歼侦机执行侦察任务前挂载方案预先选取*

肖 明 李相民

(1.海军航空工程学院研究生管理大队 烟台 264001)(2.海军航空工程学院二系 烟台 264001)



歼侦机执行侦察任务前挂载方案预先选取*

肖 明1李相民2

(1.海军航空工程学院研究生管理大队 烟台 264001)(2.海军航空工程学院二系 烟台 264001)

歼击型侦察机可挂载多种型号的侦察吊舱。在执行侦察任务前,首先要根据任务类型选取最佳的挂载方案。对歼侦机可执行的任务进行深入分析,归纳为高空“普查”和低空“详查”两大类;采用AHP和PROMETHEE相结合的方法对可选挂载方案进行对比评优,以选择最佳的挂载方案;在两种任务下分别选取三种型号的吊舱进行仿真分析,计算结果与实际情况一致,表明了该方法的有效性。

层次分析法; PROMETHEE; 挂载方案; 歼侦机

Class Number TP301.6; E926.399

1 引言

歼侦机是由相应的歼击机经过改装之后,加装侦察吊舱兼具作战和侦察任务,使作战侦察任务更加灵活多样,且改装成本低廉,作战效率大大提高,具有出动准备快、飞行速度高、突防能力强等突出优点,能够迅速到达指定侦察区上空和敌方防御纵深进行侦察,且侦察吊舱型号多设备全、收容面积大、照相视野广、图像分辨率高,图像信息能够实时传输回地面情报指挥中心,因此能够在短时间内及复杂气象条件下完成多种侦察任务,并能迅速及时地提供大量情报信息资料。现在及今后很长时间内仍将是海军航空侦察兵力的重要组成部分[1]。歼侦机一般都设计有多种配挂方案,对应多种型号的侦察吊舱,不同型号的侦察吊舱装备有不同种类、不同型号、不同数量的航空侦察相机。在实际执行具体的作战侦察任务之前,首先要做的事情就是,应根据不同的侦察任务需求,在多种可选配挂方案中,根据不同型号侦察吊舱的配备数量、维护保障特点、侦察性能指标等特征进行对比分析,以选择最佳的配挂方案执行相应的侦察任务。

2 歼侦机所担负的侦察任务分类

21世纪是海洋的世纪,各海洋大国为了维护及争夺海洋权益,纷纷加大对海军的投入。海军作为高技术兵种,随着现代电子信息技术的不断飞速发展,其装备的雷达系统和防空导弹系统的性能越来越先进,防空能力越来越强,尤其是大型舰艇编队,都部署了极其严密的防空火力网,如果侦察机从中低空直接飞抵目标上空进行侦察,无异于羊入虎口,被击落的概率非常之大。针对敌方严密的防空火力网,现代作战飞机更加突出了低空和超低空高速突防能力,利用地球曲率和地形起伏造成的雷达盲区、地面(海面)杂波对非相参体制雷达的干扰作掩护以及防空武器所需的调度时间等条件,快速隐蔽的突入敌区进行突然袭击,这样就能大大降低飞机被敌方击落的概率,提高了本机的生存力。

因此,歼侦机在执行侦察任务时,为最大限度地提高载机的生存能力,应把握好以下三个原则:

1) 应避免在敌方防空火力最为严密的中空进行侦察,而采取在低空侦察或高空侦察。由于现代舰艇雷达及防空导弹的性能十分先进,这里的空域划分标准为:高空10000m以上,中空1000m～10000m,低空1000m以下。

2) 应尽量避免在目标上空的垂直侦察方式,应充分发挥倾斜照相的特点,采用在敌方防空火力网外或边界处以倾斜照相方式进行防区外边界侦察。

3) 在到达指定侦察区之前,利用自身载机特点采用低空、超低空掠海飞行方式,充分利用地球曲率和地形起伏造成的雷达盲区、海面杂波对非相参体制雷达的干扰作掩护以及防空武器所需的调度时间等条件,快速隐蔽的突防至指定侦察区,然后跃升至指定高度进行侦察。

经过上述分析,可把歼侦机所担负的侦察任务分为高空“普查”侦察和低空“详查”侦察。

3 基于AHP和PROMETHEE方法的配挂方案评优

3.1 基于AHP方法的权重计算步骤

AHP(层次分析法)主要基于所选专家的意见,评价结果受所选专家的认识能力、经验水平、知识结构和偏好等影响较大。其基本思想是把决策问题的有关要素按照支配关系形成层次结构,用一定指标对专家的主观判断进行客观量化,构造出判断矩阵,在此基础上计算各指标的权重系数[2]。具体求解步骤如下:

1) 构造判断矩阵

对同一层次的各要素关于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较,构造比较矩阵A=(aij),比较取值标准采用应用广泛的1～9标度法。

2) 计算指标权重值

计算判断矩阵A的最大本征值λmax及对应本征向量即权向量ω,一般采用方根法计算。首先计算判断矩阵每一行元素的乘积Mj:

