肖 明 李相民

(1.海軍航空工程學(xué)院研究生管理大隊(duì) 煙臺(tái) 264001)(2.海軍航空工程學(xué)院二系 煙臺(tái) 264001)

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殲偵機(jī)執(zhí)行偵察任務(wù)前掛載方案預(yù)先選取*

肖 明1李相民2

(1.海軍航空工程學(xué)院研究生管理大隊(duì) 煙臺(tái) 264001)(2.海軍航空工程學(xué)院二系 煙臺(tái) 264001)

殲擊型偵察機(jī)可掛載多種型號(hào)的偵察吊艙。在執(zhí)行偵察任務(wù)前,首先要根據(jù)任務(wù)類型選取最佳的掛載方案。對(duì)殲偵機(jī)可執(zhí)行的任務(wù)進(jìn)行深入分析,歸納為高空“普查”和低空“詳查”兩大類;采用AHP和PROMETHEE相結(jié)合的方法對(duì)可選掛載方案進(jìn)行對(duì)比評(píng)優(yōu),以選擇最佳的掛載方案;在兩種任務(wù)下分別選取三種型號(hào)的吊艙進(jìn)行仿真分析,計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況一致,表明了該方法的有效性。

層次分析法; PROMETHEE; 掛載方案; 殲偵機(jī)

Class Number TP301.6; E926.399

1 引言

殲偵機(jī)是由相應(yīng)的殲擊機(jī)經(jīng)過(guò)改裝之后,加裝偵察吊艙兼具作戰(zhàn)和偵察任務(wù),使作戰(zhàn)偵察任務(wù)更加靈活多樣,且改裝成本低廉,作戰(zhàn)效率大大提高,具有出動(dòng)準(zhǔn)備快、飛行速度高、突防能力強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn),能夠迅速到達(dá)指定偵察區(qū)上空和敵方防御縱深進(jìn)行偵察,且偵察吊艙型號(hào)多設(shè)備全、收容面積大、照相視野廣、圖像分辨率高,圖像信息能夠?qū)崟r(shí)傳輸回地面情報(bào)指揮中心,因此能夠在短時(shí)間內(nèi)及復(fù)雜氣象條件下完成多種偵察任務(wù),并能迅速及時(shí)地提供大量情報(bào)信息資料?，F(xiàn)在及今后很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)仍將是海軍航空偵察兵力的重要組成部分[1]。殲偵機(jī)一般都設(shè)計(jì)有多種配掛方案,對(duì)應(yīng)多種型號(hào)的偵察吊艙,不同型號(hào)的偵察吊艙裝備有不同種類、不同型號(hào)、不同數(shù)量的航空偵察相機(jī)。在實(shí)際執(zhí)行具體的作戰(zhàn)偵察任務(wù)之前,首先要做的事情就是,應(yīng)根據(jù)不同的偵察任務(wù)需求,在多種可選配掛方案中,根據(jù)不同型號(hào)偵察吊艙的配備數(shù)量、維護(hù)保障特點(diǎn)、偵察性能指標(biāo)等特征進(jìn)行對(duì)比分析,以選擇最佳的配掛方案執(zhí)行相應(yīng)的偵察任務(wù)。

2 殲偵機(jī)所擔(dān)負(fù)的偵察任務(wù)分類

21世紀(jì)是海洋的世紀(jì),各海洋大國(guó)為了維護(hù)及爭(zhēng)奪海洋權(quán)益,紛紛加大對(duì)海軍的投入。海軍作為高技術(shù)兵種,隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的不斷飛速發(fā)展,其裝備的雷達(dá)系統(tǒng)和防空導(dǎo)彈系統(tǒng)的性能越來(lái)越先進(jìn),防空能力越來(lái)越強(qiáng),尤其是大型艦艇編隊(duì),都部署了極其嚴(yán)密的防空火力網(wǎng),如果偵察機(jī)從中低空直接飛抵目標(biāo)上空進(jìn)行偵察,無(wú)異于羊入虎口,被擊落的概率非常之大。針對(duì)敵方嚴(yán)密的防空火力網(wǎng),現(xiàn)代作戰(zhàn)飛機(jī)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達(dá)盲區(qū)、地面(海面)雜波對(duì)非相參體制雷達(dá)的干擾作掩護(hù)以及防空武器所需的調(diào)度時(shí)間等條件,快速隱蔽的突入敵區(qū)進(jìn)行突然襲擊,這樣就能大大降低飛機(jī)被敵方擊落的概率,提高了本機(jī)的生存力。

