CN114139902B - 基于敏感性分析的航空装备人员搜救体系贡献度评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于敏感性分析的航空装备人员搜救体系贡献度评估方法，将航空装备的人员搜救体系贡献度定义为：将待评估装备或装备性能纳入到人员搜救体系后，人员搜救体系的搜救效能或由使命任务确定的搜救能力相对于不包含待评估装备或装备性能改变前的搜救效能或能力的变化程度。在对航空装备的人员搜救体系贡献度进行评估时，其步骤包括：利用Sobol序列对航空装备的性能指标进行抽样，得到N×2n维抽样矩阵，计算各个性能指标对应的主效应指数。用幂指数法计算各分能力指标值。利用分贡献度计算模型，计算各个分贡献度值；利用幂指数法得到航空装备的人员搜救体系贡献度。本发明方法有效提高了航空装备对人员搜救的体系贡献度评估精度。

Description

基于敏感性分析的航空装备人员搜救体系贡献度评估方法

技术领域

本发明涉及装备技术领域，尤其涉及一种基于敏感性分析的航空装备人员搜救体系贡献度评估方法。

背景技术

目前，在现代高技术战争及局部冲突摩擦中，对己方遇险人员的搜救，已经不仅仅是挽救个体生命的行为，而且往往会发展为有严重影响的军事乃至政治事件。也就是说，成功实施人员搜救行动对提高联合部队的作战能力具有重要的意义。

一次SAR行动可以由执行任务的直升机、地面攻击机、空中加油机等装备组成的搜救组、雷达卫星、任务控制、营救协调等辅助力量组成。其中，航空装备已成为人员搜救行动的关键力量，其搜救能力对整个行动的成败起决定作用。因此，将航空装备置于搜救任务中，通过仿真试验环境及对试验数据的分析，度量各航空装备及其性能对人员搜救体系的影响程度的大小，从而一方面能够为航空装备的设计提供理论参考，另一方面能够为指挥人员在面对实际搜救任务时提供决策支持，提高己方遇险人员的搜救成功率。

目前国内外介绍和深入研究装备体系贡献度的文献不少，对装备体系贡献度的度量也提出了不同的方法，主要从基于体系任务效能和基于体系需求满足度两个角度提出的，包括武器装备对作战任务完成效果的贡献度、对作战体系结构优化的贡献度、对体系建设效益的贡献度。现有研究主要通过装备对体系特定的任务效能或需求满足的影响程度来度量体系贡献度，只考虑了贡献度本身的复杂性特征，而未考虑体系本身的复杂性和涌现性特征，而研究武器装备对体系能力的贡献度不仅体现了贡献度的复杂性特征，而且通过分析装备对体系能力的影响模式，从多维度探讨装备的体系贡献度。

发明内容

针对搜救任务中各航空装备及其性能对人员搜救体系的影响程度进行科学度量，从而提高己方遇险人员的搜救成功率的问题，本发明公开了一种基于敏感性分析的航空装备人员搜救体系贡献度评估方法，将航空装备的人员搜救体系贡献度定义为：将待评估装备或装备性能纳入到人员搜救体系后，人员搜救体系的搜救效能或由使命任务确定的搜救能力相对于不包含待评估装备或装备性能改变前的搜救效能或能力的变化程度。航空装备的人员搜救体系指标体系包括四个指标层，第一层为搜救体系能力，第二层为分能力，包括任务完成能力、执行行动能力、打击敌方能力、躲避敌方能力、抵御攻击能力和搜救任务成本六个分能力指标，每个分能力指标中又包含若干个分解效果层指标，分解效果层指标为第三层，每个分解效果层指标又包含若干个性能指标，性能指标为第四层。在对航空装备的人员搜救体系贡献度进行评估时，其步骤包括：

S1，利用Sobol序列对航空装备的性能指标进行抽样，得到N×2n维抽样矩阵，n为航空装备的性能指标的个数，N为性能指标的采样值数量，将矩阵前n列设置为矩阵A，后n列设置为矩阵B，其表达式分别为：

其中，x_ij为利用传感器获得的航空装备的第j个性能指标的第i个采样值，x′_ij为对航空装备的第j个性能指标利用Sobol序列进行抽样得到的第i个采样值，将矩阵B的第i列换成矩阵A的第i列，所得的矩阵记为M_i，将矩阵A的第i列换成矩阵B的第i列，所得的矩阵记为M_-i，M_i,j为将矩阵B的第i列换成矩阵A的第i列，再将矩阵B的第j列换成矩阵A的第j列所得到的矩阵，M_-i,-j为将矩阵A的第i列换成矩阵B的第i列，再将矩阵A的第j列换成矩阵B的第j列所得到的矩阵。

