史圣兵，秦少剛，陳振興，張俊生，宋宏偉

(63863 部隊，吉林 白城137001)

0 引言

武器裝備已進入信息化時代，隨著戰(zhàn)爭模式和作戰(zhàn)樣式的變化，在實際訓(xùn)練和作戰(zhàn)過程中，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)能力難以達到傳統(tǒng)試驗方式評價出的性能，而為保證武器裝備戰(zhàn)時發(fā)揮真正作用，必須在接近實戰(zhàn)的環(huán)境下評價武器裝備。

作戰(zhàn)試驗包括作戰(zhàn)效能試驗和作戰(zhàn)適用性試驗。效能試驗，指的是圍繞武器裝備的軍事應(yīng)用，對裝備對象完成軍事任務(wù)的能力及其發(fā)揮水平所進行的一系列科學(xué)測量與評測活動［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)計研究，即對作戰(zhàn)效能流程從框架上予以論述［1］;二是評估方法應(yīng)用研究，即將現(xiàn)有評估模型應(yīng)用到具體實例上［2-5］。上述研究對于開展武器裝備作戰(zhàn)效能試驗具有借鑒意義，但指導(dǎo)性和可操作性不強。

本文針對單兵光電偵察裝備特點，重點研究了試驗方案設(shè)計和效能評估，從而將作戰(zhàn)效能試驗流程完整化和具體化，使得武器裝備作戰(zhàn)效能試驗更加科學(xué)、可行。

1 作戰(zhàn)效能試驗基本思路

1.1 效能試驗與性能試驗區(qū)別

當(dāng)前，性能試驗主要是考核裝備性能是否滿足戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標要求，目的是評價裝備是否滿足設(shè)計要求，其試驗條件都是標準化。

效能試驗更多要求是在接近實戰(zhàn)的條件下開展各種性能試驗，其試驗條件具有典型化和一般化結(jié)合的特點，充分考慮戰(zhàn)場環(huán)境和各地域的自然環(huán)境，給出的試驗結(jié)果能夠評價真實作戰(zhàn)能力，從而為部隊使用提供更多參考。

效能試驗與性能試驗相比，具有以下特點:

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

2)目標多樣化。根據(jù)試驗?zāi)康?，設(shè)置多種類、多特性的目標，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?zāi)繕耍凑詹筷牭膽?zhàn)術(shù)要求開展各項試驗。

1.2 作戰(zhàn)效能試驗初步構(gòu)想

從作戰(zhàn)效能試驗定義可知，開展作戰(zhàn)效能試驗要依據(jù)兩個任務(wù)剖面，即訓(xùn)練任務(wù)剖面和作戰(zhàn)任務(wù)剖面。作戰(zhàn)效能試驗最終目的，就是在實戰(zhàn)之前得到武器裝備在戰(zhàn)場上的作戰(zhàn)能力。因此，開展作戰(zhàn)效能試驗主要應(yīng)是依據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)剖面，設(shè)置一系列試驗項目，全面評價武器裝備作戰(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。

在整個作戰(zhàn)任務(wù)過程中，單兵光電偵察裝備都處在自然環(huán)境和戰(zhàn)場環(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)士心理及目標種類、特性等因素的持續(xù)影響，其整體作戰(zhàn)性能必然較設(shè)計性能有一定差距，這個差距到底有多少正是作戰(zhàn)效能試驗所關(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)效能試驗方案設(shè)計

從作戰(zhàn)效能試驗基本思路可以看出，開展作戰(zhàn)效能試驗重點是進行三方面工作:作戰(zhàn)環(huán)境構(gòu)建、指標體系構(gòu)建和試驗方法確定。

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、對抗環(huán)境、作戰(zhàn)時間等，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)以往的試驗經(jīng)驗抽取典型因素，其作戰(zhàn)環(huán)境典型因素見表1.

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

針對典型因素開展效能試驗，那么構(gòu)建的作戰(zhàn)環(huán)境有81 種，理論上可以實施，但實際操作上要耗費巨大的人力、物力、財力，代價太大。因此，需要采用某種試驗設(shè)計方法，對作戰(zhàn)環(huán)境數(shù)量進行處理。

正交設(shè)計法是解決多因子試驗問題的有效方法之一，通過正交設(shè)計，可以大大降低試驗數(shù)量。表1中，類別可看作試驗中的因子，編號1 ～3 代表了每個因子的3 個水平，若進行完全正交設(shè)計，可采用正交表L9(34)，即將81 種作戰(zhàn)環(huán)境降低至9 種，具體方案見表2.

對于多種因素的作戰(zhàn)環(huán)境構(gòu)建，都可采用多因子試驗設(shè)計方法，既保證試驗質(zhì)量，又提高試驗效率，同時大大降低試驗消耗。

2.2 指標體系構(gòu)建

試驗方案設(shè)計的核心是構(gòu)建指標體系。指標不是越多越好，應(yīng)從眾多性能指標中選取那些主要的、對裝備作戰(zhàn)任務(wù)影響較大的指標，通過對這些指標考核，獲得的試驗結(jié)果能反映某方面能力，從而更好的評估裝備效能。

