基于SEA的水面艦水聲對抗系統作戰效能評估模型研究＊

（91388部隊 湛江 524022）

1 引言

水面艦水聲對抗系統是水面艦水下防御體系的重要組成部分，建立作戰效能評估模型有助于了解其作戰能力和不足，為指揮員作戰決策提供參考依據，也為提高系統的作戰效能創造條件。目前，很多專家和學者已經開始探討和研究水聲對抗系統的效能評價方法。唐正和孫超等人提出了基于灰色層次分析法的水聲對抗系統效能評估［1］。現有的效能評價方法還有Lanchester方程、原型仿真、影響圖方法等，上述方法均局限于靜態評估系統效能，有一定的主觀性及模糊性［2］。

SEA（System EffectivenessAnalysis）方法由美國（MIT）信息與決策系統實驗室（LIDS）的A.H.Levis教授等人于20世紀70年代末至80年代中期提出，它通過將系統的運行與系統要完成的使命聯系起來，觀察系統的運行軌跡和使命要求的軌跡在同一公共屬性空間相符合的程度，根據軌跡重合率的高低，來判斷系統的效能高低。可以看出，SEA 方法強調在相同的環境下，系統與使命的建模和分析，是動態的客觀分析系統效能的方法［3］。該方法已在一些軍用系統（如歐洲的北約防空系統）和民用系統（如工業用的自動化系統）效能評估與分析方面成功應用［4］。本文將探討采用SEA 方法來分析水面艦水聲對抗系統作戰效能，并建立評估模型。

2 使命任務和基本思路

水面艦水聲對抗系統一般由魚雷報警子系統、綜合反應子系統和對抗實施子系統組成，其作戰流程也相應劃分三個階段［5］：一是魚雷報警階段，主要由魚雷報警子系統完成對來襲魚雷的探測、識別，并發出報警信號；二是對魚雷攻擊的快速反應與決策階段，由綜合反應子系統把環境信息、戰術信息和魚雷動態位置信息進行綜合，擬定出艦艇規避和布放對抗器材的對抗方案；三是對抗階段，對抗實施子系統接收到綜合反應子系統的指令后，采用軟殺傷／硬殺傷、非殺傷多種對抗手段，發射對抗器材，利用水聲環境進行恰當的機動規避，使來襲魚雷航程耗盡或直接將其摧毀。可見，水面艦水聲對抗系統的使命任務是對敵來襲魚雷進行發現、識別和報警，并組織布放對抗器材進行對抗，掩護本艦規避，以此來防御敵魚雷的攻擊，提高本艦的生存能力。

由于采用SEA 方法進行效能評估是針對具體作戰任務的，因而需要對水面艦水聲對抗系統作戰效能分類進行評估。我們根據其作戰特點，將水面艦水聲對抗系統作戰效能的指標作了相應的簡化，分為三個相對主要的性能指標度量：報警性能指標、反應決策性能指標和器材對抗性能指標［6］。通過三者的有效結合，可以得出系統的水聲對抗作戰效能。

3 性能指標確定

3.1 報警性能指標（MOP1）

系統的報警性能指標一般指報警范圍和獲取信息的質量［7］。系統報警范圍可近似為以系統最大報警距離為半徑的圓。報警范圍越大，預警時間就越長，就有更充足的時間實施水聲對抗，對水下防御就越有利。而信息獲取方面，主要考慮系統對來襲魚雷信息的錯報和漏報兩個因素。報警正確率越高，漏報率越低，信息獲取質量越高。因此，系統報警性能指標數學模型的建立應該考慮系統對來襲魚雷最大報警距離R和能夠組織實施對抗的艦雷最小間距r的關系以及系統對來襲魚雷的報警正確率η和漏報率ξ問題。具體模型如下：

在具體裝備的效能評估中，可根據裝備性能得到η，ξ，r與R的值。圖1為報警性能指標（MOP1）與n，ξ，r，R之間關系示意圖。

圖1 MOP1 與η，ξ，r，R 關系示意圖

3.2 反應決策性能指標（MOP2）

反應決策性能指標在本文用系統反應時間來衡量。系統對魚雷目標報警后，將所得的信息作相應處理、決策，最后組織布放器材進行對抗或規避，這需要一定的時間，而這一時間的長短即是系統的反應時間t［8］。從發現魚雷目標一直到對抗實施的整個過程中，不能使魚雷接近到能夠組織實施對抗的艦雷最小間距r這一邊界線，系統的反應時間是決定性因素。假設系統對來襲魚雷報警距離為R，來襲魚雷相對于水面艦的徑向速度為v。則

