基于熵权法的航空反潜鱼雷作战效能评估方法研究*

郭 聚 韩建立 李新成 吕照富 雷 瑶 李振宇 李 夫

（1.海军航空大学 烟台 264001）（2.中国人民解放军65529部队 辽阳 111000）

1 引言

航空反潜鱼雷具有占领阵位能力强、爆破威力大等优势，随着现代海军立体反潜作战的迅速发展，航空反潜鱼雷逐步成为立体反潜作战中的重要武器装备［1］。现代航空反潜鱼雷结构复杂、信息化程度高、种类多样，随着在反潜作战中的广泛使用，对其作战效能的评估需求随之增加［2］。文献［3］采用了灰色关联分析法对鱼雷进行了作战效能评估，文献［4］采用了模糊评判法对鱼雷作战效能进行评估。文献［5］采用BP神经网络对地空导弹混编群进行了作战效能评估。虽然作战效能评估方法众多，但是对多是从静态角度分析且主观性不可避免；评估武器种类各异，但对于航空反潜鱼雷的作战效能评估的较少。本文采用熵权法基于航看反潜鱼雷的攻击过程对其进行了科学合理的作战效能评估。

2 基于攻击过程的航空反潜鱼雷指标体系建立

对航空反潜鱼雷的工作流程和工作原理进行分析，将其工作过程分为四个阶段，分别为：占领阵位阶段、搜索阶段、跟踪阶段和毁伤阶段，以上四部分可涵盖航空反潜鱼雷工作的主要过程。按照其工作过程对应的将其作战效能评估指标体系分为占领阵位能力、搜索能力、跟踪能力和毁伤能力。指标体系如图1。

图1 鱼雷作战效能指标体系

2.1 占领阵位能力

占领阵位能力是指反潜机得到目标的位置后，机上火控计算机计算得到最佳发射阵位，反潜机能到达该位置的能力［6～8］。当反潜机得到目标位置信息后，需要机动到最佳投雷点进行投雷，在占领阵位过程中鱼雷的最大允许投放速度、最大允许投放高度和准备时间都会影响占领阵位能力。

发射准备时间：航空反潜鱼雷投放前需要准备的平均最短时间，该指标越小越有利于鱼雷占领阵位。

最大投放速度：反潜机机动到最佳投雷点的过程中速度越快，占领阵位能力越强，因此航空反潜鱼雷的最大投放速度应尽可能接近反潜机的最大机动速度，以满足反潜机快速机动到最佳投雷点进行投雷的要求。然而最大投放速度与鱼雷自身设计密切相关，鱼雷经空中投放入水会对雷体产生冲击，显然投放速度越快对鱼雷产生冲击越大。为了提高鱼雷的最大投雷速度，一方面，需要提高鱼雷各部件受冲击后的可靠性；另一方面，需要降落伞具有更优的减速能力。故最大投放速度是评估鱼雷作战效能的重要指标。

最大投放高度：航空反潜鱼雷可进行投雷的最大高度。鱼雷的最大投雷高度越大，其占领阵位过程中可投雷的高度范围越大，投雷条件越容易满足，其占领阵位的能力越强。

2.2 搜捕能力

航空反潜鱼雷搜索能力指的是鱼雷入水后发现目标的能力［9］。影响该过程的主要因素有自导作用距离，搜索扇面角，鱼雷落点散布。

自导作用距离：航空反潜鱼雷入水后导引头开始工作时，导引头所能识别目标的最远距离。自导作用距离与目标反射强度、声源级、指向性系数、导弹自噪声等指标密切相关。鱼雷的自导作用距离对于鱼雷的搜捕目标能力的影响至关重要，鱼雷的自导作用距离是其发现目标能力最直观的体现。

搜索扇面：鱼雷导引头搜索目标的最大角度范围为搜索扇面。其角度越大，搜索范围越广，捕获目标的能力越强。

鱼雷落点散布：鱼雷的如水点与预定的入水点出现的偏差，该误差是由多种因素造成，如机上火控系统解算误差，飞机的投雷误差等。当入水点与预定入水点不同时，会对搜捕概率产生一定影响。通常情况下，散布越小越好。

2.3 跟踪能力

航空反潜鱼雷捕获目标后，鱼雷会转入跟踪状态。鱼雷跟踪目标的过程中，首先，需要具备一定的航程和航速，确保能追上目标且不至于在跟踪过程中航程耗尽［10］。其次，面对一些具有较大航行深度的核潜艇，鱼雷需要具备较大的航深来对其展开跟踪。最后，最小回旋半径反映了鱼雷的机动能力，较小的最小回旋半径可减少鱼雷在追踪过程中丢失目标情况。故跟踪能力包括：航速、航程、航深、最小回旋半径。

