單艦反潛目標(biāo)威脅評(píng)估排序模型研究

張弘弨, 王德石, 彭京徽

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單艦反潛目標(biāo)威脅評(píng)估排序模型研究

張弘弨, 王德石, 彭京徽

(海軍工程大學(xué) 兵器工程學(xué)院, 湖北 武漢, 430033)

針對(duì)單艦反潛威脅評(píng)估的可信度與效率等問題, 文中研究了潛艇目標(biāo)的威脅排序規(guī)則及威脅評(píng)估模型。根據(jù)反潛作戰(zhàn)特點(diǎn), 選取描述威脅的指標(biāo)并建立了威脅評(píng)估指標(biāo)體系。對(duì)目標(biāo)威脅進(jìn)行評(píng)估的基礎(chǔ)上, 在采用模糊層次分析法(AHP), 融合了對(duì)目標(biāo)的可攻性判斷, 使模型可考慮戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境目標(biāo)武器狀態(tài)等因素。仿真結(jié)果表明, 文中方法可準(zhǔn)確、快速評(píng)估水下目標(biāo)威脅, 可為水面艦艇編隊(duì)反潛作戰(zhàn)輔助決策提供依據(jù)。

單艦反潛; 威脅評(píng)估; 排序規(guī)則; 模糊層次分析法

0 引言

隨著裝備技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展, 未來的水下威脅將更加復(fù)雜多變, 潛艇將會(huì)是水面艦艇的主要威脅。威脅判斷是反潛武器系統(tǒng)作戰(zhàn)指揮輔助決策的重要環(huán)節(jié), 直接影響后續(xù)火力通道組織等步驟。為完善水面艦艇輔助決策能力, 提高水面艦艇反潛武器系統(tǒng)作戰(zhàn)能力, 需要建立水面艦艇對(duì)水下潛艇威脅判斷排序模型, 以滿足對(duì)潛艇目標(biāo)的實(shí)時(shí)威脅判斷與排序。反潛作戰(zhàn)威脅主要來自敵方潛艇及潛艇攜帶的魚雷, 由于對(duì)潛艇威脅評(píng)估屬于反潛攻擊的范疇, 而對(duì)魚雷威脅評(píng)估屬于反潛防御的范疇, 故文中在威脅評(píng)估中只考慮敵方潛艇威脅。

自20世紀(jì)80年代起, 國內(nèi)外在反潛威脅評(píng)估領(lǐng)域開展相關(guān)研究工作, 部分成果已應(yīng)用于水面艦艇作戰(zhàn)平臺(tái), 由于保密原因, 可查到的資料有限, 而目標(biāo)威脅評(píng)估研究在防空作戰(zhàn)及電子戰(zhàn)方面可查閱資料較多。目標(biāo)威脅評(píng)估方法主要包括: 多屬性決策[1]、專家系統(tǒng)方法[2]、灰色理論[3]、TOPSIS方法[4]、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)[5]、直覺模糊集[6]及多準(zhǔn)則妥協(xié)解排序法(multicriteria compromise so- lution ranking method, VIKOR)[7]等。王鑫等[7]基于標(biāo)尺量化函數(shù)對(duì)定性指標(biāo)進(jìn)行量化, 采用VIKOR對(duì)電子戰(zhàn)目標(biāo)進(jìn)行威脅排序, 使得在整體效用最大的同時(shí)達(dá)到個(gè)體遺憾最小, 與實(shí)際結(jié)合緊密。陳菁等[8]研究提出了基于單艦視角的編隊(duì)反潛武器系統(tǒng)威脅判斷分步排序法, 并通過仿真說明了此方法的正確性和有效性。李亦偉等[9]根據(jù)空襲與反空襲戰(zhàn)術(shù)理論, 應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)理論、多屬性決策方法進(jìn)行威脅判斷, 對(duì)空中的威脅目標(biāo)流進(jìn)行威脅大小排序。但在可查閱的資料中缺少對(duì)于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境與目標(biāo)武器狀態(tài)的分析。

文中借鑒防空作戰(zhàn)威脅評(píng)估方法, 采用模糊層次分析法(analytic hierarchy process, AHP), 同時(shí)融入對(duì)目標(biāo)魚雷武器的可攻性判斷, 以更加全面合理地分析問題, 采用分級(jí)排序法在兼顧準(zhǔn)確性和效率的前提下, 解決水面艦艇對(duì)水下多目標(biāo)的威脅評(píng)估問題。從而為作戰(zhàn)輔助決策提供研究基礎(chǔ)。

