基于ADC模型的炮兵指揮信息系統效能評估*

張繼春 楊 軍

(解放軍炮兵學院 合肥 230031)

1 引言

ADC模型又稱為WSEIAC模型,是美國工業界武器系統效能咨詢委員會為美國空軍建立的,其主要思想是將武器系統的有效性 A、可信賴性D和系統性能C組合成一個可反映武器系統總體性能的效能E,進而評價該武器系統。其中有效性是指系統的初始狀態,可信賴性是指系統在運行中所處的狀態,性能是系統所具備的功能。設系統總的效能為E,則 E′=A′DC,其中 ,A′為系統有效性向量的轉置;D為可信賴性矩陣;C為系統性能矩陣。利用該模型對炮兵指揮信息系統效能進行評估主要有以下幾個步驟。

2 炮兵指揮信息系統狀態描述

系統狀態是由系統在運行之前或運行之中發生的事件所形成的可分解的不同狀態。通常,某個系統的狀態只有正常和故障兩個可能狀態,但在炮兵指揮信息系統中,往往采用冗余技術或提高互操作能力的方法,系統可以迅速重構或降級使用,從而提高系統的生存和抗毀能力。

因此,在對系統的狀態進行描述時要充分考慮系統存在的多種可能狀態。在此,為便于計算,我們假設系統在局部故障情況下仍然具備部分功能,處于局部正常工作狀態。從而該系統具有正常工作狀態、局部正常工作狀態和故障狀態三種狀態。

3 炮兵指揮信息系統的有效性分析

系統的有效性A是指系統在開始運行時的可能狀態,它由系統按設計要求正常工作的概率組成。假設某炮兵指揮信息系統的結構如圖1所示。

圖1 炮兵指揮信息系統的結構

上述炮兵指揮信息系統的等效串并聯系統如圖2所示,其中標明了各子系統的有效度。有效度是指系統在規定的條件下,在任一時刻能維持其規定功能的概率,一般采用實驗測試法或仿真測試法獲得。這里我們假設:群偵察單元的有效度為98.5%,營偵察單元的有效度為98.2%,指控中心的有效度為 99.9%,通信分系統的有效度為97.5%,計算機分系統的有效度為99.9%,火力打擊分系統的有效度為95%。

圖2 炮兵指揮信息系統的有效性

偵察單元的故障率為λr=0.001次/h,通信系統的故障率為λc1=0.005次/h,指控中心的故障率為λc2=0.001次/h,計算機分系統的故障率為 λc3=0.002次/h,火力單元的故障率為λa=0.003次/h。

系統結構可進一步簡化為圖3所示的結構形式。

圖3 炮兵指揮信息系統的簡化結構

則該系統具有以下三種工作狀態:

狀態Y1:所有子系統正常工作,Y1=A1?A2?A3=0.96?0.933?0.924=0.8276;

狀態Y2:A1或 A2故障,其他工作正常,Y 2=[A1?(1-A2)+A2?(1-A1)]?A3=0.0939;

狀態Y3:系統處于故障狀態,Y3=1-Y1-Y 2=0.0784。

則該系統的有效性向量

4 炮兵指揮信息系統的可信賴性矩陣

可信賴性矩陣D以有效向量A為基礎,它描述系統在執行任務過程中所處狀態。可信賴性矩陣反映系統在運行時的特征。若系統有n個有效狀態,則可信賴性矩陣為n*n,即

系統在運行過程中出現的故障分為不可修復和可修復兩種。若系統開始運行時,系統的設備或部件均處于正常狀態,在運行結束時,系統可能處于正常狀態,也可能處于故障狀態。如果系統在開始運行時就處于故障狀態,那么對于不可修復的系統,它將一直處于故障狀態。因此不可修復系統的可信賴性矩陣為一個三角陣,即

假設炮兵指揮信息系統為不可修復的情況,那么對于上述定義的三種狀態,其可信賴性矩陣為3×3的矩陣。若上述三個子系統的故障分布時間服從指數分布,則

當系統執行任務的時間為T=2h,則三個子系統的可靠度分別為0.988,0.9763,0.9782。則該系統的可信賴性矩陣D為

5 炮兵指揮信息系統的性能矩陣

性能矩陣C是在已知運行時系統所處狀態的條件下,用來度量系統完成任務能力的一系列概率,它是系統性能的集中體現。性能矩陣要根據具體應用的任務和目的來確定,指揮信息系統在運行過程中通常要完成m種功能,而且系統是由n個子系統組成的,則各子系統性對系統的性能矩陣C為

其中cij為i子系統執行第j個功能的概率。

炮兵指揮信息系統的功能多種多樣,不同的系統具備不同的性能指標,由于篇幅所限,對于上述系統僅討論其信息獲取能力和火力分配能力。

1)系統的信息獲取能力

設營級偵察單元對目標的探測概率為

P1=0.8,群級偵察單元對目標的探測概率為P2=0.8,則兩級偵察單元同時工作時,對目標的探測概率為

若在運行中,某級偵察單元出現故障,另一級偵察單元正常工作,則此時系統的探測概率為0.8。當各級偵察單元均出現故障時,系統的探測概率為0。因此系統的信息獲取能力矩陣為

2)系統的火力分配能力

當群指控中心不能正常工作,系統進行重組,將營指控中心升級指揮全群。設群/營指控中心完成火力分配的概率為0.96。系統在兩個中心都正常工作、只有一個中心正常工作和都不正常工作的狀態下,它的火力分配能力向量為

6 炮兵指揮信息系統的綜合效能

炮兵指揮信息系統由若干個子系統組成,其綜合效能應該是各子系統效能的綜合,上述系統主要討論其信息獲取能力和火力分配能力,根據前面的分析結果,計算該系統信息獲取能力和火力分配能力的綜合效能E。

以上就是運用ADC模型計算炮兵指揮信息系統的步驟和方法,在實際使用時,系統的狀態變化除了自身可信賴性問題外,還可能是由于受到攻擊、干擾等,如惡劣的天氣、復雜的電磁環境等,都可能使系統的狀態發生變化,所以,在各矩陣要充分考慮作戰環境的影響。另外,如要得到更為全面、客觀的系統綜合效能,還應根據系統的屬性和功能,確立更加全面的系統性能指標。

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