航速：鱼雷的航行速度。只有当鱼雷的航行速度大于潜艇的航行速度时，鱼雷才有可能追到潜艇。

航程：鱼雷可航行的总距离。鱼雷的航程要大于鱼雷在搜捕段、跟踪段和再跟踪段的距离之和才有可能追到目标。故航程越大越好。

航深：鱼雷的最大航行深度。面对一些航深较大的核潜艇，较大的航深才能追到目标，故航深越大越好。

最小回旋半径：鱼雷极限转向时，轨迹圆的半径，反映了鱼雷的机动能力。在跟踪过程中，跟踪轨迹的曲率半径要大于鱼雷的最小回旋半径，鱼雷才能保证对目标的稳定跟踪，否则目标会丢失。故该指标越小鱼雷跟踪能力越强。

2.4 毁伤能力

鱼雷引信出发后，对目标造成毁伤的能力。鱼雷战斗部的装药量、引信的触发方式、引信的作用距离都对毁伤能力有影响。

装药量：鱼雷战斗部装药的质量。装药量越大毁伤能力越强。

引信作用距离：指鱼雷非触发引信的作用距离。通常来说作用距离越大，毁伤能力越强。非触发引信的作用距离远大于触发引信，但在触发非触发结合的引信中，一种是只要满足非触发引信条件引信就触发，另一种是在满足非触发引信条件后直到产生触发引信信号或引信探测到距离目标距离开始变大后才触发。显然后者的毁伤效果要好于前者，在计算引信作用距离时也要注意。

3 基于熵权法的航空反潜鱼雷作战效能评估模型

通过对航空反潜鱼雷工作流程的分析，按照工作流程，将鱼雷作战效能分为了四个方面，每个方面又由相应参数构成，构建了航空反潜鱼雷作战效能指标体系。对指标数据进行归一化，通过熵权法［11～12］对指标客观权重进行计算，最终求得航空反潜鱼雷作战效能。流程如图2。具体步骤如下。

图2 航空反潜鱼雷作战效能评估流程图

3.1 建立评估因素集

基于对航空反潜鱼雷工作过程的分析，建立航空反潜鱼雷作战效能评估指标体系，评估因素集为：第一层为总因素集u=(u1,u2,u3,u4)，第二层为各阶段对应具体指标u=(u11,u12,u13)、u=(u21,u22,u23)、u=(u31,u32,u33,u34)、u=(u41,u42)。式中u1为占领阵位能力，u2为搜捕能力，u3为跟踪能力，u4为毁伤能力；u11为发射准备时间，u12为最大投放速度，u13为最大投放高度；u21为自导作用距离，u22为搜索扇面角，u23为落点散布；u31为鱼雷航速，u32为鱼雷航程，u33为鱼雷航深，u34为鱼雷最小旋回半径；u41为战斗部装药量，u42为引信作用距离。

3.2 熵权法评估作战效能步骤

航空反潜鱼雷的各个阶段对作战效能的贡献程度不一样，各阶段中具体指标对各阶段的贡献程度又不一样，本文采用熵权法确定权重，具体步骤如下。

步骤1：将待评估的n个鱼雷样本的m个指标，构成矩阵：

步骤2：对矩阵A进行标准化处理，消除m个指标间量纲的区别，处理后得到矩阵。规范化处理的方法为

步骤7：获得攻击过程各阶段评估得分R=D*W，根据分值重复步骤1～6获得各阶段权重，最终获得航空反潜鱼雷作战效能评估值。

4 实例分析

遴选3种世界现役航空反潜鱼雷，根据鱼雷作战效能指标体系建立因素集u=(u1,u2,u3,u4)，u=(u11,u12,u13)、u=(u21,u22,u23)、u=(u31,u32,u33,u34)、u=(u41,u42)。对各指标规范化处理如表1。

表1 鱼雷参数表

由熵权法得到占领阵位能力中各指标客观权重 W1s=（0.5816，0.2813，0.1371）T，搜捕能力中各指标客观权重 W2s=（0.1883，0.4370，0.3747）T，跟踪能力中各指标客观权重W3s=（0.2247，0.4606，0.2624，0.0523）T，毁伤能力中各指标客观权重W4s=（0.2671）T。

三型鱼雷0.7329各阶段评估值为

各阶段权重为

三型鱼雷作战效能的评估结果为

5 结语

本文以航空反潜鱼雷攻击过程各阶段为指标体系，建立评估模型，采用熵权法求得指标、阶段权重，进行航空反潜鱼雷作战效能评估，得到如下结论：

1）根据评估结果，航空反潜鱼雷各阶段对作战效能影响的重要度排序由高到低依次为：搜捕段、占领阵位段、跟踪段、毁伤段。

2）熵权法可以客观地为指标赋权，克服了专家打分等主观赋权方法人为因素的干扰，三型鱼雷的作战效能排序由高到低依次为：鱼雷2、鱼雷3、鱼雷1。