地空攻防對抗作戰推演方案評估模型研究

汪汝根,韓曉明,劉洪引,曹文煥

(空軍工程大學 防空反導學院，西安 710051)

?

【裝備理論與裝備技術】

地空攻防對抗作戰推演方案評估模型研究

汪汝根,韓曉明,劉洪引,曹文煥

(空軍工程大學 防空反導學院，西安 710051)

依據地空攻防對抗作戰過程以及作戰推演特點，建立了地空攻防對抗作戰推演方案評估指標體系；采用熵權法和TOPSIS方法相結合，構建了綜合熵權TOPSIS作戰推演方案評估模型；最后通過算例驗證了模型的合理性,該模型對地空攻防對抗作戰推演方案評估，具有一定的參考價值。

攻防對抗;作戰推演;模型;評估

現代戰爭中，空襲與防空的對抗是作戰的主要環節，空防對抗在信息化局部戰爭中的地位和作用日趨突出。在可預知的未來戰爭中，隨著技術的不斷發展、新的武器裝備不斷涌現以及戰場空間不斷擴展，空襲與防空的對抗將會愈演愈烈，其地位作用更加突顯。為了抵御來自空天的威脅，保證國防安全，必須在平時就著手制空權的爭奪和地面防空體系的建設。然而現代戰爭的高消耗使得實兵實裝演習的代價難以承受，不可能頻繁地通過實兵實裝演習研究戰爭，客觀上要求尋找一種既可靠又經濟的方法用于作戰評估研究和武器系統效能評估。因此，信息化條件下的地空攻防對抗作戰推演方案評估成為一個重要課題。

1 地空攻防對抗推演方案問題分析

1.1 地空攻防對抗基本過程

地空攻防對抗，或稱空防對抗，是地面防空體系與空中進攻體系的一種軍事對抗活動。地面防空體系包括地面預警系統(雷達)、對空攔截打擊系統(地空導彈、高射炮)及其陣地等[1]。空中進攻體系包括空中預警系統(衛星、預警機)、空中攻擊系統(飛機群)以及機場等。

現代戰爭中，空襲與防空的對抗是作戰的主要環節。如圖1所示，地空攻防對抗的基本過程一般可以分為預警探測、指揮控制、火力打擊和電子對抗。

1) 預警探測。預警探測是地空攻防對抗的重要組成部分，是獲取信息的基本途徑。預警探測在攻防對抗作戰過程中占有十分重要的地位，它為攻防作戰提供情報保障，是戰斗力發揮的前提。

2) 指揮控制。指揮控制是對人員、武器的指揮與控制。指揮控制主要負責收集、處理和顯示情報，進行威脅分析，目標參數和射擊諸元的計算，火力分配和輔助決策。隨著技術的不斷革新，現代化的指揮控制將逐步實現指揮控制的自動化。

3) 火力打擊。火力打擊，是指為實現對目標的打擊而采取的一系列火力行為，包括火力控制、火力封鎖、火力威懾等。對于攻擊方而言，火力打擊主要是指火力突擊；對于防御方而言，則是指火力攔截。火力打擊是地空攻防對抗的末端落實，是攻防雙方武器裝備的直接較量，較量的結果直接決定對抗的成與失。

4) 電子對抗。電子對抗充斥著上述3個環節階段。電子對抗，是指采用多種電子戰手段和措施，破壞或降低對方電子設備的工作效能，保證己方電子設備正常工作。電子對抗主要集中在3個方面：一是雷達的電子對抗，相互干擾破壞雷達的探測能力，使之無法正常獲取信息；二是制導回路的電子對抗，使制導武器無法準確攻擊目標，甚至無法有效發射；三是電子設備的電子對抗，使武器失效，降低其命中率，降低毀傷效果。

圖1 攻防對抗基本過程

1.2 作戰推演的特點

通過分析地空攻防對抗基本過程，可以歸納總結作戰推演的特點如下[2]：

1) 復雜性。單一作戰要素的發揮可以影響甚至決定局部作戰的結果，但是全局性的作戰已不再取決于某個單一作戰要素的發揮，而是取決于整個“體系作戰”。因此，作戰推演是一個復雜巨系統。

2) 超前性。作戰推演的本質目的是依據國家戰略要求，結合部隊作戰需求設計未來戰爭，提前考慮未來戰爭的模式樣式，并通過計算機推演等方式完成檢驗和完善設計。因此，有諸多現實中暫時還沒有發展起來的作戰樣式、技戰術等存在于作戰推演之中。

3) 虛擬性。作戰推演可以提供多種作戰環境，提供“千軍萬馬”和新概念武器裝備。另外，根據作戰推演的目的需求，作戰推演可以重復進行，以達到改進和完善推演方案的目的。作戰推演還可以完成實裝、實彈難以落實的一些難度高、危險性大的科目。