因此,殲偵機(jī)在執(zhí)行偵察任務(wù)時(shí),為最大限度地提高載機(jī)的生存能力,應(yīng)把握好以下三個(gè)原則:

1) 應(yīng)避免在敵方防空火力最為嚴(yán)密的中空進(jìn)行偵察,而采取在低空偵察或高空偵察。由于現(xiàn)代艦艇雷達(dá)及防空導(dǎo)彈的性能十分先進(jìn),這里的空域劃分標(biāo)準(zhǔn)為:高空10000m以上,中空1000m～10000m,低空1000m以下。

2) 應(yīng)盡量避免在目標(biāo)上空的垂直偵察方式,應(yīng)充分發(fā)揮傾斜照相的特點(diǎn),采用在敵方防空火力網(wǎng)外或邊界處以傾斜照相方式進(jìn)行防區(qū)外邊界偵察。

3) 在到達(dá)指定偵察區(qū)之前,利用自身載機(jī)特點(diǎn)采用低空、超低空掠海飛行方式,充分利用地球曲率和地形起伏造成的雷達(dá)盲區(qū)、海面雜波對(duì)非相參體制雷達(dá)的干擾作掩護(hù)以及防空武器所需的調(diào)度時(shí)間等條件,快速隱蔽的突防至指定偵察區(qū),然后躍升至指定高度進(jìn)行偵察。

經(jīng)過(guò)上述分析,可把殲偵機(jī)所擔(dān)負(fù)的偵察任務(wù)分為高空“普查”偵察和低空“詳查”偵察。

3 基于AHP和PROMETHEE方法的配掛方案評(píng)優(yōu)

3.1 基于AHP方法的權(quán)重計(jì)算步驟

AHP(層次分析法)主要基于所選專家的意見,評(píng)價(jià)結(jié)果受所選專家的認(rèn)識(shí)能力、經(jīng)驗(yàn)水平、知識(shí)結(jié)構(gòu)和偏好等影響較大。其基本思想是把決策問(wèn)題的有關(guān)要素按照支配關(guān)系形成層次結(jié)構(gòu),用一定指標(biāo)對(duì)專家的主觀判斷進(jìn)行客觀量化,構(gòu)造出判斷矩陣,在此基礎(chǔ)上計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)[2]。具體求解步驟如下:

1) 構(gòu)造判斷矩陣

對(duì)同一層次的各要素關(guān)于上一層次中某一準(zhǔn)則的重要性進(jìn)行兩兩比較,構(gòu)造比較矩陣A=(aij),比較取值標(biāo)準(zhǔn)采用應(yīng)用廣泛的1～9標(biāo)度法。

2) 計(jì)算指標(biāo)權(quán)重值

計(jì)算判斷矩陣A的最大本征值λmax及對(duì)應(yīng)本征向量即權(quán)向量ω,一般采用方根法計(jì)算。首先計(jì)算判斷矩陣每一行元素的乘積Mj:

(1)

計(jì)算Mj的n次方根:

(2)

(3)

3) 對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)

(4)

計(jì)算一致性指標(biāo)CI:

(5)

查找相應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI,并計(jì)算一致性比率:

(6)

當(dāng)CR<0.1,認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接受的。當(dāng)CR>0.1,應(yīng)該對(duì)判斷矩陣進(jìn)行修正。對(duì)于一階、二階矩陣總是一致的,此時(shí)CR=0。

