基于物元模型－AHP的電子戰無人機作戰效能評估

金 朝，楊 文，梁 良，王永明

（解放軍63893部隊，洛陽471003）

0 引 言

在未來信息化條件下的局部戰爭中，作為網絡中心站重要節點和打擊平臺的各類電子戰無人機，既能執行各種電子支援、情報收集和戰場監視等作戰任務，又能執行各種旨在對敵方戰場電子信息系統／網絡和重要節點實施軟（干擾、欺騙等）、硬（反輻射攻擊和電子毀傷等）殺傷的進攻性電子戰作戰任務［1］，已成為未來陸、海、空、天、電磁一體化作戰的“殺手锏”武器。

無人機的作戰效能是指整個武器裝備系統在一定或規定的使用環境以及所考慮的組織、戰術、生存、保障等條件下，使用該系統完成規定任務的能力。影響作戰效能的因素主要有任務區域、飛行距離、控制距離、威力區域和飛行航跡等，其效能評估應同系統的作戰特點、任務輪廓及實際特性聯系起來［2，3］。常用的效能評估方法有解析法、模糊決策法、系統效能分析（SEA）法、加權灰色關聯度法、層次分析法（AHP）等，雖然各自都具有一定的優點，但這些方法對于復雜的多目標評價問題缺乏動態性和客觀性，當規模較大時存在收斂速度慢、計算過程復雜、尋優能力較弱以及在數學上的完備性有待加強等缺點［4］。建立在可拓學物元理論基礎上的多目標可拓綜合評價物元模型，通過多目標性能參數等級的綜合評判，可實現多目標化為單目標定量評估，是一種多元數據量化的新方法［5］。AHP分析法在權重分配上具有邏輯性、系統性強的特點，把物元模型和AHP分析法結合應用，取長補短，可以更加客觀、準確地反映出評價結果，是一種無人機作戰效能評估的新途徑。

1 基于物元模型－AHP的數學評估模型

基于物元模型－AHP評估方法的基本思路是將物元分析理論應用于多層次的綜合評價中，通過層次分析法確定各層次各指標的權重，考慮到各因素的重要性不同，把按乘法法則合并得到各指標權重系數加入關聯度的計算，增加了對評價因素的定量分析，克服了層次分析法過分依賴評價因素權重的不足。評估步驟為：（1）對評價系統建立遞階層次結構；（2）物元分析，確定待評物元的量值、經典域和節域；（3）確定評價指標的權重；（4）評價指標關聯度計算；（5）綜合評判等級的確定。

1.1 物元分析

事物具有各種各樣的特征，確定的事物關于某一特征有相應的量值。物元的概念為解決根據事物關于特征的量值來判斷事物屬于某集合程度的識別問題提供了新途徑。給定事物的名稱N，它關于特征C的量值為V，以有序三元R＝｛N，C，V｝作為描述事物的基本元，簡稱物元［5］。

（1）待評物元

對于待評估的對象，把所得到的各分項指標值用待評物元R0表示：

式中：N0為待評估狀況等級；ci（i＝1，2，…，n）為 N的特征；xi（i＝1，2，…，n）為 N0關于ci所取的量值。

（2）經典域和節域

對于待評物元，在其評價指標體系和層次結構的分析的基礎上，根據評估要求確定評估等級，并給出每個評估等級所規定的量值范圍。

確定經典域：

式中：Nj（j＝1，2，…，m）為所劃分的評估等級；ci（i＝1，2，…，n）為相應評估等級的特征，即分項指標；Xji＝＜aji，bji＞為 Nj關于ci所規定的量值范圍，即經典域。

確定節域：

式中：Np為評估等級的全體；區間Xpi＝＜api，bpi＞為Np關于ci所取的量值范圍，稱為節域，顯然有Xji＜Xpi。

1.2 確定評估指標權重

物元模型分析在關聯度計算的過程中，指標權重是必須知道的，計算權重的方法有專家打分法、統計試驗法、德爾菲法等，本文采用AHP分析法確定指標權重，AHP分析法是一種定性與定量分析相結合的多因素決策分析方法，具有較強的邏輯性、準確和系統性［6］。

首先，在建立層次結構體系后，以層次結構模型的第2層開始，對于同一層諸因素，用成對比較法和1～9比較尺度構造成對比較矩陣A＝（aij）n×m［7］，直到最下層。

其次，對每一個成對比較矩陣計算特征向量W及對應的最大特征根λmax，求解方法有和法、根法和冪法等。以“和法”為例求特征向量和最大特征根：

表1 隨機一致性指標IR作為修正值表

1.3 關聯度計算及等級評定

（1）確定關聯度

關聯度實際上定量描述各指標關于各評估等級的歸屬程度，以表征元素間的層次關系。定義對象N在指標Ci下關于等級j的關聯度為：

（2）等級評定

若 Kj0（N0）＝maxKj（N0），j0∈（1，2，…，m），則判定N0屬于等級j0。當Kj0（N0）＞0時，表示待評對象符合某級標準，且其值越大符合程度越好；Kj0（N0）＜0時，表示待評對象不符合某級評估標準，其值越小表明與某級評估標準的差距越大。

