潜艇鱼雷武器系统作战效能灰色综合评估∗

2018-05-29张永峰

舰船电子工程 2018年5期

吴磊张永峰曲丰

（1.华中科技大学自动化学院武汉 430074）（2.91388部队湛江 524022）

1 引言

作为水下战场的主力军，为了更好地发挥自身隐蔽突袭的优势，潜艇主要使用鱼雷武器系统对敌目标进行攻击与防御，其作战效能直接影响潜艇的作战能力，也是评估鱼雷武器系统优劣的重要指标。关于效能的概念目前尚无统一的定义，一般认为效能是指在规定的条件下使用系统时，系统在规定的时间内完成规定任务的程度的指标［1］。

效能评估的方法有很多种，考虑的因素不一样，侧重点也不相同。文献［2］采用了传统的ADC模型对鱼雷武器效能进行了建模与仿真。文献［3］提出了基于信息熵的评估模型，重点评估了信息优势对作战效能的影响。未来水下战场情况复杂，效能评估指标因素多且具有一定的模糊不确定性，运用模糊综合评判法进行效能评估能够把定性描述与定量分析紧密地结合起来。文献［4］将模糊综合评判应用于鱼雷武器系统作战效能评估中，根据隶属度原则构建了评判矩阵并建立了评估模型。文献［5］针对潜空导弹武器系统作战效能评估中不确定性指标难以进行量化的特点，建立了集成灰云模型和改进层次分析法两者优点的作战效能评估模型。

本文综合考虑了潜艇鱼雷武器系统的组成和使用特点建立了评估指标体系，在专家打分基础上通过引入灰数建立评估矩阵，相较最大隶属度原则，考虑的因素更全面，突出了对多种评价因素的模糊性及不确定性的评价，评价结果更为客观。

2 潜艇鱼雷武器系统作战效能评估指标体系

建立评估指标体系是评估潜艇鱼雷武器系统作战效能的基础，潜艇鱼雷武器系统作战效能评估指标体系是对作战过程全程性、复杂性、系统性的描述，评估指标的选取应按照以下原则：1）评估指标应涵盖影响鱼雷武器系统作战效能的全部因素；2）各评价指标应与评估目标密切相关；3）能够全面反映评价对象并且数据具有可得性。根据国军标定义，鱼雷武器系统是指鱼雷及安装在平台上的发射装置，探测跟踪装置、指挥仪、相关设备、软件和人员等组成的能完成规定作战任务的综合体［6］。它能对目标执行警戒、跟踪、识别、数据处理、威胁估计及控制鱼雷发射和导引以打击目标。从该定义不难看出鱼雷武器系统的整个作战任务剖面是从探测传感器发现目标开始到鱼雷击中目标为止。综合考虑潜艇鱼雷武器系统的组成及作战过程，参考文献［7～10］建立评估指标体系如图1。其中，一级评估指标由信息获取能力、发控导引能力、鱼雷毁伤能力、系统可靠性组成。信息获取能力指系统发现、跟踪目标的能力，包括发现目标、识别目标和跟踪测量目标等过程；发控导引能力指系统发射，导引鱼雷武器攻击目标的能力，包括系统对鱼雷的发射、导引、跟踪及攻击等过程；鱼雷毁伤能力指鱼雷命中并毁伤目标的能力，包括鱼雷搜索目标，命中目标的过程及对目标的毁伤程度；系统可靠性是指鱼雷武器系统稳定可靠工作的能力，主要反映鱼雷武器系统在任务中的可靠性及可用性。

图1 潜艇鱼雷武器系统作战效能评估指标体系

3 评估模型

3.1 评价样本矩阵

根据潜艇鱼雷武器系统作战效能评估指标体系建立二级评价指标集。由m个组成一级评价指标集的指标有n个，构成二级评价指标集对潜艇鱼雷武器系统作战效能建立评语集，设其有5个评价等级，即为评语集。v1为好、v2较好、v3中等、v4较差、v5为差，相应分值分别为90、70、50、30、10。采用专家打分法，邀请q个专家根据评语集对二级指标因素Uij进行打分，所有得分为dijq，根据专家评估结果建立专家评分矩阵：

3.2 灰色评估矩阵

灰数是指一个大概的范围，记为⊗。通过引入灰数对评价指标的不确定性和模糊性进行量化根据评价等级确定评价灰类为5类，评价灰类序号集为e=｛1，2，3，4，5｝，按灰类给各定性指标做白化函数［11］。

