數字化炮兵作戰(zhàn)能力評價

李文濤，姜海波，王雪琴

（解放軍炮兵學院，安徽 合肥 230031）

隨著信息技術的飛速發(fā)展及其在軍事領域的廣泛運用，當今世界各主要軍事國家都邁開了數字化部隊建設的步伐，數字化炮兵也在新軍事變革的大潮中應運而生，作為陸軍信息化裝備中的一把利劍，它的產生和不斷發(fā)展必將對未來戰(zhàn)爭形成重大影響。因此，對數字化炮兵作戰(zhàn)能力進行分析與評價，已成為作戰(zhàn)研究的一個重要內容。本文根據數字化炮兵作戰(zhàn)的特點，基于數字化炮兵系統模型分解思想和指標體系構建的原則，構建數字化炮兵作戰(zhàn)能力指標體系。并且將遺傳層次分析法[1]（AGA-AHP）應用于數字化炮兵作戰(zhàn)能力評價，該方法用加速遺傳算法[2]（Accelerating Genetic Algorithm，AGA）檢驗判斷矩陣的一致性并同時計算判斷矩陣各要素權重，在很大程度上提高了評價可靠性。

1 數字化炮兵作戰(zhàn)能力指標體系構建

數字化炮兵，是指完成了主戰(zhàn)武器裝備的信息化改造，實現了炮兵內部各作戰(zhàn)要素和作戰(zhàn)單元之間的一體化、數字化網絡聯結，可以與其他戰(zhàn)場要素之間互聯互通，具有較強的信息整合能力、自我保障能力，以及一定的精確打擊能力的炮兵部隊[3]。數字化炮兵具有火力反應速度快、自主作戰(zhàn)能力強、抗毀傷性能突出等特點，成為現代戰(zhàn)場火力支援的支柱力量[4]。數字化炮兵有著不同于常規(guī)部隊的組織體制和編制結構，對數字化炮兵作戰(zhàn)能力評估指標體系的構建應該根據數字化炮兵武器裝備系統的主要構成和作戰(zhàn)能力的特點確定。基于數字化部隊系統模型分解思想和指標體系構建的原則，構建數字化部隊作戰(zhàn)能力指標體系。總體框架如圖1所示。

1）指揮控制子系統B1是實施作戰(zhàn)的關鍵。主要功能是分析判斷情況，形成作戰(zhàn)決心方案和各種保障方案，并形成作戰(zhàn)計劃；對戰(zhàn)場態(tài)勢加以評估，區(qū)分下達作戰(zhàn)任務，生成輔助決策預案，直接指揮和督促部隊作戰(zhàn)行動；掌握戰(zhàn)場變化，上下級的作戰(zhàn)態(tài)勢，車輛、兵器和人員的戰(zhàn)損情況，工程兵等專業(yè)兵作業(yè)的結果等，并能及時傳輸顯示，準確把握戰(zhàn)場態(tài)勢。

2）情報信息子系統B2是實施作戰(zhàn)的前提。主要功能是積極主動地獲取戰(zhàn)場信息，采取多種通信反干擾措施，為各級作戰(zhàn)指揮與行動提供通信保障，對戰(zhàn)場各種信息進行綜合、篩選，上傳下達，為作戰(zhàn)指揮和部隊作戰(zhàn)行動提供信息支持，與其它軍兵種情報信息系統一體化聯網共享戰(zhàn)場信息。

3）部隊與武器子系統B3是實施作戰(zhàn)的基礎。主要體現部隊機動的規(guī)模大小，能夠以多大速度進行機動，采取何種方式進行機動；遂行作戰(zhàn)任務，全方位充分發(fā)揮自身的作戰(zhàn)能力，它對戰(zhàn)爭勝負起著最直接的決定作用。

4）綜合保障子系統B4是實施戰(zhàn)爭的保證。主要功能是數字化部隊的燃料補給能力、軍需補給能力、彈藥補給能力的綜合反映，是保障數字化部隊的戰(zhàn)斗力得以充分發(fā)揮，可以進行持續(xù)作戰(zhàn)的綜合能力體現。還包括完成作戰(zhàn)行動需要的防護與偽裝等作戰(zhàn)工程保障、警戒與防御等勤務保障，組織對武器設備的檢測維修等技術保障。

圖1 數字化炮兵作戰(zhàn)能力結構圖

2 遺傳層次分析法原理

遺傳層次分析法的主要思想是將待評價系統的各要素按其關聯或隸屬關系建立遞階層次模型，構造基于兩兩比較的判斷矩陣，利用判斷矩陣的元素信息，并根據一致性條件構造相應優(yōu)化問題，利用遺傳算法求解該優(yōu)化問題，同時求得排序權值。設判斷矩陣 A ＝ ( aij)，各要素的單排序權值為，且滿足根據判斷矩陣A的定義，理論上有