1 單艦作戰(zhàn)條件下的作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)

為便于威脅評(píng)估模型的建立, 需將威脅評(píng)估問題簡(jiǎn)化抽象為數(shù)學(xué)問題, 首先對(duì)敵我雙方平臺(tái)與武器的戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)、單艦作戰(zhàn)條件下的作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)進(jìn)行設(shè)定, 同時(shí)給出代表符號(hào)。

假設(shè)敵我平臺(tái)與武器的戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)如下:

1) 我方艦艇具備一定的反潛能力, 反潛武器有效作戰(zhàn)半徑R, 預(yù)警機(jī)與聲吶在內(nèi)的有效主動(dòng)探測(cè)距離L;

2) 艦艇水下威脅來自敵方兩型潛艇, 其中, Ⅰ型潛艇最大航速I、管裝重型魚雷最大載彈量1枚、攜帶魚雷的航速VI、有效射程RI; Ⅱ型潛艇最大航速Ⅱ、管裝重型魚雷最大載彈量2枚、攜帶魚雷的航速VⅡ、有效射程RII。

在建立敵我平臺(tái)與武器戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上, 對(duì)目標(biāo)態(tài)勢(shì)進(jìn)行假定。在僅僅考慮單艦作戰(zhàn)的情形下, 為了研究水下目標(biāo)威脅, 考慮不失一般性, 假定威脅目標(biāo)分布如圖1所示。

圖1 作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)假定圖

作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)如下:

1) 作戰(zhàn)海域深度H; 海況N級(jí), 水文條件良好;

2) 1艘我方艦艇執(zhí)行反潛任務(wù), 保持航速V, 航向C行駛;

3) 以當(dāng)前我方艦艇位置為坐標(biāo)原點(diǎn), 以正北方為建立平面坐標(biāo)系;

敵我雙方成對(duì)抗態(tài)勢(shì), 敵方潛艇群欲對(duì)我艦進(jìn)行攻擊, 我艦針對(duì)當(dāng)前態(tài)勢(shì)進(jìn)行反潛作戰(zhàn), 并依據(jù)作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)中敵方潛艇的距離、方位、航速、航向、深度以及魚雷儲(chǔ)量和魚雷航速等要素對(duì)來襲目標(biāo)進(jìn)行威脅評(píng)估。

2 目標(biāo)威脅屬性分析

目標(biāo)威脅排序結(jié)果是由當(dāng)前戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下敵我雙方的多種屬性共同決定的, 故可采用多屬性決策法來考慮該問題。將1個(gè)潛艇目標(biāo)看作1個(gè)備選方案, 方案集由所有潛艇目標(biāo)構(gòu)成, 決策準(zhǔn)則是潛艇目標(biāo)對(duì)我艦的威脅程度。威脅排序的影響因素考慮2個(gè)方面: 目標(biāo)對(duì)我艦的攻擊意圖和目標(biāo)的作戰(zhàn)能力。

1) 目標(biāo)攻擊意圖屬性(a,H)

目標(biāo)對(duì)我艦的相對(duì)航向與敵我連線間的夾角稱作目標(biāo)攻擊角a。潛艇群作戰(zhàn)的戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法主要有區(qū)域游獵方式、陣地伏擊方式、潛艇幕方式和引導(dǎo)截?fù)舴绞絒10]。除區(qū)域游獵方式和陣地伏擊方式外, 以其他方式對(duì)水面艦艇進(jìn)行打擊時(shí), 首先需要占領(lǐng)射擊陣位, 此時(shí)潛艇威脅與攻擊角有關(guān); 潛艇以陣地伏擊方式或區(qū)域游獵方式對(duì)水面艦艇進(jìn)行打擊時(shí), 需提前在其預(yù)計(jì)航路上進(jìn)行隱蔽, 待其進(jìn)入攻擊范圍后實(shí)施打擊, 此時(shí)潛艇威脅與攻擊角無關(guān), 而與我艦是否進(jìn)入目標(biāo)攻擊半徑內(nèi)有關(guān)。故當(dāng)敵我距離小于目標(biāo)魚雷射擊半徑, 即當(dāng)D<R時(shí), 目標(biāo)威脅最高且與攻擊角無關(guān);當(dāng)敵我距離大于等于目標(biāo)魚雷射擊半徑, 即當(dāng)D≥R時(shí), 目標(biāo)威脅與攻擊角有關(guān), 且當(dāng)目標(biāo)航向直指我艦時(shí), 目標(biāo)具有高概率占領(lǐng)射擊陣位, 威脅較高; 反之, 威脅就較小。攻擊角可反映目標(biāo)對(duì)我艦的攻擊意圖, 其也為威脅因素之一。

