中国指挥与控制学会会刊 
随着高新技术的不断发展,现代战场空间日益扩展,大纵深、超远程、高精确的打击方式活跃于战争的舞台,中远程轰炸机作为远程打击的重要力量,在现代战争中地位的日益增强。本文选取某轰炸机型,通过建立指标评估体系,客观准确评价其效能,对于精准衡量作战能力、优化武器控制流程、提高武器装备打击效率都具有重要意义。
1 某型轰炸机作战行动效能评估需求分析
效能是一个系统满足一组特定任务要求程度的能力(度量);或者说是:在某种条件下达到规定使用目标的能力。一般情况下,武器系统效能主要分为武器系统效能和作战行动效能两大类。武器系统效能按照研究范畴划分,依次为单项效能、系统效能和作战使用效能;作战行动效能不但包含武器系统效能,而且涵盖整体作战任务[1]。本文研究的范畴为作战行动效能。
1.1 评估主体及范围
因受武器操纵者的个体差异制约,在评估过程中很难把握和度量,因此,现有的评估效能体系大多关注于对装备的静态评估,但是“人”作为操纵武器装备的主体,对装备自身效能发挥影响巨大,尤其是在作战行动效能评估中更是起到不可忽视的作用。随着人因工程学科的深入发展,大数据、人工智能及模拟仿真等新技术的运用,“人”的因素也可以进行测定衡量。为简化指标体系结构,本文暂不考虑装备自身的维修性和可靠性,重点着眼某型轰炸机在作战过程的实际运用,通过设定某一作战环境、将飞行人员和某型轰炸机作为一个整体,对其作战全过程进行评估,从而构建某型轰炸机评估指标体系框架结构。
1.2 评估指标体系构建模式
评估指标的选取必须遵循一定的选取标准,确保评估指标能够充分反映评估主体的相关特性,否则就会出现评估结果不准确、评估方法不适用、评估目标偏离等情况发生。
1)通过作战效果来选定评估指标。通过此模式确定的指标体系指向性强,也非常容易理解,适用于一般武器装备的作战效能评估,多用于作战仿真和实装演练中的评估。但数据准确度取决于仿真的逼真度和实装演练的条件设置,且仅适用某种特定环境背景,如果仿真程度不高或条件设置单一,则会导致指标体系应用范畴不广、普遍代表性不强的问题。现阶段,各类模拟训练系统与实装的差距越来越小,作战条件也基本覆盖了实战所涉及的范围,使得该类指标体系具备广泛的应用前景。
2)通过性能参数来选定评估指标。这属于一种静态效能评估,多用于装备论证、试验阶段的评估,也可用于多种同类型装备的对比评估。该类型指标体系的评估出发点是装备自身,其基础指标值多为客观测量得出,因此相关数据容易得到,且能够综合反映出装备的性能,但由于其主要强调武器装备固有能力,武器装备的使用性能无法得到有效体现,在作战行动效能评估中应用不多。
3)通过综合效能来选定评估指标。该类模式的典型适用方法是ADC法及其衍生的评估方法。A代表有效性,D代表可靠性,C代表作战能力。该类方法考虑因素多而全,可兼顾静态评估和动态评估的优点,能够全面展示武器装备的总体效能。但针对性指向性不好,且在基础指标数据计算时,有时会因作战状态节点增加、所涉及仪器设备过多等因素而导致计算难度异常复杂,误差难以掌控。
4)通过嵌套的方法来选定评估指标。随着评估目的多样性变化,依据单一模式的评估体系往往不能满足评估需求,而需要采取嵌套式的理念,综合运用以上三种方法构建指标体系,用数据融合的方法评估最终效能。此类指标体系虽然针对性强、实效性好,但由于没有固定套路可寻,往往需要专家的经验判断和预测估计,只有把主观测评建立在客观数据测量的基础上,加强效能评估结果验证,才能发挥出该类指标体系的最大效用。
以上各类方法没有高低上下之分,往往是将最初的评估目的、可用的评估手段和所得的评估数据进行综合衡量,才能选定合适的评估指标选取模式,本文主要采取嵌套的方法来选定某型轰炸机评估指标。
