基于熵权TOPSIS的防空导弹生存能力评价*

刘洪引,李体方,亓 尧,汪阳天

(1 空军工程大学防空反导学院, 西安 710051;2 93372部队, 吉林吉林 132000)

基于熵权TOPSIS的防空导弹生存能力评价*

刘洪引1,2,李体方1,亓 尧1,汪阳天1

(1 空军工程大学防空反导学院, 西安 710051;2 93372部队, 吉林吉林 132000)

为了方便防空导弹的研制设计和作战运用,实现评价的客观性和科学性,提出利用熵权TOPSIS方法对防空导弹的生存能力进行评价。首先,通过分析防空导弹生存能力的影响因素,建立了层次模型;其次,结合防空导弹的作战模式,构建了防空导弹生存能力评价指标体系;最后,通过实例进行了计算和分析。结果表明,基于熵权TOPSIS的评价方法,能够有效评价防空导弹的生存能力,方法具有一定的可行性。

熵权;TOPSIS;防空导弹;生存能力;指标体系

0 引言

高技术条件下,战场环境更加恶劣和复杂,杀伤和杀伤手段不断趋于多元,对防空导弹的生存能力提出了更高的要求。防空导弹生存能力的评价不论是对其研制设计,还是作战使用都具有相当重大的意义。防空导弹生存能力的定量评价,已经成为其生存的重要因素和战时决策的关键依据。文中具体分析了防空导弹生存能力指标体系,在TOPSIS方法的基础上,结合熵权理论对防空导弹的生存能力作出评价。

1 防空导弹生存能力指标体系

1.1 防空导弹生存能力概念

防空导弹生存能力是指导弹武器在经受打击(核与常规)之后仍能实施还击的能力[1],也可以把防空导弹的生存能力理解为:尽可能的避免被发现,在遭受敌方攻击时,能避免被致命打击,损伤后能在战场环境中很快修复,投入新的战斗,如图1所示。生存能力主要包括战场不易被发现识别,发现后不易被攻击,攻击后不易被破坏,破坏后易于修复[2]。

图1 防空导弹作战一般模式

1.2 防空导弹生存能力影响要素

一般来说,防空导弹生存能力取决于自身的伪装性能、预警能力、火力强度、抗击毁能力和修复能力等。通过对影响防空导弹生存能力的因素进行分析,建立层次分析结构模型,如图2所示。

1)伪装性能是指防空导弹利用一定的措施改变武器系统、设施设备的形体特性和光电特性,以减少被敌方发现的可能。通过伪装器材及有利地形进行形体伪装;通过伪造假目标、假信号、假系统等进行光电伪装,使得敌方无法觉察我方防空导弹的准确行为。

图2 防空导弹生存能力要素模型

2)预警能力是指预警系统能够预先为防空导弹系统提供来袭警报的能力。预警系统包括己方的预警卫星、预警飞机、雷达网和防空导弹自身的预警系统,它能够提供敌方来袭目标的特性,为导弹系统隐蔽、机动和战斗赢得时间,从而提高生存能力。

3)火力强度是导弹杀伤目标的主要要素,一般由杀伤区域、多目标能力、单发杀伤概率和射击反应能力组成。

4)抗击毁能力是防空导弹在战斗中能够保存自己的重要指标,主要由抗打击性、抗干扰性和机动性组成。现代战场电磁环境相当复杂[3],先进的对抗手段可以有效降低被敌发现和击中的可能;机动能使得敌方不能准确定位,从而不能攻击,提高防空导弹的生存能力。

5)修复能力是指在遭到敌攻击后,在规定的时间和条件下,修复后能保持和恢复原功能状态的能力,一般包括备件的供应能力、维修人员的技术能力和维修设备的技术能力。备件的供应能力是指系统的备件供应能够满足抢修要求的能力,备件供应不足会降低防空导弹的修复能力;维修人员的技术越高,抢修的效率越高,恢复能力也会越高;维修装备技术能力将直接影响到战场抢修的效果。

1.3 防空导弹生存能力指标体系建立

防空导弹指标体系应从现代防空作战角度出发,结合区域防空作战的特点以及防空导弹自身的特性,能够系统全面地反映防空导弹各方面特征的综合情况,且能准确表示各层次之间的支配关系,排除指标间的相容性,保证评价指标体系的科学性[4]。

综合上述分析,结合防空导弹实际作战的模式,建立防空导弹生存能力指标体系如图3所示。

图3 防空导弹生存能力指标体系

1)形体伪装能力p11。受自身形体因素影响,使得防空导弹的伪装能力具有不可测性,这里给出形体伪装能力的评定级别,并给出量化指标,如表1所示。

表1 量化评定级别

2)光电伪装能力p12。在现实中难以计算,这里按表1的评定级别给出量化指标。

7)机动能力p33=α·re/ni·(ts+td),其中α是机动系数,re是车辆机动一致性因子,ni是机动单元总数,ts是火力单元开关机时间平均值,td是火力单元展开撤收时间平均值[7]。

10)设备技术能力p43具体计算中比较复杂,这里给出1-9标度划分表,如表2所示。

表2 1-9标度划分表

2 熵权TOPSIS的生存能力评价

2.1 熵权法的基本概念[8]

