基于改进ADC模型的某型两栖突击车作战效能评估*

刘 闯 陈松辉

(海军陆战学院 广州 510430)

基于改进ADC模型的某型两栖突击车作战效能评估*

刘 闯 陈松辉

(海军陆战学院 广州 510430)

在传统ADC模型的基础上,通过分析对抗条件下战场环境的对抗效能及加入修正因子,提出一种改进的ADC模型,建立某型两栖突击车作战效能评估指标体系;通过利用计算机仿真生成实战环境下动态变量,计算平均效能值,使效能评估的结果更科学和符合实战的效果。

改进ADC模型; 两栖突击车; 作战效能; 评估

Class Number TP391

1 引言

作战效能评估是衡量武器系统关于作战能力的一种度量,是从总体上描述一种武器在特定作战环境下完成预定作战任务的实际能力[1],是武器研制、使用武器所追求的总目标。某型两栖突击车作战效能评估是从两栖突击车战术使用角度,对武器系统作战效能的一种定量表达方式,是登陆作战或岛礁作战中两栖装甲装备火力运用的主要依据,其现实意义是不言而喻的。

2 ADC作战效能模型

ADC效能模型是20世纪60年代中期美国工业界武器系统效能咨询委员会(WSEIAC)提出的面向武器系统效能进行评估的方法[2]。该模型在武器系统级或战技指标评估领域得到了广泛的应用,并且取得了很多有针对性的成果。ADC方法进行效能评估的基本原理可以概括为:首先对影响待评估武器系统完成所赋予使命任务起重要作用的三个性能要素A,D,C进行分析;然后按照A,D,C三者之间的依存关系,确定它们之间的藕合方式;最后,根据公式E=A·D·C求算该武器系统完成所赋予使命任务的能力,即通常意义上的该武器系统的作战效能值[3]。两栖突击车作战效能是指系统在作战条件下,完成一定作战任务要求程度的量度,是两栖突击车系统的可用性(Availability)、可信性(Dependability),作战能力(Capability)的函数。作战过程是人与系统、环境等因素交互的过程。目前,大量对武器系统的效能评估都是基于理想状态下的理论分析,还没有一种通用的模型来反映大量的随机因素。故在综合考虑实际作战过程的基础上,对进攻条件下两栖突击车系统作战效能评估体系进行初步分析,对传统的ADC模型进行改进和拓展,利用计算机仿真的方法模拟实战条件下对两栖突击车系统效能指标的影响。

3 改进的ADC作战效能模型

由于两栖突击车在攻防对抗条件下各种突防和毁伤能力对作战效能影响较大。为计入战场环境变化对武器系统作战效能的影响,把两栖突击车在攻防对抗的战场环境下完成规定任务的能力称之为作战效能[4],由两部分组成: 1) 系统自身的基本作战效能Eb,即A,D,C的乘积; 2) 战场环境对抗效能Ec,可用射前的生存能力Ps和攻击目标的机动能力(机动可靠性)Pk来度量。在实际作战运用中,研究两栖突击车的作战效能还要考虑以下两个方面因素:一是环境因素,天气的好坏、风浪及潮汐的大小都对两栖突击车的机动和瞄准精度造成影响,进一步会影响到对目标的命中概率和杀伤概率;二是人的因素,指挥人员和操作人员的心理素质、技术素质在作战过程中对战斗的结果也起着决定性的作用。则两栖突击车改进的ADC的作战效能模型可表示为

(1)

δi(i=1,2,3)为诸修正因子。δ1为环境因子,δ2为人员心理素质因子,δ3为人员技术素质因子。其中δ1,δ2属于外延不确定的参数,o<δ1<1,o<δ2≤1,δ3是由操纵人员的平均技术水准决定的设计值,当人员素质更高时,可能达到超过设计指标的操纵质量,因而δ3可大于1[5]。

根据上述模型,两栖突击车系统在作战使用时战场环境与作战效能的关系可归结为六个评估要素,其相互关系如图1所示。

图1 评估要素关系图

4 作战效能指标的计算

4.1 两栖突击车系统可用性向量A

系统的可用性是表示待评估武器系统的可用度(有效性)指标,是对系统在开始执行任务时处于可工作状态或可承担任务状态程度的量度,通常用该系统在开始执行任务时处于可工作状态或可承担任务状态的概率表示。两栖突击车系统可分为防护子系统、火控子系统、行动子系统。在完成作战任务的过程中,防护子系统出现故障的可能性几乎不存在,因此只需考虑火控子系统、行动子系统的故障率对系统投入运行状态的影响。开始执行任务时两栖突击车系统的行动子系统和火控子系统都有“工作”和“故障”这两种状态,所以两栖突击车系统共有四种初始状态,如表1所示。