圖2為反應決策性能指標（MOP2）與R，v，t之間關系示意圖。

圖2 MOP2 與R，v，t之間關系示意圖

3.3 對抗性能指標（MOP3）

對抗性能指標是指通過采用軟殺傷對抗器材、硬殺傷對抗器材和非殺傷對抗手段對我方產生的有利結果［9］。本文認為實施方式越多，效能相對越大。在此將對抗效能分為軟殺傷器材對抗效能、硬殺傷器材對抗效能和非殺傷對抗效能三個子指標，分別定義為MOP31、MOP32和MOP33，則對抗效能度量函數為

4 系統映射和使命映射

1）在敵方魚雷來襲過程中，我方水聲對抗系統發現并識別目標。報警距離越遠，為我提供實施對抗行動的時間越長，對我對抗作戰越有利。由MOP1模型和圖1可知，報警性能指標MOP1在（0，η·（1-ξ））中變動。

在作戰中，對于MOP1的使命范圍，我們希望對來襲魚雷的報警距離遠大于我最小實施對抗距離，因而MOP1的值域應取為：

2）在作戰過程中，根據系統對來襲魚雷報警距離和系統反應時間，戰場態勢會出現以下兩種情況：1）我艦已經穩定跟蹤敵魚雷，可以實施對抗，即R-vt≥r；2）我艦已來不及對來襲魚雷組織對抗。因此：

MOP2值域為

3）在對抗中，若發現來襲魚雷距離足夠遠，一般要采用多種對抗手段，以求形成由遠及近的全面防御層次。在實際的作戰過程中，采取了多少對抗方式，就根據MOP3的量化模型計算相應的指標量化值，從而知MOP3值域為（0，1）。

4）綜合建模。下面將MOP1、MOP2和MOP3綜合得出系統的作戰效能。由于目標報警、作戰反應和器材對抗是整個水聲對抗系統信息作戰的必要流程，在作戰過程中處于前后相連的三個階段，參考“串并聯”模型框架，利用以下公式評估系統的水聲對抗效能［13］：

在此，為強調對整個水聲對抗系統的最低能力限制，強調“信息門檻”這個定義。信息門檻是為完成特定的作戰任務在信息能力或質量上的最低限度。當系統能力低于某個信息門檻，則效能指數MOP＝0。本文評估模型的信息門檻有兩個：最小報警距離r和實施水聲對抗。當系統報警距離低于r，當沒有及時采取對抗措施時，直接定義作戰效能MOP＝0，不再使用評估模型評估。

4 實例計算與結果分析

4.1 實例計算

利用上文建立的數學模型，本文對水面艦水聲對抗系效能做了計算分析。

1）若報警距離足夠遠，為實施多種對抗方式組合干擾提供了足夠的時間，以MOP31＝MOP32＝MOP33＝0.5 為例，則MOP3＝1-（1-0.5）3＝0.875；若能采取兩種對抗方式，則MOP3＝0.75；若只能采取一種對抗方式，則MOP3＝0.5。

2）若我們定義MOP3取固定值K，當R≥r時，效能評估公式為MOP＝K·MOP1·MOP2·MOP3，K?（0，1）。此時，基本情況想定為：敵魚雷速度vt＝27.5m／s，我水聲對抗系統對魚雷實施對抗的最小距離500m，K＝0.9，η＝0.9，ξ＝0.05。結果如表1所示。

表1 不同想定下的系統作戰效能比較

4.2 結果分析

1）對來襲魚雷報警距離越遠，可為水聲對抗實施多種對抗方式組合干擾提供的時間越充足，越有利于完成水聲對抗作戰任務；

2）通過分別對比表1中想定Ⅰ和想定Ⅱ以及想定Ⅲ和想定Ⅳ情況下的系統效能值，可以分析得出在范圍［r，R］內我方對魚雷目標報警距離越遠，系統的效能越佳；

3）通過分別對比表1中想定Ⅰ和想定Ⅳ以及想定Ⅱ和想定Ⅲ情況下的系統效能值，可以得出當系統的作戰反應時間減小時，系統的效能明顯提升，可以看出反應時間對于水面艦水聲對抗作戰非常重要。

5 結語

本文應用了SEA 方法建立了水面艦水聲對抗系統作戰效能評估模型。需要指出的是，應用該模型評估水面艦水聲對抗系統作戰效能的準確性主要取決于指標體系的完善和其性能度量（MOP）的模型的好壞。因此，今后將繼續這兩個方面的研究來完善該模型，并重點完善MOP3及其各級的子指標。

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