防空作战多目标威胁度排序决策研究

昌　飞，张欣毅，林　莹

(中国航天科工集团上海浦东开发中心，上海　200085)



防空作战多目标威胁度排序决策研究

昌飞，张欣毅，林莹

(中国航天科工集团上海浦东开发中心，上海200085)

摘要：为了帮助作战指挥员实施作战决策，建立了目标威胁度判断数学模型作为作战决策的辅助依据。采用层次分析法与效用函数相结合的方法，构建了层次分析模型，对各指标进行量化处理，构造效用函数，加权计算出目标威胁度的综合量化值，建立了空中多目标威胁度自动判断模型。利用某情报指挥系统的目标指示雷达数据应用实例表明：该研究方法具有一定的实用性，为目标威胁度判断提供了科学依据，可用于指导防空部队的作战训练。

关键词：防空作战；威胁度排序；层次分析；效用函数

Citation format:CHANG Fei，ZHANG Xin-yi，LIN Ying.Research and Decision for Multi-Target Threat Sequencing in Air Defense Combat[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(2):159-161.

目标威胁度判断是现代防空作战指挥自动化决策中的重要组成部分，是实施火力抗击的重要依据，直接影响着攻击效果[1-2]。作战指挥员对空中来袭目标威胁度进行判断、决策和指挥，选择威胁最大的目标抗击。在现代多目标防空作战中，由于现代信息技术的高速发展，空袭兵器突防能力与突击威力空前增强，空情信息与战场态势复杂，导致作战指挥员判断难度增加，容易贻误战机[3-5]。因此，必须建立目标威胁度判断数学模型作为作战决策的辅助依据。

影响敌空袭兵器威胁度的因素较多，这些因素对威胁度的影响通常只能用模糊的语言描述，因此威胁度判断一般需借助模糊模式识别、神经网络等工具建模与评估，或根据作战原则，实战经验，战例分析等建立经验模型[6-8]。上述因素在作比较、判断、评价和决策时，其重要性和影响力难以量化，主观定性程度较大。文中采用层次分析法与效用函数相结合的方法，具有定量与定性相结合、简洁实用、操作性强、便于火控计算机算法实现等优点，为作战指挥员对目标威胁度判断提供了科学依据。

1目标威胁度模型的建立

1.1建立层次结构模型

结合防空作战的实际经验和空中目标的特性，决定空中目标威胁程度的主要因素包括目标类型、目标数量、飞行高度、临界时间、航路捷径、空袭方向，如图1所示。

图1　威胁度层次结构模型

1.2构造P-C层判断矩阵

建立影响目标威胁度的因素两两相互比较的比较矩阵。每次取两个因素Ci和Cj，aij表示Ci和Cj对P的影响之比。在比较的过程中，为了使各因素之间进行两两比较得到量化的判断矩阵，引入1～9的标度，其定义如表1所示。

表1　标度值

1.3计算权重向量和一致性检验

表2　平均随机一致性指标RI标准值

1.4构造效用函数矩阵

对于m批空袭目标的n个影响目标威胁度的准则因素，将第i(1，2,…，m)批目标的第j(1，2,…，6)个准则因素Cj的数据定义为cij，构成准则因素矩阵C为

准则因素矩阵C不能直接用于威胁度判断，必须先将其转化为对威胁度的影响值，其次还需要统一的数值标准，即0～1之间的数，因此引入效用函数。准则因素Cj可采用如下3种效用函数：

1) 若准则因素Cj越大，目标威胁度越大，则Cj采用的效用函数为

(1)

2) 若准则因素Cj越小，目标威胁度越大，则Cj采用的效用函数为

(2)

3) 若准则因素Cj越接近某给定值c*，目标威胁度越大，则Cj采用的效用函数为

(3)

根据具体情况选择相应的效用函数公式，通过计算可以求出效用函数矩阵为

1.5计算目标威胁度的综合量化值Pi

根据P-C层判断矩阵计算得出的权重向量W和效用函数矩阵μ，则第i批空袭目标的威胁度就可以用综合量化值Pi表示为

(4)

最后对{Pi}由大到小进行排序，就可得出m批目标中不同威胁的批次顺序。

2模型应用

2.1应用场景

假定作战指挥员预先判断敌机主攻方向为方位角3000密位(正北)，空袭目标为4批。由防空总群情报指挥系统的目标指示雷达提供的参数数据如表3所示。

表3　准则因素(参数)矩阵C

2.2计算P-C层判断矩阵

根据防空指挥专家经验数据，全部的比较结果构成如表4所示的P-C层判断矩阵。

表4　P-C层判断矩阵

2.3计算效用函数矩阵μ

为简化模型而又符合实际，把空中目标分为3种类型：中小型飞机(战斗机和直升机)、大型飞机(大型的战术和战略轰炸机)和巡航导弹。目标类型为巡航导弹时取1，为中小型飞机时取2，为大型飞机时取3。

