空空导弹武器系统体系贡献率评估

王 龙,李 斌,仇振安

(1.中国空空导弹研究院，河南 洛阳 471009；2.航空制导武器航空科技重点实验室，河南 洛阳 471009; 3.陆装驻洛阳地区航空军事代表室,河南 洛阳 471009)

0 引 言

现代战争是敌对双方作战体系之间对抗，作为火力打击的空空导弹武器装备系统，已不适合再以战技指标高低论英雄，而更注重其对整个作战体系的贡献作用，实现从“个体装备独立论证发展”到“体系装备综合论证发展”的转变。

如何量化新型武器装备对作战体系的贡献，已成为武器装备发展论证的重要课题，为此，我国创造性地提出了装备体系贡献率的概念[1]。对于空空导弹武器系统论证而言，就是要求将其放入防空作战体系背景，综合考虑典型作战想定和使命任务(如超视距攻击或近距格斗任务)，评估其在防空作战体系中对完成使命任务的贡献率，优先选择高体系贡献率的空空导弹武器系统方案。空空导弹武器系统体系贡献率评估对于作战体系能力的量化和评估也具有非常重要的意义。

体系贡献率是空空导弹武器系统发展的量化支撑，也是空空导弹武器系统型谱规划的需要。但实际上，研究者对如何量化评估空空导弹武器系统体系贡献率，甚至如何理解其内涵仍存在分歧，在体系贡献率研究如火如荼的今天仍未见公开发表与其相关的研究成果或结论。

鉴于空空导弹武器系统装备作战体系贡献率的重要性，本文对此进行了探索研究。

1 空空导弹武器系统体系贡献率定义

贡献率本是一个经济学中的概念，是衡量经济效益的指标，一种定义是用于分析经济增长中各因素作用的大小程度，是指某因素的增长量(程度)占总增长量(程度)的比重。如技术贡献率是指技术进步对产出增长速度的贡献率，反映了技术进步对经济增长作用的大小[2]。

近几年体系贡献率是国内武器装备论证发展研究的热点之一，文献[3-4]对体系贡献率研究进展进行了详细的综述。目前装备论证部门、科研院所和高校对如何定义、评估体系贡献率仍存在不同的认识。导致这种现状的主要原因是各种武器装备在整个作战体系中处于不同作战环节，执行不同作战任务，例如在防空作战体系中，处于“OODA”(观察—判断—决策—行动)作战环最前端的预警雷达执行探测任务，而处于“OODA”作战环最末端的空空导弹武器系统执行火力打击任务，两者的体系贡献率内涵不同，评估方法自然存在差异。

文献[5]认为舰船装备体系贡献率是“单艘舰船在某个海军装备体系或力量体系中，对该体系完成使命任务所发挥的作用”；文献[6]认为防空导弹武器系统体系贡献率是“有该装备的体系作战能力与无该装备的体系作战能力比率”；文献[7]认为电子信息装备体系贡献率是“将电子装备体系中的电子信息装备对抗效能与体系对抗效能进行对比(扩展后可以将电子信息装备体系对抗效能与包含该体系的装备体系对抗效能进行对比)”；文献[8]认为防空预警雷达装备体系贡献率是“由于贡献方(某武器装备系统)的使用或改变而使原有体系作战能力提升的程度”；文献[9]认为分布式杀伤武器装备体系贡献率是“增加或替换装备后的体系作战效能变化率”。

对体系贡献率的不同理解导致了评估视角的多样化，如从作战能力[10]、体系效能[11]、体系结构[12]等视角进行评估。

本文认为，空空导弹武器系统体系贡献率是在防空作战体系中，针对特定作战想定，空空导弹武器系统对完成作战使命任务所贡献作用的量化，并从作战能力视角进行评估。

2 体系贡献率评估

2.1 评估流程

体系贡献率的研究必须具有针对性，即针对特定的作战体系，分析作战体系对抗过程和特点，合理选择并量化体系贡献率的评估指标，在此基础上提出具体评估方法。

空空导弹武器系统体系贡献率评估的一般流程为：

(1) 明确作战体系，如防空作战体系；

(2) 提出具体作战想定，如作战环境、对手等；

(3) 明确使命任务，如超视距攻击、近距格斗等；

(4) 建立量化评估指标体系，分析各战技指标对任务的影响，针对任务选择体系级指标；

(5) 提出计算模型，给出明确计算公式；

(6) 最后进行量化评估，分析贡献率数据组成。

2.2 体系贡献率评估模型

本文采用“替代型”装备体系贡献率评估模型如下[13]：

(1)

