孫春生,　齊新戰(zhàn),　魯　軍

(1.海軍潛艇學(xué)院,河北 青島　266000;2.特種作戰(zhàn)學(xué)院,廣東 廣州　510500)

?

水面艦艇編隊防空目標(biāo)威脅評估

孫春生1,齊新戰(zhàn)1,魯軍2

(1.海軍潛艇學(xué)院,河北 青島266000;2.特種作戰(zhàn)學(xué)院,廣東 廣州510500)

摘要：在海上作戰(zhàn)過程中,空中力量通常使用反艦導(dǎo)彈對艦艇編隊進(jìn)行多批次、多方向的飽和攻擊,對艦艇編隊的安全構(gòu)成了極大威脅。因此,對空防御是艦艇編隊的主要任務(wù)。為了對空中目標(biāo)進(jìn)行有效的火力分配和打擊,首先要對空中目標(biāo)的威脅進(jìn)行分析判斷,通過相關(guān)參數(shù)描述空中目標(biāo)的威脅程度。針對艦艇編隊防空作戰(zhàn)中目標(biāo)數(shù)量多、信息量少導(dǎo)致威脅判斷和火力分配難的問題,論文以威脅隸屬度函數(shù)表示目標(biāo)信息,建立了基于熵值法和TOPSIS的防空目標(biāo)威脅評估方法,不僅能夠較為準(zhǔn)確的量化評估空中目標(biāo)的威脅程度,還能為編隊合理分配火力有效對抗來襲空中目標(biāo)提供依據(jù),提高編隊指揮員決策的可靠性,對提高艦艇編隊防空作戰(zhàn)決策的準(zhǔn)確性和科學(xué)性有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：防空作戰(zhàn); 威脅評估; 熵值法; TOPSIS法

1引言

在海上作戰(zhàn)過程中,空中力量通常使用反艦導(dǎo)彈對艦艇編隊進(jìn)行多批次、多方向的飽和攻擊,對艦艇編隊的安全構(gòu)成了極大威脅。因此,對空防御是艦艇編隊的主要任務(wù)。為了對空中目標(biāo)進(jìn)行有效的火力分配和打擊,首先要對空中目標(biāo)的威脅進(jìn)行分析判斷[1]。對防空目標(biāo)威脅評估的問題已有許多研究成果,主要利用層次分析法、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、多屬性決策法等[2][3]。這些方法或計算比較繁瑣,或由人員確定權(quán)重,具有很大的主觀性。因此,本文提出了基于熵值法和TOPSIS的水面艦艇編隊防空目標(biāo)威脅評估方法,不僅能夠較為準(zhǔn)確的量化評估空中目標(biāo)的威脅程度,還能為編隊合理分配火力有效對抗來襲空中目標(biāo)提供依據(jù),提高編隊指揮員決策的可靠性,同時也可滿足仿真訓(xùn)練的需要,具有十分重要的意義。

2威脅評估量化指標(biāo)

艦艇編隊在防空作戰(zhàn)的過程中,可以通過相關(guān)參數(shù)描述空中目標(biāo)的威脅程度,主要包括目標(biāo)的類型、目標(biāo)數(shù)量、航路捷徑、距離、速度、高度、電子干擾等,這些因素之間不僅相互關(guān)聯(lián),同時也相互影響,需要綜合考慮進(jìn)行分析評估[4]。

2.1目標(biāo)類型

不同的空中目標(biāo)類型,其裝備的武器裝備和探測器材各不相同,擔(dān)負(fù)的作戰(zhàn)任務(wù)和作戰(zhàn)樣式也不一樣,對艦艇編隊造成的威脅程度也不同相同。針對艦艇編隊的防空特點,量化空中目標(biāo)的威脅程度如表1所示[5]。

表1　空中目標(biāo)威脅量化表Tab.1　Air target threat quantization table

2.2目標(biāo)距離

目標(biāo)距離定義為目標(biāo)與指揮艦之間的距離,反映空中目標(biāo)對艦艇編隊的攻擊企圖。如果目標(biāo)距離不斷減小,對艦艇編隊的威脅程度也隨之增加。目標(biāo)距離隸屬度函數(shù)可表示為

(1)

