單兵光電偵察裝備作戰(zhàn)效能試驗(yàn)技術(shù)研究

史圣兵，秦少剛，陳振興，張俊生，宋宏偉

(63863 部隊(duì)，吉林 白城137001)

0 引言

武器裝備已進(jìn)入信息化時(shí)代，隨著戰(zhàn)爭(zhēng)模式和作戰(zhàn)樣式的變化，在實(shí)際訓(xùn)練和作戰(zhàn)過(guò)程中，受到自然環(huán)境、相互干擾、可靠性、安全性等不可控因素影響較大。這些因素的影響，往往使其作戰(zhàn)能力難以達(dá)到傳統(tǒng)試驗(yàn)方式評(píng)價(jià)出的性能，而為保證武器裝備戰(zhàn)時(shí)發(fā)揮真正作用，必須在接近實(shí)戰(zhàn)的環(huán)境下評(píng)價(jià)武器裝備。

作戰(zhàn)試驗(yàn)包括作戰(zhàn)效能試驗(yàn)和作戰(zhàn)適用性試驗(yàn)。效能試驗(yàn)，指的是圍繞武器裝備的軍事應(yīng)用，對(duì)裝備對(duì)象完成軍事任務(wù)的能力及其發(fā)揮水平所進(jìn)行的一系列科學(xué)測(cè)量與評(píng)測(cè)活動(dòng)［1］。

當(dāng)前有關(guān)作戰(zhàn)效能的研究著重兩方面內(nèi)容:一是頂層設(shè)計(jì)研究，即對(duì)作戰(zhàn)效能流程從框架上予以論述［1］;二是評(píng)估方法應(yīng)用研究，即將現(xiàn)有評(píng)估模型應(yīng)用到具體實(shí)例上［2-5］。上述研究對(duì)于開(kāi)展武器裝備作戰(zhàn)效能試驗(yàn)具有借鑒意義，但指導(dǎo)性和可操作性不強(qiáng)。

本文針對(duì)單兵光電偵察裝備特點(diǎn)，重點(diǎn)研究了試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和效能評(píng)估，從而將作戰(zhàn)效能試驗(yàn)流程完整化和具體化，使得武器裝備作戰(zhàn)效能試驗(yàn)更加科學(xué)、可行。

1 作戰(zhàn)效能試驗(yàn)基本思路

1.1 效能試驗(yàn)與性能試驗(yàn)區(qū)別

當(dāng)前，性能試驗(yàn)主要是考核裝備性能是否滿(mǎn)足戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)要求，目的是評(píng)價(jià)裝備是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，其試驗(yàn)條件都是標(biāo)準(zhǔn)化。

效能試驗(yàn)更多要求是在接近實(shí)戰(zhàn)的條件下開(kāi)展各種性能試驗(yàn)，其試驗(yàn)條件具有典型化和一般化結(jié)合的特點(diǎn)，充分考慮戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和各地域的自然環(huán)境，給出的試驗(yàn)結(jié)果能夠評(píng)價(jià)真實(shí)作戰(zhàn)能力，從而為部隊(duì)使用提供更多參考。

效能試驗(yàn)與性能試驗(yàn)相比，具有以下特點(diǎn):

1)環(huán)境復(fù)雜化。充分考慮武器裝備使用過(guò)程中可能出現(xiàn)的地表環(huán)境、氣象環(huán)境及對(duì)抗環(huán)境等。

2)目標(biāo)多樣化。根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?，設(shè)置多種類(lèi)、多特性的目標(biāo)，考核武器裝備全面能力。

3)任務(wù)合理化。以敵方的武器裝備作為試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，按照部隊(duì)的戰(zhàn)術(shù)要求開(kāi)展各項(xiàng)試驗(yàn)。

1.2 作戰(zhàn)效能試驗(yàn)初步構(gòu)想

從作戰(zhàn)效能試驗(yàn)定義可知，開(kāi)展作戰(zhàn)效能試驗(yàn)要依據(jù)兩個(gè)任務(wù)剖面，即訓(xùn)練任務(wù)剖面和作戰(zhàn)任務(wù)剖面。作戰(zhàn)效能試驗(yàn)最終目的，就是在實(shí)戰(zhàn)之前得到武器裝備在戰(zhàn)場(chǎng)上的作戰(zhàn)能力。因此，開(kāi)展作戰(zhàn)效能試驗(yàn)主要應(yīng)是依據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)剖面，設(shè)置一系列試驗(yàn)項(xiàng)目，全面評(píng)價(jià)武器裝備作戰(zhàn)能力。