4) 計(jì)算各底層指標(biāo)的合成權(quán)重,對(duì)應(yīng)相乘即可。

3.2 PROMETHEE方法原理和求解步驟

1) 基本原理

PROMETHEE方法是多屬性決策理論的重要方法,目前在國(guó)外得到了非常廣泛的應(yīng)用,其最大的特點(diǎn)是引入了優(yōu)先函數(shù)的概念,用優(yōu)先函數(shù)來(lái)描述一對(duì)決策在同一指標(biāo)上的優(yōu)先程度,即根據(jù)各決策指標(biāo)值之間差距的大小來(lái)判斷決策對(duì)之間的優(yōu)劣程度。優(yōu)先函數(shù)的值域取值范圍為0～1,假設(shè)指標(biāo)為效益型指標(biāo),那么,函數(shù)值越小,決策對(duì)之間的差異也就越小;當(dāng)函數(shù)值為0時(shí),決策對(duì)之間無(wú)差異;函數(shù)值越接近1,決策xi優(yōu)于決策xk的程度也越高;當(dāng)函數(shù)值為1時(shí),決策xi嚴(yán)格優(yōu)于決策xk。成本型指標(biāo)則意義取反[3～4]。

2) 典型優(yōu)先函數(shù)

布詹斯(Brans)和文可(Vincke)根據(jù)各種實(shí)際情況,總結(jié)出六種形式的優(yōu)先函數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中,決策者要根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇最佳的優(yōu)先函數(shù)作為判斷準(zhǔn)則[5～6]。

常規(guī)準(zhǔn)則(usual criterion)

(7)

擬準(zhǔn)則(quasi criterion)

(8)

線性準(zhǔn)則(criterion with linear preference)

(9)

分層準(zhǔn)則(level criterion)

(10)

帶區(qū)間的線性準(zhǔn)則(criterion with linear preference and indifference area)

(11)

高思準(zhǔn)則(Gaussian criterion)

(12)

3) 求解步驟

計(jì)算優(yōu)先指數(shù)。設(shè)決策集為X,對(duì)于每一對(duì)決策xi,xk∈X,當(dāng)決策各指標(biāo)的權(quán)重分別為ωj,j=1,2,…,m時(shí),定義優(yōu)先指數(shù)為

(13)

對(duì)實(shí)際的多屬性決策問(wèn)題,當(dāng)衡量各指標(biāo)優(yōu)劣的優(yōu)先函數(shù)(判斷準(zhǔn)則)被確定后,就可以求得Pj(xi,xk)的值,并進(jìn)而求得優(yōu)先指數(shù)∏(xi,xk)。

計(jì)算各決策的流出、流入和凈流。對(duì)每一個(gè)決策定義流出(outgoing-flow)、流入(incoming-flow)和凈流(net-flow)。

決策xi的流出為

(14)

決策xi的流入為

(15)

決策xi的凈流為

φ(xi)=φ+(xi)-φ-(xi)

(16)

計(jì)算決策集X上各決策的凈流,根據(jù)各對(duì)決策的凈流大小即可確定級(jí)別優(yōu)先關(guān)系:

xi的級(jí)別高于xk若φ(xi)>φ(xk)
xi與xk的級(jí)別無(wú)差異 若φ(xi)=φ(xk)

3.3 殲偵機(jī)偵察流程分析及指標(biāo)體系建立

1) 偵察流程分析

在確定某種掛載方案即某個(gè)型號(hào)吊艙之后,殲偵機(jī)掛載該型號(hào)吊艙執(zhí)行偵察任務(wù)的過(guò)程可以分為三個(gè)階段:執(zhí)行偵察任務(wù)前的準(zhǔn)備階段、到達(dá)指定偵察區(qū)(或應(yīng)召偵察區(qū))后的偵察階段和返航后的情報(bào)信息總結(jié)處理階段[7]。