S2，用Y表示平方可积的方差分解函数，Y＝f(X)，其中X＝[x₁,x₂,…,x_i,…,x_n]，i＝1,2,…n，X为航空装备的性能指标集合，x_i为航空装备的第i个性能指标，利用方差分解方法将f(X)其分解为：

其中，f_i，j(x_i，x_j)表示f(X)关于航空装备的第i个指标和第j个指标的分解函数，f₀表示f(X)的修正函数。用总方差V(Y)表示函数Y的所有输入变量对该函数输出的影响，V(Y)的表达式为：

当航空装备的第i个性能指标x_i取值确定的前提下，Y的条件方差为V(Y|x_i)，V(Y)和V(Y|x_i)的差异反映了航空装备的第i个性能指标x_i对Y的影响。在x_i变化范围内对条件方差V(Y|x_i)取均值，得到：

S3，计算各个性能指标对应的主效应指数。

航空装备的第i个性能指标x_i的主效应指数

的计算公式为：

S4，用幂指数法计算各分能力指标值。

计算出各性能指标的主效应指数后，采用幂指数法对各分能力值进行计算，在用幂指数法计算各分能力指标值时，首先将主效应值

作为相应指标的幂指数，得到分解效果层指标的计算公式为：

其中，1≤i≤6，1≤s≤n，1≤j≤3，E_i.j表示第i个分能力下的第j个分解效果层指标值。

然后，通过层次分析法确定同一分能力下的若干个分解效果层指标的重要度，再得到分解效果层指标的两两比较的矩阵P，其表达式为：

其中，矩阵中元素满足a_ij＞0且a_ij·a_ji＝1，a_ii＝1，a_ij表示同一分能力下的第i个分解效果层指标的重要度与第j个分解效果层指标的重要度的比值。

计算出矩阵P的特征向量，将特征向量内的各值作为各分解效果层指标的幂指数，采用幂指数法计算出各分能力指标值，即

其中，1≤i≤6，1≤j≤s，E_i表示第i个分能力值，

表示第i个分能力值的第j个分解效果层指标的幂指数，E_i.j表示第i个分能力值的第j个分解效果层指标值。

S5，利用分贡献度计算模型，将待评估装备性能指标或其装备性能指标的改变量作为输入因素，分别计算待评估装备加入搜救后或装备性能指标改变后，各分能力的变化率，即输入因素分别对任务完成能力、执行行动能力、打击敌方能力、躲避敌方能力、抵御攻击能力、搜救任务成本的影响程度，各分能力的变化率是各个分贡献度值；分贡献度计算模型具体包括任务完成贡献度计算模型，执行行动贡献度计算模型，打击敌方贡献度计算模型，躲避敌方贡献度计算模型，抵御攻击贡献度计算模型和任务成本贡献度计算模型；其中，任务完成贡献度计算模型为:

其中，q_1j表示第一个分能力的第j个性能指标；

执行行动贡献度计算模型为:

其中，q_2j表示第二个分能力的第j个性能指标；

打击敌方贡献度计算模型为:

其中，q_3j表示第三个分能力的第j个性能指标；

躲避敌方贡献度计算模型为:

其中，q_4j表示第四个分能力的第j个性能指标；

抵御攻击贡献度计算模型为:

其中，q_5j表示第五个分能力的第j个性能指标；

任务成本贡献度计算模型为:

其中，q_6j表示第六个分能力的第j个性能指标，

为加入待评估装备e_i或待评估装备e_i性能指标变化后，航空装备的人员搜救体系指标的第j个分能力指标S_j的变化率，即对第j个分能力指标S_j的贡献度，i表示待评估装备序号，c_sj为未加入待评估装备或装备性能指标变化前的航空装备的人员搜救体系指标的第j个分能力指标S_j的能力值，

为加入待评估装备e_i后或待评估装备e_i性能指标变化后的航空装备的人员搜救体系指标的第j个分能力指标S_j的能力值，1≤j≤6。

S6，得到各分贡献度值后，利用层次分析法确定各分能力的重要度，重复步骤S4中的操作，得到各分能力的两两比较的矩阵，计算得出其特征向量，将特征向量中的元素作为相应分能力的幂指数，最后利用幂指数法得到航空装备的人员搜救体系贡献度。

