基于物元模型－AHP的電子戰(zhàn)無人機(jī)作戰(zhàn)效能評(píng)估

金 朝，楊 文，梁 良，王永明

（解放軍63893部隊(duì)，洛陽471003）

0 引 言

在未來信息化條件下的局部戰(zhàn)爭中，作為網(wǎng)絡(luò)中心站重要節(jié)點(diǎn)和打擊平臺(tái)的各類電子戰(zhàn)無人機(jī)，既能執(zhí)行各種電子支援、情報(bào)收集和戰(zhàn)場監(jiān)視等作戰(zhàn)任務(wù)，又能執(zhí)行各種旨在對(duì)敵方戰(zhàn)場電子信息系統(tǒng)／網(wǎng)絡(luò)和重要節(jié)點(diǎn)實(shí)施軟（干擾、欺騙等）、硬（反輻射攻擊和電子毀傷等）殺傷的進(jìn)攻性電子戰(zhàn)作戰(zhàn)任務(wù)［1］，已成為未來陸、海、空、天、電磁一體化作戰(zhàn)的“殺手锏”武器。

無人機(jī)的作戰(zhàn)效能是指整個(gè)武器裝備系統(tǒng)在一定或規(guī)定的使用環(huán)境以及所考慮的組織、戰(zhàn)術(shù)、生存、保障等條件下，使用該系統(tǒng)完成規(guī)定任務(wù)的能力。影響作戰(zhàn)效能的因素主要有任務(wù)區(qū)域、飛行距離、控制距離、威力區(qū)域和飛行航跡等，其效能評(píng)估應(yīng)同系統(tǒng)的作戰(zhàn)特點(diǎn)、任務(wù)輪廓及實(shí)際特性聯(lián)系起來［2，3］。常用的效能評(píng)估方法有解析法、模糊決策法、系統(tǒng)效能分析（SEA）法、加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度法、層次分析法（AHP）等，雖然各自都具有一定的優(yōu)點(diǎn)，但這些方法對(duì)于復(fù)雜的多目標(biāo)評(píng)價(jià)問題缺乏動(dòng)態(tài)性和客觀性，當(dāng)規(guī)模較大時(shí)存在收斂速度慢、計(jì)算過程復(fù)雜、尋優(yōu)能力較弱以及在數(shù)學(xué)上的完備性有待加強(qiáng)等缺點(diǎn)［4］。建立在可拓學(xué)物元理論基礎(chǔ)上的多目標(biāo)可拓綜合評(píng)價(jià)物元模型，通過多目標(biāo)性能參數(shù)等級(jí)的綜合評(píng)判，可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)化為單目標(biāo)定量評(píng)估，是一種多元數(shù)據(jù)量化的新方法［5］。AHP分析法在權(quán)重分配上具有邏輯性、系統(tǒng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，把物元模型和AHP分析法結(jié)合應(yīng)用，取長補(bǔ)短，可以更加客觀、準(zhǔn)確地反映出評(píng)價(jià)結(jié)果，是一種無人機(jī)作戰(zhàn)效能評(píng)估的新途徑。

1 基于物元模型－AHP的數(shù)學(xué)評(píng)估模型

基于物元模型－AHP評(píng)估方法的基本思路是將物元分析理論應(yīng)用于多層次的綜合評(píng)價(jià)中，通過層次分析法確定各層次各指標(biāo)的權(quán)重，考慮到各因素的重要性不同，把按乘法法則合并得到各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)加入關(guān)聯(lián)度的計(jì)算，增加了對(duì)評(píng)價(jià)因素的定量分析，克服了層次分析法過分依賴評(píng)價(jià)因素權(quán)重的不足。評(píng)估步驟為：（1）對(duì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)建立遞階層次結(jié)構(gòu)；（2）物元分析，確定待評(píng)物元的量值、經(jīng)典域和節(jié)域；（3）確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；（4）評(píng)價(jià)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度計(jì)算；（5）綜合評(píng)判等級(jí)的確定。

1.1 物元分析

事物具有各種各樣的特征，確定的事物關(guān)于某一特征有相應(yīng)的量值。物元的概念為解決根據(jù)事物關(guān)于特征的量值來判斷事物屬于某集合程度的識(shí)別問題提供了新途徑。給定事物的名稱N，它關(guān)于特征C的量值為V，以有序三元R＝｛N，C，V｝作為描述事物的基本元，簡稱物元［5］。

（1）待評(píng)物元

對(duì)于待評(píng)估的對(duì)象，把所得到的各分項(xiàng)指標(biāo)值用待評(píng)物元R0表示：

式中：N0為待評(píng)估狀況等級(jí)；ci（i＝1，2，…，n）為 N的特征；xi（i＝1，2，…，n）為 N0關(guān)于ci所取的量值。

（2）經(jīng)典域和節(jié)域

對(duì)于待評(píng)物元，在其評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和層次結(jié)構(gòu)的分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)評(píng)估要求確定評(píng)估等級(jí)，并給出每個(gè)評(píng)估等級(jí)所規(guī)定的量值范圍。