2) 建立指標(biāo)體系一般原則及特殊要求

在確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí),一般應(yīng)遵循科學(xué)性、系統(tǒng)性、簡(jiǎn)潔性、客觀性、有效性、可測(cè)性、完備性、獨(dú)立性、一致性和拓展性等原則。但是,在實(shí)際應(yīng)用中,這些原則之間可能會(huì)出現(xiàn)一定的矛盾,這時(shí)的特殊要求主要有:當(dāng)指標(biāo)的有效性和簡(jiǎn)潔性相矛盾時(shí),應(yīng)在滿足有效性的前提下,盡可能使評(píng)價(jià)指標(biāo)簡(jiǎn)潔;當(dāng)指標(biāo)的系統(tǒng)性與可測(cè)性相矛盾時(shí),應(yīng)以系統(tǒng)性為主,尤其是與評(píng)價(jià)要求關(guān)系重大的指標(biāo),雖然具體數(shù)據(jù)不易得到,但仍要作為必要指標(biāo)提出,以保證評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的系統(tǒng)性和全面性;當(dāng)指標(biāo)的客觀性和可測(cè)性相矛盾時(shí),盡管評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)盡可能做到客觀和真實(shí),避免加入人為的因素導(dǎo)致因人而異,但是實(shí)際中有些指標(biāo)目前不能做到很精確或者不易測(cè)得其具體數(shù)據(jù),與其為了追求精確而假設(shè)數(shù)據(jù),或因得不到數(shù)據(jù)而將一些指標(biāo)舍去,不如由專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)指標(biāo)做出定性描述而給出質(zhì)的規(guī)定。

3) 指標(biāo)體系建立

根據(jù)建立指標(biāo)體系的一般原則,以及有些原則之間出現(xiàn)矛盾時(shí)的特殊要求,基于對(duì)殲偵機(jī)偵察流程三個(gè)具體階段對(duì)指標(biāo)體系影響的分析,評(píng)價(jià)殲偵機(jī)掛載各種型號(hào)吊艙性能優(yōu)劣的指標(biāo)體系可以從保障性能、偵察性能、信息傳輸處理性能三個(gè)方面來(lái)建立,其中保障性能又包括平均無(wú)故障時(shí)間(h)、平均修復(fù)時(shí)間(min)、吊艙裝掛時(shí)間(min)、通電檢查時(shí)間(min)以及備件保障度五個(gè)二級(jí)指標(biāo);偵察性能包括發(fā)現(xiàn)目標(biāo)能力、圖像收容范圍(多少倍的飛行高度H)、系統(tǒng)分辨率(m)、圖像清晰度、揭露偽裝能力以及環(huán)境適應(yīng)能力六個(gè)二級(jí)指標(biāo);信息傳輸處理性能包括圖像存儲(chǔ)容量(min)、圖像信息實(shí)時(shí)傳輸能力以及圖像信息后期處理能力三個(gè)二級(jí)指標(biāo)[8～9]。這樣,所建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系共有14個(gè)底層指標(biāo),分別用U1,U2,…,U14表示。其中,定量指標(biāo)的數(shù)值直接由相機(jī)的參數(shù)及外場(chǎng)飛行數(shù)據(jù)可得,定性指標(biāo)由專家采用九級(jí)量化標(biāo)尺量化法打分得到。

由3.1小節(jié)方法步驟計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重?？傻靡患?jí)指標(biāo)保障性能、偵察性能和信息傳輸處理性能的權(quán)重為:

ω0=[0.1387 0.5742 0.2871]

二級(jí)指標(biāo)以及指標(biāo)的權(quán)重分別為

因此,可得14個(gè)性能指標(biāo)的合成權(quán)重為

4 仿真分析

1) 高空“普查”掛載吊艙評(píng)優(yōu)選取

假設(shè)可以執(zhí)行高空“普查”偵察的吊艙共有A吊艙、B吊艙和C吊艙三種。選擇線性準(zhǔn)則確定優(yōu)先函數(shù),A吊艙、B吊艙和C吊艙三種型號(hào)吊艙對(duì)應(yīng)三種決策x1,x2,x3。按照公式計(jì)算各決策的優(yōu)先指數(shù)為

∏(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)計(jì)算各決策的流出、流入和凈流如表1所示。

表1 各決策的流出、流入和凈流

根據(jù)凈流量數(shù)值的大小,殲偵機(jī)執(zhí)行高空“普查”偵察可選掛載的三種型號(hào)吊艙性能優(yōu)劣排序?yàn)?C吊艙>B吊艙>A吊艙。