熵的概念来源于热力学,1984年Shannon首先在信息论中引用熵的概念。熵表示系统无序的程度,它是由系统内各种因素决定的,某种因素的熵值越大,熵权越小,该指标越不能为系统提供可靠的信息;反之,则提供的有用信息越多。熵权法正是根据熵的这种特性,在多指标评价体系中对待评价指标进行量化,建立熵权评价模型,确定各指标的权重和理想指标权重,求得理想方案。

2.2 熵权TOPSIS方法[9]

1)由初始矩阵R=(rij)nm作标准化处理,得到规范化矩阵Y=(yij)nm,有:

(1)

2)基于熵理论加权矩阵Z的构造

①对规范化矩阵进行归一化,有:

(4)

综上,加权规范矩阵Z可以表示为:zij(w)=wjyij

3)确定正理想指标w1和负理想指标w0

(5)

4)计算与正、负理想指标权重间的距离

(6)

5)计算综合评价指数

(7)

6)按Ci的大小对防空导弹生存能力进行评价,Ci值越大,评价越好。

2.3 防空导弹生存能力评价

1)初始矩阵的获取

以4种型号的防空导弹为例,经过计算,综合专家的意见,给出防空导弹生存能力的指标值,如表3所示,据此得到初始矩阵R。

表3 防空导弹生存能力指标值

初始矩阵:

2)指标权重的确定

对初始矩阵进行归一化处理,由式(1)得到规范化矩阵,由式(2)～式(4)可以计算出各指标的熵权及加权规范矩阵。

标准化矩阵:

熵权:

加权矩阵:

3)各指标与正、负理想指标距离计算

由式(5)得正负理想指标:

由式(6)得各指标与正、负理想指标距离如表4所示。

表4 各指标与正、负理想指标的距离

4)综合评价指数的确定

由式(7)得综合评价指数C=(0.718 2,0.509 9,0.469 0,0.511 2)。

5)结果分析

①综合评价指数越大,说明该型导弹的生存能力越强,反之越弱:即Ⅰ型导弹的生存能力最强,Ⅳ型较强,Ⅱ型次之,Ⅲ型最弱。

②由各生存能力指标的熵权值还可以分析出以下结论:对于导弹本身而言,光电伪装能力、抗干扰能力以及维修设备的技术能力显得最为重要,在预警能力和备件供应能力上还要加强。这也说明在信息化战争条件下,要提高防空导弹在战斗中的生存能力,在研制设计之时,就必须着重考虑防空导弹的伪装性能、抗击毁能力和战场抢修能力。

3 结论

防空武器的生存能力越来越受重视,通过防空武器生存能力指标体系的分析,充分利用熵权独立于人的偏好与经验之外的特征,采用定量和定性相结合的方法,有效的保留专家和决策者的意见,使得各指标的权重获得更加切合实际,为防空导弹的设计和作战使用提供了一定的依据,具有较高的可行性。

[1] 马岑睿, 严聪, 周浩. 机动作战地空导弹战场生存能力评估研究 [J]. 弹箭与制导学报, 2007, 27(4): 320-322.

[2] 刘力, 杨建军, 赵英俊, 等. 防空导弹的生存性分析研究 [J]. 战术导弹技术, 2006(6): 54-58.

[3] 刘帅, 李智, 周立新. 战场电磁环境复杂性内涵分析与研究 [J]. 装备环境工程, 2011, 8(4): 25-28.

[4] 臧金林. 防空雷达战场生存能力的模糊综合评价 [J]. 四川兵工学报, 2011, 32(3): 47-49.

[5] 李廷杰. 导弹武器系统的效能及其分析 [M]. 北京: 国防工业出版社, 2000.

[6] 姜涛, 杨明, 王子才. 基于仿真的导弹武器系统突防概率研究 [J]. 战术导弹技术, 2008(2): 25-29.

[7] 刘天坤, 熊新平, 赵育善. 网络化防空导弹体系生存能力的评估与权衡 [J]. 系统工程与电子技术, 2007, 29(2): 226-229.

[8] 金荣. 基于熵权多目标决策的保障性评价方法研究 [J]. 空军工程大学学报: 自然科学版, 2007, 8(3): 56-59.

[9] 岳源超. 决策理论与方法 [M]. 北京: 科学出版社, 2013: 155-156, 212-213.

Entropy Weight and TOPSIS Based Air Defense Missile Survivability Evaluation

LIU Hongyin1,2,LI Tifang1,QI Yao1,WANG Yangtian1

(1 Air and Missile Defense College, Air Force Engineering University, Xi’an 710051, China; 2 No.93372 Unit, Jilin Jilin 13200, Chian)

effective evaluation of airdefense missile survival ability, based on analysis on survival ability, an index system of defense missile survivability was proposed, and an evaluation model was founded using entropy theory and TOPSIS method. The calculation results showthat the evaluation method based on entropy weight and TOPSIS capable of evaluating airdefense missile survival ability effectively and the method has certain feasibility.

entropy weight; TOPSIS; air defense missile; survivability; index system

2014-04-29

刘洪引(1991-),男,安徽安庆人,硕士研究生,研究方向:装备管理与决策。

TJ761.1

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