水面艦艇編隊防空目標威脅評估

孫春生,　齊新戰,　魯　軍

(1.海軍潛艇學院,河北 青島　266000;2.特種作戰學院,廣東 廣州　510500)

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水面艦艇編隊防空目標威脅評估

孫春生1,齊新戰1,魯軍2

(1.海軍潛艇學院,河北 青島266000;2.特種作戰學院,廣東 廣州510500)

摘要：在海上作戰過程中,空中力量通常使用反艦導彈對艦艇編隊進行多批次、多方向的飽和攻擊,對艦艇編隊的安全構成了極大威脅。因此,對空防御是艦艇編隊的主要任務。為了對空中目標進行有效的火力分配和打擊,首先要對空中目標的威脅進行分析判斷,通過相關參數描述空中目標的威脅程度。針對艦艇編隊防空作戰中目標數量多、信息量少導致威脅判斷和火力分配難的問題,論文以威脅隸屬度函數表示目標信息,建立了基于熵值法和TOPSIS的防空目標威脅評估方法,不僅能夠較為準確的量化評估空中目標的威脅程度,還能為編隊合理分配火力有效對抗來襲空中目標提供依據,提高編隊指揮員決策的可靠性,對提高艦艇編隊防空作戰決策的準確性和科學性有一定的參考價值。

關鍵詞：防空作戰; 威脅評估; 熵值法; TOPSIS法

1引言

在海上作戰過程中,空中力量通常使用反艦導彈對艦艇編隊進行多批次、多方向的飽和攻擊,對艦艇編隊的安全構成了極大威脅。因此,對空防御是艦艇編隊的主要任務。為了對空中目標進行有效的火力分配和打擊,首先要對空中目標的威脅進行分析判斷[1]。對防空目標威脅評估的問題已有許多研究成果,主要利用層次分析法、貝葉斯網絡法、神經網絡法、多屬性決策法等[2][3]。這些方法或計算比較繁瑣,或由人員確定權重,具有很大的主觀性。因此,本文提出了基于熵值法和TOPSIS的水面艦艇編隊防空目標威脅評估方法,不僅能夠較為準確的量化評估空中目標的威脅程度,還能為編隊合理分配火力有效對抗來襲空中目標提供依據,提高編隊指揮員決策的可靠性,同時也可滿足仿真訓練的需要,具有十分重要的意義。

2威脅評估量化指標

艦艇編隊在防空作戰的過程中,可以通過相關參數描述空中目標的威脅程度,主要包括目標的類型、目標數量、航路捷徑、距離、速度、高度、電子干擾等,這些因素之間不僅相互關聯,同時也相互影響,需要綜合考慮進行分析評估[4]。

2.1目標類型

不同的空中目標類型,其裝備的武器裝備和探測器材各不相同,擔負的作戰任務和作戰樣式也不一樣,對艦艇編隊造成的威脅程度也不同相同。針對艦艇編隊的防空特點,量化空中目標的威脅程度如表1所示[5]。

表1　空中目標威脅量化表Tab.1　Air target threat quantization table

2.2目標距離

目標距離定義為目標與指揮艦之間的距離,反映空中目標對艦艇編隊的攻擊企圖。如果目標距離不斷減小,對艦艇編隊的威脅程度也隨之增加。目標距離隸屬度函數可表示為

(1)

其中,D1=30km,D2=300km,kd=10-2。

2.3目標速度

目標速度對艦艇編隊防空導彈的攔截成功率有直接影響。目標速度越快,穿過導彈殺傷區的時間越短,對艦艇編隊的威脅越大。速度威脅度函數可表示為

(2)

其中,v>0,單位為馬赫;a=-3×10-3×340=-1.02。

2.4目標高度

空中目標的飛行高度對于發現概率也有明顯影響。當目標采用超低空突防時,被發現距離縮短,突防概率隨之增大,對艦艇編隊的威脅度也大大增加。目標高度的隸屬度函數可表示為

(3)

其中,a=0.05km,kh=2×10-2。

2.5航路捷徑的威脅隸屬度函數

(4)

其中,k=5×10-3km-2,a=0km,pi為航路捷徑。

3基于熵值法和TOPSIS的威脅評估算法

利用熵值法和TOPSIS對目標威脅進行評估的步驟如下:

