李 杰, 朱 勇

一種武器裝備體系組合試驗(yàn)驗(yàn)證與評(píng)估方法

李 杰, 朱 勇

(昆明船舶設(shè)備研究試驗(yàn)中心, 云南 昆明, 650051)

針對(duì)武器裝備體系試驗(yàn)驗(yàn)證存在的完整體系試驗(yàn)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(yàn)組合驗(yàn)證思路, 將體系試驗(yàn)分解成多個(gè)串聯(lián)的試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié), 各試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)可在不同試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行或通過仿真推演實(shí)現(xiàn)。經(jīng)推導(dǎo)得出, 體系組合試驗(yàn)驗(yàn)證等效的關(guān)鍵在于試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)的馬爾可夫性, 歸納并提出了試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)馬爾可夫性的關(guān)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(yàn)驗(yàn)證的評(píng)估方法。文中方法可滿足武器裝備體系試驗(yàn)驗(yàn)證與評(píng)估需要。

武器裝備體系; 組合驗(yàn)證; 馬爾可夫性

0 引言

武器裝備體系是按照建設(shè)信息化軍隊(duì)、打贏信息化戰(zhàn)爭(zhēng)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(lián)系、性能上相互補(bǔ)充的各種武器裝備系統(tǒng)按一定結(jié)構(gòu)綜合集成的更高層次的武器裝備系統(tǒng)。武器裝備體系具有自己的特點(diǎn), 最典型的特點(diǎn)是整體性和對(duì)抗性。信息化戰(zhàn)爭(zhēng)條件下的武器裝備體系研究的核心與重點(diǎn)應(yīng)該是其內(nèi)部系統(tǒng)之間的相互關(guān)系, 以及通過這些相互關(guān)系體現(xiàn)出的整體涌現(xiàn)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(shí)代的武器裝備主要是通過信息建立起互相的聯(lián)系和作用[1-4]。

武器裝備體系的建立必須進(jìn)行科學(xué)論證。通過在測(cè)試手段齊全的試驗(yàn)基地開展攻防試驗(yàn), 以研究武器裝備實(shí)戰(zhàn)條件下的作戰(zhàn)效能, 是和平時(shí)期檢驗(yàn)武器裝備作戰(zhàn)效能的一個(gè)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(tái)與裝備協(xié)同、跨領(lǐng)域跨軍種聯(lián)合等特性, 造成試驗(yàn)實(shí)施復(fù)雜、兵力調(diào)動(dòng)困難, 單一試驗(yàn)基地難以滿足試驗(yàn)需求, 因此難以通過完整的體系試驗(yàn)方式對(duì)其體系效能進(jìn)行驗(yàn)證與評(píng)估[5-10]。武器裝備體系效能的驗(yàn)證與評(píng)估普遍采用仿真推演方式進(jìn)行。

仿真推演結(jié)果的準(zhǔn)確性依賴于仿真模型的逼真性?；谖淦餮b備特性和試驗(yàn)數(shù)據(jù), 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(xiàn)性, 加之體系試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(yàn)驗(yàn)證與評(píng)估方法研究, 在完整體系試驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)的情況下找到一種解決途徑, 以彌補(bǔ)仿真推演的缺陷。

1 體系組合試驗(yàn)驗(yàn)證思路

針對(duì)完整體系試驗(yàn)較難開展的現(xiàn)狀, 文中提出了一種對(duì)體系試驗(yàn)進(jìn)行分解, 分階段/環(huán)節(jié)開展組合試驗(yàn)驗(yàn)證的思路。

仿真推演過程可以看作是1個(gè)復(fù)雜仿真軟件的運(yùn)行, 假定在該軟件中設(shè)置1個(gè)斷點(diǎn), 即運(yùn)行到該斷點(diǎn)時(shí), 仿真暫停, 點(diǎn)擊繼續(xù), 則仿真軟件繼續(xù)執(zhí)行, 且與不設(shè)斷點(diǎn)的最終仿真推演結(jié)果保持一致?？梢灾庇^地認(rèn)為該斷點(diǎn)將仿真推演劃分為2個(gè)串聯(lián)環(huán)節(jié), 而這2個(gè)串聯(lián)環(huán)節(jié)與整個(gè)仿真推演結(jié)果保持一致的關(guān)鍵在于, 前一個(gè)環(huán)節(jié)的輸出要與后一個(gè)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(gè)環(huán)節(jié), 同時(shí)又由于每個(gè)環(huán)節(jié)的輸入, 僅受限于前一個(gè)環(huán)節(jié)的輸出, 而與之前環(huán)節(jié)的結(jié)果不直接相關(guān), 這就是分環(huán)節(jié)仿真推演的馬爾可夫性。這為體系試驗(yàn)的分解提供了一種出路, 即只要保證各試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)的輸入與前一個(gè)試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)的輸出一致, 就可以將體系試驗(yàn)分解成多個(gè)串聯(lián)的試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)。