式中:Con(A)表示作战体系中由装备A代替装备B后，装备A对体系的贡献率；E装备A表示包含装备A的体系作战效能；E装备B表示包含装备B的体系作战效能。显而易见，对于“有无型”装备体系贡献率，即当装备A提供了新的能力时分母E装备B=0，此时该式分母应替换为E装备A。

2.3 评估方法

正如前文分析的各种武器装备在整个作战体系中处于不同作战环节，执行不同作战任务，其体系贡献率评估方法也多种多样，如指数法[5]、数据包络法[14]、结构方程模型法[15]、粗糙集法[16]、规则推理法[17]、作战环评估法[18]、复杂网络评估法[19]、探索性仿真评估法[20]等。体系贡献率评估方法总结详见文献[3-4,12]。

现有体系贡献率评估主要集中在作战能力或作战效能视角，通过多款同类型武器装备在作战体系中完成任务的能力来度量。但如何定义并进行体系贡献率评估仍处于理论阶段，对空空导弹武器系统体系贡献率量化评估的有效性不足，主要体现在：没有统一的度量标准；缺乏解析模型的量化评估方法；以静态评估方法为主[12]。

面对重大装备立项需要确定体系贡献率和当前体系贡献率评估方法不成熟的矛盾，本文尝试从简单的作战想定和使命任务出发，针对空空导弹武器系统在防空作战体系中特点，构建空空导弹武器系统体系贡献率评估指标体系，并在文献[21]提出的“能力-任务”二维框架基础上，以层次分析法代替其彩色积分卡法，开展空空导弹武器系统体系贡献率评估，最后给出具体评估实例。

3 评估指标体系

3.1 指标体系建立原则

体系贡献率评估需要量化的具体战技指标，为此必须首先建立体系贡献率评估指标体系。评估指标体系是否合理，将直接决定评估结论科学有效与否。空空导弹武器系统体系贡献率评估指标体系不能只是简单地罗列所有相关指标，而是要遵循特定的原则，进行删减或补充。目前，空空导弹武器系统体系贡献率评估指标体系还处于研究的探索阶段。

指标项是对空空导弹底层能力项的具体描述方法，一个能力项通常由多个指标项进行度量。所以指标项应针对具体作战想定和使命任务，结合对抗过程、目标特性和战场环境等因素进行选择，构建针对想定任务的评估指标体系。当变更作战想定或作战任务时，评估指标体系需重新分析选取。空空导弹武器系统体系贡献率评估指标体系的指标项选择主要遵循以下原则：

(1) 讲体系：所列指标项应重点描述体系对抗条件下的装备体系级“动态”能力或效能，一般不直接采用单项装备系统的战技指标或在其基础上计算的“静态能力”(指不考虑体系对抗因素影响)，如不考虑制导精度等。对处于“OODA”作战环最末端的空空导弹武器系统而言，其使命是完成火力打击任务，且对前面侦察、控制、决策环节影响很小，因此可主要采用空空导弹武器系统的体系级战技指标，如杀伤概率等。

(2) 讲场景：所列指标项必须针对特定场景时的特定任务，在不同作战想定中，由于其使命任务不同，体系贡献率评估所需的指标项也不同。如最大攻击距离指标，在远距攻击时可以作为评估指标，但对于近距格斗时不适宜作为评估指标。

