面向任务的水面舰艇编队防空目标威胁评估

张世燎 徐粲然 杨春秀

（海军大连舰艇学院 大连 116018）

1 引言

水面舰艇编队是海上作战的主要兵力编组形式［1］，防空是其主要的作战样式之一［2］。以指挥员为中心执行作战任务为牵引的空中目标威胁评估是抗击空中目标指挥决策的基础性问题。空中目标威胁评估的方法主要有层次分析法、贝叶斯网络法、多属性决策法、熵值法、云模型法，神经网络法、影响网络方法［3～5］，以及DBN 和证据网络［6］等方法。传统的方法基于目标属性及运动特征进行单一目标威胁评估并排序，面向指挥员聚焦完成使命任务能力不足。这里，从编队作战指挥组织出发，面向各级指挥员决策任务，研究目标威胁评估方法。

2 水面舰艇编队防空作战指挥

2.1 编队防空作战指挥关系

编队防空作战由编队指挥所统一组织，是编队指挥员通过情报编辑、作战指挥和辅助指挥相关人员的协助，对编队舰艇、直升机和作战飞机等节点制定计划、组织行动、指挥控制和统筹协调的活动。具体关系如图1所示。

图1 编队防空指挥关系及人员关系示意图

2.2 编队防空人员作战职责

编队指挥员，负责组织制定编队防空作战方案和作战飞机的引导方案，实施区域防空作战及对作战飞机的辅助指挥。编队情报编辑人员，收集各节点战场信息，在分析、筛选的基础上进行重要目标的判定。编队对空作战指挥人员，负责防空方案的制定，协调各舰艇节点进行防空作战。舰艇单节点指挥员，基于编队空中态势，在编队的统一指挥下，负责职责范围内的防空作战。这里主要研究水面舰艇节点相关的威胁评估。

2.3 编队防空责任扇面的划分

编队防空责任区划分方法的研究不少［7］，这里以典型模式为研究对象。防空责任区的划分方法为：以编队中心为原点，基于编队队形，从原点向平台作射线，相邻兵力夹角的平分线为区域边界；在边界线的基础上，分别向相邻平台过线一定角度为责任分界线。如图2所示。Z为编队中心，A、B分别表示舰艇节点，ZC是∠A`ZB`的角平分线，α为重叠扇面角，则∠A`ZA``对应的空域为舰艇节点A的右侧部分责任扇面，∠B``ZB`对应的空域为舰艇节点B的左侧部分责任扇面。论文中的责任扇面主要指相临舰艇责任区中线形成的扇面，防空扇面应包括向外扩展一个重叠扇面角。

图2 编队防空扇面划分示意图

2.4 编队指挥人员防空目标威胁视角分析

编队防空作战时的目标威胁视角主要包括：全局视角，全面掌握防空态势，了解所有空中目标对编队的威胁；平台节点视角，重点掌握本平台责任扇面内的目标威胁，尤其是交叉区的目标威胁；重点目标视角，需重点防抗的空中目标对我的威胁。

编队指挥战位需包括全局视角、平台节点视角、重点目标视角。编队防空情报编辑战位需包括全局视角、重点目标视角。编队防空指挥战位需包括全局视角、平台节点视角、重点目标视角。平台节点指挥战位需包括节点平台视角、重点目标视角。

3 面向视角的威胁评估

3.1 指挥视角的含义

视角的定义主要有三个：从物理的角度，是由物体两端射出的两条光线在眼球内交叉而形成的角；从任务的角度，摄影镜头所能摄取的场面上距离最大的两点与镜头连线的夹角；从主观的角度，观察问题的角度。

综合三个角度，编队作战指挥视角可定义为：指挥员为有效抗击编队防空扇面内的空中目标，需要掌握的全局、节点及目标的相关角度。其中，节点按指挥员的关注程度，可按重要性进行排序。

3.2 编队节点的重要性度量指标

基于舰艇节点在作战中的指挥角色、防御能力、打击能力及平台的能力状态，建立指标体系。如图3所示。

3.3 指标权重的确定

指标权重的确定方法很多，主要包括主客观以及综合赋权等。主观赋权法主要有德尔菲法、层次分析法，客观赋权法主要有熵值法、主成分分析法、人工智能法等［8］。

指挥员作为指挥的核心要素，作战效果受各种因素的影响，既有客观的，也有主观的。在进行权重确定时，应采用主客观、时变等方法来综合确定权重。

3.4 舰艇平台的重要性综合评价

设有I个舰艇平台，记为SI，分别用i来表示，t为作战时刻，Z表示威胁的综合评价值，T为主观评价值，G为客观评价值。则：

Zi(t)=αβTi(t)+(1-α)Gi(t)

其中，β为指挥员的主观纠偏因子，α为主客观选择因子。

3.5 舰艇平台的重要性权重

设权重用ω表示，则：

4 单目标威胁评估

单目标威胁是编队空中目标威胁评估的基础，是各视角威胁评估的基础。单目标威胁评估方法主要有通过指标量化评估和解算推理式评估等。量化法主要有米勒量化法、两级比例法、专家打分法［9］、区间量化法、模糊数量化法和区间数量化法［8］等；解算推理式主要有多属性决策、基于案例推理、时空推理，以及贝叶斯网络、神经网络［10～13］等理论方法。基于这些方法可构建单目标的威胁评估方法，这里不进行研究，主要针对指挥视角进行讨论。

