基于改进模糊层次分析法的某拦截系统防护效能评估研究

刘一鸣，王德荣，熊自明，杨智谦，王宇濛

(1.陆军工程大学 爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室， 南京 210007； 2.南昌工学院， 南昌 330108)

随着生产力的不断提高和科学技术的不断进步，战争形态也发生了深刻的变化。高科技武器层出不穷，毁伤效能日益提高，对地面高价值目标毁伤呈现准定位、高速度、深侵彻、强破坏等特点。本新型拦截系统(以下简称X系统)是基于地面目标末端防护的新型主动拦截系统，X系统区别于现有高炮、防空导弹等现有武器系统[1-2]的点式拦截方式，而是采用发射拦截网拦截来袭弹药[3]，进行面式拦截，拦截成功率高，经济性好。因此，研究如何对该种新型拦截系统进行直观有效地拦截效能评估具有重要意义。现有武器系统的效能评估多参考依照美国WSEIAC提出的E=ADC模型[4-5]，在此基础之上，进行相应武器系统的建模评估分析[6-10]。由于X系统与现有武器系统拦截手段和拦截原理不同，导致当前已有的评估模型不能较好地反映其拦截效能，因此提出了基于改进模糊层次分析法的防护效能评估模型，为X系统的效能评估提供依据。

1 拦截系统组成

X系统利用雷达探测较远距离的来袭弹药，根据来袭弹药的速度和方位，随动发射拦截网，在距离防护目标较近的范围内对来袭目标实现击爆，使防护目标由防直接命中变为防破片和空气冲击波。通过集成探测、控制以及随动发射等多种技术，形成了由雷达探测系统、中央控制系统、随动发射系统和发射拦截系统四部分组成的新型主动拦截系统，如图1所示。当目标来袭时，雷达探测系统将探得的信息传输给中央控制系统，解算出拦截参数后，将发射信号和发射诸元传递给随动发射系统，由随动发射系统发射拦截装置对来袭目标进行拦截，拦截流程如图2所示。X系统实现了由加强防护结构抗打击能力的传统土木防护到主动拦截来袭弹药的现代化防护的转变。

2 拦截系统效能评估模型

X拦截系统效能评估模型的建立，采用改进的模糊层次分析法，该方法主要是依据被评价对象的相关属性和信息进行评价，被评价对象往往都涉及多个属性(或指标)，因此需对相关的属性(或指标)进行仔细的筛选，通过建立模型对被评价对象做出公正合理的评价。

2.1 建立模型的因素集

一级因素集可表示为：

U={U1,U2,…,Uk}

二级因素集可表示为：

式中：i代表第i个一级因素；u的下标ni代表第i个一级因素的第ni个二级因素。

根据X拦截系统的拦截原理，采用层次分析法，建立系统的防护效能评价指标体系，如图3所示。

2.2 建立模型的评价集

模型的评价集，即可能对X系统做出评价结果的集合，表示为V={v1,v2,…,vm}，结合该系统的实际情况，采用“很重要”、“重要”、“较重要”、“一般”、“不重要”五个等级，即V={v1,v2,v3,v4,v5}。按照满分100分，则五个等级对应分数分别为V1=90,V2=80,V3=70,V4=60,V5<60，如表1所示。

表1 评价等级划分

图3 X拦截系统的防护效能评价指标体系框图

2.3 建立模型的权重集

系统权重集的建立过程采用改进的层次分析法，区别于一般权重集的建立过程，通过每一准则在同层次所有准则中的打分占比，来量化评价体系中每一准则的权重，以此来体现对X系统拦截防护效能的影响。

一级准则Ui中对系统防护效能Q的权重Mi可表示为：

(1)

(2)

其中，n=1,2或n=1,2,3，因为在X系统的防护效能评价指标体系中，部分一级准则对应2个二级准则，部分对应3个二级准则。

2.4 确定各因素的隶属函数

根据X系统效能评估建模的特征，在咨询过多位专家后，确定使用Г型模糊分布[12]为各因素的隶属函数。

偏小型模糊分布，采用如下函数计算隶属度，如评价体系中的测角精度、测距精度等。

中间型模糊分布，采用如下函数计算隶属度，如评价体系中的探测水平(俯仰)范围等。

偏大型模糊分布，采用如下函数计算隶属度，如评价体系中的探测距离等。

上述函数中的h是评价体系相同地位二级准则中的指标总个数。

2.5 计算拦截效能

首先计算评价准则中各因素的隶属度，可得：

(3)

则X系统的总效能可表示为：

(4)

其中，k为一级准则中的因素个数。

3 模型计算评估过程分析

根据任务需求及系统配置，X系统的拦截目标主要为中远程、中快速来袭目标，系统布置在重要地面目标周围，对目标进行拦截，保障防护目标安全。通过上述建立的评估模型，可对其防护效能评估进行计算分析。

3.1 计算二级准则对总效能的对应权重

经过征求专家决策意见，依据因素评价集中等级划分标准，对一级评判准则和二级评判准则打分如表2和表3所示。

表2 一级准则得分

表3 二级准则得分

由表2和表3的打分，根据式(1)和式(2)计算一级准则和二级准则权重的结果，如表4所示。

3.2 计算拦截系统中各评价因素隶属度

由2.4节已确定隶属度函数，根据评价因素不同的性质，将二级评价准则的模糊分布划分列表，如表5。

表4 一级准则和二级准则权重

表5 二级评价准则模糊分布划分

因此，各评价因素的隶属度计算如下。

1) 符合偏小型模糊分布的隶属度计算

2) 符合中间型模糊分布的隶属度计算

3) 符合偏大型模糊分布的隶属度计算

3.3 计算拦截系统的拦截效能

拦截系统的拦截效能计算若只考虑系统本身，缺乏一定科学性和合理性，应兼顾考虑系统所处环境和来袭目标特性，因此在经过合理分析和征求专家意见后，决定根据所处环境的优劣程度和来袭目标的威胁程度对计算得出的拦截效能进行修正，其修正系数λ如表6所示。

表6中的环境条件优劣度主要根据该新型主动拦截系统所处的温度环境、风力环境、空气湿度、作业天候(昼夜)以及雨热等环境因素来确定；来袭目标的威胁度则主要根据目标的弹径弹长、飞行速度、制导方式、装药量以及引信体制等方面进行确定，其中修正系数表达式为：

λ=λ1λ2

(5)

由式(3)、式(4)、式(5)计算拦截效能结果如表7所示。

表6 修正系数λ取值

表7 拦截效能分析

评价项评价结果探测及时性1.000 0探测精度0.835 2解算及时性0.903 3解算精度1.000 0发射及时性0.846 1发射精度0.871 8拦截有效性1.000 0系统拦截效能0.736 4

4 结论

X拦截系统是区别于目前高炮及防空导弹的新型末段拦截系统，拦截空间窗口大，经济性好，可靠性高，因此对其能够进行直接客观的效能评估具有重要意义。本研究通过采用改进的模糊层次分析法，建立系统的针对性拦截效能评估模型，提升了评估结果的可靠性，较为真实地反映了系统的拦截效能，改进了常规的模糊层次分析方法和传统效能评估模型，为后续拦截系统的进一步研发升级提供参考。