1.3 明确指标选取原则
为提升评估指标体系的科学性与合理性,着眼某型轰炸机作战特点,评估指标体系应遵循以下7种原则。
1)针对性原则。评估指标的选取应紧密围绕某型轰炸机作战使用和日常训练课目,切实反映其效能特性。
2)可测性原则。确保某型轰炸机评估体系所选评估指标能够通过模拟训练或实装演练真实测出,定量计算,如若只能通过专家经验来定性评估,也应保证符合某种评估规则,确保定性评估能够转化为定量数值进行计算。
3)完备性原则。所选取的评估指标应能够完全反映或覆盖某型轰炸机作战使用的全过程。
4)客观性原则。所选取的评估指标应能够摒除主观因素和随机性干扰,客观反映某型轰炸机作战使用效能的特性效能,涉及主观操纵的指标,也应能够通过深度学习或数理统计的方法,分析并提取客观评估值。
5)灵敏性原则。所选取的评估指标应能够及时、准确地随着某型轰炸机作战使用中的变化而产生明显的变化。
6)独立性原则。所选取的评估指标内涵意义不应重复叠加。
7)简明性原则。选择的指标应尽量简单明了,不应贪多求全而使评估体系过于复杂,既应便于理解,又方便进行评估计算。
同时,在构建指标时,还必须将武器装备置于一定作战背景下,以武器装备在该作战想定下的使命任务为依据,才能进行效能评估。
2 某型轰炸机作战行动效能评估指标体系的建立
某型轰炸机属于一种综合性武器平台,需要进行层次性分析、结构性优化才能得到科学、合理的评估指标体系。
2.1 某型轰炸机作战能力分析
苏建刚[3]着眼武器试验鉴定工作,将一般武器装备的作战能力分为侦察能力、打击能力、指挥控制能力、生存能力、电子对抗能力等5种能力;朱子薇[4]建立了炮兵装备效能指标体系,将炮兵装备固有能力区分为火力打击、战场机动、指挥通信、战场防护等4种能力;高强[5]建立了无人侦察机效能指标体系,分为可靠性、生存力和侦察能力等3项一级指标;高松[6]基于可拓学建立了武器装备效能体系,并区分为部署机动能力、C4ISR系统综合能力、打击突击能力、防护生存能力、持续作战能力等。从中可以看出,武器装备效能需要作战能力来支撑,而作战能力的归纳必须要紧紧围绕作战目的和主要作战任务。参照其他武器装备作战效能评估体系,着眼某型轰炸机在空军装备体系中所应发挥的作用,某型轰炸机必须具备远程性、精确性、可指挥性和安全性,可进一步解构为基本操纵效能指标、远程打击效能指标、突防突击效能指标、信息管理效能指标等4大类指标。
2.2 某型轰炸机作战过程分析
1)起飞滑跑阶段
该阶段一般由地面滑跑、离地和加速爬升等3个环节组成,飞行人员要进行解除刹车、保持正确滑行方向、操纵油门、抬前轮、保持起飞仰角等一系列操纵动作。将某型轰炸机作为一个武器整体平台衡量,可以从滑行速度、起飞方向、起飞迎角、离陆速度、上升梯度等数据指标体现。
2)航线飞行阶段
该阶段是指由我方控制空域至敌防空力量打击区域和雷达侦测范围内的一段飞行区间,飞行人员要操纵飞机进行盘旋、平飞、转弯等动作,同时监控并保持油量、气压、高度、速度等数据。若把某型轰炸机看作一个独立的系统,则主要通过速度、高度、航向、坡度、航迹准确性,以及在集合点的准时到达目标等指标数据体现其作战行动效能。
3)突防突击阶段
该阶段是指进入敌防空力量打击区域和雷达侦测范围内的飞行航线,飞行人员要运用合理的战术,开展低空飞行、大角度转弯等机动飞行动作,充分利用地形、天气条件,躲避敌防空力量打击及雷达侦测,必要时可进行有源或无源电子干扰。
4)火力打击阶段
