基于ADC法的反卫装备体系打击效能评估模型研究＊

（海军航空工程学院 烟台 264001）

1 引言

作为海军未来装备建设重要组成部分，海上反卫武器装备体系建设的成败直接关系到整个海军部队在未来战争中能否取得主动权。1997年4月，美国海军部长约翰逊上将首次公开提出了“网络中心站”的概念，称从所谓的平台中心战到网络中心战是一个根本性的转变［1］。在未来信息化战争中，考验的与其说是武器装备的性能、作战部队的能力等单项指标，还不如说考验的是整个作战体系，以及形成作战体系的基本方式和过程［2］。因此，合理的衡量海上反卫武器装备体系的作战效能就显得尤为必要。通过海上反卫武器装备体系作战效能评估，可以直接地反映在相关装备体系研发设计方面和装备体系配套方面的合理性与存在的问题，并且对反卫体系的发展现状有更切实的认识，为反卫装备体系的构建提供依据。因此，进行海上反卫武器装备体系作战效能评估势在必行。

关于效能的定义，美国工业界的武器系统效能咨询委员会（WSEIAC）和国军标都有明确的定义。体系效能就是指在一定条件下（作战环境、作战任务、编成部署、作战流程以及武器装备性能等）完成给定任务（包括时间、空间和数量等）的程度（定性与定量相结合，百分比、概率、时间、空间和数量等）。本文主要针对反卫武器装备体系中的打击子体系的效能评估进行研究。

2 反卫武器装备体系构成

武器装备体系是由一组功能上相互联系的武器装备系统构成的有机整体，它们相互关联，功能互补，构成的整体能够较好地完成特定的作战目的。以海基动能反卫作战为例，设定的作战海域为一开阔海域，即远离海岸、气象和海洋环境良好，对武器装备的作战性能没有影响［3］。简单来说，反卫武器装备体系是指以反卫为目的的装备体系，主要包括预警子体系、指控子体系以及打击子体系，如图1所示。

图1 海上反卫装备体系构成

打击子体系主要由推进系统、制导与控制系统、发射支持系统、LEAP（大气层外轻型射弹）型动能战斗部等组成。推进系统是动能武器的双腿，提供将LEAP加速到指定速度所需要的动力，一般采用火炮、火箭、电场或磁场等加速装置；探测系统（传感器）是动能武器的眼睛，用于探测、识别和跟踪目标；制导与控制系统是动能武器的大脑和中枢神经，用于确保成功地进行寻的与拦截，它一般由寻的器、惯性测量装置、计算机、方向和姿态控制器、通信设备、能源设备等组成；发射支持系统一般包括发射架和装卸装置等发射支持设备；LEAP动能战斗部是动能武器的拳头，是目前质量最小，且采用固体推进剂的动能战斗部［4］。

3 基于ADC法的效能评估指标分析

武器装备体系能力指标是执行某些功能的量化标度［5］。WSEIAC法是由美国工业界武器系统效能咨询委员会（WSEIAC）为空军提出的系统效能评估方法（也称ADC法），模型表达式为

式中A为可用度（Availability），是武器系统在开始执行任务时状态的度量，取决于武器系统可靠性、维修性、维修水平等因素；D为可信赖度（De-pendability），是在已开始执行任务的过程中某个或某几个时刻系统状态的度量，表示系统在使用过程中完成规定功能的概率，取决于武器系统使用过程中的可修复性、人员素质、指挥水平等因素；C是能力向量（Capability），指已知系统执行任务的状态下，系统最终完成任务的能力，是系统各种性能的集中表现，从该模型的整个情况分析，C应是潜在作战能力中除去可靠性、维修性以外的那部分能力［6］。

海基反卫武器装备体系设计的好坏要通过对海基反卫武器装备体系作战效能评估来体现，然而对其进行作战效能评估，首先就是将其指标体系建立起来［7］。基于ADC法的的打击子体系效能的评估指标体系如图2所示。

图2 打击子体系效能的评估指标体系

4 ADC法的元素建模

为了分析战斗行动这种复杂过程，就必须建立它们的模型，使其与实际战斗行动的形式和方法之间有必要的相似程度，能够客观地反映战斗行动过程的最主要的因果联系和作用机制［8］。

1）可用度A中各元素的建模

考虑到反卫的窗口时间，为了更好地完成反卫作战任务，假设海上反卫打击子体系运用协同作战方式，即整个编队采用四枚导弹并联。当其中1发、2发或3 发导弹发生故障时，不会导致整个编队火力系统的发射失败；而如果编队的发射制导分系统出现故障，而且不能在允许的时间内排除，将影响整个编队系统的发射。因此，在进入发射阵地时，其系统状态有以下五种：

（1）各分系统均能正常工作；

（2）发射制导系统能正常工作，4发导弹有1发故障，3发正常，整个系统能正常工作；

（3）发射制导系统能正常工作，4发导弹中有2发故障，2发正常，整个系统能正常工作；

（4）发射制导系统能正常工作，4发导弹中有3发故障，l发正常，整个系统能正常工作；

（5）发射制导系统处于故障状态，4发导弹全部故障，整个系统不能正常工作。

对于以上五种状态，其有效性向量为

其中：

式中：

其中：MTBFg为发射制导系统平均故障间隔时间；MTTRg为发射制导系统故障平均修复时间；ag为发射制导系统的可靠性；MTBFm为导弹系统平均故障间隔时间；MTTRm为导弹系统故障平均修复时间；am为导弹系统可靠性。