一般地, 從便于組織實(shí)施試驗(yàn)的角度, 可以將每個(gè)獨(dú)立的攻防過程劃分為1個(gè)試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)。由于試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)的馬爾可夫性, 各個(gè)試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)可以在不同試驗(yàn)場(chǎng)(如水下武器試驗(yàn)場(chǎng)、空中武器試驗(yàn)場(chǎng))進(jìn)行, 若實(shí)在難以實(shí)施的, 仍可通過仿真推演實(shí)現(xiàn)。不同試驗(yàn)場(chǎng)或仿真推演的試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié), 依靠控制輸入-輸出關(guān)系銜接, 主要包括試驗(yàn)態(tài)勢(shì)、平臺(tái)戰(zhàn)損情況(機(jī)動(dòng)性能、信息鏈路、武器系統(tǒng)等影響)、武器裝備存量與可用情況等。武器裝備體系試驗(yàn)分解示意如圖1所示。

圖1 武器裝備體系試驗(yàn)分解示意圖

用數(shù)學(xué)模型表示如下。

由試驗(yàn)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(gè)試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)的輸入與體系試驗(yàn)輸入保持一致(即式(3)), 同時(shí)保證各試驗(yàn)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(yàn)階段/環(huán)節(jié)最終結(jié)果(輸出)與體系試驗(yàn)結(jié)果(輸出)一致(即式(7))。

因此, 體系組合試驗(yàn)驗(yàn)證的關(guān)鍵在于如何保證前后環(huán)節(jié)的輸入輸出對(duì)應(yīng)關(guān)系, 即試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)的馬爾可夫性, 尤其是在不同試驗(yàn)場(chǎng)及仿真試驗(yàn)組合可能存在坐標(biāo)系選取、試驗(yàn)平臺(tái)和試驗(yàn)條件等差異的情況下。

2 各試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)馬爾可夫性

針對(duì)同一武器裝備體系, 影響其體系效能的主要因素是試驗(yàn)態(tài)勢(shì)、平臺(tái)戰(zhàn)損情況(機(jī)動(dòng)性能、信息鏈路、武器系統(tǒng)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(yàn)階段/環(huán)節(jié)的馬爾可夫性的關(guān)鍵因素, 需要重點(diǎn)研究。

2.1 試驗(yàn)態(tài)勢(shì)

基于試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)的馬爾可夫性, 前一個(gè)試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)結(jié)束時(shí)的試驗(yàn)態(tài)勢(shì)(輸出態(tài)勢(shì)), 是下一個(gè)試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)開始的試驗(yàn)態(tài)勢(shì)(輸入態(tài)勢(shì)), 這2個(gè)試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)可以是不同類型試驗(yàn)場(chǎng)的試驗(yàn)組合, 還可以是仿真推演試驗(yàn)與試驗(yàn)場(chǎng)試驗(yàn)的組合。出于不同考慮, 不同的試驗(yàn)場(chǎng)和仿真推演可能選取不同的坐標(biāo)系, 如WGS-84坐標(biāo)系、通用橫墨卡托(universal transverse Mercartor, UTM)平面投影坐標(biāo)系、北京54坐標(biāo)系和直角坐標(biāo)系, 因此, 在將輸出態(tài)勢(shì)轉(zhuǎn)化為下一個(gè)輸入態(tài)勢(shì)時(shí), 需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。具體坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式可以參見文獻(xiàn)[11]中的相關(guān)內(nèi)容。

2.2 平臺(tái)戰(zhàn)損情況

平臺(tái)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(tái)因戰(zhàn)受損情況, 如機(jī)動(dòng)性能、信息鏈路(探測(cè)、預(yù)警、指控等)和武器系統(tǒng)等。機(jī)動(dòng)性能戰(zhàn)損情況是指因作戰(zhàn)平臺(tái)受損而導(dǎo)致的平臺(tái)機(jī)動(dòng)能力下降, 影響到平臺(tái)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(tái)受損而導(dǎo)致的探測(cè)與預(yù)警性能下降, 指控不暢以致武器裝備無法協(xié)同作戰(zhàn)等。武器系統(tǒng)戰(zhàn)損情況是指因作戰(zhàn)平臺(tái)受損而導(dǎo)致部分武器系統(tǒng)功能喪失, 或者使用不靈的情況。打個(gè)比方, 機(jī)動(dòng)性能是作戰(zhàn)平臺(tái)的“腿”, 信息鏈路是作戰(zhàn)平臺(tái)的“耳朵、眼睛、大腦”, 武器系統(tǒng)就是作戰(zhàn)平臺(tái)的“拳頭”。

機(jī)動(dòng)性能戰(zhàn)損情況主要體現(xiàn)在作戰(zhàn)平臺(tái)的最大速度限制上, 文中試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)初始的最大機(jī)動(dòng)速度限制等于上個(gè)階段/環(huán)節(jié)結(jié)束的最大機(jī)動(dòng)速度限制, 即