確定經(jīng)典域：

式中：Nj（j＝1，2，…，m）為所劃分的評(píng)估等級(jí)；ci（i＝1，2，…，n）為相應(yīng)評(píng)估等級(jí)的特征，即分項(xiàng)指標(biāo)；Xji＝＜aji，bji＞為 Nj關(guān)于ci所規(guī)定的量值范圍，即經(jīng)典域。

確定節(jié)域：

式中：Np為評(píng)估等級(jí)的全體；區(qū)間Xpi＝＜api，bpi＞為Np關(guān)于ci所取的量值范圍，稱為節(jié)域，顯然有Xji＜Xpi。

1.2 確定評(píng)估指標(biāo)權(quán)重

物元模型分析在關(guān)聯(lián)度計(jì)算的過程中，指標(biāo)權(quán)重是必須知道的，計(jì)算權(quán)重的方法有專家打分法、統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)法、德爾菲法等，本文采用AHP分析法確定指標(biāo)權(quán)重，AHP分析法是一種定性與定量分析相結(jié)合的多因素決策分析方法，具有較強(qiáng)的邏輯性、準(zhǔn)確和系統(tǒng)性［6］。

首先，在建立層次結(jié)構(gòu)體系后，以層次結(jié)構(gòu)模型的第2層開始，對(duì)于同一層諸因素，用成對(duì)比較法和1～9比較尺度構(gòu)造成對(duì)比較矩陣A＝（aij）n×m［7］，直到最下層。

其次，對(duì)每一個(gè)成對(duì)比較矩陣計(jì)算特征向量W及對(duì)應(yīng)的最大特征根λmax，求解方法有和法、根法和冪法等。以“和法”為例求特征向量和最大特征根：

表1 隨機(jī)一致性指標(biāo)IR作為修正值表

1.3 關(guān)聯(lián)度計(jì)算及等級(jí)評(píng)定

（1）確定關(guān)聯(lián)度

關(guān)聯(lián)度實(shí)際上定量描述各指標(biāo)關(guān)于各評(píng)估等級(jí)的歸屬程度，以表征元素間的層次關(guān)系。定義對(duì)象N在指標(biāo)Ci下關(guān)于等級(jí)j的關(guān)聯(lián)度為：

（2）等級(jí)評(píng)定

若 Kj0（N0）＝maxKj（N0），j0∈（1，2，…，m），則判定N0屬于等級(jí)j0。當(dāng)Kj0（N0）＞0時(shí)，表示待評(píng)對(duì)象符合某級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，且其值越大符合程度越好；Kj0（N0）＜0時(shí)，表示待評(píng)對(duì)象不符合某級(jí)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，其值越小表明與某級(jí)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的差距越大。

2 電子戰(zhàn)無人機(jī)作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系

電子戰(zhàn)無人機(jī)的單機(jī)出航作戰(zhàn)過程大致可分為任務(wù)規(guī)劃、指揮引導(dǎo)、起飛、巡航飛行、威脅規(guī)避、目標(biāo)探測、發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)、目標(biāo)攻擊、毀傷評(píng)估、退出攻擊、返航、著陸等階段。如果是編隊(duì)出航作戰(zhàn)，還存在空中會(huì)和、編隊(duì)控制、目標(biāo)分配等多機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)［8］。針對(duì)電子戰(zhàn)無人機(jī)的作戰(zhàn)過程及應(yīng)用特點(diǎn)，結(jié)合無人機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際特性，建立評(píng)估指標(biāo)體系通用框架，主要從基本性能、生存能力、偵察監(jiān)視能力、電子對(duì)抗能力、指揮控制能力、戰(zhàn)斗能力、可靠性和作戰(zhàn)保障能力8個(gè)方面對(duì)電子戰(zhàn)無人機(jī)系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能進(jìn)行分析，如圖1所示。

圖1 電子戰(zhàn)無人機(jī)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系框架

該指標(biāo)體系框架主要是針對(duì)無人機(jī)在電子戰(zhàn)應(yīng)用領(lǐng)域的效能評(píng)估，鑒于目前無人機(jī)種類多，機(jī)型差異和任務(wù)載荷的不同將直接影響評(píng)估指標(biāo)的確立。因此，在開展無人機(jī)效能評(píng)估時(shí)，應(yīng)在評(píng)估指標(biāo)體系框架下，根據(jù)不同的實(shí)際情況，結(jié)合評(píng)估目的和要求，綜合分析效能評(píng)估的相關(guān)因素，對(duì)評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整和細(xì)化，建立科學(xué)合理的效能評(píng)估指標(biāo)體系和方法體系，進(jìn)行效能評(píng)估。在實(shí)際操作中，可以以機(jī)型為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估，也可以以任務(wù)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估；可以單就某一功能評(píng)估，也可以進(jìn)行整體系統(tǒng)評(píng)估。

