基于層次分析法的水面艦艇防空反導評估方法研究?

朱錦輝

（中國人民解放軍91404部隊 秦皇島 066001）

1 引言

隨著軍事技術和武器裝備快速發展，未來高端海戰條件下水面艦艇防空反導作戰正面臨新的威脅與挑戰。當前，復雜電磁環境下基地化訓練已成常態，作戰效能評估作為實戰化訓練不可或缺的重要組成部分，將直接影響水面艦艇作戰能力的快速提升。如何準確客觀地確定水面艦艇防空反導作戰效能評估指標體系架構、關鍵要素因子和理論計算模型，對評估的一致性結果至關重要。

本文通過對層次分析法［1］的介紹和分析，研究提出基于層次分析的水面艦艇防空反導作戰效能評估方法實現技術路徑，旨在探索一種適用于復雜電磁環境下基地化訓練場景下作戰效能評估方法。

2 評估指標體系構建

水面艦艇在海上防空反導作戰中，其作戰效能評估主要涵蓋艦艇單平臺整體效能和各對空武器系統作戰效能等方面，重點針對空中威脅目標打擊能力，開展評估指標體系模型架構構建，主要包含平臺整體、預警探測、電子對抗、指揮通信、防空武器及敵對海作戰能力等六方面要素因子，具體詳見圖1。

圖1 防空反導評估指標體系

3 評估方法解析

3.1 層次分析法

3.1.1 方法概述

層次分析法，簡稱AHP，是指將與決策相關的要素分解成目標、準則、方案等層次，在此基礎之上進行定性和定量分析的決策方法［1］。該方法能夠將復雜多變的水面艦艇防空反導多目標實時決策評估問題作為一個完整系統，將威脅目標分解為多個作戰行為準則，進而分解為多威脅目標或準則的不同層級，依據要素間的從屬關系及不同因素的影響因子，進行不同威脅層級的要素聚合［2］，形成一個多層級的分析結構模型，從而最終使問題歸結為最低層級（供決策的方案、措施等）相對于最高層級（總目標）的相對重要權值的確定或相對優劣次序的排定［3］。

3.1.2 計算步驟

1）建立層次結構模型

防空反導效能評估按照不同威脅目標、不同威脅等級、不同作戰要素、不同武器系統間的相關關系和影響因素，分為效能評估最高層級、中間層級和最低層級，并按照各系統、各要素間的關系，構建層級結構圖。其中，最高層級是指水面艦艇效能評估需要達成的目標或要解決的問題；中間層級為影響制約最高層級目標實現的因素或決策準則；最低層級為支撐以上兩個層級的關鍵因素，也可稱為因素層級［3］。

2）構造判斷矩陣

水面艦艇防空反導效能評估受威脅目標、威脅等級、作戰要素等因素變量影響較大，可采取層次分析法［4～5］分析確定各層級要素/因素權重，采取統一標準、兩兩比較，并按照重要性程度確定等級，按照1-9標度賦值法［6～7］，根據不同重要程度的兩個要素間的比對結果，采取人在回路方式構造判斷矩陣［8］，并應具有以下性質特點：

判斷矩陣要素axy的標度方法如表1。

表1 比例標度表

3）層次單排序及其一致性檢驗

層次單排序在于如何準確計算判斷矩陣的最大特征向量，并通過歸一化處理，從而得到各級指標的權值排序。在這個排序過程，判斷矩陣可能存在誤差，造成計算不準確，需要對其進行一致性檢驗，若不滿足一致性要求，則需要重新修訂完善判斷矩陣各要素權值指標。計算一致性指標的公式如下［9］：

