中国科技核心期刊      中国指挥与控制学会会刊     军事装备类重点期刊
Command Control and Simulation

Command Control and Simulation >

2020 , Vol. 42 >Issue 3: 63 - 67

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-3819.2020.03.012

Theory & Research

Combat Effectiveness Evaluation of Submarine Combat System

  • WANG Yong-jie ,
  • LU Ming-hua ,
  • MAO Jun-chao
Expand
  • Navy Submarine Academy, Qingdao 266000, China

Received date: 2019-09-07

  Revised date: 2019-10-21

  Online published: 2022-05-10

Fold

Abstract

Combat effectiveness evaluation can provide reference and evidence for equipment development and combat decision of submarine combat system. Firstly, in the light of submarine combat system equipment development, comprehensive evaluation index system is established according to submarine combat system technology characteristic. Comprehensive evaluation method based on horizontal comparison is setup. The method can relatively compare different submarine combat system combat effectiveness. Then, in the light of submarine combat system combat decision, task-oriented individual evaluation index system is established according to submarine combat characteristic. Task-oriented combat plan evaluation method is set up. The method can compare combat effectiveness of different submarine combat plans. Finally, two examples of testing and verifying the correctness and feasibility of the evaluation methods are presented.

Key words： submarine combat system; combat effectiveness; comprehensive evaluation; plan evaluation

Cite this article

WANG Yong-jie , LU Ming-hua , MAO Jun-chao . Combat Effectiveness Evaluation of Submarine Combat System[J]. Command Control and Simulation, 2020 , 42(3) : 63 -67 . DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2020.03.012

潜艇作战系统作战效能评估在潜艇作战系统的发展论证、系统评价、作战使用和作战方案制定等方面有着重要的作用。常用的作战效能评估方法包括层次分析法、矩阵相乘法、模糊评估法、ADC效能分析法、Petri网法、灰色关联法和指数法等[1⇓-3]。本文综合运用多种效能评估方法,从潜艇作战系统综合和单项两个角度进行作战效能评估,先针对潜艇作战系统的发展论证和系统评价,进行基于横向比较的作战效能综合评估,再针对潜艇作战系统的作战使用和作战方案制定,进行面向任务的作战效能单项评估。

1 基于横向比较的潜艇作战系统作战效能综合评估方法

1.1 确定评估指标体系

潜艇火控系统通常指潜艇为完成对目标的探测、识别、跟踪以及解算目标运动要素和武器设计诸元,控制武器发射和导引,对目标进行攻击或防御所必需的电子设备构成的整体,由潜艇探测设备(声呐、雷达、潜望镜等)和火控设备两大部分组成。潜艇火控系统的控制对象是各种武器(鱼雷、导弹、诱饵等)。潜艇火控系统加上各种武器及其发射装置,就构成了潜艇作战系统[4]。综合评估是指不同型号潜艇的作战系统作战效能横向评估比较。
在分析潜艇作战系统技术特点基础上,把潜艇作战系统作战效能指标分为八个方面:协同作战能力、打击目标能力、防御目标能力、预警探测能力、信息处理能力、辅助决策能力、模拟训练能力和作战系统可靠性,评估指标体系具体见图1。
图1 潜艇作战系统作战效能综合评估指标体系
图1给出了潜艇作战系统作战效能综合评估指标体系。指标体系分为三层:目标层作为评估结果,反映了不同型号潜艇作战系统的作战效能;技术层把潜艇作战系统作战效能分解为八个方面;指标层列出了具体的作战效能评估指标。

1.2 构造判断矩阵

根据潜艇作战系统作战效能综合评估指标体系,构造指标层中的指标两两比较的判断矩阵[5]X= x i j m × n,其中xij 表示第i项评估指标相对于第j项评估指标的数值,通常取l,2,3,…,9及它们的倒数。本文采用熵值法计算指标的相对权重,过程如下:
1)数据归一化和标准化处理
x i j ' = x i j - x j , m i n x j , m a x - x j , m i n 　 1 ≤ i ≤ m ; 1 ≤ j ≤ n
x i j ' = x j , m a x - x i j x j , m a x - x j , m i n 　 ( 1 ≤ i ≤ m ; 1 ≤ j ≤ n )
y i j = x i j ' / ∑ i = 1 m x i j ' 　 ( 0 ≤ y i j ≤ 1 ; i = 1,2 , … m ; j = 1,2 , … , n )
式中,xj,max为 第j项指标的最大值,xj,min为第j项指标的最小值,x'ij为标准化值。如果指标值越高越先进,则用公式(1);如果指标值越低越先进,则用公式(2)。
2)计算指标的信息熵和信息效用值
e j = - K ∑ i = 1 m y i j l n y i j
dj=1-ej
3)计算指标相对权重
ω j = d j / ∑ j = 1 n d j 　 ( j = 1,2 , … , n , K = 1 l n m )

