陆基远程巡航导弹发射阵地选址多目标决策.doc

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1、第 21 卷 第 7 期V o l121, N o 17 1999Sy stem s E ng inee r ing and E lec t ro n ic s陆基远程巡航导弹发射阵地选址多目标决策许诚姜雪林周文松海军航空工程学院, 烟台 264001摘 要 分析了影响陆基远程巡航导弹发射阵地选址决策的主要因素, 建立了各目标因素的量化模型和目标组合的综合模型, 给出了一个典型的综合优化模型的特例和在计算机上实现D SS 的思路及方法, 并进行了进一步 的讨论。主题词 巡航导弹发射阵地多目标决策模型设计M ult i- Ta rge ts D ec is ion on Choo s in g

2、L a un ch in g Po s it ion f orGroun d- Ba sed L on g- Ran ge Cru ise M iss ileX u C h engJ iang X ue linZho u W en so ngN av a l A eronau tica l E ng ineer ing A cad em y , Y an ta i 264001A bstrac tT h is p ap e r app lie s sy stem eng inee r ing app ro ache s to the ana ly sis o f m a in facto r

3、s affect ing thede te rm ina t io n o f launch ing po sit io n o f g ro und2ba sed lo ng2range cru ise m issile (GBL CM ) , and bu ild s up a quan t ita t ivem o de l fo r m ea su r ing each m a in facto r and a com p rehen sive m o de l fo r the ta rge t in teg ra t io n. A sp ecia l ca se o f typ

4、ica l op t im izing com p rehen sive m o de l and the idea s and m ean s o f fo rm ing decisio n suppo r t sy stem (D SS) o n the com p u te ra re a lso p re sen ted. In the end,Keywords C ru ise m issiledeep e r co n side ra t io n abo u t th is que st io n ha s been co nducted.M u lt i2o b ject de

5、cisio nD e te rm ina t io n o f launch ing po sit io n的射前生存能力也有两方面, 一是射前动态生存能力; 二是引言1射前静态生存能力, 亦即导弹武器系统从进入发射阵地到撤离发射阵地期间的生存能力, 它是我们在发射阵地选址决策海湾战争中, 美军的“战斧”巡航导弹大显威力, 命中概率达 80% 以上, 使伊境内的重要军事要地、国防部大楼等高 价值目标受到了致命的打击。巡航导弹有陆基、海基、空基三种类型的发射平台。陆基 远程巡航导弹常采取陆地机动阵地发射方式, 因此必须配备 专用的发射阵地。其发射阵地的选址问题涉及地理位置、地 形、地貌、地物、地

6、质、水文、经济、社会风险、作战使用要求以 及自身生存能力等许多方面的因素, 是一个多目标规划问 题。问题中研究导弹武器系统生存能力时所必须考虑的要素。在敌确定的侦察、攻击能力下, 射前静态生存能力值与武器系统的规模、快速反应性能、隐身性及加固性有关, 同时在很大程度上又受作战地理环境的影响。作战地理环境因素又包括地理位置 ( 是否在敌防区外)、地物地貌的反侦察性、地形的避毁性以及地质的抗毁性等 4 个子因素。 从优化的角度出发, 选址时综合考虑各地理环境子因素的目的是确保发射阵地上导弹武器系统射前被发现概率或被击毁概率尽可能小该目标的实现可用如下两种目标函数形式表示: (a11) 最小发现概率

7、m in (F ) , 即因战距、地形、地貌、地物因素而使阵地主要因素、模型量化结构及典型模型优化2上的导弹武器系统的被发现概率最小; (a12) 最小击毁概率m in (R ) , 即因作战地理环境各子因素的保护作用而使阵地211 影响陆基巡航导弹发射阵地选址的主要因素分析础、施工保障条件、配套工程 ( 如修路) 的工程量等都可能不同, 其工程总费用也就不同, 而且, 不同选址建成的阵地的使 用、维护保养、退役处理费也会不同。优化时可以把 (b 1) 工程 的最小全寿命周期费用m in sum C 作为目标, 即使整个发射 阵地及其配套工程的全寿命周期费用最小。 根据问题的实 际, 本文的