潛艇按照航行深度不同可分為水面航行狀態(tài)、半潛航行狀態(tài)、潛望深度航行狀態(tài)及工作深度航行狀態(tài)[11]。以目前的技術(shù)還無法對(duì)潛艇的深度進(jìn)行探測(cè), 在此僅將深度分為水面航行狀態(tài)(半潛航行狀態(tài))和非水面航行狀態(tài)2類。當(dāng)目標(biāo)深度H=0時(shí), 潛艇處于水面航行狀態(tài)和半潛航行狀態(tài)時(shí), 潛艇不具備作戰(zhàn)能力, 威脅極低; 當(dāng)H>0時(shí), 潛艇處于非水面航行狀態(tài), 此時(shí)潛艇作戰(zhàn)性能最佳, 對(duì)我艦攻擊意圖明顯。目標(biāo)深度可反映目標(biāo)對(duì)我艦的攻擊意圖, 故將其作為威脅因素之一。

2) 目標(biāo)作戰(zhàn)能力屬性(type,K)

目標(biāo)作戰(zhàn)能力需由作戰(zhàn)平臺(tái)的作戰(zhàn)能力和武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力共同決定, 在此考慮目標(biāo)類型type和目標(biāo)對(duì)我艦的毀傷能力K兩方面。

以動(dòng)力方式為標(biāo)準(zhǔn), 將type劃分為核動(dòng)力潛艇和常規(guī)動(dòng)力潛艇。我艦可通過聲吶探測(cè)得到的數(shù)據(jù)推斷出目標(biāo)類型[12]。對(duì)目標(biāo)類型的考慮實(shí)際上是對(duì)作戰(zhàn)平臺(tái)作戰(zhàn)能力的考慮, 不同類型目標(biāo)的機(jī)動(dòng)性和隱蔽性不同, 故對(duì)我艦所造成的威脅不同。將type作為威脅因素之一。

K是對(duì)目標(biāo)武器系統(tǒng)作戰(zhàn)能力的反應(yīng), 在此只考慮魚雷武器系統(tǒng)。目標(biāo)的作戰(zhàn)能力最終由末端的毀傷效能反映, 但必須具有可攻性, 因而需進(jìn)行武器可攻性判斷, 由于可攻性判斷是主觀判斷目標(biāo)對(duì)我艦進(jìn)攻的可能性, 故當(dāng)且僅當(dāng)我方能夠確定目標(biāo)在當(dāng)前狀態(tài)下無法進(jìn)攻時(shí), 才可排除目標(biāo)可攻性, 其余情況按照目標(biāo)具有可攻性計(jì)算。

目標(biāo)對(duì)我艦可攻性判斷在此考慮剩余彈藥數(shù)量、目標(biāo)攜帶武器的作戰(zhàn)海區(qū)深度和作戰(zhàn)海況。剩余彈藥數(shù)量直接決定目標(biāo)火力通道的選擇, 潛艇上裝備的魚雷數(shù)目較少, 容易計(jì)數(shù), 若某潛艇彈藥用盡, 則魚雷武器系統(tǒng)無法使用。目標(biāo)武器的作戰(zhàn)海區(qū)深度和作戰(zhàn)海況兩項(xiàng)指標(biāo)直接決定武器系統(tǒng)是否可用, 若達(dá)不到反潛武器發(fā)射條件, 則該武器通道不可用, 此時(shí)目標(biāo)對(duì)我艦威脅很小。

在魚雷武器毀傷能力上, 同時(shí)綜合我艦聲吶所能探測(cè)到的信息, 將目標(biāo)在當(dāng)前位置發(fā)射魚雷到魚雷到達(dá)距我艦魚雷攔截半徑所用的時(shí)間稱作我艦的防御時(shí)間, 以此作為魚雷武器毀傷能力的評(píng)判依據(jù), 并用t表示。t越小, 留給我艦的防御時(shí)間越短, 威脅越大。將武器系統(tǒng)作戰(zhàn)能力作為一個(gè)威脅因素。

