基于OODA的红外导弹作战效能灰色评估

李化涛，陈晓明，杨 欣

(南京航空航天大学 自动化学院，江苏 南京 211106)

摘要: 现代空中作战战场环境复杂，电磁干扰交织，作战流程多变，红外导弹作战效能难以研究，针对这一情况，引入OODA环理论，将复杂的作战流程抽象为简单的模块，结合AHP构建作战效能指标体系，并计算指标权重.而针对传统灰色效能评估灰数范围过大问题，引入基于端点混合可能度函数的灰色聚类理论，构建了灰色聚类评估模型，缩小了计算过程中评估灰数范围，通过算例分析，验证模型的可行性和准确性.

关键词: OODA；红外导弹；作战效能评估；层次分析法；灰色聚类评估

武器装备发展的主要目标是提高武器系统的作战效能^[1]，而决策的重要依据是对武器系统进行作战效能评估.武器系统作战效能评估的方法有很多，如研究在ADC模型下的区间分析^[2]；研究ADC模型的灰色评估^[3]；研究评估的改进灰色关联模型^[4]；研究用层次分析法来评估作战效能^[5-6].影响武器系统作战效能的因素有很多，如研究在信息战环境下的作战效能评估^[7]；研究在烟幕干扰情况下的作战效能评估^[8]；研究在协同编队情况下的作战效能评估^[9]；研究在实战环境下的作战效能评估^[10].对武器装备进行科学的作战效能评估^[11-14]不仅为武器装备的发展策略提供可靠的依据，还为战术战法和作战指导思想提供科学的指导.

雷达制导导弹因数字射频存储器^[15]的发展逐渐失效，红外导弹在空战中的作用将越来越大.红外导弹具有隐蔽性好、制导精度高、能适应全天候作战的特点，是现代空战的主要作战武器.分析评估红外导弹作战效能，找准制约作战效能的条件，找出提高作战效能的有效方法，可以在武器设计、人员训练、装备保障等方面针对性提高，从而有效提高红外导弹的作战效能.本文在红外导弹作战效能模型构建的过程中，开创性的利用基于端点的混合可能度函数的灰色聚类模型来定量化处理模糊和不确定性的效能指标，实现了定性与定量评估的转换.

真实模拟了工程地形条件，建立了整体有限元整体模型和局部子模型，如图3所示，整体模型有21 586个单元，子模型有13 176个单元。采用有厚度薄层单元模拟防渗墙与上下游侧覆盖层、防渗墙与周边基岩以及廊道与两岸平洞接缝等接触[14-15]。子模型模拟的坝基防渗体系的细部构造如图4所示。

1 红外导弹作战效能指标体系

1.1 基于OODA的红外导弹作战流程分析

实战化条件下空中作战战场环境复杂、态势瞬息万变、多种战法运用等特点，美国空军上校John Boyd在总结分析空战数据的基础上，提出了将作战过程抽象为观察(observation，O)，判断(orientation,O),决策(decision，D)，行动(action，A)的OODA环理论^[16-17]，它可以高度抽象红外导弹空空作战过程，也可以清楚地描述红外导弹空空作战行动的整个过程.分析红外导弹空空作战流程(如图1)可以采用OODA环理论，根据作战各个环节的条件和任务，简单化、模块化处理复杂的空空作战过程，从而针对性的分析实战化条件下红外导弹作战效能评估.

OODA环可以将实战化条件下红外导弹工作流程的杀伤链(发现、确定、跟踪、定位、打击、评估)清晰描述出来，构成作战效能评估生成的基本回路，整个回路由4个独立又相互关联的模块组成.4个模块如下^[18].

1) 观察 飞行员驾驶飞机进入作战区域，此时导弹已准备好.飞行员利用飞机雷达、光电雷达、自身目视以及数据链获取战场态势信息和目标信息，通过飞机系统对比过滤，提取出有用信息，并对目标进行识别，相关信息呈现给飞行员进行判断.

2) 判断 飞行员根据观察结果，分析、预测和评估战场态势信息，做出对目标的威胁程度判断.

3) 决策 飞行员根据当前战场态势，在观察判断的基础上，对目标进行攻击决策，驾驶飞机占据有利位置，操纵导弹导引头搜索目标，锁定目标.

4) 行动 根据作战命令，发射导弹，载机脱离，对目标毁伤情况进行评估，准备再次作战.

1.2 红外导弹作战效能评估指标分析

红外导弹作战效能评估研究的前提和基础是指标体系的建立，它是将抽象的红外导弹作战效能按照其本质属性和特征的某一方面的标识化解成为具有行为化、可操作化的结构，并对指标体系中每一结构指标赋予相应权重的过程.