8、m in sum C 仅限于阵地及其配套工程的建设费 用。(3) 社会风险 发射阵地本身未必对周围区域造成什么危害, 但因发射阵地的建立和使用, 使该地域成为敌打击的重点对象, 由此 致使该区域一定范围内所有的人、物的不安全度增加, 这又 势必对该区域的现有生态结构、社会生活生产秩序、经济发 展、甚至人民的生命安全构成潜在威胁。根据对敌攻击我发 射阵地武器的作战效能的评估, 可以确定一个可能威胁半径 R p (以发射阵地中心为圆心) , 则使阵地区域社会风险最小的 目 标 可 选 用 如 下 目 标 函 数 形 式 来 表 示: ( c11 ) 最 大 和 m ax sum , 即发射阵地中心

9、到 R p 范围内所有价值目标中心 ( 分价值中心和人口散布中心两类) 的加权欧氏距离之和为 最大; (c12) 最大最小化m axm in , 即 R p 范围内距发射阵地中 心最近的价值目标中心到发射阵地中心的加权欧氏距离为 最大。社会风险目标和成本目标间可能有冲突之处, 因为风 险的降低将加大施工的总成本 ( 如运输费用增加、配套公路 建设工程量加大、施工环境更艰苦等) , 可见发射阵地的选址 问题具有博奕性。(4) 阵地配套完整性因作战需要, 陆基远程巡航导弹采取机动发射方式, 其 发射阵地系统应包括 3 4 个发射阵地及阵地间供机动用的 公路。阵地选址的配套完整性指某一发射阵地的选址

10、对整个 发射阵地系统的作战使用有效性的提高及阵地区域 R p 范围 内社会风险总值降低的作用能力, 该目标可以用两个并列关 系的指标来衡量, 用基本公式表示如下: (d11) 最小最大生存能力偏差m in m ax |S ij - S j | , 即导弹武器系统在一个发射阵ji地系统的各阵地上的生存能力值之间的偏差越小, 该发射阵地 系统的配套完整性越好; ( d12) 最小最大社会风险偏差m in m ax |D ij - D j | , 即一个发射阵地系统各阵地的社会风险ji值之间的偏差越小, 该发射阵地系统的配套完整性越好。 当然, 分析一个阵地系统的配套完整性有前提条件, 即该阵地 系

11、统各发射阵地的单项指标 (生存能力、社会风险) 值应不小 (大) 于正常使用阵地所要求的各项指标标准值的下 (上) 限。212 综合模型结构上述 4 个目标的实现方式可以有其它的等价形式, 如对 阵地配套完整性而言, 最小最大生存能力偏差可演化成如下n形式: m in (S i j - S j ) 2。 综上所述, 发射阵地选址决策主要j i= 1涉及生存能力、成本、社会风险、配套完整性 4 个目标, 各目标的实现有一种以上的途径, 组合起来可建立 8 个不同的优化模型 (见表 1)。表 1 陆基远程巡航导弹发射阵地选址 决策优化模型的组合结构优化方 模 型 编 号由于实现上述四目标的不同组合

12、构成的不同优化模型的出发点不同, 所得出的优化方案也可能不同, 但各方案服 务的最终目的是一致的, 即所谓殊途同归。213 典型优化模型我们选择组合模型 5, 即生存能力 ( a12) m in (R ) , 成本( b 1) m in sum C , 社会风险 (c11) m ax sum , 配套完整性 (d11)m in m ax|S i j - S j | 的组合作为一个典型优化模型, 进行分析;ji这样, 陆基远程巡航导弹发射阵地选址决策的一个优化模型可以表示为 目标函数F i1最小毁伤概率: m in R =p s p r(1)i1最小成本: m in sum C = C i2(2

13、)i2最小社会风险: m ax sum D = R ()i3 va l i3 +i3d i (pop ) i(3)(4)44i4最优配套完整性: U = m in m ax|S i j -ji约束条件S j |0F i1 , P , P 1i = 1, k;, t;, m ;, n;, p ;sr1C i2 00 R i3 , d i4 R pi2 = 1,i3 = 1,i4 = 1,i= 1,(va l) i3 , (pop ) i4 + 00 S ij , S j 1pS j = 1 S i j ; (F i ) = 1-k(1-F i ) , j = 1, qp ii111i1式中 F

