作战效率。

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Optimized Model of Cooperative Anti-missile Decision of Soft and Hard Weapon of Destroyer

ZHU Yuemeng1LEI Xiaojian2ZHANG Shi1CHEN Shuang1

(1. Naval Aviation Engineering Institution, Yantai 264001) (2. Navy Representative Office of Aviation in Tianjin, Tianjin 300308)

Based on multi-stage and multi-target characteristic of soft and hard weapon cooperative anti-missile decision, are multi-attribute decision-making and dynamic planning theory are adopted, and intercepting suitability degree and cooperative degree are brought in, an optimized model is built, and it can be a good reference for soft and hard weapon cooperative anti-missile decision.

soft and hard weapon, cooperative anti-missile decision, multi-attribute decision-making, dynamic planning

2014年10月7日,

2014年11月27日

朱悦萌,女,硕士研究生,研究方向:作战运筹分析。

TN971.1

10.3969/j.issn1672-9730.2015.04.010