夏全國

(中國人民解放軍92941 部隊(duì)94 分隊(duì)，遼寧 葫蘆島 125001)

從2000 年開始，美國海軍艦艇防御戰(zhàn)斗系統(tǒng)的工程人員已經(jīng)開始為艦艇戰(zhàn)斗系統(tǒng)作戰(zhàn)防御進(jìn)行評(píng)估方法的研究。艦艇防御系統(tǒng)性能的關(guān)鍵效能指標(biāo)是防御毀傷概率。防御毀傷概率評(píng)估是將戰(zhàn)斗系統(tǒng)作為一個(gè)整體確定為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)衡量各種傳感器、控制系統(tǒng)以及參戰(zhàn)人員作為一個(gè)作戰(zhàn)單位合起來的性能。由于種種原因，如技術(shù)、安全及成本，艦艇防御戰(zhàn)斗系統(tǒng)性能的評(píng)估，特別是防御毀傷概率在測(cè)試場地仍無法解決。建立艦艇防御毀傷概率評(píng)估方法就是使用建模與仿真的突出作用解決這些問題。

1 防御系統(tǒng)效能

艦艇防御毀傷概率是艦艇防御的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。然而，評(píng)定防御系統(tǒng)效能有很多種目標(biāo)。這些多個(gè)目標(biāo)證明了這樣的事實(shí):完成防御毀傷概率值的生成方法最為重要。

1)提供滿足作戰(zhàn)試驗(yàn)與評(píng)估需要的防御毀傷概率艦艇級(jí)別的結(jié)果;

2)作為輸入?yún)?shù)為戰(zhàn)斗提供系統(tǒng)能力與限制條件;

3)向艦艇防御戰(zhàn)斗系統(tǒng)人員提供戰(zhàn)斗系統(tǒng)性能洞察力。

第一個(gè)目標(biāo)，通過一種恰當(dāng)?shù)姆绞?，防御毀傷概率評(píng)定過程是提供防御毀傷概率對(duì)于艦艇級(jí)別的結(jié)果，以滿足作戰(zhàn)測(cè)試與評(píng)估。第二個(gè)目標(biāo)是作為輸入對(duì)艦隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)開發(fā)提供系統(tǒng)作戰(zhàn)能力，即:幫助指戰(zhàn)員清楚如何進(jìn)行艦艇防御。第三個(gè)目標(biāo)，評(píng)定過程是向艦艇防御系統(tǒng)戰(zhàn)斗決策人員提供對(duì)戰(zhàn)斗的洞察力。這個(gè)洞察力結(jié)合到戰(zhàn)斗系統(tǒng)性能操作者手中可能就是最重要的目標(biāo)，使它能夠面對(duì)未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，解決所面臨的威脅。

2 艦艇防御評(píng)估的通用仿真結(jié)構(gòu)

艦艇防御毀傷概率評(píng)定過程是一個(gè)半實(shí)物仿真試驗(yàn)過程，在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊的艦艇防御體系中只能在仿真聯(lián)邦內(nèi)部計(jì)算。該過程執(zhí)行需要有效的仿真體系結(jié)構(gòu)定義與一套完整的仿真試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn);即防御毀傷概率仿真測(cè)試系統(tǒng)與武器仿真試驗(yàn)規(guī)程。其中防御毀傷概率評(píng)定的仿真架構(gòu)是以下面原則為基礎(chǔ)建立的。