本发明的有益效果为：

在对航空装备体系贡献度进行分析或评估之前，需要先构建出指标体系，而人员搜救是一种复杂的行动，任何有意义的分析或评估研究都是有针对性的。本发明针对航空装备对人员搜救的体系贡献度评估问题，根据研究目标、分析或评估的需求以及分析的层次和内容，有效地构建指标体系。传统的体系贡献度在计算体系能力时，是对各具体指标进行加权求和得到，本发明方法避免了对过多具体指标权重的主观赋值，减少了因主观因素带来的误差，同时也避免了对不同类型指标进行归一化过程时，参考准则的不同而使评估模型精度降低，有效提高了航空装备对人员搜救的体系贡献度评估精度。

附图说明

图1为本发明的航空装备的人员搜救体系指标分解层次模型。

图2为本发明方法的实施流程图。

具体实施方式

为了更好的了解本发明内容，这里给出一个实施例。

传统的体系贡献度在计算体系能力时，是对各具体指标进行加权求和得到，这样会导致：一方面对过多具体指标权重的主观赋值，会增加因主观因素带来的误差，另一方面会导致对不同类型指标进行归一化过程时，参考准则的不同而使评估模型精度降低。图1为本发明的航空装备的人员搜救体系指标分解层次模型。图2为本发明方法的实施流程图。

针对搜救任务中各航空装备及其性能对人员搜救体系的影响程度进行科学度量，从而提高己方遇险人员的搜救成功率的问题，本发明公开了一种基于敏感性分析的航空装备人员搜救体系贡献度评估方法，将航空装备的人员搜救体系贡献度定义为：将待评估装备或装备性能纳入到人员搜救体系后，人员搜救体系的搜救效能或由使命任务确定的搜救能力相对于不包含待评估装备或装备性能改变前的搜救效能或能力的变化程度。航空装备的人员搜救体系指标体系包括四个指标层，第一层为搜救体系能力，第二层为分能力，包括任务完成能力、执行行动能力、打击敌方能力、躲避敌方能力、抵御攻击能力和搜救任务成本六个分能力指标，每个分能力指标中又包含若干个分解效果层指标，分解效果层指标为第三层，每个分解效果层指标又包含若干个性能指标，性能指标为第四层。在对航空装备的人员搜救体系贡献度进行评估时，其步骤包括：

S1，利用Sobol序列对航空装备的性能指标进行抽样，得到N×2n维抽样矩阵，n为航空装备的性能指标的个数，N为性能指标的采样值数量，将矩阵前n列设置为矩阵A，后n列设置为矩阵B，其表达式分别为：

其中，x_ij为利用传感器获得的航空装备的第j个性能指标的第i个采样值，x_i′_j为对航空装备的第j个性能指标利用Sobol序列进行抽样得到的第i个采样值，将矩阵B的第i列换成矩阵A的第i列，所得的矩阵记为M_i，将矩阵A的第i列换成矩阵B的第i列，所得的矩阵记为M_-i，M_i,j为将矩阵B的第i列换成矩阵A的第i列，再将矩阵B的第j列换成矩阵A的第j列所得到的矩阵，M_-i,-j为将矩阵A的第i列换成矩阵B的第i列，再将矩阵A的第j列换成矩阵B的第j列所得到的矩阵。

S2，用Y表示平方可积的方差分解函数，Y＝f(X)，其中X＝[x₁,x₂,…,x_i,…,x_n]，i＝1,2,…n，X为航空装备的性能指标集合，x_i为航空装备的第i个性能指标，利用方差分解方法将f(X)其分解为：

其中，f_i,j(x_i,x_j)表示f(X)关于航空装备的第i个指标和第j个指标的分解函数，f₀表示f(X)的修正函数。用总方差V(Y)表示函数Y的所有输入变量对该函数输出的影响，V(Y)的表达式为：

当航空装备的第i个性能指标x_i取值确定的前提下，Y的条件方差为V(Y|x_i)，V(Y)和V(Y|x_i)的差异反映了航空装备的第i个性能指标x_i对Y的影响。在x_i变化范围内对条件方差V(Y|x_i)取均值，得到：

S3，计算各个性能指标对应的主效应指数。

航空装备的第i个性能指标x_i的主效应指数

的计算公式为：

S4，用幂指数法计算各分能力指标值。

计算出各性能指标的主效应指数后，采用幂指数法对各分能力值进行计算，在用幂指数法计算各分能力指标值时，首先将主效应值

作为相应指标的幂指数，得到分解效果层指标的计算公式为：

其中，1≤i≤6，1≤s≤n，1≤j≤3，E_i.j表示第i个分能力下的第j个分解效果层指标值。

然后，通过层次分析法确定同一分能力下的若干个分解效果层指标的重要度，再得到分解效果层指标的两两比较的矩阵P，其表达式为：

其中，矩阵中元素满足a_ij＞0且a_ij·a_ji＝1，a_ii＝1，a_ij表示同一分能力下的第i个分解效果层指标的重要度与第j个分解效果层指标的重要度的比值。

