顧 頡 孟 晶

（91388部隊93分隊 湛江 524022)

1 引言

試驗與評價［1］是水下武器裝備采辦全壽命周期中的重要環(huán)節(jié)，可以使生產(chǎn)方和軍方全面系統(tǒng)地判定武器裝備的性能和戰(zhàn)技指標，降低了采辦方的決策風險，為完善系統(tǒng)提供了充分的數(shù)據(jù)支持。仿真試驗由于具有可重復使用、費效比高和試驗風險小等優(yōu)點，已成為武器裝備試驗與評價的重要組成部分，并已經(jīng)在導彈、電子對抗和核武器等試驗領域取得了很大成就。

由于水下環(huán)境的復雜性，造成了水下武器裝備仿真試驗發(fā)展相對滯后，目前仍然采用以實航試驗為主的試驗鑒定模式。隨著水下武器裝備的不斷發(fā)展，武器系統(tǒng)復雜程度越來越高，水下武器裝備試驗與評價必將采用融合不同類型試驗、不同階段試驗的綜合試驗評價模式，作為其中重要的一環(huán)，如何發(fā)揮仿真試驗在水下武器裝備試驗與評價中的作用，是一個亟待研究的問題。

本文從不同角度和實際需求出發(fā)，探討了仿真試驗在水下武器裝備試驗與評價中的國外發(fā)展現(xiàn)狀和綜合應用。

2 國外仿真試驗技術的發(fā)展現(xiàn)狀

美國歷來非常重視仿真試驗技術的發(fā)展，不惜重金建立各種仿真系統(tǒng)。這些仿真系統(tǒng)在武器系統(tǒng)研制、試驗鑒定過程中發(fā)揮了重要作用，產(chǎn)生了巨大的軍事、經(jīng)濟效益。美國對多型主要水面艦艇分別建立了作戰(zhàn)系統(tǒng)陸上試驗站，開發(fā)了各種雷達模擬器、聲納模擬器、艦艇運動參數(shù)模擬器、導彈模擬器和火炮模擬器等。1994年，美國的水中兵器鑒定裝置在海軍水下作戰(zhàn)中心投入使用，該耐壓容器可容納魚雷、水雷等水中兵器和航行器，利用被測試產(chǎn)品自身的動力進行可靠而真實的陸上試驗，有效彌補海上實航試驗和傳統(tǒng)的硬件在回路模擬之間的欠缺。試驗過程中戰(zhàn)術環(huán)境主要是用仿真的方法產(chǎn)生的。美國MK466型魚雷改裝項目和潛艇魚雷防衛(wèi)計劃等試驗項目都在海軍水下戰(zhàn)中心使用該設備。MK54魚雷在靶場實彈發(fā)射和海上試驗前，在模擬環(huán)境中進行廣泛測試，使得海上試驗的數(shù)量比MK50魚雷減少了三分之二以上。

北約各國仿效美國的做法，紛紛建立仿真中心。英國建立的ODIN（水下戰(zhàn)仿真環(huán)境)系統(tǒng)，可用于水下戰(zhàn)裝備發(fā)展的決策、魚雷與干擾器間的對抗研究、魚雷與干擾器的設計與評估、新型魚雷和干擾器發(fā)展評估、威脅評估及戰(zhàn)術使用等諸多水下戰(zhàn)武器裝備試驗驗證和作戰(zhàn)使用等方面。英國還研制了幾型主要艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)和武器系統(tǒng)的仿真設備，它們都在試驗和訓練中起到了積極作用。意大利海軍進行A244/S空投反潛魚雷批檢試驗時，首先進行靶場仿真驗收試驗，再從中抽取部分進行外場驗收試驗。仿真試驗可大幅度減少實航次數(shù)，節(jié)約經(jīng)費，縮短研制周期。據(jù)不完全統(tǒng)計，采用仿真技術可減少實航試驗次數(shù)30%～60%，節(jié)省10%～40%的研制與鑒定經(jīng)費，縮短30～40%的研制及鑒定周期。

