基于改進ADC模型的某型兩棲突擊車作戰(zhàn)效能評估*

劉 闖 陳松輝

(海軍陸戰(zhàn)學(xué)院 廣州 510430)

基于改進ADC模型的某型兩棲突擊車作戰(zhàn)效能評估*

劉 闖 陳松輝

(海軍陸戰(zhàn)學(xué)院 廣州 510430)

在傳統(tǒng)ADC模型的基礎(chǔ)上,通過分析對抗條件下戰(zhàn)場環(huán)境的對抗效能及加入修正因子,提出一種改進的ADC模型,建立某型兩棲突擊車作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)體系;通過利用計算機仿真生成實戰(zhàn)環(huán)境下動態(tài)變量,計算平均效能值,使效能評估的結(jié)果更科學(xué)和符合實戰(zhàn)的效果。

改進ADC模型; 兩棲突擊車; 作戰(zhàn)效能; 評估

Class Number TP391

1 引言

作戰(zhàn)效能評估是衡量武器系統(tǒng)關(guān)于作戰(zhàn)能力的一種度量,是從總體上描述一種武器在特定作戰(zhàn)環(huán)境下完成預(yù)定作戰(zhàn)任務(wù)的實際能力[1],是武器研制、使用武器所追求的總目標(biāo)。某型兩棲突擊車作戰(zhàn)效能評估是從兩棲突擊車戰(zhàn)術(shù)使用角度,對武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的一種定量表達方式,是登陸作戰(zhàn)或島礁作戰(zhàn)中兩棲裝甲裝備火力運用的主要依據(jù),其現(xiàn)實意義是不言而喻的。

2 ADC作戰(zhàn)效能模型

ADC效能模型是20世紀(jì)60年代中期美國工業(yè)界武器系統(tǒng)效能咨詢委員會(WSEIAC)提出的面向武器系統(tǒng)效能進行評估的方法[2]。該模型在武器系統(tǒng)級或戰(zhàn)技指標(biāo)評估領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,并且取得了很多有針對性的成果。ADC方法進行效能評估的基本原理可以概括為:首先對影響待評估武器系統(tǒng)完成所賦予使命任務(wù)起重要作用的三個性能要素A,D,C進行分析;然后按照A,D,C三者之間的依存關(guān)系,確定它們之間的藕合方式;最后,根據(jù)公式E=A·D·C求算該武器系統(tǒng)完成所賦予使命任務(wù)的能力,即通常意義上的該武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能值[3]。兩棲突擊車作戰(zhàn)效能是指系統(tǒng)在作戰(zhàn)條件下,完成一定作戰(zhàn)任務(wù)要求程度的量度,是兩棲突擊車系統(tǒng)的可用性(Availability)、可信性(Dependability),作戰(zhàn)能力(Capability)的函數(shù)。作戰(zhàn)過程是人與系統(tǒng)、環(huán)境等因素交互的過程。目前,大量對武器系統(tǒng)的效能評估都是基于理想狀態(tài)下的理論分析,還沒有一種通用的模型來反映大量的隨機因素。故在綜合考慮實際作戰(zhàn)過程的基礎(chǔ)上,對進攻條件下兩棲突擊車系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估體系進行初步分析,對傳統(tǒng)的ADC模型進行改進和拓展,利用計算機仿真的方法模擬實戰(zhàn)條件下對兩棲突擊車系統(tǒng)效能指標(biāo)的影響。

3 改進的ADC作戰(zhàn)效能模型

由于兩棲突擊車在攻防對抗條件下各種突防和毀傷能力對作戰(zhàn)效能影響較大。為計入戰(zhàn)場環(huán)境變化對武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的影響,把兩棲突擊車在攻防對抗的戰(zhàn)場環(huán)境下完成規(guī)定任務(wù)的能力稱之為作戰(zhàn)效能[4],由兩部分組成: 1) 系統(tǒng)自身的基本作戰(zhàn)效能Eb,即A,D,C的乘積; 2) 戰(zhàn)場環(huán)境對抗效能Ec,可用射前的生存能力Ps和攻擊目標(biāo)的機動能力(機動可靠性)Pk來度量。在實際作戰(zhàn)運用中,研究兩棲突擊車的作戰(zhàn)效能還要考慮以下兩個方面因素:一是環(huán)境因素,天氣的好壞、風(fēng)浪及潮汐的大小都對兩棲突擊車的機動和瞄準(zhǔn)精度造成影響,進一步會影響到對目標(biāo)的命中概率和殺傷概率;二是人的因素,指揮人員和操作人員的心理素質(zhì)、技術(shù)素質(zhì)在作戰(zhàn)過程中對戰(zhàn)斗的結(jié)果也起著決定性的作用。則兩棲突擊車改進的ADC的作戰(zhàn)效能模型可表示為

(1)