采用OODA环理论对红外导弹作战流程进行模块化分析，将红外导弹作战效能运用层次分析法(AHP)划分为电子战能力、态势感知能力、控制决策能力、火力打击能力.如图2所示.

对于红外导弹作战效能评估，其态势感知能力主要包括飞机雷达侦查探测能力、飞机光电雷达侦查探测能力、飞行员目视能力和数据链信息支援能力，利用这些能力尽快获得目标的信息，从而达到先敌发现，先敌开火，先敌命中，保全自身的目标.控制决策能力主要包括飞机敏捷性、飞机武器系统控制能力、飞机信息处理与融合能力、飞行员控制决策能力.火力打击能力主要是由导弹自身性能参数决定，其包括导弹攻击区域、导弹制导能力、导弹毁伤效果、导弹抗干扰能力.战场环境中，电子战能力显得尤为重要，交战双方争夺电磁频谱控制权和使用权，谁掌握了电磁权谁就掌握了整个战场，电子战能力主要包括电子信息攻击能力和电子信息抗干扰能力.

2 红外导弹作战效能模型构建

2.1 利用层次分析法(AHP)计算指标权重

层次分析法是一种定量与定性相结合、层次化、系统化的分析方法，它把复杂的红外导弹作战过程分解为各个作战指标，并将这些指标按从属关系分组构成递阶层次结构，然后各层次中指标的相对重要性采用构造两两比较判断矩阵来确定，计算指标的权重系数，检验判断矩阵的一致性.

根据红外导弹作战效能评估指标体系，构造互反判断矩阵A =(a _ij )_n×n ，其中a _ij 表示第i 项指标相对于第j 项指标的重要值，其1～9级数量标度如表1所示^[19].

表1 1～9数量标度

建好互反判断矩阵后，采用方根法求解，求出正反判断矩阵的特征向量和最大特征根，并进行一致性检验，从而确定各指标相对于上一层级的权重，步骤如下所示.

1) 计算互反判断矩阵每一行元素的乘积，再计算n 次方根：

当然，他并不是简单地将观者眼中看见的世界拍摄下来，而是按照他预设好的想法、视野和幻想创作出一个世界——一个充满典故、参照与引用的空间——威特金在那些并不尊崇传统美丽典范的地方寻找这个世界的“居民”。

(1)

对进行归一化处理得到:

(2)

根据样本矩阵，构造一个专家评分在样本评分中所占权重的向量W ₁=(W ₁₁,W ₁₂,…,W _1m )，其中W _1m 表示第m 个专家的评分在样本中的权重.

1.4 统计学分析 运用SPSS 23.0软件对本研究数据进行统计学分析，计量资料以表示，数据比较采用t检验，计数资料比较采用χ2检验；P<0.05为差异有统计学意义。

计算最大特征根：

假设某小组提出了“紫杉醇的提取方法有哪些，各有什么优缺点？”这一问题。接下来该小组就需要对该问题进行分析、界定，并提出更为具体化的问题。例如，紫杉醇是什么？什么叫提取？常见的提取方法有哪些？迄今为止，紫杉醇的提取方法有哪些？不同的提取方法各有哪些优缺点？该选取哪些检索词？该使用何种搜索引擎和数据库？问题细化之后，小组工作目标也就明确了。在此过程中，教师可以教学生使用思维导图等工具去思考和分析问题。

(3)

2) 一致性检验

能，其是满足顾客入住需求的关键。这个过程中酒店人员利用酒店前台管理系统对顾客信息进行录入，客人正式入住后边可通过相应系统为客人做其他需求服务办理。通常酒店前台管理系统本身灵活性也相对较高，比如其在权限操作上，不同管理人员所具有的操作权限也有一定差异性。结合实际来看当前酒店前台管理系统服务需求主要体现在房间预订、登记入住、换房、加房、修改房价等特性，注重前台管理系统完善性和功能要点的灵活设置，是整个酒店管理系统得以流畅运行的关键[1]。

CI=(λ _max-n )/(n -1),

(4)

CR=CL/RI,

(5)

根据式(1)、(2)计算出互反判断矩阵A 的权重向量W 为：

表2 随机一致性指标RI

2.2 构建灰色聚类模型

2.2.1 评价样本矩阵的确定

根据作战效能评估规则，将评估指标的取值范围划分为4个灰类，如表3所示.