信息鏈路戰(zhàn)損情況主要體現(xiàn)在作戰(zhàn)平臺(tái)的探測(cè)和預(yù)警距離, 以及武器協(xié)同作戰(zhàn)效率上, 即

武器系統(tǒng)戰(zhàn)損情況主要體現(xiàn)在作戰(zhàn)平臺(tái)的各武器系統(tǒng)實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)可用的情況。

武器裝備存量主要體現(xiàn)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(xiàn)在武器裝備的裝填狀態(tài)或者作戰(zhàn)反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)短上, 即

3 同一試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)特殊情況

由于時(shí)間上的重疊, 在某個(gè)不可分割的試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)中, 2類以上攻防(如水下、空中)可能同時(shí)進(jìn)行, 而由于各試驗(yàn)場(chǎng)的試驗(yàn)?zāi)芰ο拗? 只能分散到2個(gè)以上試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn), 這是體系組合驗(yàn)證試驗(yàn)可能遇到的問題, 如何保證該試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)的試驗(yàn)結(jié)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(duì)獨(dú)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(tái)的, 因此作戰(zhàn)平臺(tái)的試驗(yàn)態(tài)勢(shì)及其變化規(guī)律必須一致(任一時(shí)刻), 包括攻防態(tài)勢(shì)和機(jī)動(dòng)策略, 即

3) 作戰(zhàn)平臺(tái)受損情況是疊加關(guān)系, 如果作戰(zhàn)平臺(tái)在時(shí)刻因水下攻防而受損, 則其也應(yīng)同步反映在空中攻防中, 即

4) 因?yàn)樗隆⒖罩泄シ涝谖淦餮b備上相對(duì)獨(dú)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(guān)系, 只需在輸出端將2種情況疊加即可, 即

通過上述方式, 實(shí)現(xiàn)在2個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)同步進(jìn)行試驗(yàn), 通過試驗(yàn)態(tài)勢(shì)、平臺(tái)戰(zhàn)損情況、武器裝備存量與可用情況的控制, 與同一試驗(yàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果等效, 滿足體系試驗(yàn)對(duì)各試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)的要求。

4 體系組合試驗(yàn)驗(yàn)證評(píng)估方法

針對(duì)上述體系組合試驗(yàn)驗(yàn)證方法, 開展評(píng)估方法研究。

第個(gè)試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)的各因素狀態(tài)變化為

根據(jù)體系組合試驗(yàn)驗(yàn)證方法可知

假定裝備體系效能評(píng)估方法采用的模型為

舉例說明體系組合試驗(yàn)驗(yàn)證評(píng)估方法的過程。假定將某個(gè)完整武器裝備體系試驗(yàn)分解為探測(cè)、進(jìn)攻、對(duì)抗和毀傷4個(gè)試驗(yàn)階段進(jìn)行組合試驗(yàn)驗(yàn)證, 每個(gè)試驗(yàn)階段造成的試驗(yàn)態(tài)勢(shì)、平臺(tái)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(yàn)階段對(duì)各因素狀態(tài)變化貢獻(xiàn)如表2所示。

表1 武器裝備體系試驗(yàn)各階段狀態(tài)變化量

表2 某武器各試驗(yàn)階段狀態(tài)變化貢獻(xiàn)

根據(jù)專家打分結(jié)果, 三因素權(quán)重為[0.3, 0.5, 0.2], 則

5 結(jié)束語

針對(duì)武器裝備體系試驗(yàn)驗(yàn)證存在的完整體系試驗(yàn)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(yàn)分解成多個(gè)串聯(lián)的試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié), 各試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)可在不同試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行或仿真推演實(shí)現(xiàn)的體系試驗(yàn)組合驗(yàn)證思路。經(jīng)推導(dǎo), 體系組合試驗(yàn)驗(yàn)證等效的關(guān)鍵在于試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)的馬爾可夫性, 歸納并提出了試驗(yàn)態(tài)勢(shì)、平臺(tái)戰(zhàn)損情況、武器裝備存量與可用情況等試驗(yàn)階段/環(huán)節(jié)馬爾可夫性的關(guān)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(yàn)驗(yàn)證的評(píng)估方法。文中提出的武器裝備體系組合試驗(yàn)驗(yàn)證與評(píng)估方法, 原理清晰、方法可行、實(shí)現(xiàn)方式明確, 可滿足武器裝備體系試驗(yàn)驗(yàn)證與評(píng)估需要。下一階段將結(jié)合武器裝備體系試驗(yàn)開展相關(guān)試驗(yàn)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證與評(píng)估工作, 最終形成武器裝備體系試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范, 以期指導(dǎo)武器裝備體系試驗(yàn)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(jí)工程師, 主要研究方向?yàn)樗潞叫衅髟囼?yàn)研究與評(píng)估技術(shù).

(責(zé)任編輯: 楊力軍)