基于改进AHP 和GSD的舰载反潜直升机作战效能评估

第42卷第1期2016年1月中国测试CHINAMEASUREMENT&TESTVol.42No.1January，2016doi院10.11857/j.issn.1674-5124.2016.01.029基于改进AHP和GSD的舰载反潜直升机作战效能评估吴杰1袁孙明太2袁吴福初1山东烟台264001；山东青岛266041）（1.海军航空工程学院五系，2.海军航空工程学院青岛校区，摘要院针对舰载反潜直升机作战效能评估中常用的综合概率法尧模糊指数法和神经网络法等方法的不足袁提出一种基于层次分析法渊analytichierarchyprocess袁AHP冤和灰色局势决策渊grey-situationdecision袁GSD冤法相结合的多方案评价改进方法袁并将其应用于舰载反潜直升机作战效能评估中遥该方法可有效弥补前几种方法的不足袁给出应用实例袁结果表明该方法简单有效袁可推广应用到其他系统的效能评估中遥关键词院反潜直升机曰作战效能曰层次分析法曰灰色局势决策文献标志码院A文章编号院1674-5124渊2016冤01-0134-04Operationaleffectivenessevaluationofshipborneanti-submarinehelicopterbasedonimprovedAHPandGSDWUJie1，SUNMingtai2，WUFuchu1（1.Dept.oftheFifth，NavalAeronauticalandAstronauticalUniversity，Yantai264001，China；2.QingdaoBranchofNavalAeronauticalandAstronauticalUniversity，Qingdao266041，China）Abstract:Aimingattheshortcomingofusualmethodssuchassyntheticalprobabilitymethod，fuzzyindexmethodandneuralnetwordmethodinoperationaleffectivenessevaluationofshipborneanti-submarinehelicopter，acomprehensiveimprovedmethodcombinedonAHPandgrey-situationdecisionisputforwardtoassesstheeffectiveness.Themethodcanoffsetshortcomingofformermethodseffectively.Italsogiveaapplicationexample，theexampleshowsthatthemethodiseasyandclear，canbepopularizedtoothersystem’seffectivenessevaluation.Keywords:anti-submarinehelicopter；operationaleffectiveness；AHP；grey-situationdecision0引舰载反潜直升机是海军反潜作战的主要突击力量袁做好其作战效能评估工作可为装备发展论证尧技术改造论证提供定量分析依据袁对于充分发挥现有武器系统的效能和提高人员的训练水平也具有重要意义遥在已有的反潜直升机作战效能评估的研究中袁主要是以完成任务的综合概率作为反潜直升机的作战效能的量度[1-3]袁一般表现为几个概率的连乘积的收稿日期院2015-03-21曰收到修改稿日期院2015-05-11究方向为海军兵种战术遥作者简介：吴杰渊1980-冤袁男袁江苏宜兴市人袁讲师袁博士袁研言形式袁代表性的有以下两种遥一种是如文献[1]中P成功=P搜潜窑P攻潜渊1冤式中院P成功要要要完成任务的概率曰P搜潜要要要直升机搜潜时发现目标的概率曰P攻潜要要要直升机攻潜成功的概率遥另一种是在式渊1冤基础上又加了一个可靠性指标[2]袁即院P成功=P搜潜窑P攻潜窑P可靠渊2冤式中P可靠为直升机反潜过程中的机械完好保障率遥综合概率法的主要缺点是考虑影响反潜直升机作战效能的因素不