1.3 建立综合评估方法

模糊评估法是一种基于模糊数学的评估方法[6],根据模糊数学的隶属度理论把定性评估转化为定量评估,过程如下:
1)根据指标体系来确定评估因素集U= u 1 , u 2 , … , u n。应用到潜艇作战系统作战效能综合评估中,因素集就是由指标层中的各项指标。
2)确定因素权重集A= a 1 , a 2 , … , a n,即指标层的各项因素的相对权重,相对权重计算方法见前文。
3)确定评语集V= v 1 , v 2 , … , v n,本文采用9级指标等级。
4)建立模糊评估矩阵,统计各项指标的等级,求出各项具体指标属于不同指标的隶属度,建立模糊评估矩阵R= r i j n × k,其中rij表示指标ui具有评语vj的概率。
5)计算综合评估结果
B = A · R = a 1 , a 2 , … , a n r 11 … r 19 … … … r n 1 … r n 9 = b 1 , b 2 , … , b 9
式中,bj j = 1,2 , … , 9表示被评估对象具有评语vj 的概率,即潜艇作战系统作战效能指标属于各个等级的概率;“·”表示模糊合成算子[7],本文选择加权平均算子M(×,+),即
b i = ∑ k = 1 n a k × r k j 　 j = 1,2 , … , 9
根据总体评估结果B和加权平均原则确定:
u * = ∑ j = 1 9 λ v j × b j / ∑ j = 1 9 b j
式中,λ v j表示第j个评语等级的量化值,u*表示潜艇作战系统作战效能对比分值,由对比分值来评判不同型号潜艇的作战系统综合作战效能的高低。

2 面向任务的潜艇作战系统作战效能单项评估方法

潜艇作战任务主要包括对海攻击、对陆攻击、对海防御、对空防御和反潜作战等,每种作战任务都会有不同的作战方案,需要通过作战效能评估来衡量作战方案的优劣,从而选择最优作战方案。

2.1 确定评估的指标体系与层次结构

不同的作战任务会涉及潜艇作战系统不同的方面,比如对海攻击需要用到鱼雷和导弹,对海防御需要用到声诱饵和干扰器。同一作战任务又会有不同的作战方案,比如,对海攻击可以用鱼雷攻击也可以用导弹攻击等。图1综合评估指标体系涵盖了潜艇作战系统方方面面,结合作战任务,可以对其中某一项指标,比如“打击海上目标能力”,进行效能评估,来评判作战方案的优劣。在分析了潜艇作战特点基础上,建立面向任务的潜艇作战系统作战效能单项评估指标体系与层次结构,如图2所示。
图2 面向任务的潜艇作战系统作战效能单项评估指标体系与层次结构
图2中,目标层A是潜艇执行不同作战任务时,潜艇作战系统的作战效能。指标层B是潜艇在执行某一作战任务时,影响作战效能的各种评估元素。方案层C是潜艇在执行某一作战任务时,潜艇作战系统所有可行的作战方案,不同的作战方案对应不同的作战效能[8]。
指标层、方案层的判断矩阵和相对权重的计算方法同1.2节。

2.2 建立面向任务的评估方法

潜艇执行某一作战任务时,方案层中m个待评估作战方案对指标层中n个指标的相对权重向量Wi i = 1,2 , … , n构成m×n矩阵Pu
P u = P 11 P 12 … P 1 n P 21 P 22 … P 2 n ︙ ︙ … ︙ P m 1 P m 2 … P m n
指标层中的n个指标对目标层两两比较构成判断矩阵B,求出判断矩阵B的特征向量PE
PE=[P1,P2,…,Pn]T
则方案层中n个待评估方案对目标层对比分值为
E=PuPE=[e1,e2,…,en]T
式中,e1,e2,…,en是各个作战方案所对应的潜艇作战系统作战效能对比分值,其值高低反映了作战效能的大小,然后通过比较e1,e2,…,en的大小,选出作战效能最高的作战方案,供作战人员参考。

