悬浮式深弹反鱼雷武器系统作战效能试验评估方法*

田恒斗，侯宝娥，赵红光，杨绪升

（解放军91439部队，辽宁 大连 116041）

悬浮式深弹反鱼雷武器系统作战效能试验评估方法*

田恒斗，侯宝娥，赵红光，杨绪升

（解放军91439部队，辽宁 大连 116041）

针对悬浮式深弹反鱼雷武器系统的组成及使用特点，提出了对该系统作战效能进行试验评估的基本思路，并依据WSEIAC方法基本原理，构建了定量评估该系统作战效能的基本模型，又通过分析模型中各参数的物理含义及其与系统战术技术指标和使用性能指标间的关系，得出了利用试验鉴定中获取的数据评估系统作战效能的工程化模型。以此为对该武器系统的作战效能进行试验评估探索一种便捷方法。

悬浮式深弹，作战效能，试验评估，WSEIAC模型

引言

鱼雷武器自从诞生起就对水面舰船构成了巨大威胁，因此，如何有效防御和抗击鱼雷也一直是世界各国研究的热点。不过，由于鱼雷防御作战涉及因素众多技术难度大，在很长一段时间内，水面舰船对鱼雷的抗击仅有声诱饵、气幕弹等软对抗手段［1］。然而，随着鱼雷自导系统智能化程度的不断提高，特别是尾流自导鱼雷的大量装备，传统的水声对抗手段已难以形成有效的防御能力［2］。因此，各国海军普遍开始重视研发旨在直接摧毁来袭鱼雷的硬杀伤式对抗技术，其中以俄罗斯海军已装备的反鱼雷深弹和美英等国正在发展的反鱼雷鱼雷最具代表性。在此背景下，我国也加紧了悬浮式深弹反鱼雷武器系统相关技术和装备的研发［3-7］。在装备研制过程中，试验鉴定是不可缺少的重要环节，而传统的试验主要针对武器系统基本功能和能力等性能指标的考核，较少涉及系统作战效能的评价。但武器装备的作战效能，即武器装备在规定作战条件下完成预期作战任务的能力，是对武器装备的最本质要求。准确评价其作战效能是进行武器装备全寿命周期效费管理的重要依据，对指导部队作战使用也具有重要意义。同时，对系统作战效能进行试验评价，也是武器装备试验鉴定工作的重要发展趋势［8］。

鉴于此，本文提出了一种基于试验中获取的性能指标数据，评估悬浮式深弹反鱼雷武器系统作战效能的基本思路。并针对其中评估模型构建这一关键问题，依据WSEIAC效能评估模型的基本原理，结合系统自身特点，提出了定量评估其作战效能的基本模型，又通过分析模型中各参数的物理含义及其与系统性能指标间的关系，得出了简洁的工程化评估模型。以此为试验鉴定过程中，全面科学地评估该武器系统作战效能提供一种方法。

1 系统组成及其作战过程

为便于下文论述，首先将悬浮式深弹反鱼雷武器系统的组成及作战过程简介如下。该武器系统主要由鱼雷报警声纳、火控设备、发控设备、发射装置（包括随动设备和发射炮）、悬浮式深弹等部分组成，并通过作战系统以太网与本舰作战指控系统、导航、水文气象、火力兼容控制等系统交互信息［4］，如图1所示。

图1 系统组成及接口关系示意图

该武器系统基本作战过程如下：

（1）鱼雷报警声纳探测到来袭鱼雷，发出鱼雷报警信号并向指控系统和火控设备发送来袭鱼雷的方位和估计距离等信息；

（2）火控设备根据这些信息，并综合本舰导航和水文气象信息，形成拦截来袭鱼雷的作战方案，输出各枚悬浮式深弹的射击诸元；

（3）发控设备和发射装置根据射击诸元控制发射悬浮式深弹；

（4）悬浮式深弹入水后开始工作，在鱼雷来袭航向上形成拦截阵；

（5）在悬浮式深弹的有效工作时间内，当鱼雷穿过该拦截阵时，声引信在鱼雷和深弹最近距离处启爆战斗部，毁伤来袭鱼雷。

2 系统作战效能试验评估的基本思路

目前的试验鉴定工作中，一般都对照武器装备研制总要求，对其战术技术性能指标和使用性能指标进行较为充分和全面的考核，获取大量有效数据，利用这些数据评估其作战效能应是高效的途径。据此，本文提出如图2所示的一种基本思路，即将试验中获取的各种有效数据作为变量输入到系统作战效能评估模型中，通过模型运算输出对该系统作战效能评估的定量结果。

图2 作战效能试验评估基本思路示意图

显然，该方法能否科学全面地评估出武器系统的作战效能，关键在于效能评估模型的构建，以及如何将模型中的相关因素与试验中获取的指标数据建立联系。为此，下文对模型构建及其关联指标展开进一步分析。

