基于改进ADC法的潜艇反潜作战方案效能评估

杨小小，綦辉，陈磊

（1.海军潜艇学院；2.92038部队，山东青岛266042）

基于改进ADC法的潜艇反潜作战方案效能评估

杨小小1，綦辉1，陈磊2

（1.海军潜艇学院；2.92038部队，山东青岛266042）

反潜是潜艇最富挑战性的一种任务，对潜艇的反潜作战方案进行评估是评价反潜效能的有力手段。文章对武器系统评估中常用的ADC法进行了改进，在考虑潜艇的协同能力、生存能力、作战人员素养、作战环境因素的基础上，提出了潜艇反潜作战的评估指标体系。对于假定的作战条件，分别采用潜艇的3大基本战法作为作战方案，运用改进的ADC法，评估3大基本战法在潜艇反潜作战行动方案中的效能。计算结果表明，利用改进ADC法进行潜艇反潜作战效能评估是有效可行的。

作战效能；潜艇作战；ADC法

作战方案评估是指挥决策过程中关键的一步。有了齐全的作战方案，如果不能正确地进行评估，就无法选择最优的方案。在未来海战中，潜艇兵力是作战的主要力量。为适应未来海战时效性的需要，必须做到对潜艇作战方案进行快速高效评估，为指挥员或指挥机关提供决策支持。作战方案的评估和优选又是一个极其复杂的工作，需要相关的支持理论，以及科学有效的评估准则、方法和程序。

对系统进行效能评估，仅靠单因素性能指标或者多性能指标的穷举法来确定系统整体效能已经不能够满足信息化战争条件下武器装备系统效能评估的要求。目前常用方法有层次分析法[1]、专家征询法[2]、判别分析法[3]、聚类分析法[4]、灰色模糊分析法[5]和ADC方法[6]等。

相比之下，ADC法有考虑问题全面、数学模型严谨、模型层次清晰、效能指标含义明确、能鲜明反映武器装备系统效能的物理本质的优点[7]，被认为是有效通用的系统评估模型，在诸多领域得到广泛应用。在ADC模型中，作战能力向量是系统效能集中的体现，也是评估系统效能的关键，武器系统整体效能的发挥既受固有作战能力向量影响，又受战场环境影响。为使武器装备系统效能评估更加符合实际，应将人员素质和战场环境适应度引入系统效能评估模型中。

本文根据潜艇所能担负的作战任务和潜艇的作战能力，从效能的角度制定潜艇反潜作战方案效能评估指标体系，针对作战想定将潜艇3大基本战法作为作战方案，并运用改进的ADC法对作战效能进行评估比较，利用概率计算解析法实现作战方案的评估优选过程。

1 潜艇作战方案效能的基本概念

美国工业界武器系统效能咨询委员会（WSEIAC）对系统效能作如下定义：“系统效能是预期一个系统能够满足（完成）一组特定任务要求的程度的量度”[8]。

由此，潜艇作战方案效能可定义为：在某种作战环境下，潜艇能够完成某项作战任务要求的量度，也是潜艇在执行某项作战任务时潜艇作战能力的量度，或是潜艇作战效能的体现。它包括5个方面的内容：

1）对象就是系统，所谓效能，只能是系统的效能；

2）任何作战方案的效能只能针对潜艇某项作战任务而言，作战任务变了，作战方案效能随之改变；

3）潜艇作战方案效能，只能是特定的条件（包括自然环境、战场环境等条件）下的效能；

4）“某项作战任务要求”蕴含着“特定时间”的要求；

5）量度是潜艇完成“某项作战任务要求的程度”，这个“程度”的大小反映了潜艇完成指定作战任务的能力。

2 改进的ADC法

ADC法是美国陆军效能委员会于1970年提出的，适用于武器系统效能评定的一种方法。效能的评估模型为

式中：A为系统可用性向量，表示系统在开始执行任务是处于不同状态的概率；D为系统执行任务可信性矩阵，表示系统在开始处于某一状态，而在使用过程又转移到另一状态的概率；C为系统能力向量，表示系统在最后的可能状态中达到某项效能指标。

