基于OODA的单舰实战化防空作战能力评估研究∗

2018-03-23王光源毛世超刘智勇

舰船电子工程 2018年2期

王光源毛世超刘智勇

（海军航空大学烟台 264001）

1 引言

在信息化条件下的海上作战中，空中对海火力打击已呈现出全方位、全时段、大纵深和高强度的作战特点［1］。同时反舰武器装备平台自动化、智能化、多样化的发展及信息技术在反舰导弹中的不断应用，使反舰导弹的超视距、超音速中远程打击水面舰艇的能力不断提高［2～3］，对海上水面舰艇编队的作战行动带来更加严重的空中威胁。当前，我水面舰艇编队海上面临的安全形势日趋复杂严峻，如何提高实战环境下的水面舰艇编队防空作战能力是亟需解决的现实问题之一。

单舰是水面舰艇编队遂行防空作战任务的基础和防空能力的基本要素，如何提高单舰实战环境下的防空作战能力是增强舰艇编队防空作战能力的有效手段之一［4］。因此，分析与评估单舰海上防空作战能力，找准制约核心防空作战能力形成和提升的深层次矛盾，是提高水面舰艇编队防空作战能力的有效方法。据此摸透单舰防空作战过程中存在的薄弱环节，通过装备的改造升级，倒逼解决在作战力量准备、指挥准备、训练准备、保障准备等方面的问题，有效提升水面舰艇的防空能力。

由于单舰防空作战装备与作战环节构成复杂，本文采用了OODA环理论对水面舰艇的实战化防空作战流程进行了模块化分析，在此基础上运用层级分析法建立了防空作战能力评价指标体系，并采用灰色模糊评估理论建立评估模型，最后运用构建的模型对单舰综合防空作战能力进行仿真评估与检验。

2 基于OODA的单舰实战化防空作战流程分析

实战化背景下水面舰艇防空作战涉及多个领域、多项技术、多类人员和多种战法的运用，具有紧迫性、复杂性、协同难度大等特点。美国陆军上校约翰·包以德在总结分析空战数据的基础上，提出了 OODA（Observe，Orient，Decide，Act）环理论，该理论是体系作战行动整个过程的一种高度抽象，能够较为清晰地描述整个防空体系作战行动的全过程。利用OODA环理论分析单舰防空作战流程［5～6］（如图1所示），明确作战各阶段需要完成的任务，可以将复杂的防空作战问题简单化、模块化，进而有针对性地开展实战化条件下的防空作战训练和作战能力研究。

OODA（探测-判断-决策-行动）环能够清晰描述实战化条件下单舰防空作战的过程，同时也是作战能力生成的基本回路，整个指控过程可看为做四个分立但又相互关联的阶段循环。具体内容如下：

1）观察。战场环境信息的种类多、含量大，水面舰艇利用雷达等探测装备开展对空情报搜集，侦测到大量的战场态势信息，通过比对过滤，提取出战场态势变化信息，并对敌方来袭目标进行识别、跟踪，进一步获得目标信息。

2）判断。根据观察结果，结合战场环境连续性、动态性的特点，对战场态势信息进行分析、预测和评估，对来袭目标的威胁程度做出判断。

3）决策。在观察、判断的基础上，指挥员对当前态势进行综合判断，做出拦截来袭目标的决策，根据来袭目标情况对自身火力进行分配。

4）行动。行动即采取的防空手段，主要包含硬杀伤和软杀伤两个层次，根据作战命令，各作战单元控制舰载防空武器系统完成对空火力打击任务，并对目标毁伤效果进行评估。

3 单舰实战化防空作战能力评估指标分析

指标体系是进行效能评估的基础和依据，评估指标体系是否合理、完整，直接关系到最后的评估结果。选择合适的指标体系并进行量化，是有效开展评估工作的关键。

通过采用OODA环理论对单舰实战化对空作战流程的模块化分析，本文采用层次分析法将舰艇对空作战的能力划分为对空预警探测能力、指挥控制能力、火力打击能力和电子战能力［7～11］，如图2所示。

对于水面舰艇而言，其对空预警探测能力主要是指红外跟踪器探测能力、雷达侦察预警能力和光电跟踪器探测能力，利用这些舰载探测设备获得目标的信息，以期做到先敌发现、先敌判断、先敌行动，牢牢掌握战斗的主动权。指挥控制能力主要包括指挥员的决策能力、信息传输能力、武器控制能力、辅助决策能力和信息处理与融合能力。火力打击能力是我方对于来袭目标的打击毁伤能力，根据来袭目标的特性不同，舰载防空武器系统主要包括打击飞机等大型目标的中远程导弹系统、打击导弹等小型目标的近程防空导弹以及舰炮、密集阵等近程火力打击系统。影响舰艇电子战系统效能的因素比较多，本文依据舰艇作战任务不同将其划分为电子信息支援能力、电子信息攻击能力和电子信息防护能力。

4 单舰实战化防空作战能力评估模型构建

4.1 单舰实战化防空作战能力判断矩阵

根据单舰实战化防空作战能力评估指标体系，采用专家打分法分层次构造单舰防空作战能力、对空预警探测能力、指挥控制能力、火力打击能力和电子战能力的判断矩阵。选择标度系统引用数字1～9及其倒数作为标度，应用1～9的比较标度法对指标体系各层指标进行两两比较，即可构造各层指标的比较判断矩阵：