2.1 防御毀傷概率評(píng)估將使用分布式、可交互的仿真

防御毀傷概率評(píng)估不能靠單一的計(jì)算機(jī)完成仿真，而是需要一套以綜合艦艇、戰(zhàn)斗系統(tǒng)組成、威脅目標(biāo)等多條件為要素的仿真。仿真系統(tǒng)中的各設(shè)備單機(jī)將不按順序，進(jìn)行分布式的獨(dú)立運(yùn)行。作戰(zhàn)評(píng)估的逼真度要求不被仿真交互性所影響。而是通過建立一套仿真試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，各個(gè)設(shè)備在一定周期內(nèi)合作運(yùn)行。整套仿真系統(tǒng)工作的單一仿真程序執(zhí)行將決定單一艦艇對(duì)抗單一威脅偷襲目標(biāo)的防御效果。多套程序執(zhí)行仿真將決定防御毀傷概率評(píng)估結(jié)果。在程序運(yùn)行期間各線程的進(jìn)展將由運(yùn)行支撐結(jié)構(gòu)控制，以達(dá)到維持體系結(jié)構(gòu)安全的完整性。另外，對(duì)于作戰(zhàn)評(píng)估的仿真程序而言，必須允許在一定的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)程序執(zhí)行率比實(shí)時(shí)多線程運(yùn)算的仿真要慢。同時(shí)這些仿真模型的接口應(yīng)該遵守武器系統(tǒng)試驗(yàn)前擬定的接口協(xié)議，以便形成聯(lián)邦對(duì)象模型與聯(lián)邦協(xié)議。特殊應(yīng)用的防御系統(tǒng)效能與協(xié)議文件的制定應(yīng)該通過武器系統(tǒng)仿真試驗(yàn)的工程技術(shù)人員按照一定的程序來完成。

2.2 目標(biāo)威脅與判斷的通用性將通過仿真系統(tǒng)的時(shí)空一致性來實(shí)現(xiàn)

聯(lián)邦開發(fā)與執(zhí)行程序提倡創(chuàng)建一套通用仿真測(cè)試系統(tǒng)的對(duì)象模型，也可稱作仿真系統(tǒng)工程概念模型。它要能夠識(shí)別所有的威脅目標(biāo)與影響防御系統(tǒng)效能的任何戰(zhàn)場自然環(huán)境情況。這樣統(tǒng)一定義的物理模型特性必須運(yùn)行到系統(tǒng)仿真試驗(yàn)中。這些單個(gè)仿真成分的計(jì)算分配將較靈活地適用于繼承使用與運(yùn)行時(shí)間效率，不會(huì)破壞統(tǒng)一系統(tǒng)工程的整體性。因此，只要一體化的威脅要素在運(yùn)行時(shí)間期間最終實(shí)現(xiàn)，威脅目標(biāo)要素的各個(gè)方面可能分布于戰(zhàn)斗系統(tǒng)單元仿真中，例如，影響威脅雷達(dá)信號(hào)的威脅天線和實(shí)物定向，可能在某一仿真中實(shí)現(xiàn)，而其他威脅的數(shù)據(jù)就在一部雷達(dá)仿真內(nèi)所獨(dú)有，只要雷達(dá)仿真能識(shí)別仿真中天線/實(shí)物定向計(jì)算的變化。相似地，假如由其他恰如其分的單元仿真所引起的變化是一致且可識(shí)別的，自然環(huán)境條件的影響可能在單獨(dú)單元仿真的運(yùn)行期間平行地計(jì)算。

2.3 系統(tǒng)通信接口設(shè)計(jì)要規(guī)范

戰(zhàn)術(shù)指揮系統(tǒng)對(duì)仿真系統(tǒng)的接口需要規(guī)范、統(tǒng)一。比如，試驗(yàn)指揮中心艦艇到防御系統(tǒng)應(yīng)該如同艦艇上一樣，作用到防御毀傷概率的戰(zhàn)場范圍。這樣做的目的是為了避免再次對(duì)已經(jīng)存在且在隨之產(chǎn)生的系統(tǒng)仿真接口內(nèi)部建立的置信度重新建立接口定義。另外，軟件測(cè)試可能利用現(xiàn)有的與綜合數(shù)據(jù)系統(tǒng)或成像和顯示設(shè)備相匹配的診斷工具來改進(jìn)。這些系統(tǒng)間的通信要求服從仿真系統(tǒng)試驗(yàn)接口。同時(shí)，整個(gè)仿真系統(tǒng)試驗(yàn)接口沒有必要在逐個(gè)接口上進(jìn)行封裝，只考慮影響防御毀傷概率的即可。

2.4 系統(tǒng)的交互作用以物理特性為基礎(chǔ)