(1)

计算Mj的n次方根:

(2)

(3)

3) 对判断矩阵进行一致性检验

(4)

计算一致性指标CI:

(5)

查找相应的平均随机一致性指标RI,并计算一致性比率:

(6)

当CR<0.1,认为判断矩阵的一致性是可以接受的。当CR>0.1,应该对判断矩阵进行修正。对于一阶、二阶矩阵总是一致的,此时CR=0。

4) 计算各底层指标的合成权重,对应相乘即可。

3.2 PROMETHEE方法原理和求解步骤

1) 基本原理

PROMETHEE方法是多属性决策理论的重要方法,目前在国外得到了非常广泛的应用,其最大的特点是引入了优先函数的概念,用优先函数来描述一对决策在同一指标上的优先程度,即根据各决策指标值之间差距的大小来判断决策对之间的优劣程度。优先函数的值域取值范围为0～1,假设指标为效益型指标,那么,函数值越小,决策对之间的差异也就越小;当函数值为0时,决策对之间无差异;函数值越接近1,决策xi优于决策xk的程度也越高;当函数值为1时,决策xi严格优于决策xk。成本型指标则意义取反[3～4]。

2) 典型优先函数

布詹斯(Brans)和文可(Vincke)根据各种实际情况,总结出六种形式的优先函数。在实际应用中,决策者要根据自己的实际情况选择最佳的优先函数作为判断准则[5～6]。

常规准则(usual criterion)

(7)

拟准则(quasi criterion)

(8)

线性准则(criterion with linear preference)

(9)

分层准则(level criterion)

(10)

带区间的线性准则(criterion with linear preference and indifference area)

(11)

高思准则(Gaussian criterion)

(12)

3) 求解步骤

计算优先指数。设决策集为X,对于每一对决策xi,xk∈X,当决策各指标的权重分别为ωj,j=1,2,…,m时,定义优先指数为

(13)

对实际的多属性决策问题,当衡量各指标优劣的优先函数(判断准则)被确定后,就可以求得Pj(xi,xk)的值,并进而求得优先指数∏(xi,xk)。

计算各决策的流出、流入和净流。对每一个决策定义流出(outgoing-flow)、流入(incoming-flow)和净流(net-flow)。

决策xi的流出为

(14)

决策xi的流入为

(15)

决策xi的净流为

φ(xi)=φ+(xi)-φ-(xi)

(16)

计算决策集X上各决策的净流,根据各对决策的净流大小即可确定级别优先关系:

xi的级别高于xk若φ(xi)>φ(xk)
xi与xk的级别无差异 若φ(xi)=φ(xk)

3.3 歼侦机侦察流程分析及指标体系建立

1) 侦察流程分析

在确定某种挂载方案即某个型号吊舱之后,歼侦机挂载该型号吊舱执行侦察任务的过程可以分为三个阶段:执行侦察任务前的准备阶段、到达指定侦察区(或应召侦察区)后的侦察阶段和返航后的情报信息总结处理阶段[7]。

2) 建立指标体系一般原则及特殊要求

在确定评价指标体系时,一般应遵循科学性、系统性、简洁性、客观性、有效性、可测性、完备性、独立性、一致性和拓展性等原则。但是,在实际应用中,这些原则之间可能会出现一定的矛盾,这时的特殊要求主要有:当指标的有效性和简洁性相矛盾时,应在满足有效性的前提下,尽可能使评价指标简洁;当指标的系统性与可测性相矛盾时,应以系统性为主,尤其是与评价要求关系重大的指标,虽然具体数据不易得到,但仍要作为必要指标提出,以保证评价指标体系的系统性和全面性;当指标的客观性和可测性相矛盾时,尽管评价指标应尽可能做到客观和真实,避免加入人为的因素导致因人而异,但是实际中有些指标目前不能做到很精确或者不易测得其具体数据,与其为了追求精确而假设数据,或因得不到数据而将一些指标舍去,不如由专家根据经验对指标做出定性描述而给出质的规定。

3) 指标体系建立

根据建立指标体系的一般原则,以及有些原则之间出现矛盾时的特殊要求,基于对歼侦机侦察流程三个具体阶段对指标体系影响的分析,评价歼侦机挂载各种型号吊舱性能优劣的指标体系可以从保障性能、侦察性能、信息传输处理性能三个方面来建立,其中保障性能又包括平均无故障时间(h)、平均修复时间(min)、吊舱装挂时间(min)、通电检查时间(min)以及备件保障度五个二级指标;侦察性能包括发现目标能力、图像收容范围(多少倍的飞行高度H)、系统分辨率(m)、图像清晰度、揭露伪装能力以及环境适应能力六个二级指标;信息传输处理性能包括图像存储容量(min)、图像信息实时传输能力以及图像信息后期处理能力三个二级指标[8～9]。这样,所建评价指标体系共有14个底层指标,分别用U1,U2,…,U14表示。其中,定量指标的数值直接由相机的参数及外场飞行数据可得,定性指标由专家采用九级量化标尺量化法打分得到。