表2 基于正交設(shè)計的作戰(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)使命就是對特定戰(zhàn)術(shù)目標進行偵察定位，一般情況由偵察子系統(tǒng)、測距子系統(tǒng)、定位子系統(tǒng)、定向子系統(tǒng)等組成，分別實現(xiàn)可見光/紅外偵察、激光測距、GPS/北斗定位和定向等功能，每個子系統(tǒng)都有眾多的性能指標，從重要性、相關(guān)性等方面進行分析，構(gòu)建的單兵光電偵察裝備作戰(zhàn)效能試驗評估指標體系見圖2所示。

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

從圖2中可以看出，通過對單兵光電偵察裝備識別距離、測程等性能測試，統(tǒng)計分析出偵察、激光測距、自定位及定向4 個方面的能力，就可以采用某種評估方法進行作戰(zhàn)效能評估。

2.3 試驗方法確定

試驗方法就是獲取指標能力的具體實施，主要包括試驗條件、試驗要求、試驗實施、數(shù)據(jù)處理4 個方面。

試驗條件就是規(guī)定試驗環(huán)境、靶標等，試驗要求就是規(guī)定試驗時間、戰(zhàn)術(shù)動作等，試驗實施就是規(guī)定試驗具體執(zhí)行過程，數(shù)據(jù)處理就是對試驗數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計方法來獲取需要的信息。

下面就以識別距離試驗進行表述:

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

2)試驗要求。觀測人員以隱蔽姿態(tài)觀測，每次對每組靶標觀測時間不超過30 s.

3)試驗實施。觀測人員為4 名(含)以上，試驗指揮1 名。將坦克、自行火炮、步兵戰(zhàn)車目標編為A 組，單兵編為B 組。試驗時，在最大距離上將兩組目標按照試驗指揮要求排列，觀測人員按照戰(zhàn)術(shù)要求進行目標觀察，人員之間無交流，將觀察結(jié)果記錄在試驗表格上，此為1 次試驗。試驗指揮調(diào)整每組目標的排列順序，按上述要求再次進行觀測。9 次后，則停止試驗。若觀測人員對每次試驗中的目標順序全部觀測正確，則判定該人員能夠識別該組目標。

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

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

3 作戰(zhàn)效能評估

效能評估方法很多，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估［2-6］。近年來，一些新方法也涌現(xiàn)出來，如劉義等提出的一種基于非線性指標聚合的反輻射武器作戰(zhàn)效能評估模型［7］，很好地解決了反輻射武器效能評估問題。上述方法都有各自優(yōu)缺點，因此進行效能評估時應(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)效能評估模型。

ADC 法是由美國武器系統(tǒng)效能工業(yè)咨詢委員會(WSEIAC)提出的，該方法認為:系統(tǒng)效能是預(yù)期一個系統(tǒng)滿足一組特定任務(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)在開始執(zhí)行任務(wù)時系統(tǒng)狀態(tài)的量度，ai(i=1，2，…，n)為系統(tǒng)開始執(zhí)行任務(wù)時處于狀態(tài)i 的概率，n 為系統(tǒng)在開始執(zhí)行任務(wù)時的狀態(tài)數(shù)目;D 為可信性矩陣，表示系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)期間的隨機狀態(tài)，D=(dij)n×n，其中dij為系統(tǒng)開始執(zhí)行任務(wù)時處于狀態(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］強調(diào)了對系統(tǒng)完成任務(wù)最有影響的是最終狀態(tài)，C =(cij)n×n認為初始狀態(tài)和最終系統(tǒng)完成任務(wù)時所處的狀態(tài)是相關(guān)的，對系統(tǒng)完成任務(wù)都有影響，要根據(jù)實際狀況對完成任務(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，可用性向量表達式為

式中:a1表示裝備開始執(zhí)行任務(wù)時處于正常工作狀態(tài)的概率;a2表示裝備開始執(zhí)行任務(wù)時處于故障狀態(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間;MTTR 為手持式光電偵察裝備平均修復(fù)時間;λ 為故障率;μ 為修復(fù)率。

因此，可用性向量表達式為

3.2 可信性矩陣D

手持式光電偵察裝備在執(zhí)行任務(wù)過程中，仍然有兩個狀態(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)過程中，一旦裝備出現(xiàn)故障，操作人員無法依靠現(xiàn)場工具進行維修，所以可信性矩陣簡化為

3.3 能力向量C

系統(tǒng)的能力與在執(zhí)行任務(wù)時所處的狀態(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。對于單兵光電偵察裝備來講，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 個方面描述:

1)偵察能力，由識別概率Pd表征;

2)激光測距能力，由測距成功率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)這些能力同時具備時，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:

用兩類性能有差異的單兵光電偵察裝備(編號為1 和2)分別進行作戰(zhàn)效能試驗，試驗數(shù)據(jù)見表3.

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

通過對兩類裝備試驗數(shù)據(jù)處理，得出的作戰(zhàn)效能與實際使用是相符的。

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

4 結(jié)論

本文對單兵光電偵察裝備如何開展作戰(zhàn)效能試驗提出了基本思路和試驗方案，并采用ADC 法進行了效能評估，通過兩類裝備作戰(zhàn)效能試驗比較，證明了整個作戰(zhàn)效能試驗是可行的。當(dāng)然，要形成一個完善的作戰(zhàn)效能試驗體系，還需在指標體系構(gòu)建、指標關(guān)聯(lián)性分析與處理、無量綱化處理、固有能力分析與建模、作戰(zhàn)環(huán)境復(fù)雜性、評價準則等幾方面進一步研究。

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