其中，CI數值越小，則代表一致性滿意度越高，數值越大，則代表判斷矩陣不一致問題越嚴重。為進一步精確標定CI 數值大小，可以引入隨機一致性指標RI：

其中，判斷矩陣階數多少直接決定了RI 數值的大小，其對應關系如表2。

表2 隨機一致性指標和判斷矩陣對應關系表

若CI/RI< 0.1，說明該判斷矩陣具有滿意的一致性檢驗［4，10］。

3.2 實例應用

層次分析法主要是根據研究對象的特性分解為多個指標與子指標，形成一種自上而下的遞階層次關系，并將系統看成一個層次結構模型，最終獲得最低層指標對總目標的重要性權重。

應用層次分析法開展防空反導作戰效能評估方法主要涵蓋以下三個步驟。

1）建立遞階層次結構模型

根據水面艦艇防空反導效能評估的指標體系，建立遞階層次結構模型，如圖1所示。

2）構建判斷矩陣

根據建立的防空反導指標體系結構模型，構建各要素因子的判斷矩陣，從最低層向上依次構建。

（1）平臺整體作戰能力由空中態勢掌握有效率、威脅判斷正確率、目標分配與指示有效率、軟硬武器攔截有效率四個要素因子組成，構建判斷矩陣：

（2）預警探測能力由發現目標及時率、目標識別正確率、目標跟蹤有效率、抗干擾措施有效性四個要素因子組成，構建判斷矩陣：

（3）電子對抗能力由信號識別正確率、有源干擾有效性、無源干擾有效性三個要素因子組成，構建判斷矩陣：

（4）指揮通信能力由數據鏈通聯率、抗干擾成功率兩個要素因子組成，構建判斷矩陣：

（5）防空導彈能力由導彈發射反應時間、導彈抗擊有效率兩個要素因子組成，構建判斷矩陣：

（6）突防飛機打擊能力由突擊成功率、防御有效性、電子干擾兵力支援掩護有效性三個要素因子組成，構建判斷矩陣：

3）層次單排序及一致性檢驗

（1）平臺整體作戰能力檢驗結果為

λmax=4.09，CR=0.033<0.1，具有滿意一致性。經計算得到：ω=(0.47,0.23,0.2,0.11)。

（2）預警探測能力檢驗結果為

λmax=4.09，CR=0.033<0.1，具有滿意一致性。經計算得到：ω=（0.47,0.23,0.2,0.11）。

（3）電子對抗能力一致性檢驗結果為

λmax=3.02，CR=0.017<0.1，具有滿意一致性。經計算得到：ω=（0.26，0.64，0.1）。

（4）指揮通信能力權重經過計算得到：ω=（0.25,0.75）。

（5）防空導彈能力權重經過計算得到：ω=（0.25,0.75）。

（6）突防飛機打擊能力一致性檢驗結果為

λmax=3.02，CR=0.017<0.1，具有滿意一致性。經計算得到：ω=（0.26，0.64，0.1）。

4 葉指標計算

為實現快速準確評估，需要對以下兩方面進行量化處理：一是按一定規則對各定性因素（或指標）進行量化處理，二是對所有指標進行歸一化處理，得到最后統一無量綱的量化結果。本項目對每個葉節點（最小不可分的性能指標）設計出歸一化和效用函數，通過量化處理指標要素，利用數學變換消除指標量綱、指標變化范圍影響，把不同指標轉化為可以綜合比較的相對統一“量化值”，使不同指標數據量綱不影響指標間的綜合。歸一化變換后的指標值域范圍限制為（0，1］，具體詳見表3［11～12］。

表3 防空反導評估指標表征

5 結語

針對復雜電磁環境下防空反導各作戰系統能力的應用性評估，作戰效能只是特定對抗條件下評估結果的一種表征，如各作戰要素間的體系關聯度、貢獻度，作戰行動間的協同融合度，以及裝備性能指標，都是影響作戰效能評估的重要因素。此外，為進一步驗證實兵條件下作戰效能評估結果可信度，可以依托作戰仿真實驗室，對實兵數據和評估結果開展作戰演繹評估，進行內外場一致性校驗和作戰仿真演繹推論，進一步發現和挖掘防空反導作戰中各要素因子存在的問題和短板弱項，提出解決策略，實現實戰化訓練的閉環管理艦艇防空反導作戰能力的快速提升。