預警機在海上編隊防空作戰中的效能評估方法研究*

王虹曇

(海軍航空工程學院青島分院 青島 266041)

1 引言

隨著空艦導彈射程的不斷增加和隱身性能的進一步提高,海上編隊受到了嚴重的空中威脅。作為“空中耳目”,預警機集預警、指揮、控制、通信等多種功能于一體,是海上編隊防空作戰勝敗的關鍵。因此,研究海上預警機防空作戰效能具有重要意義。

預警飛機在海上編隊防空作戰中的作用是多層面的,預警系統本身是一個復雜系統,對其進行作戰效能評估涉及許多因素,有的因素無法進行精確計算,因而評估中常常帶有經驗性的判斷,根據作戰飛機作戰效能評估具有綜合性、概略性、相對性和層次性等特點[1～2],用模糊綜合評價法對預警機海上防空作戰效能進行評估。模糊綜合評價(Fuzzy Comprehensive Evaluation)方法的基本思想[3]是應用模糊關系合成的原理,根據多個因素與被評價對象本身存在的性態或類屬上的亦此亦彼性,把實際情況中模糊的東西客觀化,貼合多因素綜合評價問題的本質特點,有效地將復雜的定性問題定量解決,能夠取得較好效果。

2 模糊綜合評價的一般步驟

模糊綜合評價是對給定對象綜合考慮多種模糊因素進行評價和判決的方法。模糊綜合評價一般涉及三個要素:因素集、評價集、單因素評判。在單因素評價的基礎上,再進行多因素的模糊綜合評價。一般而言,模糊綜合評價過程大致包括這樣幾個步驟:

1)建立評價因素集

因素集是以影響評判對象的各種因素為元素組成的集合,通常用U來表示:確定評估的指標體系,解決用什么指標和從哪些方面來評價客觀對象的問題。在選取因素集時,要遵循一定的原則。

3)建立權重集

評價因素集中的每個因素在“評價目標”中有不同的地位,即各評價因素在綜合評價中占有不同的比重,這個比重稱為權值,確定權值的方法有很多[4],有離差權法、最有權法、均權法等。本文采用層次分析法。層次分析法(AHP)是確定多屬性問題中權重的常用方法,把復雜的問題分解成有序的遞階層次結構,根據1～9及其倒數的標度法,通過兩兩比較的方式(即生成判斷矩陣)確定層次中諸因索的相對重要性[5]。

4)單因素模糊評判

5)多層次模糊綜合評價

按照從下向上的順序逐層對權重和模糊評判矩陣施加某種模糊運算?,最后得到V上的一個模糊子集,其中表示被評價對象具有評語的程度。

表1 預警機海上防空作戰效能評估體系、權重、單因素模糊向量表

3 評估體系和評判標準

3.1 建立評估體系

選擇合適的效能指標建立評估體系,是做好系統效能評估的關鍵。衡量某預警機防空作戰效能的優劣主要是從能涵蓋該預警機防空作戰能力的一些主要基本指標[6]來考慮的。通過大量的查閱有關資料和向相關專家的咨詢,經過多次反復修改、補充與完善,并遵循選擇評價指標的客觀性、可測性、完備性、獨立性、一致性和簡潔性原則[7],建立預警機海上防空綜合作戰效能遞階層次結構評估體系,第一層是總目標層A,即綜合作戰效能,第二層是準則層B,共5個,第三層是指標層C,共 18個。如表 1所示。確定了評估體系也就確定了因素集。

3.2 評判集及標準的制定

評判集是對預警機防空作戰效能評估可能得出的評判結果所組成的集合。將評判等級分為V1(優秀)、V2(良好)、V3(中等)、V4(較差)、(差)5個等級。則評判集機防空作戰效能評估指標體系及評判集確定后,需要廣泛征求預警機設計、研制單位的工程師、研究員、訓練部門的軍事專家等的意見,制定出預警機作戰效能各項指標具體的等級評判標準。通過將受評對象的特征值與評判標準值進行比較,把具體指標值轉換為評判值。由于篇幅所限本評估體系的評判標準不再列出。

4 單因素模糊評判

由于各指標的內涵不同,且往往處于不同的數量級,為了得到模糊判斷矩陣,必須對不同的指標進行標準化處理(無量綱化),各種指標通過本身的隸屬函數模糊化過程,即可較好地實現無量綱化。對于所有底層評估指標,按數據類型可分為定量指標和定性指標兩類。