3.1構造初始數據矩陣

根據原始數據,計算各個指標的隸屬度函數,對數據進行歸一化處理,得到m個樣本,n項指標(m>n),可得矩陣X。

3.2對數據進行標準化處理

由于評價所選用的各個指標的量綱不盡相同,需要對初始數據進行處理

(5)

3.3采用熵值法計算指標權重

熵是對信息不確定性的一種度量。當信息量增大,則不確定性也隨之減小,熵也相應減小;信息量越小,不確定性也相應增加,熵也隨著增大。因此,熵的數值大小可以表示事件的隨機性,也可表示指標的離散程度。指標的離散程度越強,熵值越大;離散程度越小,熵值越小。

設第j項指標的信息熵值為

(6)

其中,k是與m有關的常數,k=(lnm)-1。

第j項指標的yij值分散程度越大,相應的hj值也越大,則第j項指標重要度也就越高。反之,如第j項指標的yij值分布比較集中,表明該指標的重要性相對較低。

第n個指標值中,第j項指標的權重為

(7)

3.4加權標準決策矩陣

將標準化矩陣與相應的權重值相乘即可得到新的加權標準決策矩陣

(8)

3.5確定最理想與最不理想的指標加權值集合

從各指標中選擇最大的指標值,即可形成最理想解集合,負理想解則相反。

(9)

(10)

式中,J1為效益性指標的集合,J2為成本型指標的集合。效益性指標最大值為其最理想值,成本型指標最小值為最理想值。

3.6相對接近度的確定

預選方案xi可能距離理想解V+最近,但并不同時距離負理想解V-的距離最遠。因此,通過計算對理想解的接近程度對方案優劣進行排序,確定n個方案的偏好排序。

方案與正理想解的距離為

(11)

方案與負理想解的距離為

(12)

方案指標值同最理想指標集合、最不理想指標值集合的相對接近度為

(13)

將計算出的Ci由大到小排序,確定目標威脅排序。

4仿真實例分析

設艦艇編隊發現7批空中目標,經信息處理、綜合分析等處理得到目標信息如表2所示。

表2　空中目標參數表Tab.2　Air target parameter table

根據表2可得歸一化矩陣X:

根據式(5)、(6)可得5項指標的熵值為:2.33,1.65,2.13,1.63,2.43。根據式(7)可得各指標的權重為:0.256,0.126,0.218,0.122,0.276。根據式(8)可得加權標準決策矩陣:

最理想解集合為:S+={0.093,0.060,0.048,0.0982,0.062,0.118,0.0613};負理想解集合為:S-={0.087,0.079,0.094,0.091,0.090,0.026,0.110}。

根據式(13)可得相對接近度為:Ci={1.033,1.040,1.068,1.038,1.052,1.118,1.061}。

最終得出的威脅度排序為:超音速反艦導彈>超低空反艦導彈>亞音速反艦導彈>攻擊機2>攻擊機1>預警機>偵察機。

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孫春生男(1978-),山東青島人,講師,碩士,主要研究方向為作戰仿真。

齊新戰男(1971-),山西曲沃人,教授,碩士,主要研究方向為作戰仿真。

中圖分類號：TP 391.9

文獻標識碼：A

Threat Evaluation of Surface Warfare Air Defense Target

SUN Chunsheng1,QI Xinzhan1,LU Jun2

(1.NavySubmarineAcademy,Qingdao266000,China; 2.People′sLiberationArmySpecialOperationUniversity,Guangzhou510500,China)

Abstract：During the operation of the sea,the air force usually uses the multi - batch and multi - direction saturation attack to the warship formation,which is a great threat to the security of the warship formation.Therefore,the air defense is the main task of the warship formation.In order to carry out effective fire distribution and strike on the air target,we must first analyze the threat of the air target,and describe the threat degree of the air target through the related parameters.According to the number of targets in the fleet air defense operation,the amount of information leads to less threat assessment and firepower assignment difficult problem,the threatened to membership degree function representation of the target information,the extent of the threat of air targets threat based on the method of entropy and TOPSIS evaluation method can not only more accurate quantitative assessment of air target is established,also for the formation of rational firepower assignment is effective against air raid targets provide a basis,improve the reliability of the fleet commander decision,which has certain reference value to improve the accuracy and scientific of naval fleet air defense combat decision.

Key words：air defense warfare; threat evaluation; entropy value method; TOPSIS method