以上分析了4項(xiàng)水下目標(biāo)威脅因素的判斷屬性, 從不同方面反映了目標(biāo)的威脅程度。4項(xiàng)因素構(gòu)成決策的屬性集可以較全面地描述目標(biāo)的威脅程度。即

采用AHP法遞階層次結(jié)構(gòu)表示見圖2。

3 目標(biāo)屬性權(quán)值

由于威脅程度沒有明確的定義, 具有模糊性, 故可采用模糊數(shù)學(xué)的方法對(duì)其進(jìn)行定量描述。對(duì)基于多屬性決策的威脅評(píng)估屬性用模糊集表示, 屬性值由隸屬函數(shù)刻畫。

根據(jù)潛艇在不同深度下航行狀態(tài)的特點(diǎn), 可對(duì)深度威脅隸屬度函數(shù)進(jìn)行如下設(shè)定

規(guī)定目標(biāo)攻擊角α是以我艦與目標(biāo)連線為基準(zhǔn), 順時(shí)針方向?yàn)檎? 則以我艦為參考系目標(biāo)的相對(duì)速度方向

式中:C為目標(biāo)相對(duì)我艦航向;V為目標(biāo)的速度;C為目標(biāo)的航向;V為我艦速度;A為目標(biāo)相對(duì)我艦方位。

式中:=1;=0。

核動(dòng)力潛艇用type(Ⅰ)表示, 常規(guī)動(dòng)力潛艇用type(Ⅱ)表示, 由于該指標(biāo)需通過水聲信息推斷得到, 獲取難度較大, 在此規(guī)定若目標(biāo)型號(hào)未知?jiǎng)t按照最惡劣情況考慮。綜合考慮2類潛艇性能, 假定目標(biāo)類型威脅隸屬度函數(shù)為

目標(biāo)武器可攻性系數(shù)用表示。=0表示該武器在當(dāng)前狀態(tài)下不可攻;=1表示該武器在當(dāng)前狀態(tài)下可攻, 若對(duì)目標(biāo)的可攻性不明確, 按照目標(biāo)可攻計(jì)算。剩余彈藥可攻性系數(shù)、海區(qū)深度可攻性系數(shù)、作戰(zhàn)海況可攻性系數(shù)分別用1、2和3表示, 則有

對(duì)剩余彈藥進(jìn)行可攻性判斷時(shí), 剩余1枚及以上魚雷時(shí)威脅值視為1, 當(dāng)該目標(biāo)沒有魚雷時(shí)威脅值視為0, 若目標(biāo)剩余彈藥量未知?jiǎng)t按照剩余彈藥充足計(jì)算。目標(biāo)魚雷剩余量可攻性系數(shù)

魚雷對(duì)作戰(zhàn)海區(qū)深度和作戰(zhàn)海況要求較大, 通常管裝魚雷的作戰(zhàn)海區(qū)深度大于40 m, 若對(duì)于目標(biāo)作戰(zhàn)海況小于5級(jí), 作戰(zhàn)海區(qū)深度可攻性系數(shù)為

作戰(zhàn)海況可攻性系數(shù)

我艦防御時(shí)間t可由解析法求解。通常艦艇的魚雷攔截半徑為3 km, 從魚雷報(bào)警至助飛式干擾器入水正常工作時(shí)間通常不大于60 s, 若防御時(shí)間小于60 s, 則我艦難以有效防御; 通常目標(biāo)采用魚雷對(duì)我艦進(jìn)行打擊的有效射程為15 km, 當(dāng)目標(biāo)距離大于15 km后魚雷命中概率較低, 當(dāng)目標(biāo)距離大于22.5 km后認(rèn)為對(duì)我艦威脅很低, 此時(shí)我艦防御時(shí)間為750 s。設(shè)定當(dāng)t≤60 s時(shí),μ()=1, 當(dāng)t≥750 s時(shí),μ()=0。若因目標(biāo)攜帶的魚雷性能未知而無法計(jì)算防御時(shí)間時(shí), 以該目標(biāo)可能攜帶的性能最優(yōu)魚雷計(jì)算。目標(biāo)殺傷能力隸屬度函數(shù)可采用嶺形分布中的偏小型分布[13], 其函數(shù)

式中:1=60 s;2=750 s。

由式(7)和式(11)得目標(biāo)殺傷能力隸屬度函數(shù)