δi(i=1,2,3)為諸修正因子。δ1為環(huán)境因子,δ2為人員心理素質(zhì)因子,δ3為人員技術(shù)素質(zhì)因子。其中δ1,δ2屬于外延不確定的參數(shù),o<δ1<1,o<δ2≤1,δ3是由操縱人員的平均技術(shù)水準(zhǔn)決定的設(shè)計值,當(dāng)人員素質(zhì)更高時,可能達到超過設(shè)計指標(biāo)的操縱質(zhì)量,因而δ3可大于1[5]。

根據(jù)上述模型,兩棲突擊車系統(tǒng)在作戰(zhàn)使用時戰(zhàn)場環(huán)境與作戰(zhàn)效能的關(guān)系可歸結(jié)為六個評估要素,其相互關(guān)系如圖1所示。

圖1 評估要素關(guān)系圖

4 作戰(zhàn)效能指標(biāo)的計算

4.1 兩棲突擊車系統(tǒng)可用性向量A

系統(tǒng)的可用性是表示待評估武器系統(tǒng)的可用度(有效性)指標(biāo),是對系統(tǒng)在開始執(zhí)行任務(wù)時處于可工作狀態(tài)或可承擔(dān)任務(wù)狀態(tài)程度的量度,通常用該系統(tǒng)在開始執(zhí)行任務(wù)時處于可工作狀態(tài)或可承擔(dān)任務(wù)狀態(tài)的概率表示。兩棲突擊車系統(tǒng)可分為防護子系統(tǒng)、火控子系統(tǒng)、行動子系統(tǒng)。在完成作戰(zhàn)任務(wù)的過程中,防護子系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能性幾乎不存在,因此只需考慮火控子系統(tǒng)、行動子系統(tǒng)的故障率對系統(tǒng)投入運行狀態(tài)的影響。開始執(zhí)行任務(wù)時兩棲突擊車系統(tǒng)的行動子系統(tǒng)和火控子系統(tǒng)都有“工作”和“故障”這兩種狀態(tài),所以兩棲突擊車系統(tǒng)共有四種初始狀態(tài),如表1所示。

表1 兩棲突擊車的四種初始狀態(tài)

設(shè)系統(tǒng)處于以上四種狀態(tài)下的概率分別為a1、a2、a3、a4,則系統(tǒng)的可用度為

A=[a1,a2,a3,a4]

(2)

若MTBFX為行動子系統(tǒng)平均故障間隔時間,MTTRX為行動子系統(tǒng)的平均故障維修時間,λ1為行動子系統(tǒng)的平均故障率,μ1為行動子系統(tǒng)的維修率;設(shè)MTBFH火控子系統(tǒng)平均故障間隔時間,MTTRH為火控子系統(tǒng)的平均故障維修時間,λ2為火控子系統(tǒng)的平均故障率,μ2為火控子系統(tǒng)維修率;設(shè)行動子系統(tǒng)和火控子系統(tǒng)的可用度分別為aX、aH,則

(3)

(4)

因行動與火控子系統(tǒng)構(gòu)成的系統(tǒng)完好性是串聯(lián)關(guān)系,可得:

(5)

(6)

(7)

(8)

4.2 兩棲突擊車系統(tǒng)的可信性矩陣D

由上述分析可知,兩棲突擊車系統(tǒng)在作戰(zhàn)過程中有四個狀態(tài),且在戰(zhàn)斗過程中,故障一般都無法維修,即子系統(tǒng)由故障狀態(tài)轉(zhuǎn)移到工作狀態(tài),因此,兩棲突擊車系統(tǒng)的可信性矩陣是一個4×4的上三角矩陣:

(9)

式中dij(i=1,2,3,4;j=1,2,3,4)為系統(tǒng)由狀態(tài)i轉(zhuǎn)移到狀態(tài)j的概率。

設(shè)兩棲突擊車行動子系統(tǒng)和火控子系統(tǒng)的故障分布均服從指數(shù)分布,兩棲突擊車進行攻擊的時間為T,得出每個系統(tǒng)在進行攻擊期間的可信度為

RX=e-λ1T

(10)

RH=e-λ2T

(11)

期間兩個系統(tǒng)故障均不可修復(fù),即μ1=0,μ2=0,子系統(tǒng)由故障狀態(tài)轉(zhuǎn)移到正常工作狀態(tài)的概率為零,可得

d11=RX×RH=e-λ1T·e-λ2T=e-(λ1+λ2)T

(12)

d12=RX×(1-RH)=e-λ1T·(1-e-λ2T)

(13)

d13=(1-RX)×RH=(1-e-λ1T)·e-λ2T

(14)

d14=(1-RX)×(1-RH)=(1-e-λ1T)·(1-e-λ2T)