3 潜艇作战系统作战效能评估实例分析

3.1 应用实例一

本文以美国海军“弗吉尼亚”潜艇作战系统NSSN C3I、俄罗斯海军 “阿穆尔”潜艇作战系统LITIY、英国海军“特拉法尔加”潜艇作战系统SMCS和法国海军“鮋鱼”潜艇作战系统SUBTICS为例,上述作战系统的具体性能参数详见参考文献[9]。
采用上文中建立的作战效能综合评估指标体系,对四种不同型号潜艇作战系统进行作战效能综合评估。根据建立的作战效能综合评估模型,生成专家打分表格,将同行专家的打分结果录入后,得到四种不同型号潜艇作战系统的判断矩阵。采用上文中的综合评估方法计算出最终的比较结果,四种不同型号潜艇作战系统作战效能的综合排序为作战系统NSSN C3I ≻作战系统SMCS≻作战系统LITIY≻作战系统SUBTICS各作战系统效能对比分值见表1。
表1 潜艇作战系统作战效能对比分值
作战系统 NSSN C3I LITIY SMCS SUBTICS
对比分值 0.8112 0.6568 0.6882 0.6166
潜艇作战系统技术层元素的分值见表2。
表2 潜艇作战系统技术层元素分值
系统 元素
协同作
战能力		 打击目
标能力		 防御目
标能力		 预警探
测能力		 信息处
理能力		 辅助决
策能力		 模拟训
练能力		 可靠性
NSSN C3I 0.1103 0.1055 0.1023 0.1102 0.0955 0.0921 0.0856 0.1097
LITIY 0.0821 0.0852 0.0842 0.0825 0.0806 0.0812 0.0775 0.0825
SMCS 0.0867 0.0843 0.0885 0.0894 0.0886 0.0873 0.0799 0.0835
SUBTICS 0.0778 0.0801 0.0808 0.0746 0.0735 0.0736 0.0747 0.0815
计算结果表明,美国海军“弗吉尼亚”潜艇作战系统NSSN C3I作战效能对比分值最高,得益于其技术层每个元素分值都相对较高。利用本方法,不仅可以对不同型号潜艇作战系统作战效能进行综合横向对比,还可以对具体技术层指标进行单项对比。

3.2 应用实例二

3.2.1 作战背景与作战方案

潜艇对海攻击是潜艇作战系统重要的作战任务之一,也是潜艇作战系统“打击海上目标能力”的具体体现。本文以国外某型潜艇对海攻击为例,评估不同作战方案对海攻击效果。潜艇对海攻击主要武器是鱼雷和反舰导弹,其攻击过程是,本艇通过声呐探测或者由外部数据链获取到水面舰艇目标信息后,计算目标的运动要素,根据作战态势,进行攻击决策,进而选择相应的武器对目标进行攻击。
由于鱼雷和反舰导弹射程相差较大,对于超出鱼雷射程的目标,只能进行导弹攻击,方案比较性不强。本文设定目标与潜艇的距离在鱼雷和导弹的攻击范围之内,这样,潜艇对海攻击有4种武器选择方案:方案1鱼雷攻击;方案2导弹攻击;方案3鱼雷导弹齐射攻击;方案4先鱼雷后导弹攻击。考虑到潜艇作战隐蔽性至关重要,这里不考虑先导弹后鱼雷攻击方案,方案3鱼雷导弹齐射攻击是指鱼雷导弹同时到达目标,方案4先鱼雷后导弹攻击是指先用鱼雷命中目标后用导弹扩大目标毁伤效果。
潜艇对海攻击获取水面舰艇目标信息主要有两种方式:1)声呐被动探测;2)数据链外部通信。方式一潜艇隐蔽性好,利于达成攻击的突然性,缺点是目标信息质量较差;方式二潜艇隐蔽性差,但优点是目标信息质量好[10]。本文评估在两种不同信息获取方式下,潜艇对海攻击四个作战方案的作战效能。

