基于网络层次分析法的舰艇反导作战效能评估

段继琨

（91404部队，河北秦皇岛066001）

基于网络层次分析法的舰艇反导作战效能评估

段继琨

（91404部队，河北秦皇岛066001）

舰艇反导作战效能评估的方法主要有SEA法、ADC法、作战模拟法和层次分析法等，这些方法存在多系统评估比较困难，或者没有考虑系统之间或系统内部的相互影响，从而导致评估结果存在偏差。针对这个问题，在层次分析法的基础上进行了改进，引入网络层次分析法，较好地解决了系统之间或内部相互影响和多系统评估难度较大的问题。分析结果表明，该方法简洁实用，易于被普遍接受。

网络层次分析法；反导；评估模型；作战效能

舰艇反导作战效能最好的评估方法是实战评估，但在设计、论证和训练等过程中无法采用。目前常用的评估方法有ADC法、指数法、层次分析法、模糊综合评判法、SEA法［1］。文献［2］采用AHP建立了电子对抗反导的指标体系，并运用模糊函数较好地解决了定性指标的量化问题；文献［3］从指挥控制、信息攻防、信火拦截等方面入手，建立了舰艇防空反导的指标体系，并提出了指标的量化处理方法；文献［4］运用SEA法建立防空作战电子对抗作战效能的评估模型，但其指标体系不够完善；文献［5］分析了水面舰艇反导防御体系的基本结构，重点研究了舰载雷达发现距离、舰空导弹发射区和杀伤区3个方面问题。

目前，国内舰艇反导研究的文章多数为某一系统反导效能的评估，没有对舰艇的各系统综合反导效能进行分析，而且忽略了系统之间或内部存在相互影响的问题。因此，本文从作战角度出发，系统分析了水面舰艇反导的主要手段，以及各种反导手段与其他手段或系统存在的相互影响，提出了运用网络层次分析法解决存在反馈问题的思路，并给出了算例。

1　评估指标体系建立

目前，舰艇的反导装备主要包括舰艇指控系统、预警探测系统、舰空导弹系统、电子对抗系统和速射炮系统（大口径舰炮通常认为不具备反导能力）。舰艇反导典型作战流程为：预警机或其他手段将敌空袭信息传递给水面舰艇，水面舰艇警戒雷达对来袭方向进行重点观察，特别是对超低空快速小目标的观察；舰艇指控系统对各种信息进行融合处理，舰长识别威胁目标，为本舰的各反导系统分配目标，下达作战命令；各部门根据命令，对来袭导弹实施抗击，完成反导作战任务。

由上述反导作战过程进行分析可知，舰艇反导作战效能与指挥控制系统、预警探测系统、电子对抗系统、航空导弹系统和速射炮系统等5个系统密切相关。

以反导作战效能为控制准则，建立反导效能评估的指标组B，又因系统效能的发挥涉及该系统的多个能力指标，因而每个系统又选取若干重要能力构成指标C，详见表1。

表1　舰艇反导评估指标Tab.1 Ship antimissile evaluation index table

2　基于网络层次分析法的评估模型

2.1评估指标权重确定原则

网络层次分析法是一种多准则测度理论，它是通过个人判断（或者是将实际测量结果归一化为一种相对形式）获取指标的相对优先权即权重的一种方法。

2.1.1直接优势度

给定一个准则，2个指标对于该准则的重要程度进行比较。

2.1.2间接优势度

相对一个准则，2个指标在准则下对第3个指标（称为次准则）的影响程度进行比较。例如，在舰艇综合反导效能为主准则、预警探测距离为次准则下，对舰长决策控制能力C1和态势掌握情况C3之间的优势度比较。显然，预警探测距离对态势掌握情况相对舰长决策控制能力要明显一些。

2.2评估指标量化处理

舰艇综合反导效能评估指标分为2类：一类是可量化的指标，即其表示的值是实数，其大小是有明确意义的，比如导弹拦截多目标能力、探测距离；另一类是定性的指标，即其表示的数值用极好、较好、好、一般、较差等概念表示，只能表示其能力高低的等级而不能直接用来对其作战效能进行评估。因此，这类指标在进行效能评估前必须将其量化。例如，抗干扰性能、职手训练水平等。

