Optimization of the Mission Effectiveness Evaluation Indicator System for Underwater Equipment Systems
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摘要: 针对水下装备体系复杂度高、任务阶段性强以及战场环境动态多变导致的效能评估问题, 文中提出一种层次化的效能评估方法。通过构建面向多场景的指标归一化模型, 建立了“场景-指标-权重”的动态映射机制, 结合极大不相关准则精简冗余指标, 并基于简单几何计算和离差最大化组合赋权法实现权重优化。实验结果表明, 该方法在保证评估合理准确的同时能够显著提升计算效率, 为复杂任务环境下水下装备的体系优化与任务部署提供数据驱动的决策支持, 具有一定工程参考价值。Abstract: In view of the effectiveness evaluation problems caused by the high complexity of the underwater equipment system, the strong stage characteristics of tasks, and the dynamically changing battlefield environment, this paper proposed a hierarchical effectiveness evaluation method. By constructing an indicator normalization model for multiple scenarios, a dynamic mapping mechanism of “scenario, indicator, and weight” was established. Redundant indicator were streamlined by combining with the maximum uncorrelated criterion, and the optimization of weights was achieved based on simple geometric calculations and the combination weighting method of maximizing the deviation. Experiments show that this method not only ensures the reasonable and accurate evaluation but also significantly improves the calculation efficiency. It provides data-driven decision support for the system optimization and operational deployment of underwater equipment in mission environments and has reference value.
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Key words:
- underwater equipment /
- effectiveness evaluation /
- indicator system /
- normalization model
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图 2 水下装备任务效能评估指标体系
Figure 2. Indicator system for mission effectiveness evaluation of underwater equipment
表 1 初始效能指标体系
Table 1. Initial effectiveness indicator system
类别 指标名称 类型 范围 探测效能 协同探测面积/km2 效益型 100~500 探测次数/次 效益型 5~20 协同探测时间/min 成本型 10~30 攻防效能 有效防御扇面/(°) 效益型 50~180 兵力出动响应时间/h 成本型 0.5~2 防御队形展开时间/h 成本型 0.2~1 指挥控制 情报共享延时/s 成本型 1~5 情报有效率/% 效益型 50~100 有效指挥协同次数/次 效益型 10~50 
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表 2 水下装备样本指标实际值
Table 2. Actual values of sample indicators for underwater equipment
指标名称 样1 样2 样3 样4 样5 样6 样7 样8 样9 样10 样11 样12 协同探测面积/km2 120 300 480 200 450 550 180 400 250 380 500 320 探测次数/次 6 15 20 8 18 25 7 12 10 14 22 19 协同探测时间/min 35 15 12 25 10 5 28 18 22 8 14 20 有效防御扇面/(°) 50 170 150 60 180 200 80 140 90 160 190 110 兵力出动响应时间/h 2.0 0.6 1.0 1.8 0.5 0.3 1.5 0.8 1.2 0.7 0.4 0.9 防御队形展开时间/h 1.0 0.3 0.5 0.9 0.2 0.1 0.8 0.4 0.6 0.3 0.2 0.7 情报共享延时/s 5.0 2.0 1.5 4.0 1.0 0.5 3.5 2.5 3.0 1.8 0.8 2.2 情报有效率/% 50 85 75 60 95 100 65 80 70 90 98 78 有效指挥协同次数/次 10 40 30 15 50 55 20 35 25 45 48 38
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表 3 样本数据指标规范化结果
Table 3. Standardized results of sample data indicators
指标名称 样1 样2 样3 样4 样5 样6 样7 样8 样9 样10 样11 样12 协同探测面积/km2 0.05 0.50 0.95 0.25 0.88 1.00 0.20 0.75 0.38 0.70 1.00 0.55 探测次数/次 0.07 0.67 1.00 0.20 0.87 1.00 0.13 0.47 0.33 0.60 1.00 0.93 协同探测时间/min 0.00 0.75 0.90 0.25 1.00 1.00 0.10 0.60 0.40 1.00 0.80 0.50 有效防御扇面/(°) 0.00 0.92 0.77 0.08 1.00 1.00 0.23 0.69 0.31 0.85 1.00 0.46 兵力出动响应时间/h 0.00 0.93 0.67 0.13 1.00 1.00 0.33 0.80 0.53 0.87 1.00 0.73 防御队形展开时间/h 0.00 0.88 0.63 0.13 1.00 1.00 0.25 0.75 0.50 0.88 1.00 0.38 情报共享延时/s 0.00 0.75 0.88 0.25 1.00 1.00 0.38 0.63 0.50 0.80 1.00 0.70 情报有效率/% 0.00 0.70 0.50 0.20 0.90 1.00 0.30 0.60 0.40 0.80 0.96 0.56 有效指挥协同次数/次 0.00 0.75 0.50 0.13 1.00 1.00 0.25 0.63 0.38 0.88 0.95 0.70
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表 4 各指标同其余指标的复相关系数
Table 4. Multiple correlation coefficient between each indicator and the others
指标名称 $ {R}_{i}^{2} $ 处理结果 协同探测面积 0.75 保留 探测次数 0.65 保留 有效防御扇面 0.72 保留 情报有效率 0.68 保留 有效指挥协同次数 0.70 保留 协同探测时间 0.85 剔除 兵力出动响应时间 0.82 剔除 防御队形展开时间 0.79 保留 情报共享延时 0.81 剔除
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表 5 各指标变异系数
Table 5. Coefficient of variation for each indicator
指标名称 μ σ v 协同探测面积 0.60 0.33 0.55 探测次数 0.60 0.35 0.58 有效防御扇面 0.62 0.29 0.47 情报有效率 0.56 0.28 0.50 有效指挥协同次数 0.59 0.30 0.51 防御队形展开时间 0.61 0.39 0.64
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表 6 单一权重和综合权重值
Table 6. Values of single weight and comprehensive weight
指标名称 单一权重值 综合权重 算数平均法 几何平均法 特征值法 协同探测面积 0.17 0.18 0.19 0.18 探测次数 0.18 0.19 0.20 0.19 有效防御扇面 0.14 0.13 0.12 0.13 防御队形展开时间 0.21 0.22 0.23 0.22 情报有效率 0.16 0.16 0.16 0.16 有效指挥协同次数 0.14 0.12 0.10 0.12
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表 7 具体任务效能评估输入数据
Table 7. The effectiveness of evaluation input data for specific tasks
指标名称 实际值 规范化值 协同探测面积/km² 380 0.70 探测次数/次 14 0.60 有效防御扇面/(°) 160 0.13 情报有效率/% 90 0.80 有效指挥协同次数/次 45 0.88 防御队形展开时间/h 0.3 0.88
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