2）可信度矩阵D中各元素建模

对于可信度而言，它是由发射，飞行，战斗部攻击三方面串联而成。那么就有：

其中：D1为发射过程可信性；D2为飞行过程可信性；D3为战斗部攻击过程可信性。

假设导弹各分系统的故障时间服从指数分布p＝exp（-λT），λ为系统故障率，计算可信性矩阵。

对应于D1，D2，D3计算有以下通式：

式中：

其余各项均为零。

另：

式中：rm为导弹在该过程时间内可靠工作概率。

第一步：求D1时，rm＝exp（-Tf／MTBFf）

其中：rm为导弹在发射过程时间Tf内可靠工作概率。

第二步：求D2时，rm＝exp（-Tx／MTBFx）

其中：rm为导弹在飞行过程时间Tx内可靠工作的概率。

第三步：求D3时，rm＝exp（-Tj／MTBFj）

其中：rm为战斗部攻击过程时间Tj内可靠工作的概率。

3）能力矩阵C中各元素建模

用WSEIAC提出的综合模型评价武器系统的效能，最为困难的就是如何计算系统完成任务的能力。因为系统完成任务的能力需通过分析描述能力的各项指标并建立相应的模型求解，所以，应该根据系统的各种性能指标来计算能力矩阵。建立评价指标应考虑到指标的全面性、合理性以及独立性等［9］。

由于反映系统完成任务能力的性能指标有很多，很难用一个元素来描述某一状态下的系统效能。除了系统性能指标很多，性能指标的物理量纲不同，对效能的影响不同，变化规律也不同。

通过对武器系统的各有效状态中各类性能指标的对比分析，选择其中最具有代表性，能充分描述武器系统作战能力的性能指标作为能力矩阵的元素C。这种比较选择法，可以根据武器系统的结构组成和特定任务的不同，进行合理的选择。作战效能指标在具体分析过程中建议运用主成分分析法确定作战效能评估各指标的权重，可以避免人为因素带来的偏差［10］。

选择能力矩阵的元素C时，应注意一些基本的原则，就是：

首先，要能够充分描述武器系统的作战能力；

其次，要具有明确的定义，能用具体的数量值进行量度，或通过理论分析可以确定其特征量；

最后，要具有可比性。在武器系统方案论证阶段和武器装备系统使用阶段，用比较选择法确定C比较合适。

就反卫星武器而言，其主要作战任务是摧毁敌方卫星，使之失去作战能力。其打击能力主要体现在命中和摧毁目标卫星。可以选择完成任务时，有效状态中对目标的命中能力和摧毁能力作为C的元素cjk。

则能力向量为

式中：

其中：p＝p1p2；p1为单发命中目标概率；p2为单发摧毁目标概率。

5 实例仿真计算

根据作战想定的条件，参照文献资料对各武器装备系统的性能参数作出合理假设，然后利用建立的模型进行仿真计算

打击子体系武器系统参数如表1所示。

表1 反卫武器打击子体系的性能参数表

那么：

6 结语

积极研究海上反卫装备体系，发展有效的反卫星武器装备，是装备建设面临的新课题，也将是实现国家海上力量跃升的一个历史性机遇。运用ADC法对反卫装备体系中的打击子体系进行效能评估，方法简单、可靠、逻辑性强。下一步将继续研究反卫装备体系中指控子体系和预警子体系的效能评估方法以及效能聚合方法。对装备体系作战效能进行科学分析的基础上，可以进一步对反卫装备体系结构优化展开研究。

［1］凌永顺，万晓援．武器装备信息化［M］．北京：解放军出版社，2004：149．

［2］曾清，杜阳华，周玉芳．信息化条件下复杂军事装备效能评估技术研究［J］．舰船电子工程，2009，183（9）：18-22．

［3］史凯．作战想定问题的模型［J］．管理工程学报，2005，10（1）：11-13．

［4］熊东旭，赵新国，陈同安，等．美军海基动能反卫系统及其作战流程探析［J］．飞行导弹，2011（6）：55-58．

［5］胡剑文．武器装备体系能力指标的探索性分析与设计［M］．北京：国防工业出版社，2009．

［6］王鹏．反坦克导弹武器系统的作战效能评估方法研究［D］．长沙：国防科学技术大学，2009：15．

［7］王栋．基于SysML的武器装备体系结构建模与仿真方法研究［D］．长沙：国防科学技术大学，2009：35．

［8］来斌，牛存良，熊友奇，等．防空作战模拟与效能评估［M］．北京：军事科学出版社，2005．

［9］王鹤磊．一种雷达系统效能的综合评估模型［J］．系统工程与电子技术，2001，23（3）：40-41．

［10］杨春周，滕克难，程月波．作战效能评估指标权重的确定［J］．计算机仿真，2008，25（10）：5-7．