2 電子戰無人機作戰效能評估指標體系

電子戰無人機的單機出航作戰過程大致可分為任務規劃、指揮引導、起飛、巡航飛行、威脅規避、目標探測、發現和確認、目標攻擊、毀傷評估、退出攻擊、返航、著陸等階段。如果是編隊出航作戰，還存在空中會和、編隊控制、目標分配等多機協同作戰［8］。針對電子戰無人機的作戰過程及應用特點，結合無人機系統的實際特性，建立評估指標體系通用框架，主要從基本性能、生存能力、偵察監視能力、電子對抗能力、指揮控制能力、戰斗能力、可靠性和作戰保障能力8個方面對電子戰無人機系統的作戰效能進行分析，如圖1所示。

圖1 電子戰無人機系統作戰效能評估指標體系框架

該指標體系框架主要是針對無人機在電子戰應用領域的效能評估，鑒于目前無人機種類多，機型差異和任務載荷的不同將直接影響評估指標的確立。因此，在開展無人機效能評估時，應在評估指標體系框架下，根據不同的實際情況，結合評估目的和要求，綜合分析效能評估的相關因素，對評估指標進行調整和細化，建立科學合理的效能評估指標體系和方法體系，進行效能評估。在實際操作中，可以以機型為標準進行評估，也可以以任務為標準進行評估；可以單就某一功能評估，也可以進行整體系統評估。

3 算例分析

以某次復雜電磁環境下電子戰無人機聯合進攻演練為例，依據電子戰無人機系統作戰效能評估指標體系通用框架，結合演練任務需求，對演練中某型通信對抗無人機建立了作戰效能評估體系，見圖2。

圖2 通信對抗無人機作戰效能評估指標體系

3.1 物元分析

根據演練中采集數據的統計結果，專家組采用標度法（如表2所示）對各評估指標的實測值進行歸一量化評測并確定量值。以發現目標能力為例，由演練中的統計數據計算得出該型無人機對地面超短波電臺的平均偵察距離、信號的截獲概率和偵察頻率覆蓋率，結合裝備技戰術指標和演練情況，專家組將指標b1、b2和b3的量值確定為6.5，7.1和7.8，其他指標量值見表3。

表2 標度的定義

表3 各指標相對于上級指標及評估對象的權重

結合專家意見和評估要求，將通信對抗無人機作戰效能的評估等級定為：較低（N1）、一般（N2）、較好（N3）和好（N4）4個等級，并規定了每個評估等級對應的量值范圍。依此確定經典域為：

確定節域為：

3.2 計算指標權重

運用1.2中的方法計算各指標相對于上級指標及評估對象的權重，由Matlab軟件編寫計算程序，計算結果如表3所示。

3.3 關聯度計算和等級評定

根據各指標的量值和相對于上級指標和評估對象的權重，由式（4）和式（5）可計算出各指標及評估對象關于各評估等級的關聯度。以發現目標能力為例，二級指標關于各等級的關聯度為：

發現目標能力關于各等級的關聯度為：

其它各指標及評估對象關于各評估等級的關聯度的計算結果如表4和表5所示。

表4 一級指標關于各評估等級的關聯度

從表4可以看出，通信對抗無人機飛行控制能力的評估結果為“好”，發現目標能力、干擾能力和可靠性的評估結果均為“較好”。

從表5中可以看出，通信對抗無人機整體作戰效能的評估結果為“較好”水平。

表5 評估對象關于各評估等級的的關聯度

4 結束語

電子戰無人機在現代戰爭中的應用越來越廣泛，科學合理地評估其作戰效能是發展和提高電子戰無人機作戰能力的重要一環。本文提出了基于物元模型－AHP的評估方法無人機作戰效能評估方法，建立了電子戰無人機作戰效能評估指標體系通用框架，并以某次復雜電磁環境下電子戰無人機聯合進攻演練任務為應用實例，運用基于物元模型－AHP的評估方法對作戰效能進行評估，較好地將專家群體、數據和各種信息與計算機技術有機結合起來，將定性和定量分析結合起來，使得評估結果更趨于客觀實際。該評估方法的應用對提高電子戰無人機部（分）隊在復雜電磁環境下的訓練質量和訓練效益具有一定的幫助。

［1］羅守貴.電子戰無人機的發展現狀及趨勢［J］.艦船電子對抗，2009，32（2）：26－28.

［2］魏瑞軒，李學仁.無人機系統及作戰使用［M］.北京：國防工業出版社，2009.

［3］陳建榮，郭齊勝.無人機系統的系統效能評估［J］.火力與指揮控制，2008，33（5）：45－47.

［4］俊紅.武器系統效能評估方法淺論［J］.火控雷達技術，2003（12）：47－50.

［5］蔡文.物元模型及其應用［M］.北京：科學技術出版社，1994.

［6］魏繼才，黃謙，胡曉峰.層次分析法在武器系統效能建模中的應用［J］.火力與指揮控制，2007，35（5）：24－28.

［7］Saaty T L.The Analytic Hierarchy Process［M］.New York：McGraw－Hill，1980.

［8］鞠明，陳永光.空襲行動中雷達干擾無人機作戰運用初探［J］.飛航導彈，2009（8）：21－25.