该阶段是某型轰炸机飞抵至攻击范围后,利用机载武器对既定目标进行攻击的过程。主要为飞行人员操控武控系统、并同时保持飞行姿态,具体包括目标探测、目标识别、武器使用等环节,标志性指标是目标的毁伤效果。
5)返航着陆阶段
该阶段是某型轰炸机脱离攻击目标直到安全降落的飞行区间,可用飞行人员操纵飞机到达远(近)台时的速度、高度和航向角度,接地速度、接地迎角等数据值作为评估指标。
另外,对于信息侦测、飞行导航等方面的效能值,可通过对惯导/卫星组合导航系统、精密测距机载设备、各类电台等机载设备的使用效果来测定,且该类型指标体现在作战全过程,无法归类到某一阶段。
2.3 指标体系结构聚合分析
通过作战过程和作战能力分析,能够得到以下41项基础指标与作战行动效能相关联,如表1 所示。
表1 影响某型轰炸机作战行动效能评估若干性能指标 |
| 序号 | 性能指标 | 序号 | 性能指标 | 序号 | 性能指标 | 序号 | 性能指标 | 序号 | 性能指标 | 序号 | 性能指标 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 解除刹车 | 8 | 离陆速度 | 15 | 准时到达要求 | 22 | 武控设备使用 | 29 | 无源干扰 | 36 | 目测接地 |
| 2 | 滑行方向保持 | 9 | 上升梯度 | 16 | 飞机数据监控 | 23 | 火控雷达使用 | 30 | 到达远台速度 | 37 | 信息分发系统 |
| 3 | 滑行速度 | 10 | 平飞速度 | 17 | 机动动作 | 24 | 敌我识别雷达使用 | 31 | 到达远台高度 | 38 | 精密测距机载设备 |
| 4 | 操纵油门 | 11 | 平飞高度 | 18 | 战术运用 | 25 | 目标毁伤效果 | 32 | 到达远台航向角 | 39 | 惯导/卫星精密导航系统 |
| 5 | 抬前轮时机 | 12 | 平飞航向 | 19 | 目标发现 | 26 | 导弹发射距离 | 33 | 到达近台速度 | 40 | 释放铝条弹 |
| 6 | 起飞方向 | 13 | 平飞坡度 | 20 | 目标识别 | 27 | 导弹飞行路径 | 34 | 到达近台高度 | 41 | 释放红外弹 |
| 7 | 起飞仰角 | 14 | 航迹准确性 | 21 | 目标截获 | 28 | 电子支援及有源干扰 | 35 | 到达近台航向角 |
以上指标存在功能重叠的等问题,通过进行层次分析、功能聚合和相关性聚合,对相关指标进行筛选,才能得到比较合理的指标体系[8]。
1)功能聚合
将属于同一功能或同一方面的指标归为一类。如解除刹车、操纵油门、抬前轮时机等虽属于滑跑起飞阶段的重要性指标,但更适合于测试飞行人员操作能力,对作战效能的支撑不足,完全可以用滑行速度、起飞方向、起飞仰角等由某型轰炸机外部表现出的指标所代表或替换。
2)相关性聚合
在功能聚合基础上,将相互之间相关程度高的评估指标聚为一类。如信息侦测、电子对抗、飞行导航等指标,在飞行各个阶段均可能有所涉及,可以将其聚合到一类指标中进行评估衡量,更加科学合理。
3)指标体系层次分析
通过对指标体系的划分,对评估指标进行合并或分解,区分作战效能度量层、效能度量层、性能度量层、尺度参数层等4类作为指标体系框架[2]。
①作战效能度量层。其是对某型轰炸机作战行动效能的总体认定和度量。
②效能度量层。通过对作战任务、作战能力分析,将某型轰炸机作战行动效能所应具备的远程性、精确性、可指挥性和安全性等,分解为突防突击、信息管理、远程打击、基本操纵等4类指标。
③性能度量层。将效能度量层的指标进一步分解为可度量的参数组合,用以表达装备某方面性能或某种战术选择运用。
