基于层次分析法对舰队防空威胁度研究

谢常达 范玺斌 王雪峰

（1.中国人民解放军32133部队 大同 037006）（2.海军指挥学院作战实验室 南京 210039）

1 引言

现代战争中，舰队遂行作战任务，将面对多种空袭兵器的威胁，度量并识别比较各型空袭兵器在不同作战对手、不同作战任务、不同作战时节下对舰队威胁的大小，对于多目标空袭威胁度定量分析，防空装备使用管控辅助决策，做好针对性的反空袭作战准备，有效实施反空袭作战具有非常重要意义。

舰队主要担负抢滩登陆、海上作战、护航等任务，对于不同的作战时节各空袭平台对舰队的威胁肯定是各不相同，通过定性和定量分析不同空袭平台在不同的战场情境下对于舰队威胁影响，为下一步定量分析多目标空袭威胁辅助决策提供数据。

层次分析法是一种用定量计算解决定性问题权重决策的运筹学方法，可有效解决多目标决策问题。通过对比和分析，本文主要使用层次分析法对舰队执行某一特定任务，某一作战时节的不同批次、不同类型空天袭击平台的威胁度进行简单的研究，从而预测各武器平台在不同战斗时节对舰队的威胁度情况进行定量的分析。不同国家对空袭兵器作战运用原则各不相同，不同空袭武器平台与打击目标的作战费效比也不尽相同，再加上一体化联合作战对各空袭平台先期反击程度和打击程度各不相同，因此可能对舰队的威胁程度不尽相同。任何一次空袭，其各批次、各种类空袭兵器平台对舰艇编队威胁度影响因素很多，如平台数量、飞行高度、飞行速度、飞行捷径等，如果只用模糊的强弱描述，无法得出定量的结论，对指挥员指挥决策会产生误导，通过层次分析法构建模型可计算出相对合理要素权重值，再通过一致性检验和效用函数的比对就可以计算出某次作战、某个作战时节中不同批次的众多空袭平台对舰艇编队威胁度的大小。本文主要是通过层次分析算法，预测出某次作战、某个作战时节各种空袭平台对于舰队威胁程度进行排序，从而为指挥员在空袭作战指挥中更加精确地计算出各空袭兵器的威胁程度。

2 影响空袭多目标威胁度评估的主要因素

层次分析法的首要步骤是确定模型结构，对于舰队空天袭击威胁度的计算模型而言，必须事先确地模型中的各项参数，即影响空天目标威胁度的各类因素。结合防空作战的战例和实践，综合考虑掩护目标的防御特性和空中来袭目标的特性，将空中目标威胁度的主要因素确定为目标种类、目标毁伤能力、目标机动能力、目标搜索能力、目标被拦截概率以及目标动态威胁度来分析，指标体系如图1所示。而不同空袭平台种类对于舰队威胁情况就需要根据战场经验定性的分析得出，不同作战对手，在不同的作战环境，不同的战斗时节中舰艇编队面对各空袭平台的威胁度是不尽相同的，另外还需要考虑在联合防空体系下，不同作战对手空袭兵器先期火力打击情况下剩余的作战力量也会不同，因此平台的种类在不同空袭背景下对于舰队的威胁情况是不同的，存在一定的差异。下面以舰队执行抢滩登陆任务时，上滩登陆阶段时节为研究对象，预测各空袭平台对舰队威胁度的排名。

图1 空中多目标威胁度指标体系

本部分针对舰艇编队防空袭目标威胁度进行分析评估，主要选取上述6个因素构成空袭多目标威胁度评估指标体系。本部分对各类指标进行定性处理，采用G.A.Miller指标标度法将各类指标模糊评价为9个等级，分别是极大、很大、大、稍大、中等、稍小、小、很小、极小，并通过量化标尺将其映射为定量数值，具体对应值如表1所示。

表1 量化标尺对应值

对于舰艇编队而言，水面舰艇是敌空中力量打击的主要目标，本节以水面舰艇作为防护对象进行威胁度分析，关于威胁因素的选取，具体描述如下。

2.1 目标种类C1

在不同作战样式和具体作战任务中，选择合适的武器种类可能对战场局势发生决定性的作用。这里的目标种类C1可以反映出空袭目标的战技性能和武器特性。不同的空袭目标可造成不同程度的威胁，如表2所示，舰载飞机对舰艇编队的威胁度最大，无人机和陆基飞机可挂载反坦克导弹，而巡航导弹更多用于攻击固定目标，弹道导弹的价值和战略用途更高，相较而言对于舰艇的威胁度较小。

