一種武器裝備體系組合試驗驗證與評估方法

李 杰, 朱 勇

一種武器裝備體系組合試驗驗證與評估方法

李 杰, 朱 勇

(昆明船舶設備研究試驗中心, 云南 昆明, 650051)

針對武器裝備體系試驗驗證存在的完整體系試驗難以開展而仿真推演又存在一定偏差的問題, 文中提出一種體系試驗組合驗證思路, 將體系試驗分解成多個串聯的試驗階段/環(huán)節(jié), 各試驗階段/環(huán)節(jié)可在不同試驗場進行或通過仿真推演實現。經推導得出, 體系組合試驗驗證等效的關鍵在于試驗階段/環(huán)節(jié)的馬爾可夫性, 歸納并提出了試驗階段/環(huán)節(jié)馬爾可夫性的關鍵公式, 并給出了特殊情況的處理方法, 最后建立了適用于體系組合試驗驗證的評估方法。文中方法可滿足武器裝備體系試驗驗證與評估需要。

武器裝備體系; 組合驗證; 馬爾可夫性

0 引言

武器裝備體系是按照建設信息化軍隊、打贏信息化戰(zhàn)爭的總體要求, 為發(fā)揮最佳的整體作戰(zhàn)效能, 而由功能上相互聯系、性能上相互補充的各種武器裝備系統按一定結構綜合集成的更高層次的武器裝備系統。武器裝備體系具有自己的特點, 最典型的特點是整體性和對抗性。信息化戰(zhàn)爭條件下的武器裝備體系研究的核心與重點應該是其內部系統之間的相互關系, 以及通過這些相互關系體現出的整體涌現性(即體系有別于各單一武器裝備的新的行為和特性), 而不同類型、不同用途, 甚至不同時代的武器裝備主要是通過信息建立起互相的聯系和作用[1-4]。

武器裝備體系的建立必須進行科學論證。通過在測試手段齊全的試驗基地開展攻防試驗, 以研究武器裝備實戰(zhàn)條件下的作戰(zhàn)效能, 是和平時期檢驗武器裝備作戰(zhàn)效能的一個有效途徑。但與單一武器裝備不同的是, 武器裝備體系具有多平臺與裝備協同、跨領域跨軍種聯合等特性, 造成試驗實施復雜、兵力調動困難, 單一試驗基地難以滿足試驗需求, 因此難以通過完整的體系試驗方式對其體系效能進行驗證與評估[5-10]。武器裝備體系效能的驗證與評估普遍采用仿真推演方式進行。

仿真推演結果的準確性依賴于仿真模型的逼真性。基于武器裝備特性和試驗數據, 仿真模型可以建立得較為逼真, 但因武器裝備體系所具有的涌現性, 加之體系試驗數據的缺失, 這種新的行為和特性難以代入仿真推演過程, 從而造成一定的仿真推演偏差。

因此, 有必要開展武器裝備體系試驗驗證與評估方法研究, 在完整體系試驗難以實現的情況下找到一種解決途徑, 以彌補仿真推演的缺陷。

1 體系組合試驗驗證思路

針對完整體系試驗較難開展的現狀, 文中提出了一種對體系試驗進行分解, 分階段/環(huán)節(jié)開展組合試驗驗證的思路。

仿真推演過程可以看作是1個復雜仿真軟件的運行, 假定在該軟件中設置1個斷點, 即運行到該斷點時, 仿真暫停, 點擊繼續(xù), 則仿真軟件繼續(xù)執(zhí)行, 且與不設斷點的最終仿真推演結果保持一致。可以直觀地認為該斷點將仿真推演劃分為2個串聯環(huán)節(jié), 而這2個串聯環(huán)節(jié)與整個仿真推演結果保持一致的關鍵在于, 前一個環(huán)節(jié)的輸出要與后一個環(huán)節(jié)的輸入完全一致。

按照該思路, 理論上可以將仿真推演過程分解成多個環(huán)節(jié), 同時又由于每個環(huán)節(jié)的輸入, 僅受限于前一個環(huán)節(jié)的輸出, 而與之前環(huán)節(jié)的結果不直接相關, 這就是分環(huán)節(jié)仿真推演的馬爾可夫性。這為體系試驗的分解提供了一種出路, 即只要保證各試驗階段/環(huán)節(jié)的輸入與前一個試驗階段/環(huán)節(jié)的輸出一致, 就可以將體系試驗分解成多個串聯的試驗階段/環(huán)節(jié)。