ADC法的基本思想[9]：综合考虑系统各个阶段的性能指标，来对系统效能进行评估，在本质上与阶段概率法相同。

在评估潜艇反潜作战方案效能时，潜艇反潜是一个动态的、对抗的过程。潜艇展开到作战海域有可能遭受到对方反潜兵力的打击，在作战时，是潜艇与敌潜艇对抗与反对抗的过程。因此，在制定作战能力C指标时，应考虑到潜艇与对方反潜兵力对抗时的生存能力S。另外，潜艇反潜作战往往需要其他兵力的协同，需要考虑潜艇的协同能力。

潜艇反潜作战效能的发挥，既受潜艇系统自身固有能力的影响，又受使用人员和战场环境的影响。为使系统作战效能评估更符合实际，将使用人员能力素质R和战场环境影响因素H引入系统作战效能评估。改进后的潜艇反潜作战效能评估模型表达式为

3 潜艇反潜作战方案效能评估模型

潜艇的作战效能的评估是以评价指标为基础的。图1是利用效能分析法建立的潜艇反潜作战方案的评估指标体系。

图1 潜艇反潜作战效能评估指标体系Fig.1 Submarine anti-submarine combat effectiveness evaluation index system

3.1 可用性

可用性包括潜艇的可用性及武器平台的可用性，由于潜艇反潜过程中常采用鱼雷作为攻击武器，因而武器的可用性即鱼雷的可用性。潜艇和鱼雷都存在2种状态“工作”和“故障”。因此，潜艇系统共有4种初始状态，分别为A1、A2、A3和A4，潜艇系统的初始状态可用性向量为A=(A1,A2,A3,A4)。

潜艇的可用性概率Asub为

式中：MTBFsub为潜艇平均无故障工作时间；MTTRsub为潜艇平均修复时间。

鱼雷的可用性概率Ayl为

式中：MTBFyl为鱼雷平均无故障工作时间；MTTRyl为鱼雷平均修复时间。

则潜艇系统的可用性向量为

3.2 可信性

由上述分析可知，潜艇系统在反潜作战过程中存在4种状态，且在战斗过程中，故障一般都无法维修，即子系统由故障状态转移到工作状态。因此，潜艇系统的可信性矩阵是一个4×4的上三角矩阵：

式中，dij表示潜艇系统在作战中由初始状态i转到状态j的概率。

对潜艇平台和鱼雷武器，α11、α12、α21、α22和β11、β12、β21、β22分别表示：潜艇平台和鱼雷武器一直处于正常状态、从正常到故障状态、从故障到正常状态、一直处于故障状态的概率，T为系统执行任务的时间。若已知系统在执行任务期间的故障率λ、修复率μ，系统处于对抗状态，μ1、μ2为0。故障与维修均服从指数分布，可以求得可修复装备可信赖性矩阵中的元素如下：

因为潜艇系统运行状态由潜艇平台和鱼雷武器串联决定，所以有：

3.3 作战能力

潜艇系统的作战能力指消灭敌潜艇的能力，即对抗最终结果敌潜艇被消灭的概率[5]。可确定能力矩阵

式中，ci表示潜艇系统在执行任务过程中，在状态i下完成任务的概率，它包括潜艇系统的协同能力、攻击能力和生存能力，分别用协同概率px、攻击概率pg和生存概率ps来表示，ci=px,i·pg,i·ps,i。

