反潜巡逻机综合效能评估

吴 杰， 孙明太， 刘海光

(1. 海军航空工程学院 五系，山东 烟台 264001；2. 海军航空工程学院 青岛校区，山东 青岛 266041；3. 海军潜艇学院 三系，山东 青岛 266042)

反潜巡逻机综合效能评估

吴 杰1， 孙明太2， 刘海光3

(1. 海军航空工程学院 五系，山东 烟台 264001；2. 海军航空工程学院 青岛校区，山东 青岛 266041；3. 海军潜艇学院 三系，山东 青岛 266042)

建立了涵盖平台性能、搜潜能力、攻潜能力的综合效能评估指标体系，提出一种应用熵权-灰色关联进行评估的方法，建立了相应的评估模型。熵权法可弥补主观赋权法随意性强的不足，灰色关联法可对信息不完全明确的多项指标进行综合评估。给出了应用实例，应用该方法对典型的反潜巡逻机的综合效能进行评估，验证所提方法的有效性和可行性。

反潜巡逻机； 综合效能； 熵权； 灰色关联法

0 引 言

反潜巡逻机是主要用于执行海上巡逻反潜任务的特种飞机，留空时间长、搜索面积大，并可携带多种探潜设备和攻潜武器[1]，具有较强的反潜能力。它综合了大型飞机平台技术、信息处理技术和反潜武器装备技术等先进技术[2-3]，研制投入高、难度大、周期长。对反潜巡逻机的综合效能进行科学有效的评估，可为其武器研发、作战使用等提供定量分析依据和参考。

在已见刊的反潜巡逻机效能评估类文章中，主要是以单一概率或几个概率的连乘积作为反潜巡逻机效能的量度[4-6]。如文献[4]中以单一的杀伤概率作为量度；文献[5]中以成功发现、定位并且毁伤敌潜艇的概率作为量度。而影响反潜巡逻机效能的因素较多，与把概率作为效能量度的“单一”射击效能相比，建立涵盖平台性能、搜潜能力、攻潜能力的综合效能评估指标体系进行效能评估，更为合理。反潜巡逻机作为一个复杂的技术系统，存在着部分信息不确定的问题，可看作是一个灰色系统，而灰色关联法适于对不确定的信息进行处理，熵权法可克服主观赋权法中人为因素对权重的影响。基于此，本文把两种方法相结合，建立熵权-灰色关联评估模型对反潜巡逻机综合效能进行评估。

1 综合效能评估指标体系的建立

首先建立反潜巡逻机综合效能评估指标体系，反潜巡逻机综合效能评估是个多因素综合评判问题[7]。对巡逻机的综合效能进行层次分析，构建反潜巡逻机综合效能的评估指标体系如图1所示，其中前5项为平台性能指标；后2项为搜潜能力指标；最后1项为攻潜能力指标。

图1 反潜巡逻机综合效能评估指标体系图

1.1 平台性能指标的建立

对于大型反潜巡逻机来说，平台性能是最为重要的，①因为优异的平台是巡逻机效能得以充分发挥的前提。②因为巡逻机服役周期长达数十年，而加装设备更新速度快，有了优异的平台才能较为方便地进行加改装以适应作战需求的变化。平台性能指标由以下5个指标组成：

(1) 最大起飞质量(kg)。最大起飞质量直接决定了巡逻机用途的多样性，其与空重之差反映了巡逻机携带有效载荷的能力。最大起飞质量越大，则可以携带越多的搜攻潜设备，并形成多种作战样式的搭配。最大起飞质量大也可给机组工作人员创造一个良好的工作环境，对于效能的发挥有促进作用。

(2) 最大平飞速度(km/h)。是指在一定高度上，巡逻机所能达到的最大定常(加速度为零)水平飞行速度。最大速度快使得巡逻机可以高速赶往海区执行应召反潜等任务。

(3) 低空巡航速度(km/h)。低空巡航速度越小，巡逻机的起飞、着陆和盘旋性能越好。

(4) 继航时间(h)。又称航时，是指巡逻机装满燃油和滑油起飞后(不进行空中加油)，在空中连续飞行的时间。

(5) 作战半径(km)。是指巡逻机起飞后，向某一方向飞行，到达最远点后再返回原来的机场，从最远点到原来机场的距离。巡逻机主要执行中远程巡逻任务，对于作战半径的要求较高。

1.2 搜潜能力指标的建立

常见搜潜设备有搜潜雷达、声呐浮标、航空磁探仪、红外探测设备和废气探测仪等。后3种设备主要是作为辅助搜潜设备使用[11]，所以搜潜能力以雷达、声呐浮标为研究对象，选取其作用距离为评估指标(km)。

1.3 攻潜能力指标的建立

常见攻潜武器有反潜鱼雷和航空深弹[12]。反潜鱼雷是目前反潜巡逻机攻潜的主要武器，攻潜能力主要考虑反潜鱼雷的能力，以鱼雷单发命中率[13]为评估指标。

2 综合效能评估模型

设有m种反潜巡逻机参与评估，构成评价方案集：U={U1,U2,…,Um}；对反潜巡逻机综合效能起重要影响的n项指标构成因素指标集：M={M1,M2,…,Mn}。这就构成了一个典型的(m,n)评价问题(m个评价对象，n项评价指标)。

设Ui对于Mj的属性值为xij(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)，则可得到初始评价矩阵X=(xij)m×n。

2.1 指标规范化处理

为统一量纲以便于比较，需对反潜巡逻机综合效能评估指标的数据进行规范化处理，得到归一化、无量纲的标准化决策矩阵R=(rij)m×n，常见的变换有以下两种：

(1) 效益型指标。即“越大越好类”指标(对于反潜巡逻机，如最大起飞质量)，令

(1)