則目標(biāo)的威脅屬性模糊集

而各屬性的相對(duì)重要程度是不同的, 在評(píng)估值中所占的權(quán)重也不同, 需確定各屬性的權(quán)值。設(shè)由各權(quán)值組成的權(quán)向量

可采用AHP法和專家打分的方法獲得各屬性的權(quán)值。這里采用AHP法中最小偏差的模糊互補(bǔ)判斷矩陣排序方法[14], 各屬性權(quán)值矩陣表示為

建立模糊互補(bǔ)判斷矩陣。專家對(duì)上述4個(gè)屬性進(jìn)行兩兩比較, 按互補(bǔ)型0.1~0.9進(jìn)行賦值, 最小步長(zhǎng)為0.05, 判斷矩陣賦值對(duì)應(yīng)含義見表1。

表1 判斷矩陣賦值含義表

給出模糊互補(bǔ)判斷矩陣

為保證模糊互補(bǔ)判斷矩陣滿足一致性要求, 對(duì)模糊互補(bǔ)判斷矩陣進(jìn)行一致性評(píng)判。經(jīng)計(jì)算一致性比例=/=0.0019<0.1, 故模糊互補(bǔ)判斷矩陣滿足一致性要求。由模糊互補(bǔ)判斷矩陣B計(jì)算屬性權(quán)重

計(jì)算目標(biāo)的威脅值

4 目標(biāo)威脅等級(jí)劃分及排序

在單艦作戰(zhàn)中, 整個(gè)反潛作戰(zhàn)只能靠本艦自身的武器系統(tǒng)進(jìn)行, 目標(biāo)的威脅排序只有在我艦有效射程范圍以內(nèi)才有意義。根據(jù)我艦有效射程范圍可將目標(biāo)分為兩級(jí)。

設(shè)我艦向C方向以某一航速V航行, 此時(shí)刻目標(biāo)在我艦方位為A、距離為D, 以航向C、航速V航行, 將我艦火箭助飛魚雷單雷射擊命中概率為80%的距離作為我艦有效射程, 用R表示, 如圖3所示。

由于威脅判斷是為下一步火力通道組織做準(zhǔn)備, 故以我艦有效艦射程R作為劃分目標(biāo)威脅指標(biāo),比較敵方目標(biāo)與我艦距離D與R的大小, 若

圖3 目標(biāo)威脅等級(jí)劃分判斷示意圖

I級(jí)威脅表示此刻威脅目標(biāo)在我艦有效攻擊范圍之內(nèi)。由于我艦可直接對(duì)目標(biāo)進(jìn)行有效打擊, 故此類目標(biāo)的威脅排序整體靠前。I級(jí)威脅目標(biāo)的排序準(zhǔn)則為目標(biāo)的威脅值, 即越大, 在I級(jí)威脅內(nèi)排序越靠前;越小, 在I級(jí)威脅內(nèi)排序越靠后。

II級(jí)威脅表示此刻目標(biāo)在我艦攻擊范圍之外, 由于我艦不可直接對(duì)目標(biāo)進(jìn)行有效打擊, 威脅排序整體靠后。II級(jí)威脅目標(biāo)的排序準(zhǔn)則為II級(jí)威脅目標(biāo)變?yōu)镮級(jí)威脅目標(biāo)的時(shí)間, 用T表示, II級(jí)威脅目標(biāo)按T從小到大進(jìn)行威脅排序。

T的計(jì)算方法如下: 在直角坐標(biāo)系中, 以我艦為參考系, 目標(biāo)相對(duì)我艦航向?yàn)?i>C, 目標(biāo)相對(duì)我艦的速度為V, 則目標(biāo)相對(duì)航向

相對(duì)速度

式中:V為目標(biāo)航速;V為我艦航速。

由解析法可得到我艦位置坐標(biāo)

式中, (X,Y)表示目標(biāo)當(dāng)前位置坐標(biāo)。

解方程組: 若方程組無解, 則認(rèn)為當(dāng)前態(tài)勢(shì)條件下該敵艦艇無法到達(dá)我艦有效射程以內(nèi), 即該目標(biāo)對(duì)本見威脅較小; 若存在一個(gè)解, 則以該點(diǎn)計(jì)算時(shí)間T; 若存在(1,1)和(2,2)2個(gè)解, 需選取目標(biāo)較早到達(dá)的一點(diǎn)計(jì)算時(shí)間T, 則