潜艇的协同能力主要体现在潜艇的通信指挥能力，潜艇的协同概率px为通信指挥概率pt。

令潜艇系统发现目标的概率为pf，鱼雷命中目标的概率为pm，毁伤目标的概率ph，抗干扰概率pk，潜艇系统的攻击能力概率为

令敌潜艇的发现概率为pdf，其鱼雷的命中概率为pdm，毁伤概率为pdh，抗干扰概率pdk，潜艇系统的生存能力概率为

3.4 使用人员能力素质

使用人因素是指操作人员和指挥人员的素质对系统效能发挥的影响，主要由特定部队人员满编率、使用人员的军政素质、战时的心理素质和平时人机结合训练水平决定，这些指标和系统作战效能成正相关，如图1所示。使用人因素R的表达式为

式中：ωi为各指标权重，由专家打分确定；ri为各指标因素在作战中所能达到的程度，用概率的形式表示，其值由上级军事主管部门根据历次演习情况和平时训练考核情况确定。

3.5 战场环境影响系数

战场外部环境对系统作战效能具有重大的影响，不同的环境对系统作战效能的影响不同，相同环境中，各种因素对系统作战效能的影响也不尽相同。具体的环境中具体考虑的环境因索也有区别，图1列出的是战场环境下对系统作战效能影响的一般因素。

战场环境影响系数H的表达式为

式中：ωi为各指标权重，由专家打分确定；hi为各个战场环境影响因素对系统效能的损伤率，由专家根据作战时的具体情况确定。

4 作战想定

假定蓝方某型潜艇到红方附近海域探测重要情报，红方派出某潜艇应对，目的击沉蓝方潜艇。

在利用本文提出的改进ADC法进行潜艇作战效能评估时，潜艇3大战法主要体现在作战能力C的不同，而作战能力的不同又体现在攻击能力G和生存能力S。攻击能力体现在红方潜艇发现蓝方潜艇的概率pf、鱼雷命中蓝方潜艇的概率pm；生存能力S体现在蓝方潜艇的发现概率为pdf和蓝方鱼雷的命中概率pdm，因而通过分别计算3种战法的pf、pm、pdf和pdm，利用改进的ADC法评估它们的反潜作战效能，从而达到在特定作战环境下比较3大战法优劣的目的。

1）阵地设伏。阵地设伏是预先将潜艇配置在蓝方潜艇必经海区的一个或几个阵地内，对目标进行伏击的一种战斗使用方法。阵地设伏的特点是伏击，“以静打动”，组织指挥比较简单，潜艇对通过阵地的蓝方潜艇有较高的发现和攻击概率。但潜艇控制的海区范围较小，在阵地内长期待机保持隐蔽比较困难。

2）区域巡航。区域巡航是指潜艇在一个相对开阔的海区内采用游动和待机相结合的方式进行战斗活动的方法。其实质是为遂行所受领的任务，给每艘潜艇指定一块较大的海域，潜艇在此海域范围内充分发挥主观能动性，主动灵活地搜索和袭击蓝方潜艇。

3）引导攻击。引导攻击是指潜艇在指挥所或引导兵力的引导下，进行接敌展开，对蓝方实施攻击的一种战斗方法。它与阵地设伏和区域巡航的主要区别是：有可靠的侦察引导保障；潜艇需要进行较长距离的机动。

5 仿真计算

假设在这次潜艇反潜作战中，红方某型号潜艇部队特点人员满编率高，官兵军政素质高，长期驻守在一线，对周围环境熟悉。蓝方潜艇特点：电子战能力、侦察能力较好，武器装备高技术化。下面给出的潜艇的探测概率、生存概率、鱼雷命中概率值等参数，是根据文献[9-13]综合考虑得到的。

根据系统的战术技术性能参数计算潜艇连续工作10 h的系统作战效能，T=10 h，并对结果进行分析。该潜艇系统平均故障间隔时间MTBF为100 h，平均修复时间MTTR为1 h，该鱼雷系统平均故障间隔时间MTBF为200 h，平均修复时间MTTR为

5.1 可用性计算

根据3.1节的计算公式有：

5.2 可信性计算

根据3.2节的计算公式有：

5.3 作战能力计算

1）阵地设伏。由于红方潜艇存在其他探测跟踪设备的保障，红方潜艇的探测概率要明显优于蓝方潜艇，即pf＞pdf。红方潜艇的性能参数：pf=0.85，pm=0.9，ph=0.75，pk=0.8；px=1。