14、敌以第 i 种侦察手段对发射阵地上导弹武器i11系统的发现概率; P 敌攻击武器有效发射、可靠飞行、成s功突防及最后命中的综合概率; P r 敌攻击武器对发射阵地上导弹武器系统命中后毁伤的概率; C i2 阵地工程施 工过程中花费在第 i2 项子工程上的费用; R i3 第 i3 个价目 标式生存能力成本社会风险配套完整性(a11)(a12)(b 1)(c11)(c12)(d11)(d12)1+2+3+4+5+6+7+8+第 7 期陆基远程巡航导弹发射阵地选址多目标决策43值目标区的价值中心距发射阵地中心的距离; (va l) i3 第i3 个价值目标区的由价值面密度决定的欧氏距离加权系数;d

15、 i4 第 i4 个人口密集区的人口散布中心距发射阵地中心 的距离; (pop ) i4 第 i4 个人口密集区的由人口面密度决 定的欧氏距离加权系数; S ij 第 j 个发射阵地系统中第 i 个阵地上导弹武器系统的生存概率; S j 第 j 个发射阵地 系统中各阵地上导弹武器系统的生存概率的均值; R p 敌 攻击武器对巡航导弹发射阵地攻击时的可能威胁半径。显然, 这是一个多目标规划问题, 我们可以用单纯形法、 L ag range 乘子法等方法来求解, 也可以将其转化为一单目 标决策问题来求解。例如, 目标可转化为如下形式:目标m inZ = 1R + 2C + 3D + 4U图 1 陆

16、基远程巡航导弹发射阵地选址决策支持系统框图其中1 + 2 + 3 + 4 = 1 4 个目标间的权衡参量。其值可由专家评估打分法或层次分析法求得。的输出以图表报告形式输出给决策者。计算机辅助决策的思路及实现框图在上述分析和建模的基础上, 依据决策支持系统的设计 思路和方法, 我们开发了陆基远程巡航导弹发射阵地选址决 策支持系统。系统包括三个核心部分: 问题生成器、基于单纯 形法的网络优化器和报告生成器, 如图 1 所示。图中, 第一部分, 即问题生成器, 从输入文件生成网络优 化所需的问题描述文件。输入文件包含位置 ( 发射阵地候选 地址、人口密集地和重要价值目标地)、人口分布情况、工程 设计

17、数据及费用预算、巡航导弹的战技指标、阵地地理环境 数据、敌攻击体系数据, 模型选择以及决策者对生存能力、成 本、社会风险、配套完整性的权衡参数等; 第二部分, 即基于 单纯形法的网络优化器, 读入问题描述文件及权重因子, 并 求出问题的优化解; 第三部分, 即报告生成器将网络优化器3决策者可以根据问题的具体情况、自己的决策观和决策期望, 选择适当的输入权重值和输入文件信息, 系统便可产生出相应的输出报告供决策者比较、选择。讨论和结论4我们采用该决策支持系统, 对现役某型号导弹发射阵地的选址、配置进行了分析, 得出了有益的结论。但就陆基远程巡航导弹发射阵地选址而言, 还应考虑其它的一些相关因素,

18、 如候选地的水文地质特征及气候统计特征、国家投资政策、市场物价形势、战争形势、作战要求、装备发展情况、阵地通用化、退役处理以及是否为假阵地等因素; 通过对所有这些因素的分析, 可以建立更为完善的陆基远程巡航导弹发射阵地选址的综合性决策支持系统。参 考文 献1 张最良, 李长生, 赵文志等. 军事运筹学. 北京: 军事科学出版社, 1993.2 王刊良, 徐寅峰, 汪应洛. 一个有害物品填埋场选址的决策支持系统. 系统工程理论与实践. 1997, 17 ( 11) : 60 65.3 顾培亮. 系统分析. 北京: 机械工业出版社, 1991.4 运筹学教材编写组. 运筹学( 修订本). 北京: 清华大学出版社, 1990.位置 ( 人口密集区、高价值目标区及发射阵地候选地址) ; 人口及社会设施分布情况; 阵地工程设计数据及 费用预算; 巡航导弹有关战技指标; 阵地地理环境数 据; 敌攻击体系有关数据等。问题生成器网络优化器方案检查N模型构造: 权重报告生成器Y