取=min(1,2), 則時(shí)間

綜上, 水面艦艇反潛威脅評(píng)估的排序原則為: I級(jí)目標(biāo)的威脅程度大于II級(jí)目標(biāo), I級(jí)目標(biāo)靠前。I級(jí)目標(biāo)內(nèi)部按照威脅值由大到小排序; II級(jí)目標(biāo)排序時(shí), 將有解的排在前, 無解的排在后; 其中, 有解目標(biāo)按照按T從小到大進(jìn)行威脅排序, 無解威脅目標(biāo)按敵我距離由小到大排序。

5 案例與分析

據(jù)第1章作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)假定, 給定敵我雙方平臺(tái)及武器系統(tǒng)的性能參數(shù): 有效作戰(zhàn)半徑R=30 km, 有效主動(dòng)探測(cè)距離L=40km; Ⅰ型潛艇最大航速I=25kn, 所攜帶管裝重型魚雷最大載彈量6枚, 航速VI50 kn, 有效射程RI=15 000 m; Ⅱ型潛艇最大航速Ⅱ=20 kn, 有效射程RⅡ=15000 m,所攜帶管裝重型魚雷最大載彈量6枚, 魚雷航速VⅡ=45 kn。以此為基礎(chǔ)對(duì)以下案例進(jìn)行分析。

案例1: 在某一時(shí)刻, 我方艦艇所處海域深度800 m, 海況3級(jí), 水文條件良好, 以航速V= 18 kn、航向C=0°行使。我方聲吶發(fā)現(xiàn)水下來襲目標(biāo), 顯示如圖4所示。目標(biāo)方位、距離、深度、目標(biāo)方位及其他屬性如表2所示。

圖4 作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)圖

表2 假定目標(biāo)參數(shù)表

采用文中給出的方法, 根據(jù)第3章和第4章建立的威脅模型對(duì)假設(shè)背景中的敵方潛艇進(jìn)行威脅判斷。輸出威脅評(píng)估結(jié)果如表3所示。

在圖4中比較目標(biāo)1、2和3, 影響3個(gè)目標(biāo)威脅值的主要原因是與我艦的距離不同, 在3個(gè)目標(biāo)中只有3與我艦的距離D1大于15 km, 故1在攻擊意圖和毀傷能力方面的威脅較2和3低,1較2、3相差較大, 而2和3由于目標(biāo)類型和毀傷能力不同存在一定的差距, 故2較高; 比較目標(biāo)1、4, 二者主要的差別是攻擊角的不同,α1=71.6°, α4=0.23°, 故4較高; 比較目標(biāo)3和5,5彈藥余量為0, 對(duì)我艦不可攻, 而3彈藥余量充足, 故3高于5; 目標(biāo)6處于攻擊的絕佳位置, 但由于某種原因上浮至水面, 故攻擊意圖下降很多, 但由于彈藥余量充足, 不排除會(huì)重新下潛對(duì)我艦進(jìn)行打擊的可能性, 故6比2小, 但總威脅值仍較高。

表3 戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境滿足可攻性判斷的目標(biāo)威脅排序表

若在武器殺傷能力屬性中不考慮可攻性判斷或威脅排序過程中不進(jìn)行分級(jí)排序, 其他步驟與該方法一致, 則輸出威脅評(píng)估結(jié)果見表4。比較表3和表4, 對(duì)各目標(biāo)從威脅值和威脅排序上進(jìn)行比較可得到:5的威脅值有大幅上升, 威脅排序由4上升至2。原因?yàn)? 在不考慮可攻性判斷的威脅評(píng)估下,5此時(shí)具備攻擊能力且已占領(lǐng)射擊陣位, 故威脅值高。實(shí)際上5的魚雷剩余量不足以支持其完成打擊, 故威脅值較與其作戰(zhàn)狀態(tài)類似而剩余彈藥量不為0的3、6應(yīng)偏低, 故在武器殺傷能力屬性中不考慮可攻性判斷會(huì)導(dǎo)致判斷排序有誤。表5為不考慮目標(biāo)分級(jí)的目標(biāo)威脅排序。

