水中兵器延壽后的戰術性能指標評估

謝 勇 朱文振 高 江 閆銳兵

(91388部隊 湛江 524022)

水中兵器延壽后的戰術性能指標評估

謝 勇 朱文振 高 江 閆銳兵

(91388部隊 湛江 524022)

為研究水中兵器延壽工作開展后的戰術性能指標評估問題,針對其延壽樣本存在小子樣這一實際情況,運用Bayes方法,根據水中兵器在部隊服役期間的測試數據與實航訓練信息,挖掘延壽前戰術性能指標信息,確定其先驗分布,結合延壽工作后的實航信息完成戰術性能指標評估。實例計算表明:在確保評估效果的前提下,新方法可在較小的實航樣本條件下快速完成戰術性能指標評估工作,滿足水中兵器延壽工程的實際需要。

水中兵器; 戰術性能指標; 評估; 貝葉斯

Class Number TJ631; TB114.3

1 引言

現代水中兵器通常是能夠在水下自動航行、自動控制、自動尋找與跟蹤、命中目標時能自動爆炸的攻擊性兵器[1～4]。由于水中兵器為水下航行并攻擊水下目標或目標的水下部分,因此具有很好的隱蔽性與強大的爆炸威力,在歷次海上戰爭中顯示了強大的威力發揮了重大作用。可以說水中兵器在過去是、現在是、將來也是最重要的海軍武器裝備[5]。

反映水中兵器延壽后效果好壞的一個重要標準就是戰術性能指標(如水中兵器的航速)的提升與恢復,從而科學合理地評估水中兵器戰術性能指標是延壽工作開展后需要面對的現實問題[6～8]。然水中兵器延壽樣本存在子樣小的特點,不可能有大量的試驗測試數據進行統計分析,而水中兵器延壽前在部隊服役期間有相當數量的測試數據與實航數據可供收集使用,基于此,本文將充分運用延壽前水中兵器的測試與實航試驗信息,挖掘延壽前戰術性能指標信息,確定其先驗分布,運用貝葉斯方法,結合延壽后的相關信息開展水中兵器延壽后戰術性能指標評估工作。實例計算表明:在確保評估效果的前提下,新方法可在較小的實航樣本條件下快速完成戰術性能指標評估工作,滿足水中兵器延壽工程的實際需要。

2 水中兵器戰術性能指標信息來源

水中兵器延壽過程中,每個階段均可以產生其戰術性能指標信息,主要包括兩類信息:

2.1 水中兵器延壽前測試與實航訓練信息

(1)

(2)

2.2 水中兵器延壽后的測試與海上實航試驗信息

(3)

3 戰術性能指標的先驗信息

在確定水中兵器戰術性能指標的信息來源后,結合水中兵器特點、工程經驗和相關實際情況運用以下兩類先驗信息。

1) 對水中兵器而言,常用正態分布描述水中兵器的性能指標分布,即對性能指標x,有:

x～N(μ,σ2)

(4)

2) 戰術性能指標的方差在延壽前與延壽后可近似認為不變,這可在水中兵器部隊服役期間的航速信息統計中可以看出。

3) 隨著延壽工作的推進,通過對采取相應的措施與修正后,水中兵器的戰術性能指標將隨之恢復,即對于出廠時、延壽前與延壽后戰術性能指標均值μ0、μ1與μ,有先驗信息為

μ1≤μ≤μ0

(5)

4 戰術性能指標的先驗分布

由式(5)戰術性能指標的均值在區間(μ1,μ0)取值,且取每個值的機會均等,也即可取先驗分布為均勻分布[9],則延壽后的戰術性能指標均值的先驗分布為

(6)

(7)

(8)

5 基于Bayes方法的戰術性能指標評估

(9)

由Bayes定理,可得到戰術性能指標均值的后驗分布為

(10)

式中Θ為μ的取值范圍,記常數Le為

Le=∫ΘL(μ)π1(μ)dμ

則得:

π2(μ)∝L(μ)π1(μ)

(11)

而:

(12)

即有:

(13)

(14)

知延壽后戰術性能指標的期望值為

(15)

(16)

6 實例計算

以某型水中兵器的航速這一戰術性能指標為例,若其裝備部隊時航速平均值為50節,延壽前一年航速平均值為48節,航速方差近似為0.6,延壽后相關試驗得到航速信息為:49.5、49.9、50,下面對其延壽后航速均值進行評估。

由上可知延壽后航速均值取先驗分布為均勻分布時,其為

(17)

(18)

因此可用式(18)來近似表達式(17)的均勻分布,由圖1可知所得正態分布能較好地擬合均勻分布。

圖1 均勻分布與其等價正態分布

由式(15)可得延壽后航速均值為

7 結語

本文針對水中兵器延壽工作開展后的戰術性能指標評估問題,針對其延壽樣本存在小子樣這一實際情況,運用貝葉斯方法,根據水中兵器在部隊服役期間的測試數據與實航訓練信息,挖掘延壽前戰術性能指標信息,確定其先驗分布,結合延壽工作后的實航信息完成戰術性能指標評估。實例計算表明:在確保評估效果的前提下,新方法可在較小的實航樣本條件下快速完成戰術性能指標評估工作,滿足水中兵器延壽工程的實際需要。

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Evaluation Method of Underwater Weapon’s Tactical Performance Indices After Life Extension

XIE Yong ZHU Wenzhen GAO Jiang YAN Ruibing

(No. 91388 Troops of PLA, Zhanjiang 524022)

In order to research on the evaluation of torpedo tactical performance indices after life extension, for the actual fact that small sample exists in life extension. Bayes method is used to render loading sequence diagram and loading failure sequence diagram, evaluation torpedo loading failure rate and loading reliability in different years. An example was presented to show the validity of the method, and the method can satisfy the requirement of the engineering application.

underwater weapon, tactical performance indices, evaluation, Bayes

2016年7月12日,

2016年8月29日

國家自然科學基金項目(編號:60902071)資助。

謝勇,男,博士,工程師,研究方向:水中兵器試驗總體技術。

TJ631; TB114.3

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.01.025