在艦艇防御系統(tǒng)中，對(duì)于體系結(jié)構(gòu)內(nèi)的所有要素必須執(zhí)行，并適當(dāng)?shù)姆从乘霈F(xiàn)的其他系統(tǒng)的影響與作用。在以體系結(jié)構(gòu)為支撐的防御系統(tǒng)試驗(yàn)中要引入具有威脅的突襲目標(biāo)，而不是一個(gè)接一個(gè)地參戰(zhàn)。同時(shí)還要有充分的細(xì)節(jié)來表示其交互性，以證明作戰(zhàn)評(píng)估是完全可以信賴的。這將使運(yùn)行的執(zhí)行時(shí)間速度比實(shí)時(shí)慢，同時(shí)還要應(yīng)該適應(yīng)物理特性為基礎(chǔ)的高密度計(jì)算，所以，仿真要讓執(zhí)行運(yùn)行時(shí)間管理的速率比實(shí)際慢。

3 防御毀傷概率仿真測(cè)試系統(tǒng)組成與功能

近年來，隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)化水平的不斷提升，艦艇防御武器系統(tǒng)試驗(yàn)手段得到很大提高，特別是對(duì)一些邊界特性試驗(yàn)的分析和評(píng)估越來越朝著虛實(shí)合成試驗(yàn)體系方向發(fā)展。防御毀傷概率評(píng)估仿真測(cè)試系統(tǒng)的基本目的是創(chuàng)建一種可運(yùn)行的仿真結(jié)構(gòu)來滿足基本要求，為艦載武器系統(tǒng)防御毀傷概率評(píng)估方法提供可實(shí)踐的平臺(tái)，并且將為艦艇防御毀傷概率評(píng)估方法的頂層設(shè)計(jì)拓展思路。

3.1 防御毀傷概率評(píng)估仿真測(cè)試系統(tǒng)組成

防御毀傷概率評(píng)估仿真測(cè)試系統(tǒng)組成主要包括:操控顯示分系統(tǒng)、戰(zhàn)情仿真分系統(tǒng)、評(píng)估處理分系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)接口分系統(tǒng)、光電跟蹤模擬器、搜索雷達(dá)模擬器、跟蹤雷達(dá)模擬器、數(shù)字仿真分系統(tǒng)、GPS 時(shí)統(tǒng)、設(shè)備電纜。系統(tǒng)軟件包括:支持軟件Windows 2000、Windows XP;程序設(shè)計(jì)語言:VC++6.0、RTX 軟件。應(yīng)用軟件:操控顯示應(yīng)用軟件、戰(zhàn)情仿真應(yīng)用軟件、搜索雷達(dá)模擬應(yīng)用軟件、數(shù)字仿真應(yīng)用軟件、光電模擬應(yīng)用軟件、跟蹤雷達(dá)模擬應(yīng)用軟件、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽?wèi)?yīng)用軟件、評(píng)估處理應(yīng)用軟件等。

3.2 防御毀傷概率評(píng)估仿真測(cè)試系統(tǒng)功能

1)目標(biāo)態(tài)勢(shì)仿真

多目標(biāo)戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)仿真、多目標(biāo)戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)目標(biāo)初始參數(shù)輸入及仿真驅(qū)動(dòng)、空海岸目標(biāo)航路模擬、仿真輸出水面、空中和岸上目標(biāo)航路真值數(shù)據(jù)。

2)目標(biāo)航路噪聲仿真

空中目標(biāo)在水平方向和垂直方向分別或同時(shí)疊加擾動(dòng)，水面目標(biāo)在垂直方向上考慮艦船升沉疊加擾動(dòng)，擾動(dòng)初始參數(shù)可配置。

3)艦艇防御系統(tǒng)通信報(bào)文仿真

根據(jù)運(yùn)行需要仿真艦艇防御系統(tǒng)火控目指、火控諸元、發(fā)射器架位以及捷聯(lián)等通信報(bào)文。

4)外場真實(shí)目標(biāo)航路復(fù)現(xiàn)

使用真值設(shè)備的目標(biāo)航路數(shù)據(jù)或艦艇防御系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)處理后作為仿真目標(biāo)航路真值驅(qū)動(dòng)艦艇防御武器系統(tǒng)工作。