4) 靈活性。作戰推演不受現實資源的限制，可以根據不同目的，選擇不同的作戰樣式，靈活選擇武器裝備配備，設計不同的推演方案，實施不同的推演活動。

5) 經濟性。武器裝備的現代化程度越高，技術越復雜，造價也就越昂貴。用實兵實裝實彈演練，費用貴、磨損大。采用作戰推演可以有效降低實兵實裝實彈的演練頻率，減少訓練消耗，既可減輕武器裝備磨損，又能節省油料、彈藥、經費。

2 作戰推演方案評估指標體系構建

2.1 作戰推演方案的評估框架

根據地空攻防對抗的一般作戰過程以及作戰推演特點，建立了作戰推演方案的評估框架，如圖2所示，在此基礎上可以進一步分析地空攻防對抗作戰推演評估的具體指標體系。

圖2 基于作戰實際過程的推演評估框架

1) 作戰環境評估。主要評估作戰的環境，包括戰場環境和心理環境等。作戰環境評估是整個作戰推演評估的第一個環節，主要是對設定的戰場進行評估，其目的在于探索戰場對作戰推演的影響。

2) 作戰信息評估。主要評估戰前收集的信息，包括實力信息、態勢信息、指揮信息、決策信息等。在推演中，主要是對戰前雙方的信息優勢進行評估，以便于火力分配以及作戰保障工作的開展。

3) 作戰保障評估。主要評估戰斗保障方面的內容，包括裝備消耗預測、裝備運輸、裝備維修保養等裝備保障。主要是對戰前的保障進行評估和對戰時的保障能力進行預測評估。

4) 作戰效能評估。主要評估作戰效能，包括武器裝備效能和任務效能。作戰效能評估是地空攻防對抗作戰推演評估的一個重要組成部分。

2.2 作戰推演方案評估指標體系

結合地空攻防對抗作戰推演的特點，參考地空攻防對抗框架和模型，經過反復分析比較篩選，形成作戰推演方案評估指標體系。如圖3所示。

圖3 地空攻防對抗作戰推演方案評估指標、主觀權重及聚合關系

3 基于綜合熵權TOPSIS的地空攻防對抗作戰推演方案評估模型

3.1 評估指標的歸一化

3.1.1 定量指標的歸一化

效益性指標處理：

(1)

成本性指標處理：

(2)

其中0

3.1.2 定性指標的歸一化

對于定性評估指標，具體評分參考表1標準。

表1 1～9標度劃分

3.2 指標權重的確定

3.2.1 主觀權重的確定

本文采用相對比較法進行主觀權值的確定。相對比較法是由一定數量的專家對某一指標體系中的指標的重要程度兩兩比較并進行打分的方法。打分采用0～1打分法進行權值的確定。如果評估專家認為指標因素u1的重要性大于u2，則評分qij=1；如果評估專家認為指標因素u1的重要性與u2的相比差不多，則qij=0.5；如果評估專家認為指標因素u1的重要性小于u2，則qij=0。規定qii=0.5。對于每一個指標因素的得分與所有的指標因素的累積得分之比，即為每一個指標因數的權重系數，將各因素的權重系數組成集合，即為所求的主觀權重ω1的權值。各級指標主觀權重計算結果見圖3所示。

3.2.2 客觀權重的確定

根據熵[4]的定義可得第j個指標的熵值為

(3)

第j個指標的熵權權重定義為

(4)

其中ω2(j)為第j個指標的客觀權重

3.2.3 綜合權重的確定

根據決策主體及評估指標的不同，將上述主觀與客觀權重以一系數相結合可得綜合權重：

(5)

其中：0<λ<1，它反映決策者對主觀權重和客觀權重的偏好程度。對綜合權重進行以上處理既充分考慮了主觀性與客觀性的統一，又可以根據專家意見通過調整λ的值來對權重修正。

3.3 指標聚合

作戰推演方案評估指標體系在結構和功能上都具有一定的層次性，同層次各指標間的相互關系由各層次功能間的聯系決定，不同層次間指標的相互關系由系統的層次結構決定。因此每一層的任一指標都依賴于其下屬的各層指標并由其下屬的各層指標聚合而成[3]。本文中的指標聚合模型采用加法和乘法關系進行綜合聚合。

加法模型如下：

(6)

式(6)中：xi為各指標參數，wi為相應指標的權重。

乘法模型如下：

(7)

地空導彈武器裝備作戰能力評價指標體系聚合模型如圖3所示,圖3中用“* ”和“&”分別表示乘法關系和加法關系。

3.4 TOPSIS多方案優選

確定規范化后的加權評估矩陣[5]，評估矩陣Z可以表示為

(8)