3 算例分析

以某次復(fù)雜電磁環(huán)境下電子戰(zhàn)無人機(jī)聯(lián)合進(jìn)攻演練為例，依據(jù)電子戰(zhàn)無人機(jī)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系通用框架，結(jié)合演練任務(wù)需求，對(duì)演練中某型通信對(duì)抗無人機(jī)建立了作戰(zhàn)效能評(píng)估體系，見圖2。

圖2 通信對(duì)抗無人機(jī)作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系

3.1 物元分析

根據(jù)演練中采集數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，專家組采用標(biāo)度法（如表2所示）對(duì)各評(píng)估指標(biāo)的實(shí)測值進(jìn)行歸一量化評(píng)測并確定量值。以發(fā)現(xiàn)目標(biāo)能力為例，由演練中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算得出該型無人機(jī)對(duì)地面超短波電臺(tái)的平均偵察距離、信號(hào)的截獲概率和偵察頻率覆蓋率，結(jié)合裝備技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)和演練情況，專家組將指標(biāo)b1、b2和b3的量值確定為6.5，7.1和7.8，其他指標(biāo)量值見表3。

表2 標(biāo)度的定義

表3 各指標(biāo)相對(duì)于上級(jí)指標(biāo)及評(píng)估對(duì)象的權(quán)重

結(jié)合專家意見和評(píng)估要求，將通信對(duì)抗無人機(jī)作戰(zhàn)效能的評(píng)估等級(jí)定為：較低（N1）、一般（N2）、較好（N3）和好（N4）4個(gè)等級(jí)，并規(guī)定了每個(gè)評(píng)估等級(jí)對(duì)應(yīng)的量值范圍。依此確定經(jīng)典域?yàn)椋?/p>

確定節(jié)域?yàn)椋?/p>

3.2 計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

運(yùn)用1.2中的方法計(jì)算各指標(biāo)相對(duì)于上級(jí)指標(biāo)及評(píng)估對(duì)象的權(quán)重，由Matlab軟件編寫計(jì)算程序，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

3.3 關(guān)聯(lián)度計(jì)算和等級(jí)評(píng)定

根據(jù)各指標(biāo)的量值和相對(duì)于上級(jí)指標(biāo)和評(píng)估對(duì)象的權(quán)重，由式（4）和式（5）可計(jì)算出各指標(biāo)及評(píng)估對(duì)象關(guān)于各評(píng)估等級(jí)的關(guān)聯(lián)度。以發(fā)現(xiàn)目標(biāo)能力為例，二級(jí)指標(biāo)關(guān)于各等級(jí)的關(guān)聯(lián)度為：

發(fā)現(xiàn)目標(biāo)能力關(guān)于各等級(jí)的關(guān)聯(lián)度為：

其它各指標(biāo)及評(píng)估對(duì)象關(guān)于各評(píng)估等級(jí)的關(guān)聯(lián)度的計(jì)算結(jié)果如表4和表5所示。

表4 一級(jí)指標(biāo)關(guān)于各評(píng)估等級(jí)的關(guān)聯(lián)度

從表4可以看出，通信對(duì)抗無人機(jī)飛行控制能力的評(píng)估結(jié)果為“好”，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)能力、干擾能力和可靠性的評(píng)估結(jié)果均為“較好”。

從表5中可以看出，通信對(duì)抗無人機(jī)整體作戰(zhàn)效能的評(píng)估結(jié)果為“較好”水平。

表5 評(píng)估對(duì)象關(guān)于各評(píng)估等級(jí)的的關(guān)聯(lián)度

4 結(jié)束語

電子戰(zhàn)無人機(jī)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的應(yīng)用越來越廣泛，科學(xué)合理地評(píng)估其作戰(zhàn)效能是發(fā)展和提高電子戰(zhàn)無人機(jī)作戰(zhàn)能力的重要一環(huán)。本文提出了基于物元模型－AHP的評(píng)估方法無人機(jī)作戰(zhàn)效能評(píng)估方法，建立了電子戰(zhàn)無人機(jī)作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系通用框架，并以某次復(fù)雜電磁環(huán)境下電子戰(zhàn)無人機(jī)聯(lián)合進(jìn)攻演練任務(wù)為應(yīng)用實(shí)例，運(yùn)用基于物元模型－AHP的評(píng)估方法對(duì)作戰(zhàn)效能進(jìn)行評(píng)估，較好地將專家群體、數(shù)據(jù)和各種信息與計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，將定性和定量分析結(jié)合起來，使得評(píng)估結(jié)果更趨于客觀實(shí)際。該評(píng)估方法的應(yīng)用對(duì)提高電子戰(zhàn)無人機(jī)部（分）隊(duì)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的訓(xùn)練質(zhì)量和訓(xùn)練效益具有一定的幫助。

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