基于实战环境的反舰导弹武器系统作战效能评估

王光源，沙德鹏，张有志，毛世超

（海军航空工程学院a.军事教育训练系；b.研究生管理大队，山东烟台264001）

基于实战环境的反舰导弹武器系统作战效能评估

王光源a，沙德鹏a，张有志a，毛世超b

（海军航空工程学院a.军事教育训练系；b.研究生管理大队，山东烟台264001）

针对导弹武器实战化的作战训练使用需求，结合反舰导弹武器系统的技术特性，在传统ADC评估模型基础上，引入实战战场环境影响因子。分析建立了反舰导弹武器系统效能评估指标体系和改进的ADC评估模型，同时针对导弹武器系统能力构成的复杂性，采用层次分析和集对分析法对评价指标进行综合处理。分析表明，改进模型能够有效地反映实战环境条件下反舰导弹武器系统的综合作战效能，可为开展实战化条件下的训练提供更具实际意义的支撑和帮助。

实战环境；反舰导弹；作战效能；ADC法

反舰导弹是对海上目标打击的主战武器装备，直接决定着海上作战任务的成败，现已广泛装备在海军舰艇和飞机等各类作战平台，并成为综合作战效能评估的重要组成部分，需要对其性能进行重点评估和掌握。所谓评估即指对所研究对象或系统的某个属性给予度量，并在此基础上进行判断[1]。导弹武器系统的效能是指武器装备系统在规定的条件下达到规定使用目标的能力[2]，是武器系统完成规定任务程度的度量，能从总体上描绘出该武器在特定作战环境下完成规定任务的实际能力。因此，及时分析评估和掌握导弹武器系统的作战效能，是科学高效使用导弹武器装备的前提，不仅战时要准确掌握，而且需在平时实战化的训练中应用和检验。随着信息化、网络化技术的快速发展，导弹武器系统组成与使用也越来越复杂，涉及装备使用的众多随机与非随机因素，特别是在目前实战环境条件下，反舰导弹武器系统作战效能评估不仅要考虑导弹系统的战技性能、内在特性、工作机制以及攻防对抗等各个因素，而且要考虑到实战化复杂作战环境要素的影响，因而对效能评估方法的选择和效能模型的建立提出了较高的要求[3-4]。本文在传统ADC法评估模型的基础上，结合导弹实战化环境作战使用与效能评估的需求，研究改进了评估模型结构，充实了作战环境要素的影响，使反舰导弹作战效能的评估结果更好地适应部队实战化使用需求。

1 反舰导弹武器系统作战效能的ADC评估指标体系分析

由于战争形态和作战样式的不断改变，对武器系统性能和可靠使用等提出了新的更高要求，为综合评估武器系统的作战效能，美国工业界武器装备系统效能咨询委员会（WSEIAC）提出了对武器系统的通用性评估模型[5-6]，即武器系统的效能是由其有效可用性、可信性及能力决定的，其评价模型为：

式（1）中：E（Effectiveness）表示武器系统的综合作战效能，是对武器系统完成所赋予它的使命任务能力的综合量度，通常用概率值表示；A（Availability）表示武器系统的可用性（有效性）指标，是指武器系统在开始执行任务时处于可工作状态或可承担任务状态程度的量度，与系统的可靠性、维修性和维修管理水平、器材保障等有关，反映了系统战备情况的优劣；D（Dependability）表示武器系统的可信性（可依赖性）指标，是对系统在开始执行任务处于某一状态而结束时处于另一状态的系统状态转移性指标的表述，反映了系统可靠性的好坏；C（Capability）表示武器系统的能力，是对系统在各种不同状态条件下完成所赋予使命任务能力的量度，反映了设计能力与作战实际要求能力之间的符合程度[7-8]。

ADC模型能较全面地反映武器系统技战术性能随时间变化的特性，适合对较为复杂的导弹等武器系统效能综合评估。但分析也发现，ADC评估主要考虑武器系统固有性能要素的影响，现代战争中，任何装备都离不开具体的战场使用环境，并且武器装备的信息技术含量越高，其作战效能发挥对环境的依赖性就越大。因此，要使得导弹武器系统的作战效能具有现实指导性，必须考虑可能面临的实战化使用环境影响，本文在原ADC模型基础上，增加了导弹武器使用的实战化使用战场环境影响因子M，模型修正如下：

