自适应层次分析法在机载侦察设备作战效能评估中的应用

陶杨

随着战场环境日趋复杂,战场情报收集工作重要度显著增加,种类繁多的侦察设备的战场应用日益普遍,航空侦察作为一种重要的侦察手段受到广泛重视[1−5].为充分利用飞机平台的空中优势,弥补地面侦察手段不足,各国竞相研制出CCD相机、合成孔径雷达、红外成像仪等多种机载侦察设备,并实现对现役飞机上的加改装.通过加装侦察设备改装而成的侦察机可用于对岛礁、舰船、机场、码头、通讯指挥中心、地面雷达站、导弹阵地等地面、海面固定和活动目标执行直接侦察和打击效果评估任务,为作战行动提供情报保障.

目前,对于武器平台及装备效能评估模型虽有一些新方法新手段[6−7],但大多仍以对数法等解析方法[8−12]为主,该方法使用的经验公式中的相关参数需要通过采集大量样本经过人工整理分析调整得到,主观性较强,评估结果的可信度不高.本文从侦察机作战任务角度出发,兼顾考虑了侦察设备性能以及加装机载侦察设备后侦察机平台能力,建立了作战效能评估指标体系,对作战效能评估模型进行了深度探索,采用了一种基于自适应层次分析法的评估模型,并利用该模型对加装几型侦察设备的侦察机作战效能进行了评估.

1 效能评估指标体系

为评价加装不同机载侦察设备后的综合作战效能,首先要建立作战效能评估指标体系,包括机载侦察设备自身能力及加装侦察设备后飞机的飞行能力两个子指标体系.其中,机载侦察设备能力包括目标识别能力(最大分辨率)、目标跟踪能力(作用距离)、数据传输能力(实时数据传输速率)3项子能力,飞行能力子指标系统作为包括最大飞行马赫数、任务半径、最大航程以及实用升限4项子能力.建立的双层作战效能评估指标体系,如图1所示.

2 效能评估模型

2.1 评估矩阵建立

采用1∼9标度[13−14],以敌方地面阵地武器装备布设情况的侦察拍照作战作为主要作战任务,专家针对建立的作战效能评估指标体系打分,结果经统计归纳后得出的评估矩阵B以及子矩阵B1、B2,如表1∼表3所示.

表1 效能评估矩阵B初始专家打分

表2 侦察设备能力评估矩阵B1初始专家打分

表3 飞行能力评估矩阵B2初始专家打分

2.2 基于扰动分析的自适应评估矩阵调整

在完成评估矩阵建立后,需对元素数量不少于3个的矩阵进行一致性检验,以保证最终评估结果的合理性.通过计算得出评估矩阵的一致性比例CR来判断该矩阵是否满足一致性指标,若CR<0.1,则该矩阵可满足一致性的基本要求,若不满足,则重新调整原始评估矩阵数值直至CR满足要求为止.

由于经过专家打分后的评估矩阵一般为非完全一致性成对矩阵,一致性较低,故通常需要重新调整评估矩阵数值,在不明确调整位置与幅度的情况下,这一过程增加了人的主观影响以及盲目性,科学性不高.为避免这种情况的出现,这里采用了一种基于扰动分析的自适应评估矩阵的调整方法.

任何一个非完全一致性成对矩阵B可以看成一个完全一致性成对矩阵A[15],增加了一个扰动矩阵∆后的结果,即

其中,完全一致性成对矩阵

扰动矩阵

非完全一致成对矩阵

式中,bij=aij·δij,i,j=1,2,···,n.

则扰动矩阵∆中的元素

因此,在找到最大扰动值δmax,并修正对应参数,即可减小非完全一致性成对矩阵B的一致性比例CR.相应优化步骤如下:

1)求解非完全一致性成对矩阵B的最大特征值λmax及对应的最大特征向量X;

2)由特征向量X构建完全一致性成对矩阵A;

3)一致性检验,计算一致性比例CR,当CR<0.1时,该矩阵满足要求无需优化,否则进入步骤4);

4)计算扰动矩阵∆并找出最大扰动值δmax,修正矩阵B对应位置元素数值bδ,当bδ>1时,将其做减1处理,当bδ<1时,将其倒数做加1处理,从而构造新成对矩阵Bnew;

5)返回步骤1),重复上述步骤直至成对矩阵一致性满足为止.

经过上述分析,只需对飞行能力评估矩阵B2进行计算求解. 在进行2次调整后一致性比例CR=0.0706,满足要求,调整后的新评估矩阵B2_new如表4所示.h

表4 优化后的专家打分评估矩阵

经归一化处理后,得到的权重向量:W2=[0.0937 0.4194 0.1323 0.0742 0.2803].

另外,无需进行一致性经验的评估矩阵B、B1对应的权重向量:W=[0.75 0.25];

W1=[0.6483 0.2297 0.1220]5.

2.3 能力指标矩阵建立

参与比较的共有三型机载侦察设备,这里以I型各能力指标作为参考项,根据指标体系得出的能力矩阵C1、C2分别为:其中,数值大于1表明指标优于I型侦察设备,反之则较I型侦察设备差.

2.4 作战效能值计算

为获取任一型侦察设备作战效能值,首先应由

式(6)计算子指标体系效能值.

再将结果作为上一层指标体系的输入,由式(7)得到最终的作战效能值.

经过计算,得出的三型侦察设备的效能评估结果见表5,对应为III型效能最佳,II型次之,最后为I型.

表5 三型侦察设备作战效能值

3 结论

随着武器装备的发展,效能评估的重要性日益增加.本文从减少效能评估过程中的主观影响,提高客观性、可信性的目的出发,提出了一种基于自适应层次分析法的评估模型,并将之运用在加装不同侦察设备改装的侦察机的作战效能评估上,模型灵活性好、通用性强,可进一步推广到评估其他武器装备的作战效能.