图3 节点重要性度量指标体系

5 威胁的相关定义

威胁评估值多用威胁等级来描述，是通过对威胁衡量指标的运算值进行区间化分级获得的。基于等级描述的威胁评估框架，定义如下：

设目标威胁、衡量指标个数、每个指标因素数分别用为E、K和Bk来表示，则：

第k个指标的初始值定义为Oek=fk(b1，b2，…，bBk)；

威胁综合评估值定义为E=tr(Oe1，Oe2，…，OeK)，E＞0。

若Oek为效益型指标，记为OPek；若Oek为成本型指标，记为ONek。则：

6 全局视角目标威胁及排序规则

6.1 编队全局防空目标威胁排序规则

设有空中目标M个，K个威胁指标的排序优先序为：R1≻R2≻…≻RK，Dmrk为第m个目标的第k个指标值，则排序规则如下。

1）以威胁综合评估值进行排序

如果Em＞Em+1，则第m个目标排在前；如果Em＜Em+1第m+1 个目标排在前；如果Em=Em+1，以指标优先序进行排序。

2）依指标优先序进行排序

这里以效益性进行说明，如果Dmrk＞D(m+1)rk，则第m个目标排在前，如果Dmrk＜D(m+1)rk，第m+1个目标排在前，如果Dmrk=D(m+1)rk，以及出现时机排序。

3）依据目标出现的先后排序。

6.2 防空指挥节点威胁排序规则

设节点i的总威胁为WiE(t)。节点威胁排序时，首先以各节点的总威胁进行排序。在总威胁相同时，基于各目标的威胁评估指标值的和，以威胁评估指标优先序进行排序。

1）以节点总威胁值进行排序

若WiE(t)≠Wi+1E(t)，总威胁值大的排在前，否则以指标优先序进行排序。

2）依各指标优先序进行排序

3）依据节点的重要性排序。

7 平台节点视角威胁评估与排序

平台节点主要负责责任扇面的防空任务。责任扇面包括独立扇面和交叉扇面。为全面地应对本平台节点的完全作战任务和全部防空目标，将两个扇面综合考虑。在交叉扇面内，目标的处理根据战术、编队指挥员授权进行目标抗击。

设目标M中，在第i个节点独立扇面内的威胁目标有MIl个，记为

设目标M中，第m个目标属于第i个节点交叉区，数量为MIc：

独立扇面与交叉扇面总目标记为

SMi=SMic∪SMil

7.1 扇面内目标总威胁评估

Emi(t)∈SMic，i当前节点的排序。

7.2 目标威胁排序

目标威胁排序首先以各目标的威胁值进行排序，当威胁值相同时，再以目标威胁指标优先序进行排序。具体排序规则如6.1。

8 目标视角威胁评估与排序

设目标m，对I个舰艇节点中的IM个有威胁，记为

SmI={Emi|Emi＞0，1 ≤i≤I}，|SmI|≤IM

8.1 目标对关键点的总威胁

8.2 目标威胁关键点的排序

单空中目标对各关键点的威胁排序，采用6.2的逻辑进行解算。解算过程中，以一个空中目标进行处理。

9 案例分析

设编队包含3 个平台节点，分别记为I1，I2，I3，其中I1为编队指挥舰，其余为协同节点；责任扇面分别为[0°，120°)、[120°，240°)、[240°，360°)，交叉扇面角15°。重要性权重分别为0.450，0.331，0.219；来袭空中目标6个，威胁指标2个，优先序为到达时间（Kt）、目标类型（Kf）。时刻t时刻目标的位置、运动参数如表1所示。

表1 目标威胁评估态势想定

9.1 平台节点视角威胁评估与排序

根据威胁扇面视角计算模型，以威胁等级，到达时间、目标类型等指标进行3 个节点的目标威胁及排序。这里以扇面I1进行说明。具体如表2、表3所示。

9.1.1 独立扇面及交叉区目标威胁及排序

表2 独立扇面及交叉区目标威胁及排序

9.1.1 独立扇面及交叉区目标威胁及排序

表3 平台责任目标总威胁

9.2 目标视角威胁评估与排序

这里以重点导弹目标M1XX01为例，总威胁为6.25，排序为I1(3.6)、I3(2.65)、I2(-)。

9.3 全局视角威胁评估与排序

以全局视角模型计算目标总威胁及排序，各关键点威胁及排序如表4。

9.3.1 目标对各节点的威胁及排序

表4 目标对关键点的总威胁及排序

9.3.2 各节点威胁及排序

各节点的威胁排序为I1(14.4)、I2(1.986)、I3(1.752)。

10 结语

面向任务的水面舰艇编队多视角防空目标威胁评估方法适用于海上方向各种舰艇编队的防空作战。方法不是单纯计算单个目标的威胁后排序，而是以指挥员履行人员职责和完成赋予任务为目标，具有针对性地从三种视角进行了威胁评估，具有系统性、整体性、针对性等特点。方法是水面舰艇编队防空指挥决策的重要基础，对防空作战威胁评估具有直接的指导意义，对反潜、对海、对岸等其他方面作战的目标威胁评估具有借鉴意义。