其中,D1=30km,D2=300km,kd=10-2。

2.3目標(biāo)速度

目標(biāo)速度對艦艇編隊防空導(dǎo)彈的攔截成功率有直接影響。目標(biāo)速度越快,穿過導(dǎo)彈殺傷區(qū)的時間越短,對艦艇編隊的威脅越大。速度威脅度函數(shù)可表示為

(2)

其中,v>0,單位為馬赫;a=-3×10-3×340=-1.02。

2.4目標(biāo)高度

空中目標(biāo)的飛行高度對于發(fā)現(xiàn)概率也有明顯影響。當(dāng)目標(biāo)采用超低空突防時,被發(fā)現(xiàn)距離縮短,突防概率隨之增大,對艦艇編隊的威脅度也大大增加。目標(biāo)高度的隸屬度函數(shù)可表示為

(3)

其中,a=0.05km,kh=2×10-2。

2.5航路捷徑的威脅隸屬度函數(shù)

(4)

其中,k=5×10-3km-2,a=0km,pi為航路捷徑。

3基于熵值法和TOPSIS的威脅評估算法

利用熵值法和TOPSIS對目標(biāo)威脅進(jìn)行評估的步驟如下:

3.1構(gòu)造初始數(shù)據(jù)矩陣

根據(jù)原始數(shù)據(jù),計算各個指標(biāo)的隸屬度函數(shù),對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理,得到m個樣本,n項指標(biāo)(m>n),可得矩陣X。

3.2對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于評價所選用的各個指標(biāo)的量綱不盡相同,需要對初始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理

(5)

3.3采用熵值法計算指標(biāo)權(quán)重

熵是對信息不確定性的一種度量。當(dāng)信息量增大,則不確定性也隨之減小,熵也相應(yīng)減小;信息量越小,不確定性也相應(yīng)增加,熵也隨著增大。因此,熵的數(shù)值大小可以表示事件的隨機性,也可表示指標(biāo)的離散程度。指標(biāo)的離散程度越強,熵值越大;離散程度越小,熵值越小。

設(shè)第j項指標(biāo)的信息熵值為

(6)

其中,k是與m有關(guān)的常數(shù),k=(lnm)-1。

第j項指標(biāo)的yij值分散程度越大,相應(yīng)的hj值也越大,則第j項指標(biāo)重要度也就越高。反之,如第j項指標(biāo)的yij值分布比較集中,表明該指標(biāo)的重要性相對較低。

第n個指標(biāo)值中,第j項指標(biāo)的權(quán)重為

(7)

3.4加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)決策矩陣

將標(biāo)準(zhǔn)化矩陣與相應(yīng)的權(quán)重值相乘即可得到新的加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)決策矩陣

(8)

3.5確定最理想與最不理想的指標(biāo)加權(quán)值集合

從各指標(biāo)中選擇最大的指標(biāo)值,即可形成最理想解集合,負(fù)理想解則相反。

(9)

(10)

式中,J1為效益性指標(biāo)的集合,J2為成本型指標(biāo)的集合。效益性指標(biāo)最大值為其最理想值,成本型指標(biāo)最小值為最理想值。

3.6相對接近度的確定

預(yù)選方案xi可能距離理想解V+最近,但并不同時距離負(fù)理想解V-的距離最遠(yuǎn)。因此,通過計算對理想解的接近程度對方案優(yōu)劣進(jìn)行排序,確定n個方案的偏好排序。

方案與正理想解的距離為

(11)

方案與負(fù)理想解的距離為

(12)

方案指標(biāo)值同最理想指標(biāo)集合、最不理想指標(biāo)值集合的相對接近度為

(13)

將計算出的Ci由大到小排序,確定目標(biāo)威脅排序。

4仿真實例分析

設(shè)艦艇編隊發(fā)現(xiàn)7批空中目標(biāo),經(jīng)信息處理、綜合分析等處理得到目標(biāo)信息如表2所示。

表2　空中目標(biāo)參數(shù)表Tab.2　Air target parameter table

根據(jù)表2可得歸一化矩陣X:

根據(jù)式(5)、(6)可得5項指標(biāo)的熵值為:2.33,1.65,2.13,1.63,2.43。根據(jù)式(7)可得各指標(biāo)的權(quán)重為:0.256,0.126,0.218,0.122,0.276。根據(jù)式(8)可得加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)決策矩陣:

最理想解集合為:S+={0.093,0.060,0.048,0.0982,0.062,0.118,0.0613};負(fù)理想解集合為:S-={0.087,0.079,0.094,0.091,0.090,0.026,0.110}。

根據(jù)式(13)可得相對接近度為:Ci={1.033,1.040,1.068,1.038,1.052,1.118,1.061}。

最終得出的威脅度排序為:超音速反艦導(dǎo)彈>超低空反艦導(dǎo)彈>亞音速反艦導(dǎo)彈>攻擊機2>攻擊機1>預(yù)警機>偵察機。

參考文獻(xiàn):

[1]程明,周德云,張堃.基于混合型多屬性決策方法的目標(biāo)威脅評估[J].電光與控制,2010,17(1):11-13.

CHENGMing,ZHOUDeyun,ZHANGKun.Threatassessmentoftargetbasedonahybridmulti-attributedecision-makingmethod[J].ElectronicsOptics&Contaol,2010,17(1):11-13.

[2]董彥非,郭基聯(lián),張恒喜.多機空戰(zhàn)目標(biāo)威脅評估算法[J].火力指揮與控制,2002,27(4):73-75.

DONGYanfei,GUOJilian,ZHANGHengxi.Threatassessmentformulti-aircraft-aircombat[J].FireControl&CommandControl,2002,27(4):73-75.

[3]唐志剛,趙建國,張超.灰色關(guān)聯(lián)度分析法評判目標(biāo)威脅度[J].火力指揮與控制,2004,29(z1):79-80.

TANGZhigang,ZHAOJianguo,ZHANGChao,Assessingthedegreeofobjectivethreatenbygreyrelationalanalyticalmethod[J].FireControl&CommandControl,2004,29(z1):79-80.

[4]董奎義,楊根源,王子明.編隊攻防一體網(wǎng)絡(luò)化防空作戰(zhàn)威脅評判問題研究[J].艦船科學(xué)技術(shù).2010,32(11):105-109.DONGKuiyi,YANGGenyuan,WANGZiming.Researchonthethreatassessmentproblemofattack-defenseinteg-ratednetworkair-defenseoperationalinformation[J].ShipScienceandTechnology,2010,32(11):105-109.

[5]田濤,王月星,周德云.基于多目標(biāo)攻擊目標(biāo)選擇與戰(zhàn)術(shù)決策研究[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報.2006,26(4):374-376.

TIANTao,WANGYuexing,ZHOUDeyun.Multi-targetattacktargetselectandtacticsdecisionresearch[J].JournalofProjectiles,Rockets,MissilesandGuidance,2006,26(4):374-376.

孫春生男(1978-),山東青島人,講師,碩士,主要研究方向為作戰(zhàn)仿真。

齊新戰(zhàn)男(1971-),山西曲沃人,教授,碩士,主要研究方向為作戰(zhàn)仿真。

中圖分類號：TP 391.9

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Threat Evaluation of Surface Warfare Air Defense Target

SUN Chunsheng1,QI Xinzhan1,LU Jun2

(1.NavySubmarineAcademy,Qingdao266000,China; 2.People′sLiberationArmySpecialOperationUniversity,Guangzhou510500,China)

Abstract：During the operation of the sea,the air force usually uses the multi - batch and multi - direction saturation attack to the warship formation,which is a great threat to the security of the warship formation.Therefore,the air defense is the main task of the warship formation.In order to carry out effective fire distribution and strike on the air target,we must first analyze the threat of the air target,and describe the threat degree of the air target through the related parameters.According to the number of targets in the fleet air defense operation,the amount of information leads to less threat assessment and firepower assignment difficult problem,the threatened to membership degree function representation of the target information,the extent of the threat of air targets threat based on the method of entropy and TOPSIS evaluation method can not only more accurate quantitative assessment of air target is established,also for the formation of rational firepower assignment is effective against air raid targets provide a basis,improve the reliability of the fleet commander decision,which has certain reference value to improve the accuracy and scientific of naval fleet air defense combat decision.

Key words：air defense warfare; threat evaluation; entropy value method; TOPSIS method