够全面并且对某些影响因素的处第42卷第1期吴杰等：基于改进AHP和GSD的舰载反潜直升机作战效能评估135理过于理想化遥如直升机反潜作战主要包括搜索尧识别尧定位尧攻击4个阶段遥而综合概率法把识别和定位能力都简单定为概率100%[3]符遥此外没有考虑平台的性能袁这也不合适袁这显然与实际情况不袁因为优异的平台是直升机搜潜尧攻潜效能得以充分发挥的前提遥除综合概率法外袁常见的还有利用模糊指数方法[4-5]和神经网络法[6]对反潜直升机的作战效能进行评估袁它们共同的缺点院1冤其中指标权重的确定都采用专家打分法袁主观性太强曰2冤在算法处理中袁边界条件设定过于绝对化袁指标分类处理时定义不清晰袁部分相对重要指标的重要性没有体现袁评估结果的量化值过于理想化袁区分度不高遥针对上述方法的缺点袁本文提出一种基于AHP法和灰色局势决策方法相结合的改进评估方法袁利用AHP法建立评估指标体系袁综合考虑了搜索尧识别尧定位尧攻击4个阶段对作战效能的影响袁更突出了平台性能的重要性1遥1.1灰色局势决策模型灰色局势决策的基本原理是将各评估对象的各效果测度选定项指标转化成一定范围内无纲的效果测度袁然后将同一对象中各指标的效果测度综合成一个总的效果测度袁根据其大小来评估对象的优劣遥不同局势相对各目标的效果样本具有不同的量纲袁需将其统一量纲后再加以比较袁将局势效果白化值渊样本冤转化成各种目标可以比较的效果测度遥经过转换之后袁各个效果测度均为正极性袁即越大越好袁这样方便进行比较遥常用效果测度[7]越好1冤冶类目标上限效果测度袁算式如下遥适用于效益型目标有以下院袁即3类野越大院rij=maximaxuijj{uij}渊3冤越好2冤冶类目标下限效果测度袁算式如下遥适用于成本型目标袁即野越小rijmin院minj{uij}如下3冤院适中效果测度=i遥适用于uij野适中冶类目标袁算式渊4冤rij=min{uij式中1.2u0为效果样本maxuij中指定的适中值{uij袁袁uu00}}渊5冤遥根据决策的目的利用AHP法确定目标权重袁各个目标要求不同时袁可根据l其重要程度分别给予不同的权重浊k渊浊k跃0袁移k=1浊k=1冤遥传统的灰色局势决策模型中权重确定多采用专家打分法或平权法[8-9]直接给出大致的权重遥袁专家打分法由专家根据经验主观性太强遥而平权法认为袁每个目标重要性相同袁故权重也相同袁这显然更不符合实际遥为了在一定程度上弥补专家打分法和平权法的不足袁本文权重的确定采用AHP法院请专家根据舰载反潜直升机各项评估指标的重要性袁按九标度的原理袁在各指标重要程度统计的表格中打勾渊可以在同列打勾冤袁构建判断矩阵A遥权重运用Matlab软件进行计算袁求出最大特征值后还需进行一致性检验式中院CI渊consistencyCI=渊index冤要要姿院max-n要冤/渊n一致性指标-1冤曰渊6冤姿n要要要max要要要矩阵阶数最大特征值遥曰式中院RI渊randomindex冤要要CR要=CI/RI渊7冤指标CR渊consistencyRI的值如表ratio冤要要1所示要平均随机一致性指标袁当一致性比例CR<0.10遥曰时袁认为判断矩阵的一致性可接受袁否则应对判断矩阵作适当修正遥表1n阶矩阵相应的随机指标RInRI2030.5840.9051.1261.2471.3281.4191.451.3决策模型用矩阵来描述决策模型袁事件ai与对策bj组成局势Sij=渊ai目标k的效果样本矩阵为袁bj冤遥有多个目标时U袁2袁噎袁n冤遥k在矩阵个目标的效果样本Ui=渊uk则每个对策对每个ij冤渊k=1袁2袁噎袁l曰j=1袁i中袁ukij表示面对事件ai曰第j行表示对策袁对策bj相对于第bj相对于各个目标的效果样本遥根据目标的性质选择与目标相适应的效果测度转换公式袁计算出各效果样本的效果测度袁组成效果测度矩阵Ri=渊rkijR冤渊k=1袁2袁噎袁l曰j=1袁2袁噎袁n冤遥在矩阵i中袁rkij表示面对事件ai的效果测度曰第j行表示对策袁对策bbj相对于第k个目标j相对于各个目标的效果测度袁这时灰色局势决策变为多目标综合决策院R移在矩阵R=渊移r移ij冤渊i=1袁2袁噎袁m曰j=1袁2袁噎袁中袁r移ij表示面对事件ai各个目标的统一效果测度遥r移袁对策nb