表4 不考慮可攻性的目標(biāo)威脅排序表

表5 不考慮目標(biāo)分級(jí)的目標(biāo)威脅排序表

比較表3和表5, 對(duì)各目標(biāo)從威脅排序上進(jìn)行比較可得到:8威脅排序由7上升至5。原因?yàn)?8處于我艦必經(jīng)的航道, 疑似對(duì)我艦上采取陣地伏擊戰(zhàn)術(shù), 在不進(jìn)行分級(jí)的威脅排序下威脅值較高, 但8處于我艦攻擊范圍之外, 我艦無法對(duì)其進(jìn)行打擊, 應(yīng)排于我艦攻擊范威內(nèi)的1、4之后。故分級(jí)排序在此較為合理。

案例2: 在案例1的基礎(chǔ)上, 將海況改為6級(jí), 其他條件即參數(shù)不變。根據(jù)文中的威脅評(píng)估模型對(duì)假設(shè)背景中的敵方潛艇進(jìn)行威脅排序, 威脅排序輸出結(jié)果如表6。

表6 戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境不滿足可攻性判斷的目標(biāo)威脅排序表

在6級(jí)海況下, 所有目標(biāo)的管裝魚雷武器均不可攻, 此時(shí)殺傷能力屬性μ()=0, 威脅評(píng)估應(yīng)僅與攻擊角、深度和目標(biāo)類型有關(guān)。綜合比較目標(biāo)的這3項(xiàng)屬性, 表6的輸出結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)相符。

6 結(jié)束語

針對(duì)水面艦艇作戰(zhàn)輔助決策中的目標(biāo)威脅評(píng)估問題, 采用了多屬性決策與模糊理論法相結(jié)合的方法對(duì)水下潛艇目標(biāo)進(jìn)行威脅排序研究。在試驗(yàn)中: 案例1檢驗(yàn)并比較了相同態(tài)勢(shì)不同評(píng)估方法下的威脅評(píng)估結(jié)果, 所提出的威脅評(píng)估方法分別與未進(jìn)行威脅等級(jí)劃分的評(píng)估方法和不進(jìn)行可攻性判斷的評(píng)估方法進(jìn)行對(duì)比; 案例2檢驗(yàn)并比較相同評(píng)估方法不同態(tài)勢(shì)兩組仿真試驗(yàn), 重點(diǎn)對(duì)比了戰(zhàn)時(shí)海況和海區(qū)深度對(duì)潛艇目標(biāo)威脅評(píng)估結(jié)果的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明, 該方法較傳統(tǒng)的評(píng)估方法考慮的因素更多, 評(píng)估結(jié)果更合理, 能夠準(zhǔn)確、快速地評(píng)估水下目標(biāo)威脅, 為反潛作戰(zhàn)輔助決策提供支持, 為多艦協(xié)同作戰(zhàn)下的威脅評(píng)估打下基礎(chǔ)。

下一步研究可討論在綜合考慮多種反潛武器系統(tǒng)與信息傳輸效率下的威脅評(píng)估模型, 以提高模型的準(zhǔn)確性及效率。

[1] Chen S J, wang C L. Fuzzy Multiple Attribute Decision Making: Methods and Applications[M]. German: Springer, 1992: 289-486.

[2] Johnson W T, Dall I W. From Kinematics to Symbolics for Situation and Threat Evaluation[C]//Information, Decision and Control, 1999. IDC 99. Edmonton, Alberta, Ca- nada: IEEE, 1999: 497-502.

[3] 羅樂, 夏斌, 張錦春. 基于組合賦權(quán)灰色關(guān)聯(lián)投影的通信目標(biāo)威脅評(píng)估[J]. 火力與指揮控制, 2015, 40(11): 87-90. Luo Le, Xia Bin, Zhang Jin-chun. Evaluation of Comm- unicate Targets Threat Based on Combination Weighting and Grey Relation Projection Method[J]. Fire Control & Command Control, 2015, 40(11): 87-90.

[4] 王海洋, 代立超, 李霖. 基于TOPSIS法的電子偵察目標(biāo)威脅評(píng)估[J]. 艦船電子對(duì)抗, 2013, 36(6): 106-108, 120.Wang Hai-yang, Dai Li-chao, Li Lin. Threat Evaluation of Electronic Reconnaissance Target Based on TOPSIS[J]. Ship-board Electronic Countermeasure, 2013, 36(6): 106- 108, 120.

[5] Yu Z, Chen Z, Zhou R. Study on Algorithm of Threat Level Evaluation Based on Bayesian Network[J]. Acta Simulate Systematical Sonica, 2005, 3(4):33-45.