根据反舰导弹武器系统的结构和使用特点及实战环境条件对反舰导弹武器系统作战效能的影响因素，在充分考虑其系统性、可比性、独立性、层次性、客观性基础上，按照定性和定量相结合的原则分析构建导弹武器系统效能评价指标体系。武器系统的可用性A主要由系统的故障率和维修率组成；可信性D主要由导弹武器系统的发射可靠性、飞行控制可靠性和命中毁伤可靠性组成[9]；能力C由两层指标构成：一层指标由导弹的选择捕捉能力、突防能力、命中能力和毁伤能力组成[10]。二层指标中捕捉能力由制导方式、覆盖能力和截获能力组成；突防能力由飞行性能和隐身性能组成，命中能力即命中精度，由命中准确度和命中密集度组成，毁伤能力由引信性能和战斗部性能组成[11]；战场环境适应能力M的指标组成：一层指标包括电磁环境和自然环境的适应能力。电磁环境包括抗敌电磁干扰能力、抗战场电磁信息干扰能力和装备系统之间的电磁兼容能力；自然环境包括海洋气象环境（风、温度、气压）和海洋水文环境（海浪、能见度）。基于改进ADC的反舰导弹武器系统评价指标体系如图1所示。

2 反舰导弹武器系统作战效能评估模型

上述根据实战化环境下导弹武器系统使用构建的改进ADC评价指标体系，需要进一步分析建立对应的评价模型。按照评价指标模型的特点，本文采用幂指数法、层次分析法和集对分析法分析构建具体的应用评价模型。

2.1 反舰导弹武器系统的有效性建模

反舰导弹武器系统由火力与发射控制系统和导弹系统共同组成[12]，火力与发射控制系统又包括目标指示平台、计算与分配平台和发射平台。单一系统的初始状态一般情况下可分为正常工作和故障维修两种状态[13]，对于反舰导弹武器系统而言可以有4种状态，其有效向量A为：

式（3）中：a1为火控系统和导弹系统都处于正常工作状态的概率；a2为火控系统故障、导弹系统正常工作的概率；a3为火控系统正常工作、导弹系统故障的概率；a4为火控系统和导弹系统都处于故障状态的概率。

又有：

式（4）中：aΗ为火控系统正常工作的概率；aΜ为导弹系统正常工作的概率。

由于火控系统由目指平台、计算分配平台和发射平台串联组成，则aΗ为：

式（5）中，aR、aC、aS分别为目指平台、计算分配平台和发射平台的有效性。

对于单一系统或平台来说，其处于正常工作状态的概率为[14]：

式（6）中：MTBF为平均故障间隔时间；MTTR为平均故障修复时间；μ为修复率；λ为故障率。

2.2 反舰导弹武器系统的可信性建模

反舰导弹武器系统的可靠性矩阵反映的是系统在执行作战任务过程中的特征[15]。由上述分析可知，系统在开始执行任务时的可靠性矩阵为：

式（7）中，dij表示开始执行任务时系统处于di状态，任务完成时系统处于dj状态的概率。

由于导弹武器系统自身不可修复，如果开始执行任务时发生了故障，则执行任务过程中必然处于故障而不可能正常工作[16]。设导弹武器系统执行任务时故障率服从指数分布，则其可靠性矩阵为：

式（8）中：λh、λm分别为火控子系统和导弹子系统执行任务时的故障率；Th、Tm为分别为火控子系统和导弹子系统执行任务的持续时间。

2.3 反舰导弹武器系统的作战能力建模

反舰导弹武器系统的性能矩阵要根据系统应用的具体任务和目的来确定[17]，反舰导弹一经发射，系统在执行任务过程中则只存在可用和不可用2种状态，则有：

由于火力与发射控制系统和导弹系统两者有任何一个子系统故障，反舰导弹都无法形成作战能力，因此C2=C3=C4=0。根据指数法构建反舰导弹武器系统的作战能力，可设向量X=(x1,x2,…,xi,…,xN)表示反舰导弹武器系统具备N项性能指标，其作战效能指数为I，则有：

式（10）中：xi为影响反舰导弹作战能力的具体性能指标；幂指数ωi为权重系数；K为一致性调整系数，用于调整不同武器装备之间效能指数的一致性。

由于反舰导弹武器系统的某些性能指标很难量化，如是否复合末制导体制，且此类指标通常会在某一确定的范围区间产生影响，因而可通过加入影响因子的方法对效能模型进行完善。此外，在反舰导弹的性能指标中既有效益型指标（如有效射程、飞行速度、毁伤能力等），又有成本型指标（如发射准备时间、射击精度、转弯半径等），为统一模型的最终结果，可将式（8）改进为：

式（11）中：ε为影响因子；xi(i=1,2,…,n)为效益型指标；xi(i=n+1,n+2,…,N)为成本型指标。

通过上述分析，结合本文研究重点，反舰导弹武器系统的作战能力模型可表述为：

式（12）中：L为导弹最大有效射程；H为导弹最大巡航高度；M为导弹巡航速度；G为导弹战斗部质量；D为末制导雷达作用距离；A为末制导雷达航向跟踪范围；S为末制导雷达距离跟踪范围；P为单发命中概率；ε为有无复合制导体制影响因子。

为了使模型结果满足式（7）的要求，还需要采用集对分析法对指标体系进行处理，即通过构造理想矩阵的指标向量方式形成联系矩阵，再与所得的权重系数进行线性叠加，求出能力矩阵C。