(3) 讲性能：所列指标项尽量是可以量化的，便于体系贡献率量化评估分析。量化方式包括试验、统计、仿真、专家打分等。

(4) 讲作战：所列指标项要放在作战体系中考虑，指标具有体系匹配性。例如，最大攻击距离不应超过载机火控雷达的探测距离。

(5) 讲型谱：这里的型谱是指广义上的指标，所列指标项需考虑装备A和装备B都有，且适于对比。例如，装备A具备抗面源干扰能力，装备B具备抗拖曳诱饵能力，显然抗干扰能力指标不适合直接进行对比。

空空导弹武器系统贡献率评估指标体系中，指标项设计的总体思路是以“能看到、能对抗、能打到、能毁伤、能生存、能省钱”为主线，以体现作战体系级能力为重点，对空空导弹武器系统火力打击装备能力项进行整体描述。

3.2 任务-能力分析

本文从“任务-能力”角度进行空空导弹武器系统体系贡献率评估，为此必须根据具体作战任务，给出相应的能力指标。

纵观空空导弹发展和实战应用的历史，尽管几十年来科学技术不断发展，空空导弹性能不断提高，但空战仍然遵循“OODA”作战环，围绕着态势感知、判断决策、空空导弹性能这三个要素进行对抗。空空导弹作为空战对抗中的主要武器，其性能的高低已成为决定战争胜负的重要因素[22]。

空战中的“OODA”作战环见图1。

图1 空战“OODA”环节Fig.1 Procedure of “OODA” loop

空空导弹武器“任务-能力”二维框架分析中，任务维是指在防空作战体系中，针对具体作战想定，需要空空导弹武器系统完成的任务，如远程打击、近距格斗等。能力维是指在防空作战体系中，与完成任务维中具体任务相关的能力。为实现量化评估，还需给出反应对应能力的体系级战技指标。

根据“OODA”作战环理论，空空导弹武器系统执行火力打击任务需要具备观察能力、指挥控制能力(含判断、决策)、火力打击能力。除了“OODA”作战环，还应考虑系统保障能力和载机生存能力，如表1所示。

表1 任务-能力二维框架Table 1 Task-capability two-dimensional frame

通过分析不同使命任务对空空导弹武器系统能力需求，并将能力分解为具体指标，建立能力需求指标体系。在此基础上分析指标对体系的影响，筛选出空空导弹武器系统体系贡献率评估指标。

3.3 超视距攻击任务评估指标体系

结合空空导弹超视距攻击任务的作战使用流程，并按照“任务-能力”二维框架，可将所需能力细化为指标，整理出在防空作战体系中与空空导弹武器系统执行超视距攻击任务相关的指标，形成“任务-能力-指标”的指标体系，如图2所示。

图2 超视距攻击任务指标Fig.2 Indexes of BVR attack task

如前文所述，对于空空导弹武器系统体系贡献率评估有利的是，其处于“OODA”作战环的最终端，在新型空空导弹系统代替原空空导弹武器系统时，对防空作战体系而言仅影响火力打击能力、载机生存能力和保障能力，因此在评估其贡献率时，主要选择与空空导弹武器系统打击能力相关的指标作为体系贡献率评估指标。最终确定的超视距攻击任务评估指标体系共包含导弹攻击距离、杀伤概率、打击时间、抗干扰能力、多目标攻击能力、连续快速发射能力、载弹量、持续作战能力、挂飞可靠性、平台生存概率共十个指标，如图2中“√”所示。

显而易见，各项指标对完成任务所贡献的权重不同，该权重需要专业人员根据具体任务和作战想定给出。这也是本文和文献[21]在计算体系贡献率时的不同之处，后者采用了“彩色积分卡”方法。

3.4 近距格斗攻击任务评估指标体系

结合空空导弹近距格斗的作战使用流程，并按照“任务-能力”二维框架，可将所需能力细化为指标，整理出在防空作战体系中与空空导弹武器系统执行近距格斗攻击任务相关的指标，形成“任务-能力-指标”的指标体系，见图3。

