预警机在海上编队防空作战中的效能评估方法研究*

王虹昙

(海军航空工程学院青岛分院 青岛 266041)

1 引言

随着空舰导弹射程的不断增加和隐身性能的进一步提高,海上编队受到了严重的空中威胁。作为“空中耳目”,预警机集预警、指挥、控制、通信等多种功能于一体,是海上编队防空作战胜败的关键。因此,研究海上预警机防空作战效能具有重要意义。

预警飞机在海上编队防空作战中的作用是多层面的,预警系统本身是一个复杂系统,对其进行作战效能评估涉及许多因素,有的因素无法进行精确计算,因而评估中常常带有经验性的判断,根据作战飞机作战效能评估具有综合性、概略性、相对性和层次性等特点[1～2],用模糊综合评价法对预警机海上防空作战效能进行评估。模糊综合评价(Fuzzy Comprehensive Evaluation)方法的基本思想[3]是应用模糊关系合成的原理,根据多个因素与被评价对象本身存在的性态或类属上的亦此亦彼性,把实际情况中模糊的东西客观化,贴合多因素综合评价问题的本质特点,有效地将复杂的定性问题定量解决,能够取得较好效果。

2 模糊综合评价的一般步骤

模糊综合评价是对给定对象综合考虑多种模糊因素进行评价和判决的方法。模糊综合评价一般涉及三个要素:因素集、评价集、单因素评判。在单因素评价的基础上,再进行多因素的模糊综合评价。一般而言,模糊综合评价过程大致包括这样几个步骤:

1)建立评价因素集

因素集是以影响评判对象的各种因素为元素组成的集合,通常用U来表示:确定评估的指标体系,解决用什么指标和从哪些方面来评价客观对象的问题。在选取因素集时,要遵循一定的原则。

3)建立权重集

评价因素集中的每个因素在“评价目标”中有不同的地位,即各评价因素在综合评价中占有不同的比重,这个比重称为权值,确定权值的方法有很多[4],有离差权法、最有权法、均权法等。本文采用层次分析法。层次分析法(AHP)是确定多属性问题中权重的常用方法,把复杂的问题分解成有序的递阶层次结构,根据1～9及其倒数的标度法,通过两两比较的方式(即生成判断矩阵)确定层次中诸因索的相对重要性[5]。

4)单因素模糊评判

5)多层次模糊综合评价

按照从下向上的顺序逐层对权重和模糊评判矩阵施加某种模糊运算◦,最后得到V上的一个模糊子集,其中表示被评价对象具有评语的程度。

表1 预警机海上防空作战效能评估体系、权重、单因素模糊向量表

3 评估体系和评判标准

3.1 建立评估体系

选择合适的效能指标建立评估体系,是做好系统效能评估的关键。衡量某预警机防空作战效能的优劣主要是从能涵盖该预警机防空作战能力的一些主要基本指标[6]来考虑的。通过大量的查阅有关资料和向相关专家的咨询,经过多次反复修改、补充与完善,并遵循选择评价指标的客观性、可测性、完备性、独立性、一致性和简洁性原则[7],建立预警机海上防空综合作战效能递阶层次结构评估体系,第一层是总目标层A,即综合作战效能,第二层是准则层B,共5个,第三层是指标层C,共 18个。如表 1所示。确定了评估体系也就确定了因素集。

3.2 评判集及标准的制定

评判集是对预警机防空作战效能评估可能得出的评判结果所组成的集合。将评判等级分为V1(优秀)、V2(良好)、V3(中等)、V4(较差)、(差)5个等级。则评判集机防空作战效能评估指标体系及评判集确定后,需要广泛征求预警机设计、研制单位的工程师、研究员、训练部门的军事专家等的意见,制定出预警机作战效能各项指标具体的等级评判标准。通过将受评对象的特征值与评判标准值进行比较,把具体指标值转换为评判值。由于篇幅所限本评估体系的评判标准不再列出。

4 单因素模糊评判

由于各指标的内涵不同,且往往处于不同的数量级,为了得到模糊判断矩阵,必须对不同的指标进行标准化处理(无量纲化),各种指标通过本身的隶属函数模糊化过程,即可较好地实现无量纲化。对于所有底层评估指标,按数据类型可分为定量指标和定性指标两类。