確定正理想指標z1、和負理想指標z0：

(9)

(10)

計算與正、負理想指標權重間的距離：

(11)

(12)

計算綜合評估指數：

(13)

4 算例及結果分析

4.1 推演方案的評估指標獲取

基于一個既定的作戰目的，制定8套作戰推演方案，專家經過研究計算給出指標數據。本文重點研究的是評估模型以及驗證方法的可行性，具體底層指標不再一一列出。根據地空攻防對抗作戰推演的實際特點，將作戰環境、作戰信息、作戰保障、作戰效能作為綜合性指標，對地空攻防對抗作戰推演方案進行綜合評估。依據文中構建的評估模型進行計算，規范化處理后的各方案的指標數據如表2所示。

表2 地空攻防對抗作戰推演方案綜合性指標數據

4.2 作戰推演方案評估

根據評估模型,對地空攻防對抗作戰推演方案進行評估。

1) 綜合權重的確定。利用相對比較法得出各指標主觀權重，按式(3)、式(4)得出客觀權重，并利用式(5)計算綜合權重。各指標權重如表3所示。

表3 各指標權重值結果

2) 評估矩陣Z的確定。評估矩陣的計算結果如表4。

表4 防空方案評估矩陣

3) TOPSIS多方案優選計算結果。TOPSIS相關計算結果如表5所示。

表5 TOPSIS相關計算結果

4.3 結果分析

綜合評估指數C越大，說明該方案更有利于作戰，反之亦然。方案評估結果如下：

方案2>方案3>方案4>方案5>方案8>方案6>方案7>方案1。

結果顯示，方案2最優，方案3次之，方案1較差。參照8種地空攻防對抗作戰推演方案的實際情況，計算結果與方案優劣基本相符，說明本文構建的指標體系與計算模型能夠對地空攻防對作戰抗推演方案進行有效評價，具有可操作性、合理性。

5 結語

本文根據地空攻防對抗作戰過程以及作戰推演特點,構建了地空攻防對抗作戰推演方案的評估指標體系，并將熵權法和TOPSIS方法互相結合并加以改進，建立了地空攻防對抗作戰推演方案評估模型。經實例計算,利用綜合熵權TOPSIS模型進行的作戰推演方案評估，減少了人為因素的作用。該模型思路清晰、簡單易用，符合一般的戰術推理,可為地空攻防對抗作戰推演方案評估提供一定的參考。

[1] 葉雄兵，江敬灼，朱松巖.聯合作戰對抗推演系統建設研究[J].軍事運籌與系統工程，2008，22(3)：3-7.

[2] 史朝龍，劉博.基于仿真的推演評估系統方案研究[J].戰術導彈技術，2012(2)：122-124.

[3] 韓曉明，張金哲，張君.基于指數法的航空武器裝備對比優勢評估模型[J].系統工程與電子技術，2009，31(6)：1409-1414.

[4] 金榮.基于熵權多目標決策的保障性評估方法研究[J].空軍工程大學學報(自然科學版)，2007，8(3)：56-57.

[5] 趙若昊，張成，楊洪慶，等.基于TOPSIS的地空導彈總體方案評估決策研究[J].戰術導彈技術，2006(4)：28-32.

(責任編輯 周江川)

Evaluation Model Study of Battle Deduction Plan for Air Attack-Defense Counterwork

WANG Ru-gen, HAN Xiao-ming, LIU Hong-yin, CAO Wen-huan

(School of Air and Missile Defense, Air Force Engineering University, Xi’an 710051, China)

According to the process of air attack-defense counterwork and the characteristics of battle deduction, the paper built the index system of the battle deduction plan for air attack-defense counterwork. The comprehensive evaluation model of battle deduction was established by combining entropy weight method and TOPSIS method. Finally, the rationality of the models and methods was verified through an example. The model has a certain value to evaluate the battle deduction plan for air attack-defense counterwork.

attack-defense counterwork; battle deduction; model; evaluation

2016-06-14；

2016-07-09

汪汝根(1993—)，男，碩士研究生，主要從事裝備管理與決策研究。

10.11809/scbgxb2016.10.008

汪汝根,韓曉明,劉洪引,等.地空攻防對抗作戰推演方案評估模型研究[J].兵器裝備工程學報，2016(10):39-43.

format:WANG Ru-gen, HAN Xiao-ming, LIU Hong-yin, et al.Evaluation Model Study of Battle Deduction Plan for Air Attack-Defense Counterwork[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(10):39-43.

TJ760.3+1

A

2096-2304(2016)10-0039-05