總體說來，仿真試驗在國外水下武器裝備系統(tǒng)研制和試驗鑒定過程中主要具備以下作用：

1)針對特定的水下武器裝備研制了大量的模擬設備，并針對水下武器裝備的戰(zhàn)術使用背景，利用仿真手段產(chǎn)生了大量與實航試驗相一致的仿真環(huán)境，并在研制和試驗鑒定階段中發(fā)揮了巨大的作用。

2)在試驗鑒定環(huán)節(jié)，采用了“仿真試驗－實航試驗－綜合評價”的綜合試驗評價模式，應用小子樣方法，綜合運用了仿真試驗信息，優(yōu)化了試驗設計，縮短了研制與鑒定周期，大大減低了試驗成本。

3)應用仿真試驗手段，開展了水下武器裝備發(fā)展決策、作戰(zhàn)效能評估和戰(zhàn)術使用研究等方面的研究。仿真試驗在水下武器裝備正式投入作戰(zhàn)使用、形成戰(zhàn)斗力的過程中發(fā)揮了重要的作用。

3 仿真試驗在水下武器裝備試驗與評價中的綜合應用

3.1 基于仿真試驗的數(shù)據(jù)融合處理在水下武器裝備試驗與評價中的應用

試驗前往往存在大量的歷史信息，其中包括大量的仿真數(shù)據(jù)，它們都是對現(xiàn)場試驗很好的補充。在實際試驗與評價中，應充分地利用各種定量或定性的驗前信息，合理使用Bayes方法［2］，以彌補現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)的不足，以達到對水下武器裝備戰(zhàn)技指標綜合評價的目的。然而在驗前信息的使用中，不可信的或錯誤的驗前信息卻往往起到了相反的作用，使得評價結果缺乏可信性，增加了生產(chǎn)方和軍方的風險。因此，在綜合使用仿真試驗數(shù)據(jù)和外場試驗數(shù)據(jù)對水下武器裝備性能和戰(zhàn)技指標進行綜合評價前，應將仿真試驗數(shù)據(jù)與外場試驗結果比對，進行相容性檢驗、可信度計算和融合處理，進而建立指標參數(shù)的驗前分布，這也是應用Bayes小子樣統(tǒng)計理論的關鍵問題之一。

1)仿真試驗子樣和現(xiàn)場子樣間的相容性檢驗

考慮到水下武器裝備現(xiàn)場試驗子樣數(shù)極少，因此在運用仿真信息時，應根據(jù)實際情況優(yōu)選小子樣相容性檢驗方法，利用現(xiàn)場小子樣對仿真結果進行相容性檢驗，以此來評判仿真系統(tǒng)的可信性，從而更好地利用仿真先驗信息對試驗結果做出綜合評價。

相容性檢驗就是檢驗兩母體是否有顯著差異，當差異不顯著時，則可認為兩個母體為同一母體，因此可以利用先驗信息；否則，先驗信息不可用。對于先驗信息的可信性檢驗可以分為兩種情況：一種是當總體的分布函數(shù)形式已知，則可以使用參數(shù)方法進行檢驗；另一種是當總體的分布函數(shù)形式未知時，則可以用非參數(shù)方法進行檢驗。由于在水下武器裝備現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)分布函數(shù)形式往往難以給定，因此仿真試驗子樣和現(xiàn)場子樣的相容性檢驗屬于非參數(shù)檢驗。非參數(shù)檢驗方法較多，如Kolmogorov－Smirnov檢驗、Pearson x2檢驗、Wilcoxon秩和檢驗［3～4］等。前兩者通常應用大樣本條件，考慮到現(xiàn)場試驗的子樣數(shù)較少，比較可行的是Wilcoxon秩和檢驗方法。Wilcoxon秩和檢驗方法的主要思想是首先對兩類數(shù)據(jù)進行排序，然后計算小子樣的秩和來構造統(tǒng)計量，最后通過在一定置信度條件下檢驗該統(tǒng)計量來判斷兩者是否來自于同一總體。由于該方法對樣本的要求不高，因而有著廣泛的應用前景。