表3 评价准则

邀请m 个专家根据表3的评价准则对各个作战评估指标进行评分，所有的评分构成评价样本矩阵.

D =(d _ij )_m×n ⁱ =1,2,…,m ,

(6)

Tunable lasing is an important branch in the field of lasers. Although some tunable microlasers based on WGM microresonators have been demonstrated, realizing the large tunable range and long lifetime are still challenging.

“治理水污染、保护水资源”是长江“共抓大保护”的核心任务，需要“流域管理与区域管理”相结合；需要上下游、左右岸、多区域、多部门、多层级的协同管理。

则W =(ω ₁,ω ₂,...,ω _n )^T 为互反判断矩阵A 的特征向量，即为各个指标的权重值.

2.2.2 确定评价灰类

按照评估要求，划分出所需的灰类数s ，然后将j 指标取值范围[a ₁,a _s+1 ]也划分为s 个小区间[a ₁,a ₂],…,[a _k-1 ,a _k ], …,[a _s-1 ,a _s ],[a _s ,a _s+1 ]，其中a _k (k =1,2,…,s ,s +1)的值根据实际评估要求确定.灰类1,…,k ,…,s 的转折点为各个小区间的几何中点：

λ _k =(a _k +a _k+1 )/2，k =2,…,s -1.

(7)

对于灰类1和灰类s ，分别构造下限测度可能度函数和上限测度可能度函数对于灰类k (k ∈{2,3,…,s -1})，构造j 指标关于灰类k 的三角可能度函数如图3所示^[21].

评价样本矩阵D =(d _ij )_m×n 的j 指标关于灰类k (k =1,2,3,4)的可能度值可由公式(8)、(9)、(10)、(11)计算出.

判断矩阵A 的一致性指标为

此次尿常规检测结果显示，93例患者使用干化学法，定量白细胞检出率为11.83%，使用沉渣镜检法定量白细胞检出率为26.88%，干化学法联合尿沉渣镜检法定量白细胞检出率为39.78%，多项数据相较于联合组都比较低，差异有统计学意义（P＜0.05）。

(8)

(9)

(10)

(11)

2.2.3 确定灰色聚类权向量矩阵

结合表3的评价准则，将红外导弹的作战效能灰色聚类评估结果进行量化得到红外导弹作战效能评估值U 为：

(12)

w _j =W =(ω ₁,ω ₂,...,ω _n )^T ,

(13)

其中w _j 为指标j 在灰色评估综合聚类中的权重，为j 指标k 子类可能度函数.由式(12)(13)可得到灰色聚类权向量矩阵：

日粮蛋白质水平和RPFA对干物质采食量、日增重和料重比不存在交互作用（见表2）。肉牛干物质采食量和初始体重各组间无显著差异（P＞0.05）。试验末体重随日粮蛋白质水平增加无显著差异（P＞0.05），但随RPFA的添加而增加（P＜0.05）。平均日增重随日粮蛋白水平的提高和RPFA的添加而增加（P＜0.05）。肉牛料重比随日粮蛋白水平的提高和RPFA的添加而降低（P＜0.05）。

(14)

其中，表示m 位专家对各作战指标在第k 等级灰类下的灰色综合聚类系数.

2.2.4 进行综合评估

计算对象i (i =1,2,…,m )关于灰类k (k =1,2,…,s )的综合聚类系数

U =W ₁·R ·F ，

(15)

其中W ₁，为样本矩阵中专家评分的权重向量；F 为灰度评价的最优向量，F =(4，5，7，8)^T；R 为灰色聚类权向量矩阵.

采用该模型同样可以对红外导弹作战效能评估中的电子战能力、态势感知能力、控制决策能力、火力打击能力进行灰色聚类评估.

3 算例分析

本文以某三代战机挂载某四代红外热成像导弹为例，邀请4位专家组成评估小组，采用表1的1～9数量标度法，两两比较红外导弹作战效能指标得到互反判断矩阵A ：

其中RI为随机一致性指标，具体数值见表2.对于一致性，当CR=0时，A 矩阵为完全一致性矩阵；当CR<0.1时，A 矩阵为满意一致性矩阵；当CR≥0.1时，A 矩阵不具有一致性，需要调整判断矩阵不合理部分^[20].

其中d _ij 表示第i 个专家对于第j 个指标进行评价的分数.

由式(3)计算出互反判断矩阵A 的最大特征根：

λ _max=4.