單兵光電偵察裝備典型作戰(zhàn)任務(wù)剖面及各階段相關(guān)操作或任務(wù)如圖1所示。

在整個(gè)作戰(zhàn)任務(wù)過(guò)程中，單兵光電偵察裝備都處在自然環(huán)境和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境交融的復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境中，受自身可靠性、維修性、安全性、戰(zhàn)士心理及目標(biāo)種類(lèi)、特性等因素的持續(xù)影響，其整體作戰(zhàn)性能必然較設(shè)計(jì)性能有一定差距，這個(gè)差距到底有多少正是作戰(zhàn)效能試驗(yàn)所關(guān)心的。

圖1 單兵光電偵察裝備典型作戰(zhàn)任務(wù)剖面Fig.1 Typical battle mission profile of electro-optical reconnaissance equipment

2 作戰(zhàn)效能試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

從作戰(zhàn)效能試驗(yàn)基本思路可以看出，開(kāi)展作戰(zhàn)效能試驗(yàn)重點(diǎn)是進(jìn)行三方面工作:作戰(zhàn)環(huán)境構(gòu)建、指標(biāo)體系構(gòu)建和試驗(yàn)方法確定。

2.1 作戰(zhàn)環(huán)境構(gòu)建

作戰(zhàn)環(huán)境包括地表環(huán)境、氣象條件、對(duì)抗環(huán)境、作戰(zhàn)時(shí)間等，單兵光電偵察裝備由于作戰(zhàn)使命和任務(wù)要求，其面臨的作戰(zhàn)環(huán)境是復(fù)雜多樣的，根據(jù)以往的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)抽取典型因素，其作戰(zhàn)環(huán)境典型因素見(jiàn)表1.

表1 作戰(zhàn)環(huán)境典型因素Tab.1 Typical factors of battle environment

針對(duì)典型因素開(kāi)展效能試驗(yàn)，那么構(gòu)建的作戰(zhàn)環(huán)境有81 種，理論上可以實(shí)施，但實(shí)際操作上要耗費(fèi)巨大的人力、物力、財(cái)力，代價(jià)太大。因此，需要采用某種試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，對(duì)作戰(zhàn)環(huán)境數(shù)量進(jìn)行處理。

正交設(shè)計(jì)法是解決多因子試驗(yàn)問(wèn)題的有效方法之一，通過(guò)正交設(shè)計(jì)，可以大大降低試驗(yàn)數(shù)量。表1中，類(lèi)別可看作試驗(yàn)中的因子，編號(hào)1 ～3 代表了每個(gè)因子的3 個(gè)水平，若進(jìn)行完全正交設(shè)計(jì)，可采用正交表L9(34)，即將81 種作戰(zhàn)環(huán)境降低至9 種，具體方案見(jiàn)表2.

對(duì)于多種因素的作戰(zhàn)環(huán)境構(gòu)建，都可采用多因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，既保證試驗(yàn)質(zhì)量，又提高試驗(yàn)效率，同時(shí)大大降低試驗(yàn)消耗。

2.2 指標(biāo)體系構(gòu)建

試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的核心是構(gòu)建指標(biāo)體系。指標(biāo)不是越多越好，應(yīng)從眾多性能指標(biāo)中選取那些主要的、對(duì)裝備作戰(zhàn)任務(wù)影響較大的指標(biāo)，通過(guò)對(duì)這些指標(biāo)考核，獲得的試驗(yàn)結(jié)果能反映某方面能力，從而更好的評(píng)估裝備效能。

表2 基于正交設(shè)計(jì)的作戰(zhàn)環(huán)境方案Tab.2 Scheme of battle environment with orthogonal design

單兵光電偵察裝備作戰(zhàn)使命就是對(duì)特定戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)進(jìn)行偵察定位，一般情況由偵察子系統(tǒng)、測(cè)距子系統(tǒng)、定位子系統(tǒng)、定向子系統(tǒng)等組成，分別實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光/紅外偵察、激光測(cè)距、GPS/北斗定位和定向等功能，每個(gè)子系統(tǒng)都有眾多的性能指標(biāo)，從重要性、相關(guān)性等方面進(jìn)行分析，構(gòu)建的單兵光電偵察裝備作戰(zhàn)效能試驗(yàn)評(píng)估指標(biāo)體系見(jiàn)圖2所示。

圖2 單兵光電偵察裝備作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系Fig.2 Index system of operational effectiveness evaluation

從圖2中可以看出，通過(guò)對(duì)單兵光電偵察裝備識(shí)別距離、測(cè)程等性能測(cè)試，統(tǒng)計(jì)分析出偵察、激光測(cè)距、自定位及定向4 個(gè)方面的能力，就可以采用某種評(píng)估方法進(jìn)行作戰(zhàn)效能評(píng)估。