若判斷矩陣A滿足式（1），則判斷矩陣A具有完全的一致性[5]，于是有

在實際運用中，由于系統的復雜性，決策者不可能精確度量 wi/wj，只能對他們進行估計判斷。顯然式（3）左端的值越小，則判斷矩陣的一致性程度就越高，當式（3）成立時則判斷矩陣A具有完全的一致性。基于此，計算各要素及其一致性檢驗問題可以歸結為如下優(yōu)化問題：

式中，稱CIF(n)為一致性指標函數（Consistency Index Function），單排序權值 wk(k ＝1… n )為優(yōu)化變量。式（4）是一個非線性優(yōu)化問題，用常規(guī)方法較難處理，而加速遺傳算法（AGA）作為一種通用的全局優(yōu)化算法，用來求解該問題更為簡便和有效。當CIF ( n)小于某一標準值時，可認為判斷矩陣A具有滿意的一致性，據此計算的各要素單排序權值wk是可以接受的。本文中，加速遺傳算法采用英國謝菲爾德（Sheffield）大學Matlab遺傳算法工具箱編程實現[5]。

3 對數字化炮兵作戰(zhàn)能力評價

3.1 構造數字化炮兵作戰(zhàn)能力評價判斷矩陣

根據上述層次模型，由軍事人員和專家對數字化炮兵作戰(zhàn)能力的各子系統和指標進行評估得到判斷矩陣如下。

3.2 一致性檢驗和層次各要素權重計算

采用加速遺傳算法求解，將式（4）轉化成算法中的適應度函數，算法的控制參數為：種群規(guī)模為40、交叉概率0.3、變異概率0.25、進化代數40，經優(yōu)化計算，這5個矩陣的排序權值和一致性指標函數值結果見表1，同時列出了特征值法[6]的相應結果。

表1 AGA-AHP與特征值法計算判斷矩陣元素權重結果

根據表1的結果可以看出：

1）判斷矩陣 A , B2,B4，AGA-AHP的計算精度高于特征值法的相應結果。判斷矩陣 B1,B3，AGA-AHP計算排序權值的結果與特征值法完全相同；

2）AGA-AHP在排序權值可能取值的區(qū)間[0,1]內進行快速自適應全局優(yōu)化搜索，求解精度高，計算結果穩(wěn)定。這些判斷矩陣的一致性指標函數值均小于0.10，具有滿意的一致性。

3.3 層次總排序及其一致性檢驗

根據上式計算C層各指標 C1～C14對于總目標A層相對重要程度的總排序權值見表2。

表2 各指標總排序權值

根據上式可得，總排序一致性指標函數值為CIFA(14)＝0.0072，說明各判斷矩陣均具有滿意的總排序一致性，上述計算的總排序權值可以作為數字化炮兵作戰(zhàn)能力評價指標的權重。

3.4 總目標評價

例如，某數字化炮兵部隊評價指標標準值為c1＝4,c2＝7,c3＝5,c4＝8,c5＝6,c6＝5,c7＝9,c8＝7,c9＝5,c10＝8,c11＝9,c12＝5,c13＝6,c14＝9，各指標值介于[0,10]之間，并規(guī)定[0,2.5)～差，[2.5,5)～中，[5 ,7.5)～良， [7 .5,10]～優(yōu)四個等級。

該計算結果說明，影響該數字化炮兵作戰(zhàn)能力影響最大的前六個指標為組織決策能力、裝備維護維修能力、信息處理能力、控制協調能力、作戰(zhàn)指揮能力和信息傳輸能力。 應該在以上六個方面作出調整，才能使該部隊作戰(zhàn)能力達到優(yōu)秀。

4 結束語

本文充分考慮了數字化炮兵作戰(zhàn)能力的復雜性，構建了其層次結構模型，并采用AGA-AHP來對數字化炮兵作戰(zhàn)能力進行評價，將判斷矩陣的一致性檢驗和計算各元素權重轉化為非線性優(yōu)化問題，這是其它常規(guī)方法較難處理的問題，而加速遺傳算法作為一種通用的全局優(yōu)化算法，用來求解該問題則更為簡便。經過與特征矩陣法進行比較，AGA-AHP的計算結果較為客觀和穩(wěn)定，而且整個評價過程易于計算機編程實現，具有一定的軍事應用價值。

[1]金菊良,魏一鳴.復雜系統廣義智能評價方法與應用[M].北京:科學出版社,2008:42-59.

[2]金菊良,楊曉華,丁晶.標準遺傳算法的改進方案——加速遺傳算法[J].系統工程理論與應用,2001,21(4):8-13.

[3]張繼春. 數字化炮兵部隊[M].合肥:解放軍炮兵學院,2001.

[4]李濤,郭齊勝. 數字化部隊作戰(zhàn)能力評估指標體系構建[J].裝甲兵工程學院學報,2008,22(2):14-19.

[5]雷英杰,張善文,等. MATLAB遺傳算法工具箱及應用[M].西安:西安電子科技大學出版社,2004:95-104.

[6]Satty T L. The Analytic Hierarchy Process[M]..New York:McGraw-Hill.