一种武器装备体系组合试验验证与评估方法

李 杰, 朱 勇

一种武器装备体系组合试验验证与评估方法

李 杰, 朱 勇

(昆明船舶设备研究试验中心, 云南 昆明, 650051)

针对武器装备体系试验验证存在的完整体系试验难以开展而仿真推演又存在一定偏差的问题, 文中提出一种体系试验组合验证思路, 将体系试验分解成多个串联的试验阶段/环节, 各试验阶段/环节可在不同试验场进行或通过仿真推演实现。经推导得出, 体系组合试验验证等效的关键在于试验阶段/环节的马尔可夫性, 归纳并提出了试验阶段/环节马尔可夫性的关键公式, 并给出了特殊情况的处理方法, 最后建立了适用于体系组合试验验证的评估方法。文中方法可满足武器装备体系试验验证与评估需要。

武器装备体系; 组合验证; 马尔可夫性

0 引言

武器装备体系是按照建设信息化军队、打赢信息化战争的总体要求, 为发挥最佳的整体作战效能, 而由功能上相互联系、性能上相互补充的各种武器装备系统按一定结构综合集成的更高层次的武器装备系统。武器装备体系具有自己的特点, 最典型的特点是整体性和对抗性。信息化战争条件下的武器装备体系研究的核心与重点应该是其内部系统之间的相互关系, 以及通过这些相互关系体现出的整体涌现性(即体系有别于各单一武器装备的新的行为和特性), 而不同类型、不同用途, 甚至不同时代的武器装备主要是通过信息建立起互相的联系和作用[1-4]。

武器装备体系的建立必须进行科学论证。通过在测试手段齐全的试验基地开展攻防试验, 以研究武器装备实战条件下的作战效能, 是和平时期检验武器装备作战效能的一个有效途径。但与单一武器装备不同的是, 武器装备体系具有多平台与装备协同、跨领域跨军种联合等特性, 造成试验实施复杂、兵力调动困难, 单一试验基地难以满足试验需求, 因此难以通过完整的体系试验方式对其体系效能进行验证与评估[5-10]。武器装备体系效能的验证与评估普遍采用仿真推演方式进行。

仿真推演结果的准确性依赖于仿真模型的逼真性。基于武器装备特性和试验数据, 仿真模型可以建立得较为逼真, 但因武器装备体系所具有的涌现性, 加之体系试验数据的缺失, 这种新的行为和特性难以代入仿真推演过程, 从而造成一定的仿真推演偏差。

因此, 有必要开展武器装备体系试验验证与评估方法研究, 在完整体系试验难以实现的情况下找到一种解决途径, 以弥补仿真推演的缺陷。

1 体系组合试验验证思路

针对完整体系试验较难开展的现状, 文中提出了一种对体系试验进行分解, 分阶段/环节开展组合试验验证的思路。

仿真推演过程可以看作是1个复杂仿真软件的运行, 假定在该软件中设置1个断点, 即运行到该断点时, 仿真暂停, 点击继续, 则仿真软件继续执行, 且与不设断点的最终仿真推演结果保持一致。可以直观地认为该断点将仿真推演划分为2个串联环节, 而这2个串联环节与整个仿真推演结果保持一致的关键在于, 前一个环节的输出要与后一个环节的输入完全一致。

按照该思路, 理论上可以将仿真推演过程分解成多个环节, 同时又由于每个环节的输入, 仅受限于前一个环节的输出, 而与之前环节的结果不直接相关, 这就是分环节仿真推演的马尔可夫性。这为体系试验的分解提供了一种出路, 即只要保证各试验阶段/环节的输入与前一个试验阶段/环节的输出一致, 就可以将体系试验分解成多个串联的试验阶段/环节。