计算出矩阵P的特征向量，将特征向量内的各值作为各分解效果层指标的幂指数，采用幂指数法计算出各分能力指标值，即

其中，1≤i≤6，1≤j≤s，E_i表示第i个分能力值，

表示第i个分能力值的第j个分解效果层指标的幂指数，E_i.j表示第i个分能力值的第j个分解效果层指标值。

S5，利用分贡献度计算模型，将待评估装备性能指标或其装备性能指标的改变量作为输入因素，分别计算待评估装备加入搜救后或装备性能指标改变后，各分能力的变化率，即输入因素分别对任务完成能力、执行行动能力、打击敌方能力、躲避敌方能力、抵御攻击能力、搜救任务成本的影响程度，各分能力的变化率是各个分贡献度值；分贡献度计算模型具体包括任务完成贡献度计算模型，执行行动贡献度计算模型，打击敌方贡献度计算模型，躲避敌方贡献度计算模型，抵御攻击贡献度计算模型和任务成本贡献度计算模型；其中，任务完成贡献度计算模型为:

其中，q_1j表示第一个分能力的第j个性能指标；

执行行动贡献度计算模型为:

其中，q_2j表示第二个分能力的第j个性能指标；

打击敌方贡献度计算模型为:

其中，q_3j表示第三个分能力的第j个性能指标；

躲避敌方贡献度计算模型为:

其中，q_4j表示第四个分能力的第j个性能指标；

抵御攻击贡献度计算模型为:

其中，q_5j表示第五个分能力的第j个性能指标；

任务成本贡献度计算模型为:

其中，q_6j表示第六个分能力的第j个性能指标，

为加入待评估装备e_i或待评估装备e_i性能指标变化后，航空装备的人员搜救体系指标的第j个分能力指标S_j的变化率，即对第j个分能力指标S_j的贡献度，i表示待评估装备序号，c_sj为未加入待评估装备或装备性能指标变化前的航空装备的人员搜救体系指标的第j个分能力指标S_j的能力值，

为加入待评估装备e_i后或待评估装备e_i性能指标变化后的航空装备的人员搜救体系指标的第j个分能力指标S_j的能力值，1≤j≤6。

S6，得到各分贡献度值后，利用层次分析法确定各分能力的重要度，重复步骤S4中的操作，得到各分能力的两两比较的矩阵，计算得出其特征向量，将特征向量中的元素作为相应分能力的幂指数，最后利用幂指数法得到航空装备的人员搜救体系贡献度。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (3)

1.一种基于敏感性分析的航空装备人员搜救体系贡献度评估方法，其特征在于，将航空装备的人员搜救体系贡献度定义为：将待评估装备或装备性能纳入到人员搜救体系后，人员搜救体系的搜救效能或由使命任务确定的搜救能力相对于不包含待评估装备或装备性能改变前的搜救效能或能力的变化程度；航空装备的人员搜救体系指标体系包括四个指标层，第一层为搜救体系能力，第二层为分能力，包括任务完成能力、执行行动能力、打击敌方能力、躲避敌方能力、抵御攻击能力和搜救任务成本六个分能力指标，每个分能力指标中又包含若干个分解效果层指标，分解效果层指标为第三层，每个分解效果层指标又包含若干个性能指标，性能指标为第四层；在对航空装备的人员搜救体系贡献度进行评估时，其步骤包括：

S1，利用Sobol序列对航空装备的性能指标进行抽样，得到N×2n维抽样矩阵，n为航空装备的性能指标的个数，N为性能指标的采样值数量，将矩阵前n列设置为矩阵A，后n列设置为矩阵B，其表达式分别为：

其中，x_ij为利用传感器获得的航空装备的第j个性能指标的第i个采样值，x_i′_j为对航空装备的第j个性能指标利用Sobol序列进行抽样得到的第i个采样值，将矩阵B的第i列换成矩阵A的第i列，所得的矩阵记为M_i，将矩阵A的第i列换成矩阵B的第i列，所得的矩阵记为M_-i，M_i,j为将矩阵B的第i列换成矩阵A的第i列，再将矩阵B的第j列换成矩阵A的第j列所得到的矩阵，M_-i,-j为将矩阵A的第i列换成矩阵B的第i列，再将矩阵A的第j列换成矩阵B的第j列所得到的矩阵；

