基于SEA的水面舰水声对抗系统作战效能评估模型研究＊

（91388部队 湛江 524022）

1 引言

水面舰水声对抗系统是水面舰水下防御体系的重要组成部分，建立作战效能评估模型有助于了解其作战能力和不足，为指挥员作战决策提供参考依据，也为提高系统的作战效能创造条件。目前，很多专家和学者已经开始探讨和研究水声对抗系统的效能评价方法。唐正和孙超等人提出了基于灰色层次分析法的水声对抗系统效能评估［1］。现有的效能评价方法还有Lanchester方程、原型仿真、影响图方法等，上述方法均局限于静态评估系统效能，有一定的主观性及模糊性［2］。

SEA（System EffectivenessAnalysis）方法由美国（MIT）信息与决策系统实验室（LIDS）的A.H.Levis教授等人于20世纪70年代末至80年代中期提出，它通过将系统的运行与系统要完成的使命联系起来，观察系统的运行轨迹和使命要求的轨迹在同一公共属性空间相符合的程度，根据轨迹重合率的高低，来判断系统的效能高低。可以看出，SEA 方法强调在相同的环境下，系统与使命的建模和分析，是动态的客观分析系统效能的方法［3］。该方法已在一些军用系统（如欧洲的北约防空系统）和民用系统（如工业用的自动化系统）效能评估与分析方面成功应用［4］。本文将探讨采用SEA 方法来分析水面舰水声对抗系统作战效能，并建立评估模型。

2 使命任务和基本思路

水面舰水声对抗系统一般由鱼雷报警子系统、综合反应子系统和对抗实施子系统组成，其作战流程也相应划分三个阶段［5］：一是鱼雷报警阶段，主要由鱼雷报警子系统完成对来袭鱼雷的探测、识别，并发出报警信号；二是对鱼雷攻击的快速反应与决策阶段，由综合反应子系统把环境信息、战术信息和鱼雷动态位置信息进行综合，拟定出舰艇规避和布放对抗器材的对抗方案；三是对抗阶段，对抗实施子系统接收到综合反应子系统的指令后，采用软杀伤／硬杀伤、非杀伤多种对抗手段，发射对抗器材，利用水声环境进行恰当的机动规避，使来袭鱼雷航程耗尽或直接将其摧毁。可见，水面舰水声对抗系统的使命任务是对敌来袭鱼雷进行发现、识别和报警，并组织布放对抗器材进行对抗，掩护本舰规避，以此来防御敌鱼雷的攻击，提高本舰的生存能力。

由于采用SEA 方法进行效能评估是针对具体作战任务的，因而需要对水面舰水声对抗系统作战效能分类进行评估。我们根据其作战特点，将水面舰水声对抗系统作战效能的指标作了相应的简化，分为三个相对主要的性能指标度量：报警性能指标、反应决策性能指标和器材对抗性能指标［6］。通过三者的有效结合，可以得出系统的水声对抗作战效能。

3 性能指标确定

3.1 报警性能指标（MOP1）

系统的报警性能指标一般指报警范围和获取信息的质量［7］。系统报警范围可近似为以系统最大报警距离为半径的圆。报警范围越大，预警时间就越长，就有更充足的时间实施水声对抗，对水下防御就越有利。而信息获取方面，主要考虑系统对来袭鱼雷信息的错报和漏报两个因素。报警正确率越高，漏报率越低，信息获取质量越高。因此，系统报警性能指标数学模型的建立应该考虑系统对来袭鱼雷最大报警距离R和能够组织实施对抗的舰雷最小间距r的关系以及系统对来袭鱼雷的报警正确率η和漏报率ξ问题。具体模型如下：

在具体装备的效能评估中，可根据装备性能得到η，ξ，r与R的值。图1为报警性能指标（MOP1）与n，ξ，r，R之间关系示意图。

图1 MOP1 与η，ξ，r，R 关系示意图

3.2 反应决策性能指标（MOP2）

反应决策性能指标在本文用系统反应时间来衡量。系统对鱼雷目标报警后，将所得的信息作相应处理、决策，最后组织布放器材进行对抗或规避，这需要一定的时间，而这一时间的长短即是系统的反应时间t［8］。从发现鱼雷目标一直到对抗实施的整个过程中，不能使鱼雷接近到能够组织实施对抗的舰雷最小间距r这一边界线，系统的反应时间是决定性因素。假设系统对来袭鱼雷报警距离为R，来袭鱼雷相对于水面舰的径向速度为v。则