针对事物模糊性的不同情况,可采用不同的方法来确定隶属函数。国内外学者提出了诸如模糊统计法、例证法、专家经验法、模糊分布法等[8]。根据预警系统的特点,本文采用模糊分布法中的梯型隶属函数对定量指标进行模糊化处理。根据前文建立的评判等级标准,确定各型指标升势、降势临界点,建立梯型分布隶属函数。其中是底层指标ci隶属于评判集5各评语的隶属度j=1,2,是为1的临界值,是为1时两个端点值。

假定某海上预警机任务飞行高度C1为6800m,根据隶属度函数算出模糊评价向量:rC1=[0 0 0.25 0.75 0],依此方法得到其它定量指标的模糊评价向量rci。

图1 任务飞行高度的梯型隶属函数图

关于定性指标,很难对其进行量化,综合研制单位的专家和军事专家的集体智慧具有较高的可信度,采用专家评判给出模糊隶属度。通过上述对定量和定性指标的处理,不同性质不同量纲的底层指标值转化到了统一的隶属度空间上,构成模糊评判矩阵。此过程可以借助Matlab工具来减轻计算的复杂度。

5 模糊综合评判实例分析

下面给出一个运用文中介绍的模型和方法对某型预警机A在海上编队防空作战中效能评估的实例。由于篇幅所限,某型预警机评估指标的实测值不再列出。根据上文给出的评价体系及指标的模糊隶属化方法,计算出各底层指标的模糊评价向量rci,见表1。分别构成准则层5个指标的模糊评判矩阵:

由模糊评判矩阵和权重向量,由下向上逐层进行模糊综合计算。本文采用加权平均型算子(M(◦,⊕))进行模糊综合计算,此算子不仅考虑了所有因素的影响,而且保留了单因素评判的全部信息,比较适合于求整体指标的情形。计算结果如下:

5.1 二级层次(准则层)的综合评判

1)载机性能的综合评判指标权重集为:

wB1=[wC1wC2wC3wC4]=[0.2945 0.2068 0.3134 0.1853],模糊评判矩阵为RB1,则载机性能B1的模糊评判向量0.5291 0.1602 0]

2)预警探测能力的综合评判指标权重集为:

wB2=[wC5wC6wC7wC8]=[0.1429 0.5714 0.1429 0.1429],模糊评判矩阵为RB2,则载机性能B2的模糊评判向量0.3143 0.0286 0]

3)指挥引导能力的综合评判指标权重集为:

4)通信能力的综合评判指标权重集为:

wB4=[wC13wC14wC15wC16]=[0.1748 0.21570.3670 0.2425],模糊评判矩阵为RB4,则通信能力B4的模糊评判向量0.3958 0.0825 0]

5.2 一级层次(目标层)的综合评判

由此可得预警机A的海上防空综合作战效能的模糊评价矩阵R:

准则层5个指标的权重集:

最终的综合模糊评判向量为:

根据最大隶属度原则,此预警机防空作战效能属于良好。从模糊综合评判过程还可以得到预警机A的载机性能、预警探测能力、指挥引导能力、通信能力和生存能力的评判等级分别为中等、良好、良好、良好偏下,可见,要想进一步提高预警机A在海上编队防空作战中综合效能,可以通过改善载机性、提高通信能力以及进一步加强空中自卫能力来实现。

6 结语

1)用模糊综合评价法对预警机在海上编队防空作战中的作战效能进行评估,贴合多因素综合评价问题的本质特点,把实际情况中模糊的东西客观化,有效地将复杂的定性问题定量解决,取得了较好的效果。

2)在具体的评估中,要充分吸收研制专家和军事专家的经验,进一步完善评估体系;在广泛比较国内外此类预警机战技性能的基础上,进一步对评估标准合理化、精细化。使模糊综合评价法成为评估预警机在海上编队防空作战中效能的一种标准可行的方法。

[1]朱宝瑬,朱荣昌,熊笑非.作战飞机效能评估(第二版)[M].北京:国防工业出版社,2006

[2]刑昌风,李敏勇,吴玲.舰载武器系统效能分析[M].北京:国防工业出版社,2008

[3]谢季坚,刘承平.模糊数学方法及其应用[M].武汉:华中理工大学出版社,2006

[4]秦寿康.综合评价原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2003

[5]许柏树.层次分析法原理[M].天津:天津大学出版社,1988

[6]俪能敬.预警机系统导论[M].北京:国防工业出版社,1998

[7]徐培德.军事运筹学基础[M].长沙:国防科技大学出版社,2003

[8]胡宝清.模糊理论基础[M].武汉:武汉大学出版社,2004