2)通過仿真信息和現(xiàn)場信息的融合處理，實現(xiàn)對水下武器裝備戰(zhàn)技指標的綜合評價

保證仿真數(shù)據(jù)可用的前提下，還需要對仿真信息的置信度進行一定的評判，即對仿真數(shù)據(jù)以及其他先驗信息進行歸納、分類、可信性計算以及與現(xiàn)場數(shù)據(jù)的融合處理。

每個信息源驗前分布的確定是Bayes信息融合的一個關鍵性問題。目前，驗前分布的確定方法有多種，主要包括直方圖法、定分度法、變分度法、點估計法、矩估計法［5］和最大熵法［6］等。水下武器裝備在全壽命周期內(nèi)的各個階段的先驗數(shù)據(jù)具有不同的數(shù)據(jù)形式，必須根據(jù)試驗數(shù)據(jù)的自身特點，選擇適合的共軛驗前分布族，然后根據(jù)不同的數(shù)據(jù)源確定具有相同分布形式、不同分布參數(shù)的驗前分布。在將仿真數(shù)據(jù)等多種先驗信息與現(xiàn)場數(shù)據(jù)的融合中，應將不同驗前信息折合到統(tǒng)一的分布形式，主要步驟為

步驟1：根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，通過ML－Ⅱ先驗法［5］確定不同先驗信息的權重，即驗前信息的可信度；

步驟2：通過上式解算出的權重，將不同形式的數(shù)據(jù)源折合到融合后的驗前分布；

步驟3：利用現(xiàn)場數(shù)據(jù)，使用Bayes公式計算出驗后分布。

通過上述步驟，可完成各種外源信息和現(xiàn)場信息的融合，實現(xiàn)對水下武器裝備性能和戰(zhàn)技指標的綜合評價。

3.2 仿真試驗在試驗設計優(yōu)化和現(xiàn)場試驗中的應用

試驗設計是武器裝備試驗與鑒定任務的總體技術設計，為了使水下武器裝備的戰(zhàn)技指標得到充分檢驗，必須在實航試驗前制定詳細周密的綜合試驗計劃，包括：試驗腳本制定和試驗事件的時間安排；確定試驗目標，提出分析基本要素和效能度量；判定控制和測量用的變量；擬定數(shù)據(jù)采集、儀器儀表和數(shù)據(jù)分析計劃。試驗設計的主要任務是設計一個良好的試驗，制定一個可以實施的、能夠獲取足夠必要數(shù)據(jù)的試驗方案，同時對試驗實施保障提出具體要求，關鍵問題是試驗方案的優(yōu)化。

然而，試驗設計是一個復雜的軍事實踐活動，涉及試驗內(nèi)容、試驗項目、戰(zhàn)術要求、試驗環(huán)境條件、試驗設備和試驗人員等諸多因素，而且每個因素都有不同的水平，因而需要考慮各種因素及其不同水平對試驗結果的影響以及各種可能的限制條件。仿真試驗由于具備周期短、可重復性強、費效比高等優(yōu)點，試驗策劃人員可在試驗前利用仿真試驗仔細觀察試驗系統(tǒng)對各種參數(shù)和環(huán)境變量的敏感度，以便確定關鍵變量和變化范圍，通過預計各種假設和約束的影響，根據(jù)作戰(zhàn)使用和技術要求，通過正交設計、均勻設計［7］等試驗設計方法與結果分析，來評價各候選的效能量度并幫助試驗策劃，把大量的定量和定性的信息與試驗管理、作戰(zhàn)經(jīng)驗和統(tǒng)計學知識聯(lián)系起來綜合研究，不斷反復修改優(yōu)化，完成試驗設計工作。

在現(xiàn)場試驗進行的動態(tài)過程中，當參試裝設備當時的性能狀態(tài)、參試人員操縱水平及海洋環(huán)境條件等諸多隨機因素限制試驗的樣本數(shù)時，試驗指揮策劃者必須對試驗全過程進行嚴密的監(jiān)視和部署。為了確保在滿足數(shù)據(jù)采集量和試驗安全的同時達成試驗目標，試驗指揮策劃者必須能夠?qū)υ囼炗媱澓湍_本做出及時的修改來達成目標。此時，仿真試驗可重構外場試驗下的復雜邊界條件，反復復現(xiàn)試驗現(xiàn)場，通過發(fā)現(xiàn)試驗過程中的漏洞來調(diào)整試驗計劃，從而可起到輔助決策的作用。