其中，aij为第i项指标与第 j项指标的比值。

4.2 确定各评估指标的权重系数

由于指标体系中的各个分指标对总指标的影响程度不尽相同，为了增加可比性，消除不同物理量纲对评价结果的影响，本文综合采用方根法和和积法解算对应的判断矩阵，求出判断矩阵最大特征根及其对应的特征向量，进一步确定各评价指标相对于上一层级的权重系数［12～13］，具体的分析计算过程如下：

1）求解判断矩阵的特征向量

首先计算判断矩阵每一行元素的乘积，再求n次方根：

从而求得判断矩阵A的特征向量即评估指标体系的权重向量W为W=(ω ，ω ，...，ω)'。12n

2）求解最大特征根

根据求得的特征向量W，可计算出判断矩阵的最大特征根为：

3）一致性检验

有时，判断矩阵A难免会出现判断上的不一致性，因而需要计算判断矩阵的随机一致性比率来对判断矩阵的一致性进行检验。

随机一致性比率CR为判断矩阵的一致性指标CI与同阶平均随机一致性指标RI之比：

当CR≤0.1时，即认为判断矩阵具有满意的一致性，否则需要对判断矩阵进行调整，直到取得具有满意的一致性为止。

其中判断矩阵偏离一致性的指标CI为：

对于1～9阶的判断矩阵，其平均随机一致性指标RI的值如表1所示。

表1 随机一致性指标RI

4.3 对空作战能力的灰色模糊评估模型

灰色模糊评估是一种综合了灰色评估和模糊评估、定量与定性分析相结合的评估方法，这种方法是在已知的信息不够充分、评估对象具有模糊因素的前提下，通过从总体上来考虑专家评价情况的不完全性，利用灰色聚类理论来得到灰色评价向量，最后聚合计算得到评估对象的综合评估等级［14～16］。

1）确定评价灰类

根据作战效能评估惯例，制定评价准则，如表2所示。

邀请专家根据评价准则对各作战系统单元的能力进行评分，得到各系统单元作战能力的评价值矩阵：

其中dij表示第 j个专家对于第i个作战系统单元能力的综合评分。

依据评价准则，划分成4个评价灰类来确定评价灰类等级和白化函数。各灰类对应的灰数和白话函数如下：

第一类“优”(k =1)，对应灰数 ⊗∈[0 ，9，∞ ) ，白化函数为

表2 评价准则

其中，灰度表明指标评分dij对应的级别，函数区间表明评分可能的区间，中间值表明是该灰类的最优评分值。

2）确定灰色评价权向量

分别计算在各白化函数下的dij的灰色评价系数，处理后可得到灰色评价权矩阵：

其中，rik表示n位专家对各作战系统单元在第k等级灰类下的灰色评价值，fk(dij)表示第k等级灰类下，第 j个专家对于第i个作战系统单元能力的综合评分值所对应的白化函数值。

3）建立灰色模糊评估模型

结合方根法计算出的单舰实战化作战能力评估指标的权重W和灰色评价权矩阵R，计算出作战能力评价指标的灰色模糊评估结果E为

结合制定的评价准则，将作战能力的灰色模糊评估结果进行量化得到单舰实战化防空作战能力值U为：

其中，F=[9 7 5 1]'为灰度评价的最优值向量。

采用该模型可分别对单舰实战化防空作战能力、对空预警探测能力、指挥控制能力、火力打击能力和电子战能力进行灰色模糊评估。

5 算例分析

本文以某型驱逐舰为例，由4位专家组成评审小组，通过评审一级指标，应用1～9的比较标度法，得到驱逐舰防空作战能力的比较判断矩阵：

根据式（2）、（3）计算出判断矩阵 A的权重向量W为：

根据式（5）、（6）以及表1数据，计算得判断矩阵A的一致性检验结果为CR=0＜0.1，因此判断矩阵具有满意的一致性。

邀请专家依据评价准则给驱逐舰防空作战系统的各作战模块系统进行评分，得到各系统单元作战能力的评价值矩阵为：

根据式（12）、（13）可得驱逐舰各作战系统单元的灰色评价权向量为：

根据式（14），驱逐舰综合评价指标的灰色模糊评估结果为：即驱逐舰作战系统模块在各评价灰类上的评估值。

根据式（15）和本文制定的评价准则将灰色模糊评估结果进行定量化得：

由此可见，该水面舰艇的防空作战能力综合灰色估值为7.0332，对应评估结果为“良”。

从防空作战系统单元作战能力的判断矩阵A的权重向量W可知，对于驱逐舰而言，火力打击能力对舰艇防空作战能力的影响最大，其次是对空预警探测能力和指挥控制能力，电子战能力对其影响最小。根据图2，采用同样的方法可评估出评价指标体系第三层指标对于第二层指标的影响，进而可以发现驱逐舰防空作战能力的短板。

6 结语

本文依据实战化条件下单舰防空作战能力的评估需求，利用OODA环理论对单水面舰艇实战化防空作战流程进行了模块化分析，运用层次分析法建立舰艇的防空作战能力评价指标体系，并采用专家打分法、方根法和和积法对各评价指标权重进行了量化分析，建立了单舰实战化防空作战的灰色模糊评估模型，对舰艇的防空作战能力进行评估与检验。通过案例评估应用表明该方法选取指标全面，评估过程简便、可靠，能有效解决实战化复杂条件下单舰综合防空能力的评估问题，为进一步开展舰艇编队综合防空作战能力的评估，提高部队实战化作战训练的能力等提供有效的理论参考与帮助。

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