(15)

d22=RX×1=e-λ1T

(16)

d23=(1-RX)×0=0

(17)

d24=(1-RX)×1=1-e-λ1T

(18)

d33=1×RH=e-λ2T

(19)

d34=1×(1-RH)=1-e-λ2T

(20)

d44=1×1=1

(21)

4.3 兩棲突擊車系統(tǒng)能力向量C

作戰(zhàn)能力是武器系統(tǒng)的固有能力,能力向量C是對系統(tǒng)在各種不同狀態(tài)條件下完成所賦予使命任務(wù)能力的量度,在很大程度上由所評價的裝備系統(tǒng)的目標(biāo)、任務(wù)以及系統(tǒng)的特性來確定[6]。兩棲突擊車系統(tǒng)的能力指消滅目標(biāo)的能力,即對抗最終結(jié)果敵目標(biāo)被消滅的概率。可確定能力矩陣C:

C=[c1,c2,c3,c4]T

(22)

其中,ci表示兩棲突擊車系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)過程中,在狀態(tài)i下完成任務(wù)的概率。令兩棲突擊車系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的概率為Pf,命中目標(biāo)的概率為Pm,毀傷目標(biāo)的概率Ph,所以ci=Pf(i)·Pm(i)·Ph(i)。由實際情況可得c1=Pf·Pm·Ph,c2=c3=c4=0。

4.3.1 兩棲突擊車命中目標(biāo)的概率Pm

命中概率是預(yù)期命中彈數(shù)與發(fā)射彈數(shù)的比值,主要受射擊距離、瞄準(zhǔn)點位置、目標(biāo)大小、彈丸彈道特性等因素影響。這里主要采用多項式計算命中概率[7],其表達式為

Pm=k0+k1×D+k2×D2+k3×D3+k4×D4

(23)式中ki為系數(shù),D為射擊距離(km)。由文獻[7]中可查得:k0=0.867492,k1=0.588854,k2=-0.78919,k3=0.28108,k4=-0.033861,則

Pm= 0.867492+0.588854×D-0.78919×D2

+0.28108×D3-0.033861×D4

(24)

4.3.2 兩棲突擊車毀傷目標(biāo)的概率Ph

毀傷概率是命中目標(biāo)時目標(biāo)被摧毀的概率[8]。主要受彈丸威力、目標(biāo)防護力、命中部位等因素影響。假設(shè)目標(biāo)無毀傷積累,兩棲突擊車對單目標(biāo)的毀傷概率表達式為

(25)

式中ω表示毀傷目標(biāo)所需的炮彈命中數(shù)的屬性期望,即平均必須命中數(shù);n為炮彈數(shù)。

4.4 兩棲突擊車生存概率Ps

兩棲突擊車生存概率為其未被發(fā)現(xiàn)的概率和被發(fā)現(xiàn)而未被毀傷的概率之和[9],因此,兩棲突擊車在機動過程中的生存概率的計算公式為

(26)

+0.102283×D3-0.018042×D4

(27)

=1-[1-(1.297198-0.719959×D-0.037356

×D2+0.102283×D3-0.018042×D4)/ω]n

(28)

4.5 兩棲突擊車機動可靠性Pk

兩棲突擊車機動可靠性Pk是其機動能力的體現(xiàn),主要表現(xiàn)在行動子系統(tǒng)的可靠性,由式(10)可得:

Pk=RX=e-λ1T

(29)

5 計算機仿真實現(xiàn)

由于兩棲突擊車系統(tǒng)在不同的距離上對目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)、命中、毀傷概率不同,對兩棲突擊車系統(tǒng)的生存能力的影響也不同,因此對兩棲突擊車能力向量參數(shù)的確定是對兩棲突擊車作戰(zhàn)效能評估的關(guān)鍵,因為兩棲突擊車系統(tǒng)能力參數(shù)是一個動態(tài)的量,與作戰(zhàn)條件緊密相關(guān),因此,通過計算機仿真的方法來對參數(shù)進行動態(tài)的確定,更能客觀、合理地評估兩棲突擊車系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。

5.1 仿真想定

作戰(zhàn)想定:戰(zhàn)斗中,在兩棲突擊車進攻的正面內(nèi),設(shè)想只有一個目標(biāo),為掩體里的坦克,戰(zhàn)斗的結(jié)束條件是目標(biāo)被消滅或兩棲突擊車被擊毀,對抗開始時,雙方均在對方武器有效射程內(nèi)。

1) 兩棲突擊車系統(tǒng)每次射擊動作作為一次對抗,每次對抗各發(fā)射兩發(fā)炮彈,若目標(biāo)未消滅,則進入下次對抗,因此,戰(zhàn)斗過程由N次對抗組成,從一次對抗結(jié)束到下一次對抗開始之間的距離為100m;