3 系统作战效能评估模型

3.1 WSEIAC效能评估模型基本原理

WSEIAC效能评估模型又称为ADC法，是美国工业界武器系统效能咨询委员会提出的一个武器系统效能模型。该模型从系统效能的定义出发建立模型，能鲜明反映武器系统效能的物理本质，其运算获得的评估值及其中间参数与武器装备的实际作战效果及过程之间具有显著的物理拟合性，且在工程应用上较为简便、灵活，在美欧国家得到了普遍重视与应用。GJB1364-92《装备费用效能分析》也将该评估模型作为系统效能的典型模型引入［9］。故本文也选用WSEIAC模型作为基本模型。该模型中系统效能E的基本定义为：

其中，A为可用性向量，是武器装备在任务开始时状态的描述，由该时刻装备处于所有可能状态的概率组成。若有n种状态，则AT=（a1，a2，…an），又n种可能的状态构成样本空间，因而

［D］为可信性矩阵，是装备在执行任务过程中所处状态的描述。若任务开始时刻装备共有n种可能状态，则在执行任务过程中可能出现n×n种状态转化。因此，［D］是一个阶方阵，即

dij即任务开始时刻处于第i种状态，而在执行任务过程中转化为第j种状态的概率。显然，该矩阵中的每一行向量满足：

［C］为能力矩阵，是装备完成规定任务能力的描述，通常用完成任务的概率表示。对于担负有m项使命任务的装备，其能力矩阵是一个n×m阶矩阵，即

式中，cij即装备处于第i种状态时完成第j项任务的概率。如武器装备只负有一项使命任务，此时能力矩阵即简化为一向量。

3.2 悬浮式深弹武器系统作战效能评估基本模型

由前述悬浮式深弹反鱼雷武器系统组成及其作战过程可见，该系统是一种典型的串联关系，只有各子系统和设备全部正常运行时，才能执行拦截鱼雷作战任务。故其可用性状态可划分为正常和故障两种基本状态。又该系统的作战任务仅有拦截鱼雷一项，即效能指标仅有一项，则其能力矩阵也就简化为二元向量。据此，对这一具有两种状态、单一任务的武器系统，其作战效能评估的基本模型可表示为：

则对该武器系统的作战效能试验评估问题即转化为寻求式（6）中各参数与试验中获取的系统性能指标数据间对应关系问题。

4 评估模型的关联指标

4.1 可用性向量AT的关联指标

可用性向量A中，a1表示任务开始时该系统处于“正常工作”状态的概率，a2则表示任务开始时系统处于“故障”状态的概率，显然a2=1-a1。前述研究已表明该武器系统为典型的串联系统，则可用度参数a1可表示为：

式中，A1为鱼雷报警声纳的可用度参数；A2为火控设备的可用度参数；A3为发控设备的可用度参数；A4为发射装置的可用度参数；R5为悬浮式深弹的装载可靠度参数，是悬浮式深弹在规定的装载条件和装载时间内，保持规定功能的概率，从其任务剖面看，即悬浮式深弹从装载上舰至点火发射，这一时间段内保持正常技术状态的概率。

在不考虑由于管理保障等因素造成的维修延误时间的条件下，各可用度参数可表示为［8］：

式中，MTBFi为第i项设备的平均故障间隔时间；MTTRi为第i项设备的平均修复时间。

显然，式（8）中的MTBF、MTTR，以及悬浮式拦截弹的装载可靠度R4在研制任务书中有明确规定，同时在系统单机试验、设计定型试验中均应考核鉴定。因此，在该系统作战效能评估中可直接引用相关数据，计算得到系统的实际可用度参数。

4.2 可信性矩阵［D］的关联指标

可信性矩阵［D］中，d11代表作战过程中系统保持正常工作的概率，d12代表作战过程中发生故障的概率，d21代表在任务过程中得到修复的概率，d22代表作战开始时刻系统处于故障状态且在任务过程中不能修复的概率。

在系统作战过程中，鱼雷报警声纳发现目标后，系统拦截鱼雷作战的时间窗口仅有数分钟［5］。而火控、发控、发射装置等设备发生单一电气故障时，其维修时间通常也需半小时以上。故在作战过程中该系统是不可修复的，即d21=0、d22=1。d11为系统作战过程中的任务可靠度，可表示为系统任务可靠度Rs和悬浮式拦截弹实航工作可靠度Rc的乘积，即d11=Rs×Rc，又根据式（4），d12=1-d11。则可信性矩阵［D］可表示为，