由3.1小节方法步骤计算各指标权重。可得一级指标保障性能、侦察性能和信息传输处理性能的权重为:

ω0=[0.1387 0.5742 0.2871]

二级指标以及指标的权重分别为

因此,可得14个性能指标的合成权重为

4 仿真分析

1) 高空“普查”挂载吊舱评优选取

假设可以执行高空“普查”侦察的吊舱共有A吊舱、B吊舱和C吊舱三种。选择线性准则确定优先函数,A吊舱、B吊舱和C吊舱三种型号吊舱对应三种决策x1,x2,x3。按照公式计算各决策的优先指数为

∏(x1,x2)=0.2160,∏(x1,x3)=0.1073,
∏(x2,x1)=0.2528,∏(x2,x3)=0.0185,
∏(x3,x1)=0.7248,∏(x3,x2)=0.6503

按照式(14)～式(16)计算各决策的流出、流入和净流如表1所示。

表1 各决策的流出、流入和净流

根据净流量数值的大小,歼侦机执行高空“普查”侦察可选挂载的三种型号吊舱性能优劣排序为:C吊舱>B吊舱>A吊舱。

经过进一步分析,在性能评价指标体系的14个指标中,第6、7、10、11、13这五个指标的权重相对较大,这些指标分别为:发现目标能力、图像收容范围、揭露伪装能力、环境适应能力以及图像信息实时传输能力,而在高空使用条件下,C吊舱在发现目标能力、揭露伪装能力和环境适应能力这三个方面具有很大的优势,从而计算得出C吊舱的流出数值就比较大,从而净流值也就比较大。因此,歼侦机执行高空“普查”侦察任务时应该首选挂载C吊舱。这也和实际飞行情况相符。

2) 低空“详查”挂载吊舱评优选取

假设可以执行低空“详查”侦察的吊舱型号共有D吊舱、E吊舱和C吊舱三种型号。按照上述方法可得,歼侦机执行低空“详查”侦察可选挂载的三种型号吊舱性能优劣排序为:D吊舱>E吊舱>C吊舱。

经过进一步分析,虽然在高空使用条件下,C吊舱净流值较A吊舱和B吊舱大,但在低空使用条件下,C吊舱与D吊舱和E吊舱相比净流值最小,这是因为:(1)C吊舱的系统分辨率和图像清晰度与飞行高度无关(只与天线长度有关,为其一半),因此在低空条件下,C吊舱在这两个指标上就相对处于劣势;(2)在低空条件下,C吊舱的发现目标能力、图像收容范围比高空使用条件下都大为下降,而这两个指标的权重在整个指标体系中又相对较大,这就使得C吊舱的净流值变得较小。

5 结语

结合现代空战特点,充分考虑歼侦机载机的生存性,把歼侦机可执行的侦察任务分为高空“普查”侦察和低空“详查”侦察两大类。采用AHP和PROMETHEE相结合的方法对两种任务下的多种挂载方案进行评优选取。得出结论与实际情况相符合。证明了AHP和PROMETHEE相结合的方法的有效性,PROMETHEE方法不需要对原始数据另行预处理,避免了数据预处理方法所产生的误差,其次,当优先函数类型、参数确定之后,PROMETHEE法简便、易于计算;再次,PROMETHEE法概念及意义清晰、明确,易于被决策者和分析人员理解[10]。下一步应该针对不同的指标采用不同的优先函数作为评判准则,以进一步增加结论的准确性。

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Pre-selection of Mount Schemes of JZ-type Reconnaissance Fighter Before Carrying out Reconnaissance Task

XIAO Ming1LI Xiangmin2

(1. Graduate Management Unit, Naval Aeronautical and Astronautical Institute, Yantai 264001) (2. The Second Department, Naval Aeronautical and Astronautical Institute, Yantai 264001)

The JZ-type reconnaissance fighter can hang to carry various kinds of probing pod. Before carrying out a reconnaissance task, the first thing is to select the best mount scheme according to the task type. The reconnaissance task that the JZ-type reconnaissance plane can carry out is analyzed deeply, and induced for two major type of high altitude “rough-check” and low altitude “detailed-check”. AHP and PROMETHEE method are adopted together to choose the best one among mount schemes. Three kinds of pods to carry on imitating true analysis are selected respectively under two kinds of tasks. The compute result is in accordance with the actual circumstance and express the usefulness of this method.

AHP, PROMETHEE, mount schemes, the JZ-type reconnaissance plane

2014年12月5日,

2015年1月19日

肖明,男,硕士研究生,助理工程师,研究方向:航空武器系统效能评估及作战使用。李相民,男,博士,高级工程师,研究方向:武器装备与作战指挥一体化技术。

TP301.6; E926.399

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.028