表2 标种类威胁度C1

2.2 目标毁伤能力C2

目标的毁伤能力主要表现为空袭武器平台的打击面积、命中概率以及对被攻击目标造成毁伤的程度等，更多与武器平台相关。上述三个变量都与我防护目标的威胁程度成正比。例如：舰载攻击机使用具有跟踪能力的远程反舰导弹，命中率较高，毁伤能力强，威胁度自然也大；陆基陆基飞机（包括固定翼无人机）相较而言，受航程影响队海上舰艇编队威胁相比舰载航空兵力威胁相对弱化，打击面积与毁伤打击能力则与挂载武器直接相关。

表3 目标毁伤能力C2

2.3 目标机动能力C3

目标机动能力主要表现为空袭目标的飞行速度与机动灵活性，对于攻击运动目标产生一定影响，同时会影响到被拦截和命中概率等多个因素。例如：陆基飞机相较于巡航导弹的灵活机动能力更强，对于运动目标的空袭威胁度更大。

表4 目标机动能力C3

2.4 目标搜索能力C4

空袭目标的搜索能力与武器平台搭载的观瞄系统密切相关，而武器强大的搜索能力可大大提高发现我方的概率，且对于坦克这类运动目标的机动位置也能提供很好的预判数据，因此，目标搜索能力也与威胁度高低成正比，如表5所示。

表5 目标搜索能力C4

2.5 目标被拦截概率C5

目标被拦截概率与隐身技术、反追踪技术和速度等技战术能力息息相关，被拦截概率越小，对我防御造成的威胁度就越高。

表6 目标被拦截概率C5

2.6 目标动态威胁度C6

对于固定目标可不考虑该要素，但对于舰艇有一定机动能力的移动目标，在作战中应考虑到动态威胁度。该指标与目标距离、目标速度和目标攻击角度（来袭方向与防御方向夹角）等相关，要根据具体空袭目标情报进行分析。

1）目标距离威胁度I1

将敌我双方距离re-w、空袭目标武器有效打击距离re、我方防御有效打击距离rw综合考虑，可分为6种情况。

（1）当敌我双方距离大于空袭目标武器有效打击距离时，即re＜re-w时，敌空袭目标无法对我实施有效打击，此时动态距离威胁度I1为0；

（2）当敌我双方距离小于敌空袭目标武器有效打击距离，且大于我方防御有效打击距离，即re＞re-w＞rw时I1为1；

（3）当双方的有效打击距离均在敌我双方距离范围内，即 re＞rw＞re-w或 rw＞re＞re-w时，按如下公式进行计算：

2）目标速度威胁度I2

这里主要考虑敌我武器运动速度的比值大小，敌空袭目标武器的运动速度越快，我方防御系统瞄准、跟踪到拦截打击的难度就随之加大，从而对我的威胁度就越高。

3）目标攻击角度威胁度I3

目标攻击角度是目标的袭击方向与敌我攻防武器平台间连线的夹角，由此，当空袭目标的打击方向为我方防御防御，且我方防御系统打击方向指向来袭相反方向时，目标威胁度最大，相反则最小。

目标动态威胁度：

3 构造效用函数

根据研究对象，单纯考虑不同武器种类对舰艇编队打击的威胁度，不考虑单个批次的目标数量和掩护目标的防御能力，将舰艇编队作为一个整体进行考虑。

根据图1所示，对m类空中目标进行分析，可得到准侧因素矩阵：

其中，准则因素Cij由于单位不同、对威胁度影响不同，不能直接用于威胁度判断，须先将其转化为对威胁度的影响值，并进行归一化处理，即得到0～1的值，因此需要引入效用函数。对于以上模型，可采用如下两种效用函数。