式中Rs、Rc也是试验鉴定中重点考核的战术使用性能指标，同样可直接引用相关试验数据。

如进一步考虑在执行任务过程中，系统任务可靠度Rs随时间推移发生变化，则根据串联系统的可靠度模型：

式中，Ri（t）为第i项设备的可靠度。又通常认为各设备的寿命服从指数分布，即

式中，λ为故障率，可近似为λ=1/MTBF［8］。则将式（11）带入式（10）即得：

4.3 能力向量［C］的关联指标

能力向量［C］中，c1为系统“正常”工作状态下拦截鱼雷的成功概率，c2为系统“故障”状态下拦截鱼雷的成功概率，显然c2=0。而从系统作战过程可见，c1可表示为鱼雷报警声纳发现目标的概率cf和系统发射拦截弹后毁伤鱼雷概率cd的乘积。则能力向量［C］为：

声纳发现概率cf在声纳系统定型试验中获取。而受试验的成本、周期等因素制约，对鱼雷的毁伤概率cd难以通过大量的拦截实航鱼雷试验获取，通常结合仿真试验考核［7］。故为提高作战效能评估结果的可信度，仿真试验中涉及的系统反应时间、深弹落点散布、毁伤半径等战术技术性能参数均应引用定型试验中获取的实测值，同时还应融入不同战场态势、不同战场环境、以及敌我对抗等因素，以使仿真试验获取的cd值更准确的反映系统实际作战效果。

4.4 系统作战效能评估的工程化模型

综合式（6）～式（13）可得，试验评估悬浮式深弹反鱼雷武器系统作战效能的工程化模型如下，

如考虑系统任务可靠度Rs的时变性带来的系统作战效能随时间的变化，则上述工程化模型可表示为：

显然，式（11）和式（15）中的各参数均为通过试验或仿真试验可直接获取的战术技术性能指标和使用性能指标数据。由此即初步实现了基于悬浮式深弹反鱼雷武器系统试验鉴定数据评估其作战效能。

5 结束语

针对当前试验鉴定中，对武器系统作战效能考核评价的欠缺，本文初步探讨了一种基于试验获取的性能指标数据，评估武器系统作战效能的基本方法。并结合WSEIAC效能评估方法的基本原理和悬浮式深弹反鱼雷武器系统的自身特点，提出了定量评估该系统作战效能的基本模型，又通过分析模型中各参数的物理含义及其与系统性能指标间的关系，得出了一种较为简洁的工程化评估模型。研究结果可为开展武器系统作战效能试验评估工作提供一定参考。

当然，作为初步研究，文中提出的武器系统作战效能试验评估方法和模型都还需不断完善，如现有研究主要针对武器系统自身，而人的因素、管理保障因素等对作战效能的影响都有待进一步探讨。

［1］黄 鑫，马曲立，曹 阳.水面舰艇鱼雷防御系统近期发展趋势［J］.舰船科学技术，2011，33（2）：10-13.

［2］田恒斗，金良安，迟 卫.尾流自导鱼雷对抗技术现状与研究［J］.火力与指挥控制，2010，35（10）：36-39.

［3］王国伟.鱼雷报警与拦截技术研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工程大学，2003.

［4］陈春玉.反鱼雷技术［M］.北京：国防工业出版社，2006.

［5］姚奉亮，贾 跃，丁 贝.悬浮式深弹拦截不确定型鱼雷作战模型研究［J］.鱼雷技术，2011，19（1）：63-67.

［6］樊洪港，吴晓海，尤廷悦.悬浮式深弹反鱼雷系统作战效能分析［J］.舰船电子工程，2009，29（10）：44-47.

［7］赵向涛，李文哲，寇 祝.悬浮式深弹拉截鱼雷射击区域分析［J］.四川兵工学报，2011，32（11）：20-22.

［8］杨榜林，岳全发.军事装备试验学［M］.北京：国防工业出版社，2002.

［9］武小悦，刘 琦.装备试验与评价［M］.北京：国防工业出版社，2008.

The Operational Effectiveness Test and Evaluation of Hovering Depth Charge Anti-Torpedo Weapon System

TIAN Heng-dou，HOU Bao-e，ZHAO Hong-guang，YANG Xu-sheng
（Unit 91439 of PLA，Dalian 116041，China）

Considering the compositional and operational characteristics of hovering depth charge anti-torpedo weapon system，a quantitative evaluation model of this weapon's operational effectiveness is proposed based on the basic theory of WSEIAC method.Furthermore，to evaluate the operational effectiveness in the evaluation test，a simple model is presented by analyzing each parameter's physical meaning in above evaluation model，and also the relationship between the parameters and the weapon system's tactical technical index and performance index.

hovering depth charge，operational effectiveness，test and evaluation，WSEIAC model

TJ65

A

1002-0640（2014）09-0122-04

2013-07-05

2013-09-07

海军专项科研基金资助项目

田恒斗（1981- ），男，山东淄博人，博士。研究方向：作战系统试验总体技术等领域的研究。