蓝方潜艇的性能参数：pdf=0.6，pdm=0.95，pdh=0.8，pdk=0.85，因此，

在潜艇故障状态下，若被蓝方潜艇发现，pdf=1，则：ps=1-0.95×0.8×0.85=0.354 0，

c2=pg·ps=0.459×0.354 0=0.162 5；

在鱼雷故障状态下，pg=0，c3=c4=0。

2）区域巡航。采用区域巡航战法时，由于红方潜艇机动能力有限、发现蓝方舰船的距离较近，与蓝方遭遇的概率比较低，因此发现概率较小pf=0.6，使得命中概率随之降低pm=0.75；同样，蓝方潜艇的发现概率和命中概率也降低为pdf=0.5，pdm=0.8。

3）引导攻击。采用引导攻击战法时，由于红方潜艇能够获得持续可靠的侦察引导保障，潜艇可以及时获得必要的信息，并且具有与指挥所的双向通信能力，即协同能力较好，使得发现和攻击概率较高，pf=0.9，pm=0.95；相反，蓝方潜艇的发现和攻击概率要下降，pdf=0.5，pdm=0.8。

5.4 计算使用人员素质能力

由于使用人员的素质能力量化具有主观性较强的特点，因而咨询权威专家对使用人员的素质能力分向量权重进行两两比较打分，如表1所示。

表1 使用人员素质能力分向量两两比较打分表Tab.1 Mutual comparison marking of personnel quality ability vectors

使用该系统的部队的上级军事主管部门根据历次演习情况和平时训练考核情况，确定该部队的指挥员和系统操作人员的素质能力所能达到的程度，具体结果如表2所示。

表2 某部队使用人员素质能力表Tab.2 Quality ability of personnel of some unit

5.5 计算战场环境系数

咨询专家对战场环境影响因素分向量权重进行打分，如表3所示。

表3 战场环境向量两两比较打分表Tab.3 Mutual comparison marking of battlement environment vectors

根据上面打分表，计算得：

满足一致性指标。

研究专家对战场环境影响因素进行打分见表4。

表4 战场环境影响因素表Tab.4 Affected factors of battlement environment

5.6 计算结果及对比

由潜艇反潜作战行动效能评估指标，结合武器系统评估的ADC法，潜艇反潜作战行动方案评估如下。

1）阵地伏击法：

2）区域巡航法：

3）引导攻击法：

从计算结果可以看出，在本文作战想定中，利用改进ADC法，得到潜艇3大战法反潜作战效能的评估优劣比较结果为：引导攻击法>阵地伏击法>区域巡航法，即在这种作战条件下，引导攻击法是最优的，但是这种战法需要可靠的引导保障，并且需要和指挥所之间具有双向通信能力。

6 结论

本文建立了基于改进ADC法的潜艇作战方案效果评估指标体系，并进行仿真计算，得到在某种作战条件下的潜艇3大战法反潜作战效能评估的结果，表明该方法用于潜艇反潜作战效能评估是有效可行的。

“3种战法”中的每一种战法都具有自己的特点和规律，使用时机也不一样，应根据不同的任务要求、敌情、我情和海区情况选用。另外，上述3种潜艇的基本战斗方法虽具有普遍的规律性和相对的稳定性，但也不是一成不变的。随着现代军事高技术日新月异的发展，潜艇基本战法依赖的条件和因素在不断地发生变化，对潜艇战斗规律和指导规律的认识也有待于不断地深化，本文提出的改进ADC模型作战效能评估能够为完善和发展潜艇的基本战斗方法提供一定的参考价值。

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E911

A

2014-01-11；

2014-04-08

杨小小（1981-），男，博士生。

1673-1522（2014）03-0285-06

10.7682/j.issn.1673-1522.2014.03.018