不管是典型的单环还是双环格斗态势，载机平台固定的情况下，空空导弹性能仍是评估体系贡献率的主要指标，最终确定的近距格斗任务评估指标体系包括攻击区(综合反映了作战使用模式、最小攻击距离、最大发射离轴角、最大转弯角速率、允许发射高度差、最大可用过载、导引头最大跟踪角速度等性能因素)、杀伤概率、打击时间、抗干扰能力、载弹量、连续快速发射能力(同时打击目标数)、挂飞可靠性、平台生存率共八个指标，如图3中“√”所示。

图3 近距格斗攻击任务指标Fig.3 Indexes of short range dogfight attack task

4 评估实例

4.1 背 景

本节以空空导弹武器系统执行近距格斗攻击任务为例，开展空空导弹武器系统体系贡献率评估。

作战想定：某年，敌我双方在某海域发生局部战争，双方战机争夺制空权。天气良好，战机可正常起降。我军根据战场态势，指挥战机与敌机进行近距格斗。空空导弹任务使命是消灭敌机。

体系构成：敌我双方都有良好的侦察、指挥控制和保障能力。敌我双方火力打击装备皆为第四代近距格斗空空导弹，载机平台皆为第三代战斗机。

对抗过程：在复杂电磁环境下，敌我双方载机在近距发现对方，进入近距格斗状态。对于近距格斗，考虑敌我识别等因素，一对一空战仍可作为典型空战场景，本文以此进行动态评估载机生存率。

4.2 层次分析法评估

近距格斗任务空空导弹武器系统指标对比如表2所示，本文拓展公式(1)用于求解表中Coni，即：

Coni=(M4i-M3i)/M3i(i=1，2，…，8)

(2)

根据近距格斗任务评估指标体系，利用层次分析法(analytic hierarchy process，AHP)[23]，确定表2中各项指标权重。AHP是将定性问题进行量化，并通过权重评价一致性的检验，确定权重的一种应用方法。

表2 指标对比Table 2 Comparison of evaluation indexes

采用AHP确定体系贡献率评估指标权重的主要步骤如下：

(1) 构造判断矩阵，将表2中各指标按照1～9的标度方法[24]，判断其相对重要程度，如表3所示。表3中，Ai为表2中序号i的指标。

表3 判断矩阵Table 3 Judgment matrix

(2) 计算判断矩阵A(U)的最大特征值λmax，并将对应的特征向量作为权重。

最大特征值：λmax=8.276，对应的权重特征向量为B=(0.19 0.19 0.06 0.19 0.03 0.02 0.02 0.30)。

(3) 一致性检验

对判断矩阵A(U)的最大特征值对应特征向量进行一致性检验，其中n为矩阵阶数：

C.I=(λmax-n)/(n-1)

(3)

C.I=(8.276-8)/(8-1)=0.039

(4)

一致性指标R.I(n=8)为1.41，所以一致性比例C.R=C.I/R.I=0.028，即C.R小于0.1，因此可以认为判断矩阵的一致性是可以接受的。所以表2中各项指标的权重可由权重特征向量给出。

(4) 评估贡献率

(5)

4.3 评估结果

在防空作战体系中，当“四代弹”代替“三代弹”后，在执行近距格斗任务时，“四代弹”对防空体系的作战体系贡献率为247%。

相对于第三代近距空空导弹，第四代近距空空导弹重点提升了全向攻击能力和抗红外诱饵干扰能力[25]，这也正是“四代弹”具有高体系贡献率的主要原因。

5 结 论

本文在对体系贡献率基本概念和内涵的理解基础上，对空空导弹武器系统作战体系贡献率评估进行了探索研究。

针对空空导弹武器系统在空战中使命任务，重点建立了空空导弹武器系统体系贡献率评估指标体系，针对具体作战想定和使命任务采用AHP法给出了体系贡献率评估实例。

结果表明，本文给出的体系贡献率评估方法合理有效，可用于空空导弹武器系统装备武器论证；本文提出的确定体系贡献率评估指标体系的思路和方法也适用于其他处于“OODA”作战环末端执行火力打击任务的武器装备体系贡献率评估。