5)數(shù)據(jù)錄取功能

實(shí)時(shí)監(jiān)聽錄取艦艇防御武器系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)信息。在外場試驗(yàn)或半實(shí)物仿真試驗(yàn)時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)監(jiān)聽口實(shí)時(shí)監(jiān)聽錄取搜索雷達(dá)點(diǎn)跡/航跡、火控目指、雷達(dá)目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)、光電目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)、火控諸元、發(fā)射器架位以及捷聯(lián)報(bào)文信息。

6)時(shí)間同步功能

使用配置的GPS 時(shí)統(tǒng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)間同步;由GPS 時(shí)統(tǒng)設(shè)備對(duì)接入的試驗(yàn)時(shí)統(tǒng)時(shí)間同步B 信號(hào)解調(diào)輸出B 碼時(shí)間、1 s 時(shí)間同步脈沖和10 ms(或20 ms)時(shí)間同步脈沖實(shí)現(xiàn)與艦艇防御武器系統(tǒng)各設(shè)備同步。

7)數(shù)據(jù)處理功能

評(píng)估搜索雷達(dá)點(diǎn)跡/航跡精度、火控目指精度、雷達(dá)跟蹤精度、光電跟蹤精度、火控諸元精度、發(fā)射器架位以及捷聯(lián)精度;評(píng)估全系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間、跟蹤雷達(dá)反應(yīng)時(shí)間、光電反應(yīng)時(shí)間、情報(bào)和火控反應(yīng)時(shí)間。

8)仿真試驗(yàn)精度和反應(yīng)時(shí)間評(píng)估

根據(jù)仿真試驗(yàn)類型，評(píng)估搜索雷達(dá)點(diǎn)跡精度、火控目指精度、雷達(dá)跟蹤精度、光電跟蹤精度數(shù)據(jù)、火控諸元精度以及發(fā)射器架位精度數(shù)據(jù);評(píng)估全系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間、跟蹤雷達(dá)反應(yīng)時(shí)間、光電反應(yīng)時(shí)間、情報(bào)和火控反應(yīng)時(shí)間。

9)數(shù)據(jù)管理、存儲(chǔ)及驅(qū)動(dòng)功能

將監(jiān)聽的防御武器系統(tǒng)數(shù)據(jù)，接收目標(biāo)、搖擺臺(tái)真值數(shù)據(jù)和評(píng)估結(jié)果數(shù)據(jù)按要求存入數(shù)據(jù)文件進(jìn)行管理，并可根據(jù)需要提取外場航路真值，驅(qū)動(dòng)被試系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。

10)人機(jī)交互功能

具有參數(shù)裝定、運(yùn)行控制、態(tài)勢(shì)顯示、狀態(tài)顯示和數(shù)據(jù)顯示功能。

4 防御毀傷概率仿真測(cè)試系統(tǒng)仿真試驗(yàn)實(shí)例

小口徑艦炮武器系統(tǒng)是水面艦艇近程反導(dǎo)防御的最后一道防線，肩負(fù)著最后毀傷來襲導(dǎo)彈的重要使命任務(wù)。其毀傷概率是在給定射擊條件下，射彈毀傷目標(biāo)可能性大小的量度，取決于武器性能、彈藥威力、戰(zhàn)斗或射擊條件、導(dǎo)彈的防護(hù)能力等因素。艦炮武器系統(tǒng)最終目的是為了使射出彈丸命中并摧毀目標(biāo)，因此，在艦炮武器系統(tǒng)外場試驗(yàn)中考核對(duì)目標(biāo)的毀傷概率尤為重要。為了使考核結(jié)果可信，需要進(jìn)行充分的外場試驗(yàn)，不過，由于靶標(biāo)特性、測(cè)量安控保障能力以及經(jīng)費(fèi)、周期等方面的限制，射擊試驗(yàn)難以充分進(jìn)行，即使進(jìn)行充分試驗(yàn)，目標(biāo)是否毀傷有時(shí)也不易判別。因此，防御毀傷概率仿真測(cè)試系統(tǒng)仿真試驗(yàn)應(yīng)運(yùn)而生。

下面選取某型艦炮武器系統(tǒng)跟蹤靶標(biāo)的動(dòng)態(tài)精度數(shù)據(jù)和靶標(biāo)的參數(shù)，全航路l 門艦炮對(duì)1 個(gè)靶標(biāo)毀傷概率進(jìn)行仿真。