2.4 反舰导弹武器系统的战场环境适应性建模

武器系统对于战场环境适应能力可以用战场环境适应因子M进行度量，在不同的战场环境中，各种环境因素对于反舰导弹武器系统的影响程度是不同的。通过运用层次分析法和专家打分，归一化处理后确定各个战场环境因素的权重，用线性加权和法确定战场环境适应因子M[18]：

式（13）中：m为一级指标数量；ni为第i类一级指标中二级指标数量；μi、μij分别为一级指标和二级指标的权重系数；Fij为专家打分值。

3 仿真算例

设某型反舰导弹武器系统的火控子系统平均故障间隔时间为2 000 h，平均修理时间为48 h，导弹子系统平均故障间隔时间为3 000 h，平均修理时间为96 h，执行任务的时间为10min，有复合末制导体制的反舰导弹ε=1，单一末制导体制的反舰导弹ε=0.7，设K=1，两型导弹的战术技术性能指标如表1所示，战场环境适应因子如表2所示。

表1 反舰导弹武器系统的战术技术性能指标Tab.1 Tactical and technical performance index of anti-ship missile weapon system

表2 反舰导弹武器系统的战场环境适应因子Tab.2 Adaptive capacity factor for battlefield environment of anti-ship missile weapon system

3.1 有效性和可靠性矩阵计算

3.2 作战能力矩阵计算

3.1.1 利用AHP法进行指标权重分配

1）建立判断矩阵。采用1～9的比例标度进行度量，经过专家咨询和两两比较，得出如下判断矩阵：

2）求最大特征值及特征向量。求解所得最大特征值及特征向量u分别为：

所得特征向量u即为各指标的权重系数，即：

3）一致性检验。求得相容性指标为：

当n=8时，其平均随机一致性指标RI=1.41，则有C/RI=0.033＜0.1，符合相容一致性原则。

3.1.2 构造理想矩阵和联系矩阵

根据两型反舰导弹各项性能指标的最优值确定理想矩阵：

这里讨论某型号反舰导弹作战能力与理想型号作战能力的同一度，故联系矩阵即为同一度矩阵[19]。根据集对分析法，可通过计算被评估系统与理想系统所对应指标的同一度得出两型反舰导弹的联系矩阵：

3.1.3 指标合成

根据C1=[ω1ω2ω3ω4ω5ω6ω7ω8]⋅B⋅ε，分别计算出两型反舰导弹的能力矩阵为：

3.3 环境适应能力计算

根据式（13），分别计算出两型导弹的战场环境适应能力为：Ma=0.821 7；Mb=0.838 6。

3.4 作战效能计算

通过分析结果可以发现：a型反舰导弹虽然在某些技术指标上优于b型导弹，但由于制导体制和战场环境适应能力的不同，b型复合末制导体制反舰导弹武器系统的综合作战效能优于a型导弹。

4 结束语

本文以实战化条件下导弹武器系统作战使用为需求，在传统ADC综合评估方法的基础上，充分考虑实战化战场环境因素的影响，分析构建改进ADC法的反舰导弹武器系统作战效能评估模型，使评估结果能更好地适应现实作战使用需要，同时针对导弹突防使用日益复杂的需要，采用层次分析等定性与定量相结合的方式对能力指标进行量化处理，可更好适应对复合制导体制反舰导弹的效能评估，具有较强的实际应用价值。通过研究看出，反舰导弹武器系统效能评估是一项复杂的系统工程，需要从使用需求的不同角度和层次对进行侧重和延伸分析，从而为不同的使用对象和作战需求提供具有针对性的评价模型和结论。

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Combat Effectivenessof Anti-Ship Missile Weapon System Based on Practical Environment

WANG Guangyuana,SHA Depenga,ZHANG Youzhia,MAO Shichaob
（Navy Aeronautical and Astronautical University a.Department of Military Education and Training; b.Graduate Students’Brigade,Yantai Shandong 264001,China）

In the ligut of the demand for the use of missile weapon combat,combined with the technical characteristics of the anti-ship missile weapon system,the influence factors of battlefield environment were introduced based on the tradi⁃tional evaluation model.The evaluation index system of anti-ship missile weapon system and the improved evaluation mod⁃el were established.Meanwhile,in view of the complexity of the capability of missile weapon system,the analytic hierarchy process and set pair analysis method were used in the comprehensive treatment of the evaluation index.The analysis showsed that the improved model could effectively reflect the integrated operational effectiveness of practical environment, and could provide more practical support and help for the training of actual combat conditions.

practical environment;anti-ship missile;combat effectiveness evaluation;ADC

TJ761.1；E911

：A

1673-1522（2017）01-0105-06

10.7682/j.issn.1673-1522.2017.01.002

2016-11-07；

：2016-12-01

王光源（1964-），男，教授，博士。