2) 在狀態(tài)2、3、4下,由于行動子系統(tǒng)和火控子系統(tǒng)的故障,兩棲突擊車系統(tǒng)無法消滅目標(biāo),該狀態(tài)下的作戰(zhàn)效能為0;

3) 目標(biāo)為掩體里的坦克,假設(shè)偽裝較好,兩棲突擊車對目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率Pf隨著距離目標(biāo)的距離減小而增大,是關(guān)于目標(biāo)距離的一個減函數(shù),設(shè)Pf=1.0-0.3·D。

4) 設(shè)毀傷目標(biāo)所需的炮彈命中數(shù)ω為2,兩棲突擊車被毀傷所需的炮彈命中數(shù)ω為3;

5) 設(shè)環(huán)境因子:δ1=0.8;人員心理素質(zhì)因子:δ2=0.9;人員技術(shù)素質(zhì)因子:δ3=1.0。

5.2 仿真流程

仿真流程如圖2所示。

圖2 仿真流程

從仿真可見,其效能的值是通過多次仿真計算出的平均值,結(jié)果更加可靠。狀態(tài)判斷是計算機根據(jù)開始的參數(shù)輸入為依據(jù);抽取ξ1、ξ2、ξ3的過程是計算機產(chǎn)生偽隨機數(shù)的過程,ξ1、ξ2、ξ3在[0,l]上均勻分布,模擬兩棲突擊車是否被命中及命中目標(biāo)的概率;命中概率模塊、毀傷概率模塊是根據(jù)前述公式、條件編的計算機程序;如果計算機生成的隨機數(shù)小于命中概率模塊、毀傷概率模塊計算的值,則表示命中、毀傷[10]。

5.3 仿真實現(xiàn)及比較

利用Vc++編程可實現(xiàn)兩棲突擊車系統(tǒng)對抗仿真過程,(由于篇幅有限,僅列出兩棲突擊車系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估結(jié)果界面)仿真結(jié)果顯示如圖3所示。

圖3 仿真結(jié)果

假設(shè)人員心理素質(zhì)因子δ2=1.0,人員技術(shù)素質(zhì)因子δ3=1.2,如圖4,此時:E′=0.2632。

圖4 仿真結(jié)果

當(dāng)采用n輛兩棲突擊車編組對目標(biāo)射擊時,作戰(zhàn)效能為

En=1-(1-E)n

(30)

當(dāng)n=4,E=0.5850;n=5,E=0.6670;n=6,E=0.7327。可以看出,在集火射擊的情況下,隨著n的不斷增大作戰(zhàn)效能也在增大。

6 結(jié)語

該模型對兩棲突擊車系統(tǒng)的效能評估結(jié)果接近實際,更為客觀和科學(xué),為兩棲突擊車系統(tǒng)指揮人員、決策部門提供了可靠的預(yù)測,對武器系統(tǒng)的評估有一定借鑒意義。通過仿真計算可以得出,單輛兩棲突擊車的作戰(zhàn)效能并不高。在有目標(biāo)指示和人員心理、技術(shù)素質(zhì)因子提高的情況下,作戰(zhàn)效能提高幅度很大。當(dāng)采用適當(dāng)編組集火射擊時作戰(zhàn)效能提高非常明顯。建議在兩棲突擊車實施作戰(zhàn)中采取以下措施:一是建立指揮信息系統(tǒng)網(wǎng),加強目標(biāo)情況指示,提高發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的能力,如建立數(shù)據(jù)鏈實現(xiàn)目標(biāo)指示、登陸步兵在作戰(zhàn)過程中進行引導(dǎo)射擊等;二是從實戰(zhàn)出發(fā)科學(xué)施訓(xùn),增強指揮員和炮手心理素質(zhì),提高指揮人員的指揮能力和炮手的操作水平;三是靈活編組采取集火射擊的方法,提高對目標(biāo)的作戰(zhàn)效能。

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Amphibious Assault Vehicle Operational Effectiveness Evaluation Based on Improved ADC Model

LIU Chuang CHEN Songhui

(Naval Marine Academy, Guangzhou 510430)

Based on traditional ADC model, an improved ADC model is proposed though analysis of antagonized effectiveness under battleground circumstance and add correction factors. An effectiveness evaluation index system of amphibious assault vehicle is establishied. By computer simulation, uncertainty variable under actual combat is generated, and the average effectiveness is calculated which makes the evaluation result more scientific and more accordance with actual combat.

improved ADC model, amphibious assault vehicle, operational effectiveness, efficiency evaluate

2013年7月3日,

2013年8月26日

劉闖,男,碩士研究生,研究方向:海軍陸戰(zhàn)隊?wèi)?zhàn)術(shù)應(yīng)用。陳松輝,男,教授,碩士生導(dǎo)師,研究方向:海軍陸戰(zhàn)隊?wèi)?zhàn)術(shù)。

TP391

10.3969/j.issn1672-9730.2014.01.033