表1 两栖突击车的四种初始状态

设系统处于以上四种状态下的概率分别为a1、a2、a3、a4,则系统的可用度为

A=[a1,a2,a3,a4]

(2)

若MTBFX为行动子系统平均故障间隔时间,MTTRX为行动子系统的平均故障维修时间,λ1为行动子系统的平均故障率,μ1为行动子系统的维修率;设MTBFH火控子系统平均故障间隔时间,MTTRH为火控子系统的平均故障维修时间,λ2为火控子系统的平均故障率,μ2为火控子系统维修率;设行动子系统和火控子系统的可用度分别为aX、aH,则

(3)

(4)

因行动与火控子系统构成的系统完好性是串联关系,可得:

(5)

(6)

(7)

(8)

4.2 两栖突击车系统的可信性矩阵D

由上述分析可知,两栖突击车系统在作战过程中有四个状态,且在战斗过程中,故障一般都无法维修,即子系统由故障状态转移到工作状态,因此,两栖突击车系统的可信性矩阵是一个4×4的上三角矩阵:

(9)

式中dij(i=1,2,3,4;j=1,2,3,4)为系统由状态i转移到状态j的概率。

设两栖突击车行动子系统和火控子系统的故障分布均服从指数分布,两栖突击车进行攻击的时间为T,得出每个系统在进行攻击期间的可信度为

RX=e-λ1T

(10)

RH=e-λ2T

(11)

期间两个系统故障均不可修复,即μ1=0,μ2=0,子系统由故障状态转移到正常工作状态的概率为零,可得

d11=RX×RH=e-λ1T·e-λ2T=e-(λ1+λ2)T

(12)

d12=RX×(1-RH)=e-λ1T·(1-e-λ2T)

(13)

d13=(1-RX)×RH=(1-e-λ1T)·e-λ2T

(14)

d14=(1-RX)×(1-RH)=(1-e-λ1T)·(1-e-λ2T)

(15)

d22=RX×1=e-λ1T

(16)

d23=(1-RX)×0=0

(17)

d24=(1-RX)×1=1-e-λ1T

(18)

d33=1×RH=e-λ2T

(19)

d34=1×(1-RH)=1-e-λ2T

(20)

d44=1×1=1

(21)

4.3 两栖突击车系统能力向量C

作战能力是武器系统的固有能力,能力向量C是对系统在各种不同状态条件下完成所赋予使命任务能力的量度,在很大程度上由所评价的装备系统的目标、任务以及系统的特性来确定[6]。两栖突击车系统的能力指消灭目标的能力,即对抗最终结果敌目标被消灭的概率。可确定能力矩阵C:

C=[c1,c2,c3,c4]T

(22)

其中,ci表示两栖突击车系统在执行任务过程中,在状态i下完成任务的概率。令两栖突击车系统发现目标的概率为Pf,命中目标的概率为Pm,毁伤目标的概率Ph,所以ci=Pf(i)·Pm(i)·Ph(i)。由实际情况可得c1=Pf·Pm·Ph,c2=c3=c4=0。

4.3.1 两栖突击车命中目标的概率Pm

命中概率是预期命中弹数与发射弹数的比值,主要受射击距离、瞄准点位置、目标大小、弹丸弹道特性等因素影响。这里主要采用多项式计算命中概率[7],其表达式为

Pm=k0+k1×D+k2×D2+k3×D3+k4×D4

(23)式中ki为系数,D为射击距离(km)。由文献[7]中可查得:k0=0.867492,k1=0.588854,k2=-0.78919,k3=0.28108,k4=-0.033861,则

Pm= 0.867492+0.588854×D-0.78919×D2

+0.28108×D3-0.033861×D4

(24)

4.3.2 两栖突击车毁伤目标的概率Ph

毁伤概率是命中目标时目标被摧毁的概率[8]。主要受弹丸威力、目标防护力、命中部位等因素影响。假设目标无毁伤积累,两栖突击车对单目标的毁伤概率表达式为

(25)

式中ω表示毁伤目标所需的炮弹命中数的属性期望,即平均必须命中数;n为炮弹数。

4.4 两栖突击车生存概率Ps

两栖突击车生存概率为其未被发现的概率和被发现而未被毁伤的概率之和[9],因此,两栖突击车在机动过程中的生存概率的计算公式为

(26)

+0.102283×D3-0.018042×D4

(27)

=1-[1-(1.297198-0.719959×D-0.037356

×D2+0.102283×D3-0.018042×D4)/ω]n

(28)

4.5 两栖突击车机动可靠性Pk

两栖突击车机动可靠性Pk是其机动能力的体现,主要表现在行动子系统的可靠性,由式(10)可得:

Pk=RX=e-λ1T

(29)

5 计算机仿真实现

由于两栖突击车系统在不同的距离上对目标的发现、命中、毁伤概率不同,对两栖突击车系统的生存能力的影响也不同,因此对两栖突击车能力向量参数的确定是对两栖突击车作战效能评估的关键,因为两栖突击车系统能力参数是一个动态的量,与作战条件紧密相关,因此,通过计算机仿真的方法来对参数进行动态的确定,更能客观、合理地评估两栖突击车系统的作战效能。

5.1 仿真想定

作战想定:战斗中,在两栖突击车进攻的正面内,设想只有一个目标,为掩体里的坦克,战斗的结束条件是目标被消灭或两栖突击车被击毁,对抗开始时,双方均在对方武器有效射程内。

1) 两栖突击车系统每次射击动作作为一次对抗,每次对抗各发射两发炮弹,若目标未消灭,则进入下次对抗,因此,战斗过程由N次对抗组成,从一次对抗结束到下一次对抗开始之间的距离为100m;

2) 在状态2、3、4下,由于行动子系统和火控子系统的故障,两栖突击车系统无法消灭目标,该状态下的作战效能为0;

3) 目标为掩体里的坦克,假设伪装较好,两栖突击车对目标的发现概率Pf随着距离目标的距离减小而增大,是关于目标距离的一个减函数,设Pf=1.0-0.3·D。

4) 设毁伤目标所需的炮弹命中数ω为2,两栖突击车被毁伤所需的炮弹命中数ω为3;

5) 设环境因子:δ1=0.8;人员心理素质因子:δ2=0.9;人员技术素质因子:δ3=1.0。

5.2 仿真流程

仿真流程如图2所示。

图2 仿真流程

从仿真可见,其效能的值是通过多次仿真计算出的平均值,结果更加可靠。状态判断是计算机根据开始的参数输入为依据;抽取ξ1、ξ2、ξ3的过程是计算机产生伪随机数的过程,ξ1、ξ2、ξ3在[0,l]上均匀分布,模拟两栖突击车是否被命中及命中目标的概率;命中概率模块、毁伤概率模块是根据前述公式、条件编的计算机程序;如果计算机生成的随机数小于命中概率模块、毁伤概率模块计算的值,则表示命中、毁伤[10]。

5.3 仿真实现及比较

利用Vc++编程可实现两栖突击车系统对抗仿真过程,(由于篇幅有限,仅列出两栖突击车系统作战效能评估结果界面)仿真结果显示如图3所示。

图3 仿真结果

假设人员心理素质因子δ2=1.0,人员技术素质因子δ3=1.2,如图4,此时:E′=0.2632。

图4 仿真结果

当采用n辆两栖突击车编组对目标射击时,作战效能为

En=1-(1-E)n

(30)

当n=4,E=0.5850;n=5,E=0.6670;n=6,E=0.7327。可以看出,在集火射击的情况下,随着n的不断增大作战效能也在增大。

6 结语

该模型对两栖突击车系统的效能评估结果接近实际,更为客观和科学,为两栖突击车系统指挥人员、决策部门提供了可靠的预测,对武器系统的评估有一定借鉴意义。通过仿真计算可以得出,单辆两栖突击车的作战效能并不高。在有目标指示和人员心理、技术素质因子提高的情况下,作战效能提高幅度很大。当采用适当编组集火射击时作战效能提高非常明显。建议在两栖突击车实施作战中采取以下措施:一是建立指挥信息系统网,加强目标情况指示,提高发现目标的能力,如建立数据链实现目标指示、登陆步兵在作战过程中进行引导射击等;二是从实战出发科学施训,增强指挥员和炮手心理素质,提高指挥人员的指挥能力和炮手的操作水平;三是灵活编组采取集火射击的方法,提高对目标的作战效能。

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Amphibious Assault Vehicle Operational Effectiveness Evaluation Based on Improved ADC Model

LIU Chuang CHEN Songhui

(Naval Marine Academy, Guangzhou 510430)

Based on traditional ADC model, an improved ADC model is proposed though analysis of antagonized effectiveness under battleground circumstance and add correction factors. An effectiveness evaluation index system of amphibious assault vehicle is establishied. By computer simulation, uncertainty variable under actual combat is generated, and the average effectiveness is calculated which makes the evaluation result more scientific and more accordance with actual combat.

improved ADC model, amphibious assault vehicle, operational effectiveness, efficiency evaluate

2013年7月3日,

2013年8月26日

刘闯,男,硕士研究生,研究方向:海军陆战队战术应用。陈松辉,男,教授,硕士生导师,研究方向:海军陆战队战术。

TP391

10.3969/j.issn1672-9730.2014.01.033