針對事物模糊性的不同情況,可采用不同的方法來確定隸屬函數。國內外學者提出了諸如模糊統計法、例證法、專家經驗法、模糊分布法等[8]。根據預警系統的特點,本文采用模糊分布法中的梯型隸屬函數對定量指標進行模糊化處理。根據前文建立的評判等級標準,確定各型指標升勢、降勢臨界點,建立梯型分布隸屬函數。其中是底層指標ci隸屬于評判集5各評語的隸屬度j=1,2,是為1的臨界值,是為1時兩個端點值。

假定某海上預警機任務飛行高度C1為6800m,根據隸屬度函數算出模糊評價向量:rC1=[0 0 0.25 0.75 0],依此方法得到其它定量指標的模糊評價向量rci。

圖1 任務飛行高度的梯型隸屬函數圖

關于定性指標,很難對其進行量化,綜合研制單位的專家和軍事專家的集體智慧具有較高的可信度,采用專家評判給出模糊隸屬度。通過上述對定量和定性指標的處理,不同性質不同量綱的底層指標值轉化到了統一的隸屬度空間上,構成模糊評判矩陣。此過程可以借助Matlab工具來減輕計算的復雜度。

5 模糊綜合評判實例分析

下面給出一個運用文中介紹的模型和方法對某型預警機A在海上編隊防空作戰中效能評估的實例。由于篇幅所限,某型預警機評估指標的實測值不再列出。根據上文給出的評價體系及指標的模糊隸屬化方法,計算出各底層指標的模糊評價向量rci,見表1。分別構成準則層5個指標的模糊評判矩陣:

由模糊評判矩陣和權重向量,由下向上逐層進行模糊綜合計算。本文采用加權平均型算子(M(?,⊕))進行模糊綜合計算,此算子不僅考慮了所有因素的影響,而且保留了單因素評判的全部信息,比較適合于求整體指標的情形。計算結果如下:

5.1 二級層次(準則層)的綜合評判

1)載機性能的綜合評判指標權重集為:

wB1=[wC1wC2wC3wC4]=[0.2945 0.2068 0.3134 0.1853],模糊評判矩陣為RB1,則載機性能B1的模糊評判向量0.5291 0.1602 0]

2)預警探測能力的綜合評判指標權重集為:

wB2=[wC5wC6wC7wC8]=[0.1429 0.5714 0.1429 0.1429],模糊評判矩陣為RB2,則載機性能B2的模糊評判向量0.3143 0.0286 0]

3)指揮引導能力的綜合評判指標權重集為:

4)通信能力的綜合評判指標權重集為:

wB4=[wC13wC14wC15wC16]=[0.1748 0.21570.3670 0.2425],模糊評判矩陣為RB4,則通信能力B4的模糊評判向量0.3958 0.0825 0]

5.2 一級層次(目標層)的綜合評判

由此可得預警機A的海上防空綜合作戰效能的模糊評價矩陣R:

準則層5個指標的權重集:

最終的綜合模糊評判向量為:

根據最大隸屬度原則,此預警機防空作戰效能屬于良好。從模糊綜合評判過程還可以得到預警機A的載機性能、預警探測能力、指揮引導能力、通信能力和生存能力的評判等級分別為中等、良好、良好、良好偏下,可見,要想進一步提高預警機A在海上編隊防空作戰中綜合效能,可以通過改善載機性、提高通信能力以及進一步加強空中自衛能力來實現。

6 結語

1)用模糊綜合評價法對預警機在海上編隊防空作戰中的作戰效能進行評估,貼合多因素綜合評價問題的本質特點,把實際情況中模糊的東西客觀化,有效地將復雜的定性問題定量解決,取得了較好的效果。

2)在具體的評估中,要充分吸收研制專家和軍事專家的經驗,進一步完善評估體系;在廣泛比較國內外此類預警機戰技性能的基礎上,進一步對評估標準合理化、精細化。使模糊綜合評價法成為評估預警機在海上編隊防空作戰中效能的一種標準可行的方法。

[1]朱寶瑬,朱榮昌,熊笑非.作戰飛機效能評估(第二版)[M].北京:國防工業出版社,2006

[2]刑昌風,李敏勇,吳玲.艦載武器系統效能分析[M].北京:國防工業出版社,2008

[3]謝季堅,劉承平.模糊數學方法及其應用[M].武漢:華中理工大學出版社,2006

[4]秦壽康.綜合評價原理與應用[M].北京:電子工業出版社,2003

[5]許柏樹.層次分析法原理[M].天津:天津大學出版社,1988

[6]儷能敬.預警機系統導論[M].北京:國防工業出版社,1998

[7]徐培德.軍事運籌學基礎[M].長沙:國防科技大學出版社,2003

[8]胡寶清.模糊理論基礎[M].武漢:武漢大學出版社,2004