冤j相对于ij常见的计算方法如下式所示院r移ij=浊lk移kk=1rij渊8冤136中国测试2016年1月移移第i行{r移i1袁ri2袁噎袁rin}表示事件ai的统一效果测度空间遥因为效果测度经处理后均为正极性袁即越大越好袁所以综合效果测度采用取大原则袁即若有移移移r移ij=max{ri1袁ri2袁噎袁rin}袁则称对策bj为事件ai的最优直升机航程V12尧继航时间V13尧机械完好保障率V14尧搜索宽度V21尧探测深度V22尧定位误差V23尧识别能力为搜潜效能目标V2袁后4项为攻潜效能目标V3遥V24尧鱼雷航程V31尧航速V32尧航深V33和制导性能V34遥其中前4项目标可归为平台水平目标V1袁中间4项舰载直升机通常携带多种探测器材袁在搜潜时对策遥2应用实例2.1评估目标体系的建立以某类型舰载反潜直升机的作战效能评估为例袁在调查研究及请教有关专家的基础上袁利用层次分析法原理袁建立反潜直升机作战效能评估三级目标体系袁如图1所示遥根据反潜直升机作战效能评估目标体系袁最终评估目标确定为12个最底层目标袁即最大平飞速度V11尧多种手段同时使用遥所以搜潜效能目标的研究对象定为综合使用的多种探测器材袁4个分目标的效果样本都是指多种探测器材综合使用时的效果样本遥对潜攻击武器主要有航空鱼雷和航空深弹袁由于航空深弹单枚命中目标概率相对鱼雷较低袁攻潜效能一般袁所以本文中攻潜效能的4个分目标的研究对象都是指航空鱼雷遥反潜直升机作战效能平台水平V1搜潜效能V2攻潜效能V3V11最大平飞速度V12直升机航程V13继航时间V14机械完好保障率V21搜索宽度V22探测深度V23定位误差V24识别能力V31鱼雷航程V32航速V33航深V34制导性能图1反潜直升机作战效能评估目标体系根据上述思路袁对各目标简单定义[10]如下院1冤最大平飞速度袁km/h曰2冤直升机航程袁km曰3冤继航时间袁h曰4冤舰载直升机机械完好保障率指单架直升机的出勤率曰5冤搜索宽度是指多种探测器材综合使用时的最大有效探测范围袁km曰6冤探测深度是指多种探测器材综合使用时的最大有效探测深度袁m曰7冤定位误差是在多种探测器材同时使用时确定潜艇位置的误差袁这里是指定位的方位误差袁渊毅冤曰8冤识别能力院对潜艇目标的识别能力遥较难定量得出袁具有一定的灰色性袁故由专家打分得出袁专家将其划分为野优尧良尧中尧差冶4个等级袁然后根据相应等级对应的分值将其白化成定量值遥9冤鱼雷航程袁km曰10冤航速袁kn曰11冤航深袁m曰12冤制导性能遥较难定量得出袁具有一定的灰色性袁处理方式同识别能力遥2.2目标效果样本的白化假定3种反潜直升机对于12个目标的效果样本值[11]见表2袁其中10个目标的效果样本值是确定值袁而识别能力和制导性能的样本值较难定量得出袁具有一定的灰色性袁由专家打分得出袁专家将其划分为野优尧良尧中尧差冶4个等级遥专家打分等级所对应的白化值如表3所示遥表2反潜直升机目标效果样本编号反潜直升机1反潜直升机2反潜直升机3A1267275300A210701000680A34.553.5A40.70.80.6A5403050A6500300350A7232A8良优良A965.56.5A10383032A11600500520A12良良中第42卷第1期吴杰等：基于改进AHP和GSD的舰载反潜直升机作战效能评估137表3专家打分等级对应的白化值识别能力优良中差0.950.80.50.2表4指标判断矩阵A1V12VVV2V133V231/21/311/221渊i=1冤袁事对策件aib为选择作战效能最佳的反潜直升机j表示舰载反潜直升机j渊j=1袁2袁3冤袁目标有12个袁即l=12袁k表示第k个目标遥根据表2中的数据可得效果样本矩阵院U=渊u1k杉j山冤=山煽山衫山衫山衫山267衫山衫山衫山衫山2751衫衫衫2.3山删30010706800004.55.00.73.50.84050020.806.0386000.800.63050300350320.950.805.56.530325005200.800.50衫闪在以上效果测度处理12个目标中袁V袁即野越小越好冶类目标袁其他23定位误差为成本型目标11个属于效益型指标袁即野越大越好冶类目标遥分别利用式渊