(2) 成本型指标。即“越小越好类”指标(对于反潜巡逻机，如低空巡航速度)，令

(2)

2.2 熵权法确定指标权重

权重确定方法主要有主观赋权法和客观赋权法两类。主观赋权法代表性的有专家打分法和层次分析法，特点是能较好地反映评估者的意图，但有较大的主观随意性。而客观赋权法可有效克服主观法随意性强的不足，本文采用客观赋权法中的熵权法确定权重。

熵是信息论中测定不确定的量。一个系统有序程度越高，则熵就越小，所含信息量就越大；反之，无序程度越高，则熵就越大，所含信息量就越低。信息量和熵互补，信息量是负熵。熵权法用指标熵值来确定权重。

在(m,n)评价问题中，第j项评价指标的熵定义为：

(3)

第j项评价指标的熵权ωj定义为：

(4)

2.3 灰色关联法进行排序

灰色关联法是一种相对于某一基准的多属性决策方法，构造一个参考数列为基准，该参考数列代表了一个理想的武器系统，其各项指标在各武器系统中最优。以参考数列为基准来权衡各评价对象对参考数列的关联程度(总体上的接近程度)，以此排序，进行评估。若评价对象关联程度越高，则为最好。

为了将标准化决策矩阵中各元素置于同一坐标空间中，须将其乘以不同的权重，得到比较矩阵：

(5)

利用比较矩阵Yij，构造m个比较数列Yi(j)代表各参评系统，与式(5)矩阵中各列向量对应。参考数列代表一个理想的武器系统。式中，在每个评估指标下对各反潜巡逻机进行比较，取最大值，得到参考数列：

(6)

定义关联系数：

ξi(j)=

(7)

式中：常数为分辨系数，其作用在于调整比较环境的大小，一般取ρ=0.5。

定义灰色综合关联度：

(8)

式中：ri反映了第i列向量与参考向量的接近程度。

综合式(5)～(7)，依次计算Yi(j)对Y0(j)的关联系数，得关联系数矩阵：

(9)

由式(8)、(9)计算各反潜巡逻机相对于理想反潜巡逻机的关联度，将ri按大小顺序进行排列，最终确定各型反潜巡逻机综合效能的排序结果。

3 应用实例

3.1 评估矩阵建立及指标规范化

本文选择4种典型的反潜巡逻机作为评价对象。各反潜巡逻机性能指标数据[14-15]见表1。

表1 各反潜巡逻机综合效能评价指标的属性值表

表1中的各项指标中，低空巡航速度V3为成本型指标，其他均为效益性指标。由式(1)和(2)计算可得到标准化的决策矩阵：

3.2 权重计算，构造比较数列和参考数列

由式(3)和(4)计算得到各评估指标的权重为(0.27，0.10，0.04，0.13，0.14，0.18，0.07，0.07)。结合权重，由式(5)可得比较矩阵

Yij=

比较数列可用矩阵表示：

由式(6)可得参考数列：

3.3 关联度计算及排序

由式(7)计算得关联系数矩阵：

ξ(j)=

由式(8)算得灰色综合关联度，并进行排序，结果如表2所示。

表2 综合效能最终排序表

由表2数据可知，巡逻机A的综合效能最好。对结果进一步分析可看出：巡逻机A和C的综合效能可归入第1档，巡逻机B可归入第2档，巡逻机D为第3档，它的综合效能最差，并且与前三者差距较大。

评估结果与文献[6]中的评估结果基本一致，证明了该评估方法的有效性。巡逻机C虽然有三项指标优于A，但性能不如A全面。巡逻机B虽然其他性能较好，但存在最大起飞质量和最大平飞速度两项短板，所以排名第三。而巡逻机D服役多年，一直没有进行大的技术改进，性能已经全面落后。

4 结 语

针对传统的反潜巡逻机效能评估中评估指标单一的不足，建立了较为全面的综合效能评估指标体系。应用熵权-灰色关联法对综合效能进行评估，建立了评估模型：引入熵权减小主观因素对评价结果的影响，引入灰色关联模型对多项指标进行综合评估，并应用到4型典型的反潜巡逻机的综合效能评估中。结果表明方法简单实用，并且易于编程实现，可推广到其他装备的效能评估中。

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Comprehensive Effectiveness Evaluation of Anti-submarine Patrol Aircraft

WUJie1，SUNMing-tai2，LIUHai-guang3

(1. Dept. of the Fifth, Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001, Shandong, China; 2. Qingdao Branch of Naval Aeronautical and Astronautical University，Qingdao 266041，Shandong, China; 3. Dept. of the Third, Naval Submarine Academy, Qingdao 264002, Shandong, China)

Because the deficiency of index system is simple and tactics and technic trait cannot be roundly reflected in typical anti-submarine patrol aircraft's effectiveness evaluation, a comprehensive effectiveness evaluating index system hss been established. It combined with platform capability, submarine searching ability and attacking ability. An integrated effectiveness evaluation method combined with entropy weight and gray correlations was put forward. The corresponding model was set up. The deficiency of subjectivity was remedied by using entropy weight method. Comprehensive evaluation of many gray indexes is carried out by using gray correlation method. It also gives an application example. Comprehensive effectiveness of typical anti-submarine patrol aircrafts is evaluated. The example indicates that the method is effective and feasible.

anti-submarine patrol aircraft; comprehensive effectiveness; entropy weight; gray correlation method

2016-03-15

海军装备部重点科研基金项目资助(43511121G)

吴 杰(1980-)，男，江苏宜兴人，讲师，现主要从事装备作战使用及效能评估研究。

Tel.：13697615356；E-mail：ninapejjy@163.com

V 271.4

A

1006-7167(2017)01-0034-04