图2为反应决策性能指标（MOP2）与R，v，t之间关系示意图。

图2 MOP2 与R，v，t之间关系示意图

3.3 对抗性能指标（MOP3）

对抗性能指标是指通过采用软杀伤对抗器材、硬杀伤对抗器材和非杀伤对抗手段对我方产生的有利结果［9］。本文认为实施方式越多，效能相对越大。在此将对抗效能分为软杀伤器材对抗效能、硬杀伤器材对抗效能和非杀伤对抗效能三个子指标，分别定义为MOP31、MOP32和MOP33，则对抗效能度量函数为

4 系统映射和使命映射

1）在敌方鱼雷来袭过程中，我方水声对抗系统发现并识别目标。报警距离越远，为我提供实施对抗行动的时间越长，对我对抗作战越有利。由MOP1模型和图1可知，报警性能指标MOP1在（0，η·（1-ξ））中变动。

在作战中，对于MOP1的使命范围，我们希望对来袭鱼雷的报警距离远大于我最小实施对抗距离，因而MOP1的值域应取为：

2）在作战过程中，根据系统对来袭鱼雷报警距离和系统反应时间，战场态势会出现以下两种情况：1）我舰已经稳定跟踪敌鱼雷，可以实施对抗，即R-vt≥r；2）我舰已来不及对来袭鱼雷组织对抗。因此：

MOP2值域为

3）在对抗中，若发现来袭鱼雷距离足够远，一般要采用多种对抗手段，以求形成由远及近的全面防御层次。在实际的作战过程中，采取了多少对抗方式，就根据MOP3的量化模型计算相应的指标量化值，从而知MOP3值域为（0，1）。

4）综合建模。下面将MOP1、MOP2和MOP3综合得出系统的作战效能。由于目标报警、作战反应和器材对抗是整个水声对抗系统信息作战的必要流程，在作战过程中处于前后相连的三个阶段，参考“串并联”模型框架，利用以下公式评估系统的水声对抗效能［13］：

在此，为强调对整个水声对抗系统的最低能力限制，强调“信息门槛”这个定义。信息门槛是为完成特定的作战任务在信息能力或质量上的最低限度。当系统能力低于某个信息门槛，则效能指数MOP＝0。本文评估模型的信息门槛有两个：最小报警距离r和实施水声对抗。当系统报警距离低于r，当没有及时采取对抗措施时，直接定义作战效能MOP＝0，不再使用评估模型评估。

4 实例计算与结果分析

4.1 实例计算

利用上文建立的数学模型，本文对水面舰水声对抗系效能做了计算分析。

1）若报警距离足够远，为实施多种对抗方式组合干扰提供了足够的时间，以MOP31＝MOP32＝MOP33＝0.5 为例，则MOP3＝1-（1-0.5）3＝0.875；若能采取两种对抗方式，则MOP3＝0.75；若只能采取一种对抗方式，则MOP3＝0.5。

2）若我们定义MOP3取固定值K，当R≥r时，效能评估公式为MOP＝K·MOP1·MOP2·MOP3，K⊂（0，1）。此时，基本情况想定为：敌鱼雷速度vt＝27.5m／s，我水声对抗系统对鱼雷实施对抗的最小距离500m，K＝0.9，η＝0.9，ξ＝0.05。结果如表1所示。

表1 不同想定下的系统作战效能比较

4.2 结果分析

1）对来袭鱼雷报警距离越远，可为水声对抗实施多种对抗方式组合干扰提供的时间越充足，越有利于完成水声对抗作战任务；

2）通过分别对比表1中想定Ⅰ和想定Ⅱ以及想定Ⅲ和想定Ⅳ情况下的系统效能值，可以分析得出在范围［r，R］内我方对鱼雷目标报警距离越远，系统的效能越佳；

3）通过分别对比表1中想定Ⅰ和想定Ⅳ以及想定Ⅱ和想定Ⅲ情况下的系统效能值，可以得出当系统的作战反应时间减小时，系统的效能明显提升，可以看出反应时间对于水面舰水声对抗作战非常重要。

5 结语

本文应用了SEA 方法建立了水面舰水声对抗系统作战效能评估模型。需要指出的是，应用该模型评估水面舰水声对抗系统作战效能的准确性主要取决于指标体系的完善和其性能度量（MOP）的模型的好坏。因此，今后将继续这两个方面的研究来完善该模型，并重点完善MOP3及其各级的子指标。

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