2.2.1定量指标无量纲化处理

比值模型：

式（1）中：Xi为指标实际值；X0为完成任务所需的理想值。

假设预警探测距离（对100 m超低空快速小目标）为50km，对反导来说，其发现距离越远越好，但实际探测距离受视距限制。因此，其理想值为视距值61.5km（假设天线高度为25 m）。

将数据代入式（1）得：F=0.813。

2.2.2定性指标无量纲化处理

将某一定性指标划分为5个评语等级｛极好，较好，好，一般，较差｝，根据各评语等级的相对重要性建立判断矩阵，得出评语等级权重向量并进行量化；不同的定性指标可划分为不同的等级，并求出不同的权重。

例如，对舰长决策控制能力量化见表2。

表2　定性指标无量纲化处理表Tab.2 Qualitative index non dimensional treatment table

2.3建立网络分析法模型

1）确立模型的目标和准则。准则就是舰艇反导能力，目标是对舰艇反导能力进行评估。

2）建立评估模型。通过比较，建立了如图1所示的网络内部具有相互依赖关系的网络模型，双向箭头表示相互影响，单向箭头表示单向影响。

图1　网络模型图Fig.1 Network model diagram

3　基于网络层次分析法的指标计算

网络层次分析法模型求取指标权重的核心是根据判断准则和1-9标度法构造判断矩阵和超矩阵，通过加权形成稳定的极限超矩阵，得出各评估指标的权重。

3.1构造判断矩阵

首先以控制层目标舰艇反导能力为主准则，以网络层指标组指挥控制能力B1中的评估指标职手训练水平C2为次准则，考虑指标组电子对抗B3中的指标按其受C2的影响力大小进行间接优势度比较，可构造如表3所示的判断矩阵，并求出归一化特征向量Wi。其他次准则下的判断矩阵类似。

表3　职手训练水平C2为次准则下指标组B3中指标的判断矩阵Tab.3 Personnel training levelC2for the sub criteria indicators in the groupB3judgment matrix

3.2构造超矩阵

将C1、C2、C3、C4为次准则下各判断矩阵的归一化特征向量汇总到一个矩阵W31中。该矩阵表示指标组B1中的指标与指标组B3中的指标之间的影响关系，态势掌控程度C3、指控系统性能C4对指标组B3无影响，所以归一化特征向量为0。

式中，列向量就是指标组B1中的指标对指标组B3中的指标的影响程度排序向量。若指标组B3中的指标不受指标组B1中指标的影响，则W31=0。

用同样的方法，通过考虑指标间的相互关系，可以求得W11、W21、W31、W32、W13、W14、W42、W44。其他没有列出的关联矩阵均为0，说明2个指标组之间没有关联。这样以自适应干扰效能为主准则，因此干扰效能指标体系的指标的未加权超矩阵为：

3.3构造极限超矩阵

以舰艇反导效能为主准则，指标组B1、B2、B3、B4、B5为次准则，依据各指标组间的重要性进行比较，采用标度对其进行间接优势度比较，建立各次准则下的判断矩阵，并求出其归一化特征向量。将各次准则下的判断矩阵相对应的归一化特征向量汇总，可获得舰艇反导效能准则下的权重矩阵：

有了权重矩阵，就可以获得加权超矩阵：

为反映各个元素之间相互依存和作用关系，在网络层次分析法中需要对加权超矩阵做一个稳定处理，即计算W的极限矩阵，如果此极限收敛而且是唯一的，那么其第 j列就是下层网络各元素对于元素 j的极限相对排序，即各元素相对于最高目标的权重值。图2为利用的计算结果。