經(jīng)過(guò)進(jìn)一步分析,在性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的14個(gè)指標(biāo)中,第6、7、10、11、13這五個(gè)指標(biāo)的權(quán)重相對(duì)較大,這些指標(biāo)分別為:發(fā)現(xiàn)目標(biāo)能力、圖像收容范圍、揭露偽裝能力、環(huán)境適應(yīng)能力以及圖像信息實(shí)時(shí)傳輸能力,而在高空使用條件下,C吊艙在發(fā)現(xiàn)目標(biāo)能力、揭露偽裝能力和環(huán)境適應(yīng)能力這三個(gè)方面具有很大的優(yōu)勢(shì),從而計(jì)算得出C吊艙的流出數(shù)值就比較大,從而凈流值也就比較大。因此,殲偵機(jī)執(zhí)行高空“普查”偵察任務(wù)時(shí)應(yīng)該首選掛載C吊艙。這也和實(shí)際飛行情況相符。

2) 低空“詳查”掛載吊艙評(píng)優(yōu)選取

假設(shè)可以執(zhí)行低空“詳查”偵察的吊艙型號(hào)共有D吊艙、E吊艙和C吊艙三種型號(hào)。按照上述方法可得,殲偵機(jī)執(zhí)行低空“詳查”偵察可選掛載的三種型號(hào)吊艙性能優(yōu)劣排序?yàn)?D吊艙>E吊艙>C吊艙。

經(jīng)過(guò)進(jìn)一步分析,雖然在高空使用條件下,C吊艙凈流值較A吊艙和B吊艙大,但在低空使用條件下,C吊艙與D吊艙和E吊艙相比凈流值最小,這是因?yàn)?(1)C吊艙的系統(tǒng)分辨率和圖像清晰度與飛行高度無(wú)關(guān)(只與天線長(zhǎng)度有關(guān),為其一半),因此在低空條件下,C吊艙在這兩個(gè)指標(biāo)上就相對(duì)處于劣勢(shì);(2)在低空條件下,C吊艙的發(fā)現(xiàn)目標(biāo)能力、圖像收容范圍比高空使用條件下都大為下降,而這兩個(gè)指標(biāo)的權(quán)重在整個(gè)指標(biāo)體系中又相對(duì)較大,這就使得C吊艙的凈流值變得較小。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合現(xiàn)代空戰(zhàn)特點(diǎn),充分考慮殲偵機(jī)載機(jī)的生存性,把殲偵機(jī)可執(zhí)行的偵察任務(wù)分為高空“普查”偵察和低空“詳查”偵察兩大類。采用AHP和PROMETHEE相結(jié)合的方法對(duì)兩種任務(wù)下的多種掛載方案進(jìn)行評(píng)優(yōu)選取。得出結(jié)論與實(shí)際情況相符合。證明了AHP和PROMETHEE相結(jié)合的方法的有效性,PROMETHEE方法不需要對(duì)原始數(shù)據(jù)另行預(yù)處理,避免了數(shù)據(jù)預(yù)處理方法所產(chǎn)生的誤差,其次,當(dāng)優(yōu)先函數(shù)類型、參數(shù)確定之后,PROMETHEE法簡(jiǎn)便、易于計(jì)算;再次,PROMETHEE法概念及意義清晰、明確,易于被決策者和分析人員理解[10]。下一步應(yīng)該針對(duì)不同的指標(biāo)采用不同的優(yōu)先函數(shù)作為評(píng)判準(zhǔn)則,以進(jìn)一步增加結(jié)論的準(zhǔn)確性。

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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,碩士研究生,助理工程師,研究方向:航空武器系統(tǒng)效能評(píng)估及作戰(zhàn)使用。李相民,男,博士,高級(jí)工程師,研究方向:武器裝備與作戰(zhàn)指揮一體化技術(shù)。

TP301.6; E926.399

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.028