根据式(4)、(5)以及表2数据，计算得

微电子技术是建立在以集成电路为核心，在超大规模集成电路的背景下发展起来的新技术。该技术由电路设计、工艺设计、材料制备、器件物理等技术构成，其特点是体积小、重量轻、可靠性高、工作速度快。微电子技术对电子信息产生巨大影响。

CI=0.000 58，

CR=0.000 65.

CR=0.000 65<0.1，互反判断矩阵A 满足一致性要求.

为了构造评价样本，邀请4位专家根据表3评价准则对各个作战评估指标进行评分，所有的评分d _ij 构成评价样本矩阵D ：

本次评价过程中，设定4位专家的评分在评价样本中的权重均一致，4位专家的评价权重：

W ₁=(0.25,0.25,0.25,0.25) .

根据式(8)、(9)、(10)、(11)、(12)、(13)、(14)可得灰色聚类权向量矩阵：

第一，往大处想——定义一个更加宽泛的问题，不断地问“这个问题背后更大的问题是什么？”和“我们要达到的更好的效果是什么？”让思维获得更多的自由，从而想出更多的解决方案。第二，换位思考——进入你想模仿的人或公司的思维模式，重新审视遇到的问题，放开平常的限制，会发掘出新的、未想到过的解决方法。第三，强加约束——给现状引入一个强有力的限制，探索这样做能带来什么样的好处。第四，选择构架——怎么创造一种环境，让人们在这种环境中选择我们想要他们采取的行动。

为了了解高校图书馆开展“互联网+”阅读教育的现实需求，就需要先了解其现状中的不足，根据不足提出相关的改善需求，使得本文分析可靠性、准确性更高。

根据式(15)，结合表3制定的评价准则，红外导弹作战效能灰色聚类评估值：

U =W ₁·R ·F =7.566 4 .

由上式结果可知，该飞机的红外导弹作战效能评估值为7.566 4，依据表3的评价准则，对应评价结果为“良”.

农业部门要想让农业实现可持续发展，就需要积极发挥出农村经济合作组织的优势，注重农村经济合作组织合作秩序的拓展工作，具体做到以下两点：一方面，农村经济合作组织做好与专业协会等组织的合作，在此基础上，形成利益共享、责任共担的合作机制，确保合作秩序稳定。另一方面，农村经济合作社在实施过程中，需要充分给予农民自主选择权，为农民提供良好的服务，从而有效降低农业发展成本，实现农业可持续发展目标。

运用参考文献[20]的作战效能评估方法对该红外导弹进行灰色评估检验，评估结果为U=7.321 3，对应评价结果为“良”，结果表明本文灰色评估方法的有效性.本文灰色评估计算过程中较文献灰数范围要小，因此提高了作战效能评估的精确度和有效性.

4 结语

根据实战化条件下红外导弹作战效能评估的要求，引入OODA环理论对红外导弹作战过程进行模块化分析，结合AHP建立了红外导弹作战效能评估指标体系并确定指标的权值；采用基于混合可能度函数的灰色聚类理论建立了评估模型，通过算例分析对构建的作战效能模型进行仿真评估与检验.结果表明该评估方法科学合理，缩小了计算过程中评估灰数范围，从而提高了作战效能评估的精确度和有效性，因此更能精确的找出制约红外导弹作战效能的条件，针对性的提高.

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Grey evaluation of the combat effectiveness of infrared missiles based on OODA

LI Hua-tao，CHEN Xiao-ming，YANG Xin

(College of Automation Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 2111016，China)

Abstract : The environment of modern aero-battlefield is complex, because there are impacts of electromagnetic interference, changeable combat process, and uncertain infrared missile effectiveness. In view of this situation, the OODA ring theory is used to abstract the complex combat process into simple modules, and the index system of combat effectiveness is constructed by combining AHP and the index weight. Aiming at the problem that the grey number range of the traditional grey efficiency evaluation is too large, the grey clustering theory based on the endpoint mixed likelihood function is adopted to construct the grey clustering evaluation model, which reduces the grey number range of evaluation in the calculation process. The feasibility and accuracy of the model are verified by an example analysis.

Key words : OODA; infrared missile; operational efficiency evaluation; AHP; grey clustering evaluation

收稿日期: 2019-03-25.

基金项目: 国家自然科学基金(61573182).

作者简介: 李化涛(1987-)，男，硕士研究生，助理工程师. 主要研究方向：作战效能评估.

通信作者: 陈晓明(1988-)，女，副教授，硕士生导师. 主要研究方向：正系统，模糊系统.

中图分类号: TJ762.2

文献标志码: A

文章编号: 1672-8513(2019)04-0366-05

(责任编辑 段 鹏)

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