一般地, 從便于組織實施試驗的角度, 可以將每個獨立的攻防過程劃分為1個試驗階段/環(huán)節(jié)。由于試驗階段/環(huán)節(jié)的馬爾可夫性, 各個試驗階段/環(huán)節(jié)可以在不同試驗場(如水下武器試驗場、空中武器試驗場)進行, 若實在難以實施的, 仍可通過仿真推演實現。不同試驗場或仿真推演的試驗階段/環(huán)節(jié), 依靠控制輸入-輸出關系銜接, 主要包括試驗態(tài)勢、平臺戰(zhàn)損情況(機動性能、信息鏈路、武器系統等影響)、武器裝備存量與可用情況等。武器裝備體系試驗分解示意如圖1所示。

圖1 武器裝備體系試驗分解示意圖

用數學模型表示如下。

由試驗階段/環(huán)節(jié)的馬爾可夫性, 可得

將式(1)、式(3)和式(4)代入式(5)可得

代入式(2), 則

上述迭代過程表明, 只要分解后的第1個試驗階段/環(huán)節(jié)的輸入與體系試驗輸入保持一致(即式(3)), 同時保證各試驗階段/環(huán)節(jié)的馬爾可夫性(即式(4)), 則得到的分解后的試驗階段/環(huán)節(jié)最終結果(輸出)與體系試驗結果(輸出)一致(即式(7))。

因此, 體系組合試驗驗證的關鍵在于如何保證前后環(huán)節(jié)的輸入輸出對應關系, 即試驗階段/環(huán)節(jié)的馬爾可夫性, 尤其是在不同試驗場及仿真試驗組合可能存在坐標系選取、試驗平臺和試驗條件等差異的情況下。

2 各試驗階段/環(huán)節(jié)馬爾可夫性

針對同一武器裝備體系, 影響其體系效能的主要因素是試驗態(tài)勢、平臺戰(zhàn)損情況(機動性能、信息鏈路、武器系統等影響)、武器裝備存量與可用情況的變化, 這些也是保證試驗階段/環(huán)節(jié)的馬爾可夫性的關鍵因素, 需要重點研究。

2.1 試驗態(tài)勢

基于試驗階段/環(huán)節(jié)的馬爾可夫性, 前一個試驗階段/環(huán)節(jié)結束時的試驗態(tài)勢(輸出態(tài)勢), 是下一個試驗階段/環(huán)節(jié)開始的試驗態(tài)勢(輸入態(tài)勢), 這2個試驗階段/環(huán)節(jié)可以是不同類型試驗場的試驗組合, 還可以是仿真推演試驗與試驗場試驗的組合。出于不同考慮, 不同的試驗場和仿真推演可能選取不同的坐標系, 如WGS-84坐標系、通用橫墨卡托(universal transverse Mercartor, UTM)平面投影坐標系、北京54坐標系和直角坐標系, 因此, 在將輸出態(tài)勢轉化為下一個輸入態(tài)勢時, 需要進行坐標轉換。具體坐標轉換公式可以參見文獻[11]中的相關內容。

2.2 平臺戰(zhàn)損情況

平臺戰(zhàn)損情況是指影響武器裝備體系效能發(fā)揮的作戰(zhàn)平臺因戰(zhàn)受損情況, 如機動性能、信息鏈路(探測、預警、指控等)和武器系統等。機動性能戰(zhàn)損情況是指因作戰(zhàn)平臺受損而導致的平臺機動能力下降, 影響到平臺追擊、規(guī)避與逃逸等能力。信息鏈路戰(zhàn)損情況是指因作戰(zhàn)平臺受損而導致的探測與預警性能下降, 指控不暢以致武器裝備無法協同作戰(zhàn)等。武器系統戰(zhàn)損情況是指因作戰(zhàn)平臺受損而導致部分武器系統功能喪失, 或者使用不靈的情況。打個比方, 機動性能是作戰(zhàn)平臺的“腿”, 信息鏈路是作戰(zhàn)平臺的“耳朵、眼睛、大腦”, 武器系統就是作戰(zhàn)平臺的“拳頭”。

機動性能戰(zhàn)損情況主要體現在作戰(zhàn)平臺的最大速度限制上, 文中試驗階段/環(huán)節(jié)初始的最大機動速度限制等于上個階段/環(huán)節(jié)結束的最大機動速度限制, 即

信息鏈路戰(zhàn)損情況主要體現在作戰(zhàn)平臺的探測和預警距離, 以及武器協同作戰(zhàn)效率上, 即

武器系統戰(zhàn)損情況主要體現在作戰(zhàn)平臺的各武器系統實時可用狀態(tài)上, 即

2.3 武器裝備存量與可用情況

武器裝備存量與可用情況是指影響武器裝備體系效能發(fā)揮的武器裝備存量以及武器裝備是否實時可用的情況。

武器裝備存量主要體現在武器裝備的種類以及庫存量上, 即

武器裝備可用情況主要體現在武器裝備的裝填狀態(tài)或者作戰(zhàn)反應時間長短上, 即

3 同一試驗階段/環(huán)節(jié)特殊情況

由于時間上的重疊, 在某個不可分割的試驗階段/環(huán)節(jié)中, 2類以上攻防(如水下、空中)可能同時進行, 而由于各試驗場的試驗能力限制, 只能分散到2個以上試驗場進行試驗, 這是體系組合驗證試驗可能遇到的問題, 如何保證該試驗階段/環(huán)節(jié)的試驗結果等效性, 是需要研究解決的問題。