3.3 仿真試驗在水下武器裝備作戰(zhàn)效能評估中的應用

作戰(zhàn)效能評估是在水下武器裝備性能及戰(zhàn)技指標等定量指標考核的基礎上，對近似實戰(zhàn)條件下水下武器裝備作戰(zhàn)效能的綜合評估，以檢驗其實際作戰(zhàn)能力是否滿足研制總要求，是試驗的重要內(nèi)容之一。目前在水下武器裝備試驗中，在對水聲對抗系統(tǒng)及其器材的對抗效果、魚雷的毀傷能力和平臺的作戰(zhàn)能力等效果指標進行考核時，由于目前的研制任務書中并沒有提出定量的指標，因此，實際的做法是設計幾個典型的試驗航路進行驗證，在試驗結果報告中只能是定性描述。

作戰(zhàn)效果評估往往需要動用大量的兵力兵器，收集大量的試驗樣本，試驗成本高昂，而且來自外場的試驗數(shù)據(jù)很多不適合直接確定武器系統(tǒng)在預定作戰(zhàn)環(huán)境中的作戰(zhàn)效能。由于外場試驗樣本量不足和逼真威脅環(huán)境的缺乏，在預測武器裝備作戰(zhàn)效能時不能夠建立其統(tǒng)計顯著性，更無法直接得出戰(zhàn)技指標和作戰(zhàn)效能之間的函數(shù)關系。仿真試驗通過對影響其作戰(zhàn)效能的多種因素和威脅環(huán)境進行精確建模，通過真實數(shù)據(jù)對模型進行實時更新，可支持將試驗結果從單一的系統(tǒng)性能和戰(zhàn)技指標考核外推到武器系統(tǒng)、平臺的作戰(zhàn)效能評估。

應用仿真試驗進行水下武器裝備作戰(zhàn)效能評估，其主要思路為

1)通過對水下武器裝備作戰(zhàn)使命的解剖，建立其完整的作戰(zhàn)效能指標體系，根據(jù)武器裝備規(guī)定任務的自身特點，確定武器裝備的作戰(zhàn)效能。

2)根據(jù)實際情況，選擇合適的數(shù)理統(tǒng)計方法和系統(tǒng)工程方法，建立各種戰(zhàn)術技術性能、可靠性和維修性等指標與作戰(zhàn)效能之間的評估模型。用于研究武器裝備作戰(zhàn)效能評估的方法較多，例如經(jīng)典的WSEIAC方法和近年提出的層次分析法、聚類分析法、判別分析法、模糊分析法和灰色模糊分析法等。由于水下武器裝備戰(zhàn)術性能指標和可靠性、維修性指標多達數(shù)十項，而且通過仿真試驗、實航試驗能夠獲取一定的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，因而比較適合應用WSEIAC方法來研究建立水下武器裝備作戰(zhàn)效能評估模型。

3)通過建立的作戰(zhàn)效能評估模型，來對仿真試驗系統(tǒng)進行整體設計，并詳細制定仿真試驗所需的參數(shù)集和數(shù)據(jù)采集方式方法。通過大量仿真試驗，來逆推所建立的作戰(zhàn)效能評估模型，使其具備一定的可信性和外推能力。

4 結語

本文詳細闡述了水下武器裝備試驗與評價的國外發(fā)展趨勢，并針對仿真試驗在水下武器裝備試驗鑒定中的角色和地位，深入分析了仿真試驗在綜合試驗評價、試驗設計優(yōu)化和作戰(zhàn)效能評估中的綜合應用，對于如何更好發(fā)揮仿真試驗在水下武器裝備試驗與評價中的作用，具有一定的理論價值和參考意義。

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