[6] 陳云翔, 蔡忠義, 張諍敏, 等. 基于證據(jù)理論和直覺模糊集的群決策信息集結(jié)方法[J]. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù), 2015, 37(3): 594-598.Chen Yun-xiang, Cai Zhong-yi, Zhang Zheng-min, et al. Method for Group Decision-making Information Integra- tion Based on Evidence Theory and Intuitionistic Fuzzy Set[J]. Systems Engineering and Electronics, 2015, 37(3): 594-598.

[7] 王鑫, 吳華, 趙玉. 電子戰(zhàn)目標(biāo)威脅評(píng)估的折衷排序方法[J]. 電光與控制, 2013, 20(8): 14-17.Wang Xin, Wu Hua, Zhao Yu, et al. A Compromise Sor- ting Method for Electronic Warfare Target Threat Assess- ment[J]. Electronics Optics & Control, 2013, 20(8): 14- 17.

[8] 陳菁, 何心怡, 高賀, 等. 水面艦艇編隊(duì)反潛武器系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)[J]. 指揮控制與仿真, 2016, 38(6): 12-15.Chen Jing, He Xin-yi, Gao He, et al. Structure and Key Technologies of Anti-submarine Weapon System for Sur- face Warship Formation[J]. Command Control & Simul- ation, 2016, 38(6):12-15.

[9] 李亦偉, 楊文亮. 水面艦艇火力兼容技術(shù)研究[J]. 艦船電子工程, 2009, 29(1): 21-22.Li Yi-wei, Yang Wen-liang. Research on Technique of Fi- re-power Compatible for Warship[J]. Ship Electronic Engineering, 2009, 29(1): 21-22.

[10] 鄒侃, 郭鵬程. 潛艇伏擊陣地設(shè)置優(yōu)化研究[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào), 2008(12): 200-201.

[11] 屈也頻. 反潛巡邏飛機(jī)搜潛輔助決策系統(tǒng)建模與仿真研究[D]. 湖南: 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué), 2008.

[12] 朱慧, 楊秀庭. 艦載聲吶及作戰(zhàn)使用[M]. 大連: 海軍大連艦艇學(xué)院出版社, 2008.

[13] 胡方, 黃建國, 董仲臣. 魚雷效能模糊綜合評(píng)估方法研究[J]. 魚雷技術(shù), 2007, 15(2): 52-56.Hu Fang, Huang Jian-guo, Dong Zhong-chen. Compre- hensive Fuzzy Evaluation of Torpedo Operational Effectiveness[J]. Torpedo Technology, 2007, 15(2): 52-56.

[14] 陳輝, 龔奇. 基于整體作戰(zhàn)效能的目標(biāo)威脅排序[J]. 電子科技, 2013, 28(7): 97-100.Chen Hui, Gong Qi. Threat Ordering Method Based on Overall Combat Effectiveness[J]. Electronic Science and Technology, 2013, 28(7): 97-100.

Research on Target Threat Assessment and Ranking Model of Single Ship against Submarine

ZHANG Hong-chao, WANG De-shi, PENG Jing-hui

(College of Weaponry Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033，China)

Aiming at the threat assessment reliability and efficiency of single ship against a submarine, the threat ranking rules and threat assessment model of submarine targets are studied. According to the characteristics of anti-submarine operation, the specifications describing threat are selected and the specification system of threat assessment is established. Based on the fuzzy analytic hierarchy process(AHP) method, the attacking judgment of the target is fused, so that the model can consider the factors such as the state of the target weapon in the battlefield environment. The simulation results show that the proposed method can be used to assess underwater target threats accurately and quickly. It provides the research foundation for developing the command and decision-making system of surface warship formation anti-submarine operation.

single ship againstsubmarine; threat assessment; ranking rule; fuzzy analytic hierarchy process

張弘弨, 王德石, 彭京徽. 單艦反潛目標(biāo)威脅評(píng)估排序模型研究[J]. 水下無人系統(tǒng)學(xué)報(bào), 2019, 27(1): 37-44.

TJ630;E911

A

2096-3920(2019)01-0037-08

10.11993/j.issn.2096-3920.2019.01.007

2018-07-16;

2018-11-21.

張弘弨(1993-), 男, 在讀碩士, 主要從事兵器發(fā)射與動(dòng)力推進(jìn)技術(shù)研究.

(責(zé)任編輯: 楊力軍)