S2，用Y表示平方可积的方差分解函数，Y＝f(X)，其中X＝[x₁,x₂,…,x_i,…,x_n]，i＝1,2,…n，X为航空装备的性能指标集合，x_i为航空装备的第i个性能指标，利用方差分解方法将f(X)其分解为：

其中，f_i,j(x_i,x_j)表示f(X)关于航空装备的第i个指标和第j个指标的分解函数，f₀表示f(X)的修正函数；用总方差V(Y)表示函数Y的所有输入变量对该函数输出的影响，V(Y)的表达式为：

当航空装备的第i个性能指标x_i取值确定的前提下，Y的条件方差为V(Y|x_i)，V(Y)和V(Y|x_i)的差异反映了航空装备的第i个性能指标x_i对Y的影响；在x_i变化范围内对条件方差V(Y|x_i)取均值，得到：

S3，计算各个性能指标对应的主效应指数；

航空装备的第i个性能指标x_i的主效应指数

的计算公式为：

S4，用幂指数法计算各分能力指标值；

S5，利用分贡献度计算模型，将待评估装备数量或其装备性能指标的改变量作为输入因素，分别计算待评估装备加入搜救体系后或装备性能指标改变后，各分能力的变化率，即输入因素分别对任务完成能力、执行行动能力、打击敌方能力、躲避敌方能力、抵御攻击能力、搜救任务成本的影响程度，各分能力的变化率是各个分贡献度值；

S6，得到各分贡献度值后，利用层次分析法确定各分能力的重要度，重复步骤S4中的操作，得到各分能力的两两比较的矩阵，计算得出其特征向量，将特征向量中的元素作为相应分能力的幂指数，最后利用幂指数法得到航空装备的人员搜救体系贡献度。

2.如权利要求1所述的基于敏感性分析的航空装备人员搜救体系贡献度评估方法，其特征在于，

所述的步骤S4，其具体包括，

计算出各性能指标的主效应指数后，采用幂指数法对各分能力值进行计算，在用幂指数法计算各分能力指标值时，首先将主效应值

作为相应指标的幂指数，得到分解效果层指标的计算公式为：

其中，1≤i≤6，1≤s≤n，1≤j≤3，E_i.j表示第i个分能力下的第j个分解效果层指标值；

然后，通过层次分析法确定同一分能力下的若干个分解效果层指标的重要度，再得到分解效果层指标的两两比较的矩阵P，其表达式为：

其中，矩阵中元素满足a_ij＞0且a_ij·a_ji＝1，a_ii＝1，a_ij表示同一分能力下的第i个分解效果层指标的重要度与第j个分解效果层指标的重要度的比值；

计算出矩阵P的特征向量，将特征向量内的各值作为各分解效果层指标的幂指数，采用幂指数法计算出各分能力指标值，即

其中，1≤i≤6，1≤j≤s，E_i表示第i个分能力值，

表示第i个分能力值的第j个分解效果层指标的幂指数，E_i.j表示第i个分能力值的第j个分解效果层指标值。

3.如权利要求1所述的基于敏感性分析的航空装备人员搜救体系贡献度评估方法，其特征在于，

分贡献度计算模型具体包括任务完成贡献度计算模型，执行行动贡献度计算模型，打击敌方贡献度计算模型，躲避敌方贡献度计算模型，抵御攻击贡献度计算模型和任务成本贡献度计算模型；其中，任务完成贡献度计算模型为:

其中，q_1j表示第一个分能力的第j个性能指标；

执行行动贡献度计算模型为:

其中，q_2j表示第二个分能力的第j个性能指标；

打击敌方贡献度计算模型为:

其中，q_3j表示第三个分能力的第j个性能指标；

躲避敌方贡献度计算模型为:

其中，q_4j表示第四个分能力的第j个性能指标；

抵御攻击贡献度计算模型为:

其中，q_5j表示第五个分能力的第j个性能指标；

任务成本贡献度计算模型为:

其中，q_6j表示第六个分能力的第j个性能指标；在上述分贡献度计算模型中，

为加入待评估装备e_i或待评估装备e_i性能指标变化后，航空装备的人员搜救体系指标的第j个分能力指标S_j的变化率，即对第j个分能力指标S_j的贡献度，i表示待评估装备序号，c_sj为未加入待评估装备或装备性能指标变化前的航空装备的人员搜救体系指标的第j个分能力指标S_j的能力值，1≤j≤6，

为加入待评估装备e_i后或待评估装备e_i性能指标变化后的航空装备的人员搜救体系指标的第j个分能力指标S_j的能力值。

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