④尺度参数层。其也是最底层,表示某型轰炸机在作战行动中所产生的系统参数或所体现出的属性。
最终,确定某型轰炸机作战行动效能评估指标体系如图1 所示。
3 某型轰炸机作战行动效能评估指标体系的运用
鉴于某型轰炸机作战行动效能指标体系是采用自上而下逐层分析解构建立的方法,计算时则采用从下而上的方法,即首先计算尺度参数层的评估值,然后依次向上一层整合数据,逐层递进至性能度量层、效能度量层,最终得到某型轰炸机的作战行动效能评估值。
3.1 尺度参数层数据计算
某型轰炸机作战行动效能评估指标类型多样,一般可分为成本型、效益型、区间型、固定型、语言型。可将具有某种共同属性或特征的数据归并在一起,通过其类别的属性或特征来进行区别,解决数据处理、效能计算繁杂的问题。根据尺度参数层基础指标性质,可将数据分为以下5种类型[12]。
1)区间型指标
E1=
分指标实际效能为e(x),有e(x)<1且e(x)为单调递减函数,x为指标变量,x1 、x2是区间边界。即:所得到的指标数据落入某个区间效能越高,在区间之外效能越差。该数据类型应用最广,因飞机实际飞行速度、姿态、高度等数据中均存在一个标准范围,在标准区间范围内即认为满足要求。突防突击和基本操纵指标模块中以某型轰炸机飞行数据为主要衡量的基础指标数据均属此类型。
2)成本型指标
E2=
分指标实际效能为e(x),有e(x)<1且e(x)单调递减函数,x为指标变量。即:所得到的指标数据取值越小s,效能越高;取值越大,效能越低。应用火控雷达、敌我识别雷达等设备发现目标位置、确定目标参数的时间越短,效能越高,目标探测类指标属于此类型。
3)效益型指标
E3=
分指标实际效能为e(x),有e(x)<1且e(x)单调递增函数,x为指标变量。即:在规定区间内,所得到的指标数据取值越大,效能越高;取值越小,效能越低。导弹所攻击目标的毁伤效果(一般用百分比体现)属于此类型。
4)固定型指标
E4=
分指标实际效能为e(x),有e(x)<1且e(x)单调递减函数,x为指标变量,k为标准值。即:所得到的指标数据离某一标准值越近,效能越高;离某一标准值越远,效能越低。电子对抗指标中释放铝条弹、红外弹,进行各类有源干扰的时机往往存在一个最佳时间点,因此相关指标数据属于此类型。
5)语言型指标
语言型指标究其根本,也是一种固定型指标的变体,为方便计算,在这里单独设定。设定评价语言集E5,如下式
E5=x,x∈[1,0.9,0.7,0.6,0]
将效能指标设定为五档:杰出、优秀、良好、及格、不及格。并以相应数值表示“1,0.9,0.7,0.6,0”表示,设效能为E,x为自定义变量。对于战术方法选择及执行情况、塔康精密测距机载设备、惯导/卫星组合导航系统等无法归类到以上数据类型的指标,可采取人工评判的方式确定效能值。
3.2 各个度量层权重计算
1)结构方程模型原理
结构方程模型法是利用变量的协方差矩阵来分析变量间关系的一种方法,广泛应用于各类学科,主要理论为设定测量方程和结构方程,并求解的过程。
测量方程如下式:
X=Λx ξ+δ
Y=Λy η+ε
X 表示外生显变量,即:可直接测量且不受其他变量影响的变量;Y表示内生显变量,即:可直接测量且受其他变量影响的变量;Λx 、Λy表示相关系数矩阵;ξ表达外生潜变量,即:无法直接测量,只能通过外生显变量表达的变量;η表达内生潜变量,即:无法直接测量,只能通过内生显变量表达的变量;δ、ε分别为残差项。测量方程主要表述尺度参数层指标变量和各个度量层之间的关系。
结构方程如下式
η=Bη+Γξ+ζ
B、Γ分别表示相关系数参数矩阵;ζ表示残差项。