3.2.2 计算评估过程

1)建立潜艇对海攻击作战系统作战效能评估的指标体系与层次结构
基于潜艇对海攻击作战过程的分析,将潜艇对海攻击作战效能的评估指标分为六个方面:目标探测距离、目标要素解算精度、反应时间、武器命中概率、武器突防概率和武器毁伤效果。潜艇对海攻击主要任务是毁伤水面舰艇目标,所以在目标层中,以目标的毁伤概率为评估指标,潜艇对海攻击作战系统作战效能评估的指标体系与层次结构如图3所示。
图3 潜艇对海攻击作战系统作战效能评估的指标体系与层次结构
2)构造判断矩阵
在目标层A中,只考虑目标的毁伤概率。当潜艇对海攻击获取水面舰艇目标信息采用本艇声呐被动探测时,本艇声呐探测目标的距离和目标要素解算精度至关重要,直接影响到对海攻击是否能够进行。所以指标层各指标针对目标层两两比较的判断矩阵为
B = 1 1 1 / 5 1 / 3 1 1 / 3 1 1 1 / 5 1 / 3 1 1 / 3 5 5 1 3 5 3 3 3 1 / 3 1 3 1 1 1 1 / 5 1 / 3 1 1 / 3 3 3 1 / 3 1 3 1
当潜艇对海攻击获取水面舰艇目标信息采用数据链外部通信时,由于外部探测平台(飞机、卫星)探测目标距离远、精度高,但信息传输时延比较大且有潜艇暴露的风险,所以系统反应时间至关重要,指标层各指标针对目标层两两比较的判断矩阵为
B = 1 1 3 1 3 1 1 1 3 1 3 1 1 / 3 1 / 3 1 1 / 3 1 1 / 3 1 1 3 1 3 1 1 / 3 1 / 3 1 1 / 3 1 1 / 3 1 1 3 1 3 1
由于方案层对指标层中各指标的判断矩阵数量比较多,这里就不一一罗列了。
3)计算方案层的对比分值
对于目标层,求出指标层判断矩阵B的最大特征值λmax及其对应的特征向量PE,当潜艇对海攻击获取水面舰艇目标信息采用本艇声呐被动探测时:
PE=[0.0922,0.0922,0.5501,0.2035,0.0922,0.2035]T
当潜艇对海攻击获取水面舰艇目标信息采用数据链外部通信时:
PE=[0.6502,0.6502,0.3315,0.6502,0.3315,0.6502]T
方案层判断矩阵的最大特征值及其对应的特征向量,这里就不一一罗列了。方案层4个待评估方案对指标层各指标的相对权重向量Wi i = 1,2 , … , 6,构成4×6矩阵Pu,当潜艇对海攻击获取水面舰艇目标信息采用本艇声呐被动探测时,计算出4个待评估方案的对比分值:
E=PuPE=[0.4927,0.3882,0.9216,0.7642]T
当潜艇对海攻击获取水面舰艇目标信息采用数据链外部通信时,4个待评估方案的对比分值:
E=PuPE=[0.5205,0.9015,0.8522,0.7246]T
计算结果表明,潜艇在执行对海攻击任务时,当采用本艇声呐被动探测获取目标信息时,由于目标信息质量较差,鱼雷和导弹命中目标的概率会大为降低,采用鱼雷和导弹齐射攻击,可以提高武器的命中概率,所以方案3的作战系统作战效能最高。当采用数据链外部通信获取目标信息时,目标信息质量较好,但由于外部通信有潜艇暴露的风险,采用导弹攻击,反应速度快作战时间短,所以方案2的作战系统作战效能最高。

4 结束语

由于不同类型潜艇的使命任务和结构功能不同,潜艇作战系统作战效能综合评估因素和因素权重也有所不同。换句话说,在进行潜艇作战系统作战效能综合横向比较时,应当进行同一类型潜艇作战系统作战效能的综合评估。面向任务的作战方案效能评估,对潜艇作战系统作战决策至关重要,潜艇在执行某项作战任务时,对多种方案作战效能进行评估,评估结果供作战人员参考,能够提高作战决策的科学性。

References

Publishing order | Descend order by publishing year | Descend order by cited within
[1]
郑锦, 杨光. 基于ADC模型的水面舰艇作战系统效能评估研究[J]. 舰船电子工程, 2017, 37(3):18-19.

[2]
代耀宗, 沈建京, 郭晓峰. 作战系统效能评估方法研究[J]. 国防科技, 2017, 38(5):104-105.

[3]
齐长兴, 毕义明, 李勇, 等. 弹道导弹突防效能灰色综合评估[J]. 火力与指挥控制, 2018, 43(9):76-77.

[4]
赵登平, 魏刚, 李恒劭, 等. 现代舰艇火控系统[M]. 北京: 国防工业出版社, 2008.

[5]
杨晓, 王玉枚. 基于改进层次分析法的作战目标优选研究[J]. 计算机应用与软件, 2018, 35(4):30-31.

[6]
阎少宏, 王宏. 模糊数学基础及应用[M]. 北京: 化学工业出版社, 2018.

[7]
吴杰, 孙明太, 刘海光. 舰载反潜直升机协同作战效能评估[J]. 火力与指挥控制, 2017, 42(1):10-11.

[8]
刘翔宇, 赵洪利, 杨海涛. 作战方案评估方法综述[J]. 兵器装备工程学报, 2018, 39(8):81-82.

[9]
罗浩, 陶伟, 严科伟. 国外典型潜艇作战系统及其关键技术分析[J]. 指挥控制与仿真, 2018, 40(6):137-138.

[10]
王永洁, 陆铭华. 远程潜射反舰导弹获取远程目标信息方式研究[J]. 飞航导弹, 2008,(6):51-52.

Options
Outlines

/

〈 〉