目标类型为巡航导弹时，虽然其突防能力很强本身具有较高的威胁度，但对城市目标的威胁程度不如战斗机，战斗机则不如大型轰炸机的威胁度大，故目标类型C1应采用式(1)；目标数量越多威胁度越大，目标数量C2应采用式(1)；飞行高度越低威胁度越大，飞行高度C3应采用式(2)；临界时间越短威胁度越大，临界时间C4应采用式(2)；航路捷径越小威胁度越大，航路捷径C5应采用式(2)；空袭方向越接近主攻方向威胁度越大，空袭方向C6应采用式(3)。

利用式(1)、式(2)、式(3)计算出效用函数矩阵μ，如表5所示。

表5　效用函数矩阵μ

根据式(4)可以计算出目标威胁度的综合量化值Pi，如表6所示。

表6　威胁度综合量化值

2.4结果分析

由表6结果可知：第三批目标的威胁度0.833 5为最大，第四批目标的威胁度0.701 6为第二，第一批目标的威胁度0.584 3为第三，第二批目标的威胁度0.511为最小。从参数矩阵表4中可以得知，第三批目标为4架战斗机，航路捷径最小，从超低空快速进入，方位靠近主攻方向，目标威胁度最大，作战指挥员应该首先重点攻击。第四批目标为2架大型轰炸机，航路捷径较小，目标空袭方向十分接近主攻方向，威胁度也较大，故第四批目标威胁度等级排在第一批目标巡航导弹之前。第二批目标为1架战斗机，航路捷径较大，距离较远，远离主攻方向，故该目标的威胁度最小。因此，采用层次分析法与效用函数相结合建立的多目标威胁度模型具有一定的实用性，符合目前指挥决策的实际情况。

3结论

在现代防空作战中，采用层次分析法与效用函数相结合的方法对多目标威胁度排序进行了建模与决策研究。首先对影响空袭武器威胁度的相关因素进行分析，构建层次分析模型、对各指标进行量化处理、构造效用函数，最后计算出目标威胁度的综合量化值及批次排序。

研究方法具有定量与定性相结合、简洁实用、操作性强、便于火控计算机算法实现等优点，为目标威胁度判断提供了科学依据，具有一定的可信度和实用性，可用于指导防空部队的作战训练，对实现指挥自动化有一定的现实意义。

参考文献：

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[6]王君，娄寿春．空袭目标流威胁评估与排序模型研究[J]．现代防御技术，2001，29(6)：29-33．

[7]程红斌,张晓丰,张凤鸣.基于模糊层次分析法的威胁估计[J].现代雷达,2006,28(3):22-24.

[8]魏世孝,周献中.多属性决策理论方法及其在C3I系统 中的应用[M].北京:国防工业出版社,1998.

(责任编辑杨继森)

Research and Decision for Multi-Target Threat Sequencing in Air Defense Combat

CHANG Fei，ZHANG Xin-yi，LIN Ying

(Shanghai PuDong Development Center，China Aerospace Science & Industry Corp., Shanghai 200085，China)

Abstract:In order to help battle command to implement combat decision, target threat sequence model as an auxiliary operational decision based on mathematics was established. Using analytic hierarchy process (AHP) and utility function, we built AHP model, quantified the various indicators, constructed the utility function, weighted to calculate the target threat comprehensive quantitative index and built automatic judgment model of target threat sequence for multi-target. An application example to verify the research method that has a certain practicality in using the radar data which are received from a command system provides a scientific basis for target threat sequence which can be used to guide air defense forces combat training.

Key words：air defense combat; threat sequence; analytic hierarchy process; utility function

文章编号：1006-0707(2016)02-0159-04

中图分类号：TJ01

文献标识码：A

doi:10.11809/scbgxb2016.02.038

作者简介：昌飞(1981—)，男，硕士，主要从事武器系统集成、火控系统研究。

收稿日期：2015-07-29；修回日期：2015-08-19

本文引用格式：昌飞，张欣毅，林莹.防空作战多目标威胁度排序决策研究[J].兵器装备工程学报，2016(2):159-161.

【基础理论与应用研究】