1）若准则因素Cj越大，对掩护目标威胁度越大时，效用函数为

2）若准则因素Cj越小，对掩护目标威胁度越大时，效用函数为

根据具体因素选择相应的效用函数公式，通过计算可得到效用函数矩阵：

4 层次分析法计算权重

对于同一类别空袭目标，评估不同准则Cj对于目标威胁度P的影响度，并按以下标准进行评价，给出1～9的评价分数。

表7 准则影响度评分

表8 各要素层判断矩阵

C5越小P越高，采用式（6），C1～C4、C6越大P越高，采用式（5）。进而，可以得到该矩阵的特征向量W。

通过W计算得到矩阵的最大特征值λ：

层次分析法中一项重要的工作是进行一致性检验，该步骤是为了检验判断矩阵是否在容许的范围内，从一致性可以看出给出的判断矩阵是否合理。

当CR=CI/RI＜0.1时，可以认为判断矩阵的一致性可以接受，否则就需要重新构造判断矩阵。

表9 一致性检验标准RI值

5 应用举例

这里以舰队执行渡海登岛任务，舰艇编队火力打击和战场防空等作战任务，着手向纵深方向进攻这个时节，敌人可能使用5种平台对我舰艇编队海上目标进行空袭，A为察打一体无人机，B为舰载飞机，C为固定翼有人驾驶飞机，D为巡航导弹，E为战术弹道导弹。

根据上述想定，首先构造效用矩阵，如表10所示。

表10 各空袭平台准则因素

对表10给出的矩阵Aij进行归一化处理，在计算效用矩阵时，C1-C4，C6均是越大，威胁度越大，采用效用计算式（5）；C5均是越小，威胁度越大，因此采用效用计算式（6）。得到如表11效用矩阵结果。

表11 效用矩阵

根据式（7）可以得到特征向量。

通过计算得出λ=6.366。

可见，CR＜0.1，因此该判断矩阵的一致性可以接受。

根据特征向量W和效用函数矩阵μ，则第i类空中目标的威胁度量化值Pi表示为

最后，对Pi进行排序，可得到该次空袭中，不同空袭目标对舰艇编队造成威胁的排序。

表12 各空袭平台威胁度排序

通过层次分析法得到了各空袭目标的威胁度排序，可以预测在渡海登岛作战，要点夺控作战时节，对舰队威胁最大的是舰载飞机，其次是无人机，因此在这个作战时节具体到某一次空袭作战，对于不同批次的不同作战平台，在模型设计上，舰载飞机的种类的权重值设定就要大些。指挥员在此作战时节也将重点关注在对舰载飞机和无人机的应对上来。那么，当想定假设情况不同时，也就是说舰队在不同的作战任务和作战时节中我们可以得到何种结果，这些数据是否能够为合成旅对空防御的战法和部署提供参考和依据。对此，我们给出了6种不同情况的作战想定，通过层次分析法进行计算得到对应的空袭目标威胁度排序，进一步分析讨论各类武器平台在不同作战样式和作战目的的情况下，对舰艇编队防空造成的威胁程度，为合成旅对空防御部署提供参考和启发。

以下是6个想定。

1）两栖编队担负渡海登岛和要地夺控，我岸集结登船阶段；

2）两栖编队担负渡海登岛和要地夺控，抢滩登陆阶段；

3）舰队担负海上反击作战，舰队集结阶段；

4）舰队担负海上反击作战，部队开进展开阶段；

5）舰队担负海上反击作战，编队海上通道要点夺控阶段；

6）舰队担负海外权益维护，编队执行护航作战阶段。

同样也是针对五种空袭平台对我舰艇编队舰艇目标威胁度进行排序，也是用A代表察打一体无人机，B代表舰载飞机，C代表固定翼有人驾驶飞机，D代表巡航导弹，E代表战术弹道导弹。通过层次分析法对上述6个作战想定进行了计算，得到了不同作战样式和作战目标下的空袭武器平台威胁度排序，如表13所示。

表13 不同作战样式和作战目标下的空袭武器平台威胁度排序

6 结语

本文利用层次分析法解决了海上舰艇编队联合防空作战中空袭目标威胁度的判断，并针对不同作战样式和作战目标情况下，设计了6种具有代表性的作战想定，通过层次分析法对6个作战想定分别进行数学计算，得到不同的空袭武器威胁度排序。通过上表可以看出，不同的作战任务、不同的战斗阶段，舰队对于不同的空袭平台的威胁度也不尽相同。整体来说，舰载航空兵力和陆基航空兵力对舰队的威胁仍然很大，但是随着人工智能技术的不断升级和完善，无人机技术发展越来越成熟；同时移动互联、5G通信、新媒体技术发展的战场新闻舆论的制高点对于本国军人伤亡特别是飞行员的死伤，对于国内反战情绪和执政党的执政有着非常大的影响，因此大量使用察打一体无人机已成为各主要大国的首要选择，其较低的费效比、较易的操作性、较低的价值使得无人机空袭平台必将成为舰队最大的空袭威胁武器，从最近的叙利亚战争和亚美尼亚、阿塞拜疆纳卡冲突中也可以看到，察打一体无人机对地面作战力量的威胁越来越大。