1)由于水下、空中攻防在武器裝備及作戰(zhàn)環(huán)境上相對獨立, 可不考慮武器裝備間的相互干擾。

2) 由于兩類攻防都是基于同一平臺的, 因此作戰(zhàn)平臺的試驗態(tài)勢及其變化規(guī)律必須一致(任一時刻), 包括攻防態(tài)勢和機動策略, 即

3) 作戰(zhàn)平臺受損情況是疊加關系, 如果作戰(zhàn)平臺在時刻因水下攻防而受損, 則其也應同步反映在空中攻防中, 即

4) 因為水下、空中攻防在武器裝備上相對獨立, 因此在中間過程中不用考慮武器裝備存量與可用情況的相互關系, 只需在輸出端將2種情況疊加即可, 即

通過上述方式, 實現在2個試驗場同步進行試驗, 通過試驗態(tài)勢、平臺戰(zhàn)損情況、武器裝備存量與可用情況的控制, 與同一試驗場試驗結果等效, 滿足體系試驗對各試驗階段/環(huán)節(jié)的要求。

4 體系組合試驗驗證評估方法

針對上述體系組合試驗驗證方法, 開展評估方法研究。

第個試驗階段/環(huán)節(jié)的各因素狀態(tài)變化為

根據體系組合試驗驗證方法可知

假定裝備體系效能評估方法采用的模型為

舉例說明體系組合試驗驗證評估方法的過程。假定將某個完整武器裝備體系試驗分解為探測、進攻、對抗和毀傷4個試驗階段進行組合試驗驗證, 每個試驗階段造成的試驗態(tài)勢、平臺戰(zhàn)損情況、武器裝備存量與可用情況的狀態(tài)變化量如表1所示, 武器裝備體系中的某一武器在各試驗階段對各因素狀態(tài)變化貢獻如表2所示。

表1 武器裝備體系試驗各階段狀態(tài)變化量

表2 某武器各試驗階段狀態(tài)變化貢獻

根據專家打分結果, 三因素權重為[0.3, 0.5, 0.2], 則

5 結束語

針對武器裝備體系試驗驗證存在的完整體系試驗難以開展而仿真推演又存在一定偏差的問題, 文中研究了一種將體系試驗分解成多個串聯的試驗階段/環(huán)節(jié), 各試驗階段/環(huán)節(jié)可在不同試驗場進行或仿真推演實現的體系試驗組合驗證思路。經推導, 體系組合試驗驗證等效的關鍵在于試驗階段/環(huán)節(jié)的馬爾可夫性, 歸納并提出了試驗態(tài)勢、平臺戰(zhàn)損情況、武器裝備存量與可用情況等試驗階段/環(huán)節(jié)馬爾可夫性的關鍵公式, 并給出了特殊情況的處理方法, 最后還建立了適用于體系組合試驗驗證的評估方法。文中提出的武器裝備體系組合試驗驗證與評估方法, 原理清晰、方法可行、實現方式明確, 可滿足武器裝備體系試驗驗證與評估需要。下一階段將結合武器裝備體系試驗開展相關試驗設計、驗證與評估工作, 最終形成武器裝備體系試驗相關標準與規(guī)范, 以期指導武器裝備體系試驗工作的開展。

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Combined Test Verification and Evaluation Method for Weapons Equipment System

LI Jie, ZHU Yong

(Kunming Shipborne Equipment Research and Test Center, Kunming 650051, China)

Aiming at the problem that complete system test is difficult to conduct and simulation deduction has some deviation in the test verification of weapons equipment system, a combined verification method for system test is proposed. The system test is decomposed into several series of test stages or links, which can be carried out in different test range or via simulation. It is deduced that the key factor for verification equivalence of the combined test is the Markov property in the test stage or link. The principal formulas of Markov property in the test stage or link are summarized and put forward, and the methods for dealing with special cases are given. Consequently, an evaluation method suitable for combined test verification of weapons equipment system is established. This method may facilitate the test verification and evaluation of weapons equipment system.

weapons equipment system; combination verification; Markov property

TJ6; E917

A

2096-3920(2020)02-0225-06

10.11993/j.issn.2096-3920.2020.02.017

2019-08-29;

2019-09-17.

李 杰(1982-), 男, 碩士, 高級工程師, 主要研究方向為水下航行器試驗研究與評估技術.

(責任編輯: 楊力軍)