3冤尧式渊4冤袁将各个效果样本转化成效果测度袁得效果测度矩阵R为R=渊u杉山山山山山0.891kj冤=煽衫山山山山0.921.000.90.88衫衫衫衫山删1.000.930.641.000.801.001.000.840.921.001.001.000.701.000.750.601.000.600.700.671.001.000.840.851.000.790.840.830.871.000.63衫衫衫衫衫闪在矩阵R中袁u效果测度表示对策bj对于第k个目标的2.4遥1kj根据各项目标的相对重要程度权重的确定袁对一级目标VVA如表4所示遥13建立判断矩阵~0.297用Matlab软件求得A对应的特征向量为渊0.5396袁用同样的方法可计算得到0袁0.1634冤袁CR=0.0079<0.1袁V一致性检验通过11~V14的权重向量遥为渊0.2270袁0.1223袁0.2270袁0.4236冤袁V21~V24的权重向量为渊0.1409袁0.1409袁0.2628袁0.4554冤袁V渊0.2270袁0.2270袁0.1223袁0.4236冤袁31一致性~V34的权重向量检验均通过袁具体计算过程省略遥渊0.0418袁0.0418袁0.0781袁0.1353袁0.0371袁0.0371袁0.0200袁权重逐级相乘因此袁最底层评价目标关于目标层的总权重为冤院浊k=渊0.1225袁0.0660袁0.1225袁0.2286袁0.0692.52冤渊k=1袁2袁噎袁12冤遥结合权重最优对策的确定袁根据式渊8冤可求出各个对策的综合效果测度院r1211移=浊k同理可得r移r11k=0.9139r12移11移=0.9096袁kr=113移=0.8140遥对策袁即反潜直升机=max{r11移袁r12移袁r13移1作战效能最佳}袁所以反潜直升机遥1为最优3结束语采用本文所提出的基于改进AHP法和灰色局势决策方法相结合的评估方法对反潜直升机的作战效能进行评估1综合评定的定性结果为优和3的定性评定结果一致袁评估结果与文献尧良渊冤袁对直升机[6]中专家对直升机在一定程度上验证1和3专家了该方法的有效性遥而与常用的其他评估方法进行比较袁该方法的优越性体现在院1冤与综合概率法相比袁本文所用方法考虑的评估指标更为全面渊综合考虑了反潜作战全过程对作战效能的影响袁并突出了平台性能的重要性冤袁并且对部分重要指标如识别效能尧定位效能的处理更加合理渊综合概率法中简单的定为100%袁这显然与实际情况不符冤遥2冤与模糊指数方法和神经网络方法相比袁本文所用方法可有效减小专家主观因素的影响袁减小决策中的随机性和参评人员主观上的不确定性和其认识的模糊性袁对指标原始数据的处理和分类更为清晰袁对边界条件设定更为合理袁评估结果区分度更高遥参考文献[1]宋伟健研究[J].袁海军航空工程学院学报唐金国袁王雷袁等.直升机反潜作战效能评估模型袁2012袁27渊6冤院709-712.[2]探讨叶敬礼[J].袁潜艇学术研究戴江山袁宋裕农袁2002袁20渊2冤院21-23..直升机反潜作战效能评估模型[3]20渊5冤院40-43.于永涛.直升机反潜作战效能评估[J].论证与研究袁2000袁[4]吴中明证与研究.直升机反潜系统效能评估的模糊指数方法袁2000袁20渊2冤院18-20.[J].论[5]刘阳四川兵工学报袁刘奇袁王文恽袁2010袁31渊12冤院53-55..航空反潜武器系统作战效能评估[J].[6]李斌器系统作战效能评估袁刘建强袁董奎义[J]..基于神经网络的舰载直升机反潜武舰船电子工程袁2007袁27渊5冤院50-52.[7]术经济与管理研究尹志红.重大石油装备投资的多目标灰色局势决策袁2006袁27渊3冤院49-50.[J].技[8]袁宏伟中的运用袁张杨[J].指挥控制与仿真.灰色局势决策理论在炮兵火力计划优选袁2007袁30渊6冤院29-31.[9]王亚彬资源整合方法袁贾希胜[J].袁王广彦火力与指挥控制.基于灰色局势决策的通用维修袁2013袁38渊4冤院4-8.[10]39-41.孙明太.航空反潜概论[M].北京院国防工业出版社袁1998院[11]孙明太.航空反潜装备[M].北京院国防工业出版社渊编辑袁2012院114.院徐柳冤