第一灰类“高”（e=1），灰数 ⊗1∈［70，90，100］，白化权函数为

第二灰类“较高”（e=2），灰数 ⊗2∈［50，70，90］，白化权函数为

第三灰类“中等”（e=3），灰数 ⊗3∈［30，50，70］，白化权函数为

第四灰类“较低”（e=4），灰数 ⊗4∈［10，30，50］，白化权函数为

第五灰类“低”（e=5），灰数 ⊗5∈［0，10，30］，白化权函数为

式中灰数表示指标x对应的等级，灰数中的数值分别表示评分可能分布的区间，中间数值表示属于该灰类的最佳评分值。对评估指标Uij，属于第e个灰类的灰色评估系数为cije，总灰色评估系数为cij，计算公式如下：

主张技术风险属于第e个灰类的灰色评估权记为rije：

评估指标Uij对于各灰类的灰色评估权向量rij

由评估指标Uij对于各灰类的灰色评估权向量rij组成灰色评估矩阵Ri。

3.3 评估指标权重系数

评估指标权重系数为各指标对评价等级的隶属关系。确定权重的方法有很多种，本文采用层次分析法确定权重系数。引入1～9比较度，逐一将下一层因素指标对上一次层因素指标两两比较［11］，建立判断矩阵A，计算最大特征值λ及特征向量，归一化处理后得到权重向量w，进行一致性检验，一致性比率CR为

其中CI=λ-n，RI为随机一致性指标见表1，若CR＜0.1，则认为判断矩阵A的不一致度在容许范围内，可用特征向量作为权重向量。否则，要重新比较，调整判断矩阵［12］。

表1 随机一致性指标RI的数值

3.4 灰色综合评估

由层次分析法求得指标Uij的权重为wi，且wi1+wi2+…win=1。对指标Uij进行灰色综合评估得到

由Bi组成总指标U的灰色评估矩阵R

权重向量w可得到目标评判向量B=wR，归一化处理后，由相应分值为V=｛90，70，50，30，10｝求出最终灰色综合评价值E

4 算例分析

对某型潜艇鱼雷武器系统作战效能进行评估，邀请行业相关专家5人对二级指标打分，得到评分结果如表2所示。

表2 专家对二级指标打分结果

由式（1）～式（9）求出灰色评估矩阵为

由层次分析法求指标权重向量，以W1为例，通过两两比较建立判断矩阵为

计算最大特征值λ=3.0385，所对应的征向量归一化处理后得到权重向量进行一致性检验，一致性比率CR=0.0664。同理求得

由式10式11得到灰色判断矩阵R

归一化处理后得到最终的评判向量

由式（12）得出最终分值

5 结语

在研究潜艇使用鱼雷武器系统使用特点的基础上，建立了作战效能评估指标体系，运用灰色综合评价法对鱼雷武器系统作战效能进行了综合评估。通过应用算例表明，灰色评估矩阵取决于专家组的组成规模和专家的知识水平结构，组成规模越大，结构越合理，评判结果越符合实际情况。该方法对潜艇鱼雷武器系统作战效能评估具有一定的意义。

参考文献

［1］刑昌风，李敏勇，吴玲.舰载武器系统效能分析［M］.北京：国防工业出版社.2008.1-2.

［2］魏勇，李伟，魏志强.鱼雷武器效能评估建模与仿真［J］. 计算机仿真，2013，30（2）：13-16.

［3］张仪，李昌，陈迎春.基于信息熵的潜艇鱼雷武器系统效能评估［J］. 舰船电子工程，2011，31（7）：42-44.

［4］王永安，钟峰，徐扬.基于模糊综合评判的鱼雷武器系统作战效能评估研究［J］.舰船电子工程，2012，32（7）：26-27.

［5］彭绍雄，王海涛，邹强.潜空导弹武器系统作战效能评估模型［J］. 系统工程理论与实践，2015，35（1）：267-272.

［6］鱼雷武器系统作战能力评定［S］.中华人民共和国国家军用标准，GJB26：86-96.

［7］李卫宁，高洪林，张笑.基于模糊层次分析法的鱼雷武器系统作战效能评估［J］.舰船电子工程，2010，30（9）：58-61.

［8］卜广志、张宇文.鱼雷武器系统作战效能的分析体系研究，舰船科学技术，2006（6）：16-19.

［9］高洪林，马亮，王新华，潜艇鱼雷武器系统作战效能分析［J］. 火力与指挥控制，2004，29（3）：27-30.

［10］张培培，杨大伟.鱼雷武器系统作战效能方法研究［J］. 舰船科学技术，2010，32（6）：76-78.

［11］吴磊，曲丰.潜艇作战系统试验项目技术风险灰色综合评估［J］. 舰船电子工程，2014，34（10）：127-130.