图2　舰艇反导能力准则下的极限超矩阵Fig.2 Super matrix under the antimissile capability of ship

3.4指标权重分析

如图3所示，权重排序在前5位的分别是预警距离C5、预警雷达抗干扰性能C6、导弹拦截多目标能力C13、态势掌握情况C3、舰长决策控制能力C1。上述计算结果符合人们对舰艇综合反导能力的认识。

舰艇实施反导的前提条件是能够及时发现来袭的反舰导弹，充分掌握战场态势。及时发现来袭导弹的重要制约指标是预警雷达抗干扰性能是否良好，而预警距离的大小、预警雷达抗干扰性能直接影响战场态势掌握的程度，进而影响舰长的决策控制能力；信息化条件下的海上作战，来袭导弹是从多个方向同时或分批来袭，导弹拦截多目标的能力十分重要；速射炮系统由于射程较小，通常情况下只有几km，对综合反导能力影响也较小；电子对抗系统属于末端反导自卫手段，虽然可同时干扰同一方向来袭的多枚反舰导弹，但其可靠性较差，且对成像和激光制导的反舰导弹无能为力。

图3　舰艇反导效能评估指标曲线Fig.3 Evaluation curve of ship antimissile effectiveness

3.5实例分析

以现役典型光荣级、提康德罗加级巡洋舰反导能力为例子进行评估，巡洋舰装备性能见表4，通过评估结果验证评估方法的合理性。

表4　典型巡洋舰装备性能表Tab.4 Performance table of typical cruiser equipment

根据评估指标处理方法，参考图2的数据处理。如，导弹拦截多目标能力C13，可选取现役世界先进防空导弹系统同时拦截12个目标（理想能力）为基准，由式（1）分别对光荣级和提康德罗加级巡洋舰进行计算，结果分别为0.75和1，定性指标见表2的量化取值。

根据线性加权合成法公式对指标进行合成：

式（6）中：WCi为指标权重；Fi为指标量化值。

经计算光荣级和提康德罗加级巡洋舰反导作战效能分别为0.652 01和0.772 4，计算结果符合认知情况，详见表5、6。

表5　典型巡洋舰反导效能评语表1Tab.5 Performance table 1 of typical cruiser antimissile

表6　典型巡洋舰反导效能评语表2Tab.6 Performance table 2 of typical cruiser antimissile

4　结束语

本文针对层次分析法、ADC法和SEA法等方法在舰艇反导作战效能评估方面不能很好解决系统之间或内部存在影响的问题，引入网络层次分析法；通过对主准则、次准则的比较，建立了判断矩阵。对判断矩阵进行运算，形成极限超矩阵，较好地解决了该问题，优化了评估指标权重向量的计算；同时，将定性指标进行分级量化，解决了定性指标评估量化的难点。实践表明，该方法易于理解，可对复杂的问题进行定量与定性相结合的分析与评估，能够显著减小主观因素对评估结果的影响，较好地兼顾了系统之间或内部整体作战效能评估的影响；本文利用ANP法对舰艇反导作战评估进行了初探，下一步将详细研究舰艇反导的指标体系和指标无量纲化处理。

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Antimissile Operational Effectiveness Evaluation of Naval Ships Based on Analysis Network Process

DUAN Jikun
（The 91404thUnit of PLA，Qinghuangdao Hebei 066001，China）

The main evaluation methods of ship anti-missle operational effectiveness include system effectiveness analysis，availability dependability，combat simulation and analysis hierarchy process，etc.In these methods，there are such problems as the difficulty of evaluating multi-system，no considering inter-system interaction and in-system interaction，etc. These problems lead to the deviation of evaluation results.For this reason，in this paper，ANP method based on the improvement of analysis hierarchy process method is proposed to solve such problems as inter-system，in-system interaction，and the difficulty of evaluating multi-system.Analysis results showed that this method was simple and practical，and is easy to be widely accepted.

analysis network process；antimissile；model of evaluation；operation efficiency

E843

A

1673-1522（2016）04-0489-06

10.7682/j.issn.1673-1522.2016.04.015

2016-04-21；

2016-05-23

段继琨（1976-），男，工程师，硕士。