2.3 試驗(yàn)方法確定

試驗(yàn)方法就是獲取指標(biāo)能力的具體實(shí)施，主要包括試驗(yàn)條件、試驗(yàn)要求、試驗(yàn)實(shí)施、數(shù)據(jù)處理4 個(gè)方面。

試驗(yàn)條件就是規(guī)定試驗(yàn)環(huán)境、靶標(biāo)等，試驗(yàn)要求就是規(guī)定試驗(yàn)時(shí)間、戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作等，試驗(yàn)實(shí)施就是規(guī)定試驗(yàn)具體執(zhí)行過(guò)程，數(shù)據(jù)處理就是對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計(jì)方法來(lái)獲取需要的信息。

下面就以識(shí)別距離試驗(yàn)進(jìn)行表述:

1)試驗(yàn)條件。作戰(zhàn)環(huán)境采用表2中的組合號(hào)1，靶標(biāo)為坦克、自行火炮、步兵戰(zhàn)車(chē)、單兵(3 人，分為直立、直立攜裝備、直立運(yùn)動(dòng)3 種姿態(tài))。

2)試驗(yàn)要求。觀測(cè)人員以隱蔽姿態(tài)觀測(cè)，每次對(duì)每組靶標(biāo)觀測(cè)時(shí)間不超過(guò)30 s.

3)試驗(yàn)實(shí)施。觀測(cè)人員為4 名(含)以上，試驗(yàn)指揮1 名。將坦克、自行火炮、步兵戰(zhàn)車(chē)目標(biāo)編為A 組，單兵編為B 組。試驗(yàn)時(shí)，在最大距離上將兩組目標(biāo)按照試驗(yàn)指揮要求排列，觀測(cè)人員按照戰(zhàn)術(shù)要求進(jìn)行目標(biāo)觀察，人員之間無(wú)交流，將觀察結(jié)果記錄在試驗(yàn)表格上，此為1 次試驗(yàn)。試驗(yàn)指揮調(diào)整每組目標(biāo)的排列順序，按上述要求再次進(jìn)行觀測(cè)。9 次后，則停止試驗(yàn)。若觀測(cè)人員對(duì)每次試驗(yàn)中的目標(biāo)順序全部觀測(cè)正確，則判定該人員能夠識(shí)別該組目標(biāo)。

4)數(shù)據(jù)處理。統(tǒng)計(jì)能夠識(shí)別的組數(shù)與總組數(shù)之比，則為識(shí)別概率。

通過(guò)完成單項(xiàng)指標(biāo)效能試驗(yàn)，得到影響單兵光電偵察裝備作戰(zhàn)效能的偵察能力、激光測(cè)距能力、自定位能力及定向能力，為下一步進(jìn)行效能評(píng)估奠定基礎(chǔ)。

3 作戰(zhàn)效能評(píng)估

效能評(píng)估方法很多，ADC 法、層次分析法、模糊綜合法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及這些方法的綜合評(píng)估［2-6］。近年來(lái)，一些新方法也涌現(xiàn)出來(lái)，如劉義等提出的一種基于非線性指標(biāo)聚合的反輻射武器作戰(zhàn)效能評(píng)估模型［7］，很好地解決了反輻射武器效能評(píng)估問(wèn)題。上述方法都有各自?xún)?yōu)缺點(diǎn)，因此進(jìn)行效能評(píng)估時(shí)應(yīng)具體事件具體分析。ADC 法目前應(yīng)用較為廣泛，下面就ADC 法建立單兵光電偵察裝備作戰(zhàn)效能評(píng)估模型。

ADC 法是由美國(guó)武器系統(tǒng)效能工業(yè)咨詢(xún)委員會(huì)(WSEIAC)提出的，該方法認(rèn)為:系統(tǒng)效能是預(yù)期一個(gè)系統(tǒng)滿(mǎn)足一組特定任務(wù)要求的程度度量，是系統(tǒng)可用性、可信性與固有能力的函數(shù)，該方法模型為