1)首先抽取某型艦炮跟蹤某型靶標(biāo)一航次的動(dòng)態(tài)精度數(shù)據(jù)。根據(jù)火控解算程序計(jì)算單位氣象條件改變下，彈丸在水平距離和高度上的改變量，即計(jì)算fhv0、fdv0、fhp、fhv0、fdp、fhwd、fdwd。

2)測(cè)定靶標(biāo)前、側(cè)和仰視面積為Ax、Ay、Az，根據(jù)目標(biāo)飛行航路和彈丸存速計(jì)算靶標(biāo)在x 坐標(biāo)系上的命中域。

3)計(jì)算動(dòng)態(tài)精度、氣象準(zhǔn)備誤差和彈丸散布誤差在X坐標(biāo)系的脫靶量。

4)設(shè)定艦炮射速、開火距離、?；鹁嚯x和每航次射彈數(shù)。

5)初始確定仿真次數(shù)N0，對(duì)該航次進(jìn)行仿真。

仿真次數(shù)達(dá)到要求后，根據(jù)置信系數(shù)和毀傷概率計(jì)算值修訂仿真次數(shù)N1，直到滿足要求。在射彈數(shù)和射速等射擊條件一定的情況下，不同開火距離毀傷概率變化如下:在捷徑一定的情況下，開火距離越近毀傷概率越高，但是隨著目標(biāo)接近我艦，也會(huì)對(duì)我艦造成很大的威脅，需要選擇一個(gè)合適的開火點(diǎn)，使得既要給予目標(biāo)以有效打擊，又要避免我方更大損失。

在射擊距離和射速等射擊條件一定的情況下，不同射彈數(shù)下毀傷概率變化如下，毀傷隨射彈數(shù)的增加而增大，射彈數(shù)超過1 500 發(fā)后，命中概率的增長趨緩，因此，依靠無限增加射彈數(shù)對(duì)于提高毀傷概率作用有限。況且，射彈增加，射擊時(shí)間過長，炮管過熱，會(huì)使毀傷概率降低，同時(shí)，火炮的彈鼓有限，也不可能備有太多的彈藥。在射擊距離和射彈數(shù)等射擊條件一定的情況下，不同射速下毀傷概率變化如下:隨著射速的提高毀傷概率增大，但是射速超過8 000 發(fā)/分以后，增加緩慢，甚至略有下降。因此，在一定范圍內(nèi)，射速增加能夠增大毀傷概率，但是射速太快會(huì)造成振動(dòng)過大，炮管過熱膨脹，使目標(biāo)毀傷概率降低。在不同航路方位和高低射角的動(dòng)態(tài)精度綜合誤差情況下，仿真得到毀傷概率如下:動(dòng)態(tài)精度的方位和高低均方根都較小時(shí)毀傷概率較高。反之，動(dòng)態(tài)精度的方位和高低均方根都較大時(shí)毀傷概率較低。但是在動(dòng)態(tài)精度單一指標(biāo)較高時(shí)，命中概率不一定較高，在動(dòng)態(tài)精度方位均方根達(dá)到0.28，但是高低均方根只有2.47，這一航次毀傷概率只有46.2%。

總之，射擊距離越近，毀傷概率越高;射彈數(shù)越多，毀傷概率越大。

5 結(jié)束語

艦艇防御毀傷概率評(píng)定方法使武器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)斗時(shí)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)評(píng)估，而不必通過實(shí)際事件來評(píng)估。防御毀傷概率仿真測(cè)試系統(tǒng)提供的成果與經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新了艦艇防御毀傷概率的評(píng)定方法標(biāo)準(zhǔn)及結(jié)構(gòu)。同時(shí)，利用艦炮武器系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算毀傷概率在具體試驗(yàn)中進(jìn)行了實(shí)踐考核，這樣能夠?yàn)榕炌Х烙淦飨到y(tǒng)試驗(yàn)的組織實(shí)施提供決策依據(jù)，使得防御毀傷概率測(cè)試系統(tǒng)仿真計(jì)算艦艇防御毀傷概率具有一定的可信性。

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