结构方程主要表述尺度参数层指标变量之间的关系。
显变量可看作是尺度参数层中的基础指标,潜变量可看做是各个度量层的指标。由此,可将作战行动效能指标体系权重计算的过程看作是解析结构方程的过程。
2)利用结构方程模型计算指标权重
步骤一:获取原始数据
结构方程法需要大量的优质数据作为计算基础。从某模拟训练机构配备的轰炸机模拟器所记录的数据库中,遴选历年来被评为良好以上的150个任务数据作为原始数据源。
步骤二:原始数据处理
将遴选出的数据按照尺度参数层所表述方法进行计算,并进行非量纲化、归一化处理。
步骤三:进行信度、效度分析
将数据处理后,导入“SPSS”软件(Statistical Program for Social Sciences)进行信度、效度分析。通常要求潜变量的克朗巴哈α系数(Cronbach’s Alpha,简称CA) >0.9,KMO(Kaiser-Meyer-Olkin)检验值>0.8。经测试数据集中的α=0.946、KMO=0.924,信度、效度符合要求。
步骤四:模型检验
应用“AMOS”软件(Analyse of Moment Structures)对数据进行分析。经测试,模型适配程度良好,模型可用。
模型卡方值为104.25(见表2 ),绝对拟合指标和增值拟合指标均显示模型与数据匹配度符合要求。
表2 模型适配度指标 |
| 拟合指标 | 测量值 | 合理标准范围 | |
|---|---|---|---|
| X2 | 104.25 | ||
| GFI | 0.912 | >0.9越接近1越好 | |
| 绝对拟 | RMR | 0.014 | <0.05越小越好 |
| 合指数 | RMSEA | 0.034 | <0.05越小越好 |
| NFI | 0.930 | >0.9越接近1越好 | |
| 相对拟 | CFI | 0.925 | >0.9越接近1越好 |
| 合指数 | TFI | 0.925 | >0.9越接近1越好 |
最终,可取得系统作战行动效能与作战数据各个指标的定量关系模型,进而得到某型轰炸机作战行动效能评估指标体系的权重。
3.3 作战行动效能指标聚合计算
将所计算出的尺度参数层数据依次向效能度量层、性能度量层转化计算,常用的计算方法主要有加权算术平均法和加权几何平均法。
加权算术平均法相对简单,适用于独立性强、相互干扰度小、可以进行线性补偿的指标,此类转化方法可有效突出权重和数值较大的指标,对于权重低、数值小的指标则显现不够。具体表达式如下
E= ωi xi
E为该层次的评估值;ωi为指标i的权重;xi为指标i的值;m为指标的数量。
信息管理效能中的信息侦测、电子对抗、飞行导航等指标,其隶属的基础指标互补性强,相关设备往往互为备份,适用于加权算数平均法进行整合计算。
加权几何平均法突出强调了指标值之间的均衡性,权重低、数值小的指标也会对最终的评估值产生较大影响。具体表达式如下
E=
E为该层次的评估值;ωi为指标i的权重;xi为指标i的值;m为指标的数量。
突防突击、远程打击、基本操纵等效能度量层中的各个指标交联度高,如某一指标值低,则会对整体效能产生较大影响,适用于加权几何平均法进行整合计算。
4 结束语
本文的创新点在于通过“选定体系构建模式、明确选取原则、开展作战过程和作战能力分析、进行指标功能性和相关性聚合”等一系列步骤,区分尺度参数层、性能度量层、效能度量层、作战效能度量层等4个层次,建立了具有树状结构的某型轰炸机作战行动效能指标评估体系,应用结构方程模型法计算出相关权重指标,明确了计算某型轰炸机作战行动效能评估的具体方法。