式中:E 為系統(tǒng)效能;A 為可用性向量，A =［a1，a2，…，an］表示系統(tǒng)在開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)的量度，ai(i=1，2，…，n)為系統(tǒng)開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)時(shí)處于狀態(tài)i 的概率，n 為系統(tǒng)在開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)時(shí)的狀態(tài)數(shù)目;D 為可信性矩陣，表示系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)期間的隨機(jī)狀態(tài)，D=(dij)n×n，其中dij為系統(tǒng)開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)時(shí)處于狀態(tài)i，執(zhí)行任務(wù)期間處于狀態(tài)j 的概率;C為能力向量或矩陣，C =［c1，c2，…，cn］或C =(cij)n×n，C=［c1，c2，…，cn］強(qiáng)調(diào)了對(duì)系統(tǒng)完成任務(wù)最有影響的是最終狀態(tài)，C =(cij)n×n認(rèn)為初始狀態(tài)和最終系統(tǒng)完成任務(wù)時(shí)所處的狀態(tài)是相關(guān)的，對(duì)系統(tǒng)完成任務(wù)都有影響，要根據(jù)實(shí)際狀況對(duì)完成任務(wù)的最終影響確定C 的形式。

3.1 可用性向量A

從作戰(zhàn)使用角度看，最有意義、最直接的兩個(gè)狀態(tài)就是正常狀態(tài)和故障狀態(tài)，因此，可用性向量表達(dá)式為

式中:a1表示裝備開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)時(shí)處于正常工作狀態(tài)的概率;a2表示裝備開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)時(shí)處于故障狀態(tài)的概率。依據(jù)可靠性理論，則有:

式中:MTBF 為手持式光電偵察裝備平均故障間隔時(shí)間;MTTR 為手持式光電偵察裝備平均修復(fù)時(shí)間;λ 為故障率;μ 為修復(fù)率。

因此，可用性向量表達(dá)式為

3.2 可信性矩陣D

手持式光電偵察裝備在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中，仍然有兩個(gè)狀態(tài):正常狀態(tài)和故障狀態(tài)，因此可信性矩陣表示為

由于手持式光電偵察裝備大都為電子設(shè)備，其故障率、修復(fù)率服從指數(shù)分布，則有:

在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中，一旦裝備出現(xiàn)故障，操作人員無(wú)法依靠現(xiàn)場(chǎng)工具進(jìn)行維修，所以可信性矩陣簡(jiǎn)化為

3.3 能力向量C

系統(tǒng)的能力與在執(zhí)行任務(wù)時(shí)所處的狀態(tài)密切相關(guān)，同一系統(tǒng)，由于所處的狀態(tài)不同，其完成任務(wù)的能力也不同。對(duì)于單兵光電偵察裝備來(lái)講，其完成任務(wù)的能力與轉(zhuǎn)移的最終狀態(tài)有關(guān)，在此情況下，C為能力向量，即:

由圖2可知，單兵光電偵察裝備作戰(zhàn)能力可由下面4 個(gè)方面描述:

1)偵察能力，由識(shí)別概率Pd表征;

2)激光測(cè)距能力，由測(cè)距成功率Pl表征;

3)自定位能力，由自定位成功率Ps表征;

4)定向能力，由定向成功率Po表征。

只有當(dāng)這些能力同時(shí)具備時(shí)，單兵光電偵察裝備作戰(zhàn)能力才能體現(xiàn)，因此可看作串聯(lián)系統(tǒng)，即單兵光電偵察裝備作戰(zhàn)能力可表示為

能力向量C 表示為

將(5)式～(11)式代入(1)式，即可得到單兵光電偵察裝備作戰(zhàn)效能:

用兩類(lèi)性能有差異的單兵光電偵察裝備(編號(hào)為1 和2)分別進(jìn)行作戰(zhàn)效能試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3.

表3 兩類(lèi)裝備作戰(zhàn)效能試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Test results of operational effectiveness

通過(guò)對(duì)兩類(lèi)裝備試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，得出的作戰(zhàn)效能與實(shí)際使用是相符的。

若執(zhí)行任務(wù)時(shí)間為4 h，則由(12)式計(jì)算可得作戰(zhàn)效能分別為E1=0.766，E2=0.930.

4 結(jié)論

本文對(duì)單兵光電偵察裝備如何開(kāi)展作戰(zhàn)效能試驗(yàn)提出了基本思路和試驗(yàn)方案，并采用ADC 法進(jìn)行了效能評(píng)估，通過(guò)兩類(lèi)裝備作戰(zhàn)效能試驗(yàn)比較，證明了整個(gè)作戰(zhàn)效能試驗(yàn)是可行的。當(dāng)然，要形成一個(gè)完善的作戰(zhàn)效能試驗(yàn)體系，還需在指標(biāo)體系構(gòu)建、指標(biāo)關(guān)聯(lián)性分析與處理、無(wú)量綱化處理、固有能力分析與建模、作戰(zhàn)環(huán)境復(fù)雜性、評(píng)價(jià)準(zhǔn)則等幾方面進(jìn)一步研究。

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