一般地, 从便于组织实施试验的角度, 可以将每个独立的攻防过程划分为1个试验阶段/环节。由于试验阶段/环节的马尔可夫性, 各个试验阶段/环节可以在不同试验场(如水下武器试验场、空中武器试验场)进行, 若实在难以实施的, 仍可通过仿真推演实现。不同试验场或仿真推演的试验阶段/环节, 依靠控制输入-输出关系衔接, 主要包括试验态势、平台战损情况(机动性能、信息链路、武器系统等影响)、武器装备存量与可用情况等。武器装备体系试验分解示意如图1所示。

图1 武器装备体系试验分解示意图

用数学模型表示如下。

由试验阶段/环节的马尔可夫性, 可得

将式(1)、式(3)和式(4)代入式(5)可得

代入式(2), 则

上述迭代过程表明, 只要分解后的第1个试验阶段/环节的输入与体系试验输入保持一致(即式(3)), 同时保证各试验阶段/环节的马尔可夫性(即式(4)), 则得到的分解后的试验阶段/环节最终结果(输出)与体系试验结果(输出)一致(即式(7))。

因此, 体系组合试验验证的关键在于如何保证前后环节的输入输出对应关系, 即试验阶段/环节的马尔可夫性, 尤其是在不同试验场及仿真试验组合可能存在坐标系选取、试验平台和试验条件等差异的情况下。

2 各试验阶段/环节马尔可夫性

针对同一武器装备体系, 影响其体系效能的主要因素是试验态势、平台战损情况(机动性能、信息链路、武器系统等影响)、武器装备存量与可用情况的变化, 这些也是保证试验阶段/环节的马尔可夫性的关键因素, 需要重点研究。

2.1 试验态势

基于试验阶段/环节的马尔可夫性, 前一个试验阶段/环节结束时的试验态势(输出态势), 是下一个试验阶段/环节开始的试验态势(输入态势), 这2个试验阶段/环节可以是不同类型试验场的试验组合, 还可以是仿真推演试验与试验场试验的组合。出于不同考虑, 不同的试验场和仿真推演可能选取不同的坐标系, 如WGS-84坐标系、通用横墨卡托(universal transverse Mercartor, UTM)平面投影坐标系、北京54坐标系和直角坐标系, 因此, 在将输出态势转化为下一个输入态势时, 需要进行坐标转换。具体坐标转换公式可以参见文献[11]中的相关内容。

2.2 平台战损情况

平台战损情况是指影响武器装备体系效能发挥的作战平台因战受损情况, 如机动性能、信息链路(探测、预警、指控等)和武器系统等。机动性能战损情况是指因作战平台受损而导致的平台机动能力下降, 影响到平台追击、规避与逃逸等能力。信息链路战损情况是指因作战平台受损而导致的探测与预警性能下降, 指控不畅以致武器装备无法协同作战等。武器系统战损情况是指因作战平台受损而导致部分武器系统功能丧失, 或者使用不灵的情况。打个比方, 机动性能是作战平台的“腿”, 信息链路是作战平台的“耳朵、眼睛、大脑”, 武器系统就是作战平台的“拳头”。

机动性能战损情况主要体现在作战平台的最大速度限制上, 文中试验阶段/环节初始的最大机动速度限制等于上个阶段/环节结束的最大机动速度限制, 即

信息链路战损情况主要体现在作战平台的探测和预警距离, 以及武器协同作战效率上, 即

武器系统战损情况主要体现在作战平台的各武器系统实时可用状态上, 即

2.3 武器装备存量与可用情况

武器装备存量与可用情况是指影响武器装备体系效能发挥的武器装备存量以及武器装备是否实时可用的情况。

武器装备存量主要体现在武器装备的种类以及库存量上, 即

武器装备可用情况主要体现在武器装备的装填状态或者作战反应时间长短上, 即

3 同一试验阶段/环节特殊情况

由于时间上的重叠, 在某个不可分割的试验阶段/环节中, 2类以上攻防(如水下、空中)可能同时进行, 而由于各试验场的试验能力限制, 只能分散到2个以上试验场进行试验, 这是体系组合验证试验可能遇到的问题, 如何保证该试验阶段/环节的试验结果等效性, 是需要研究解决的问题。

1)由于水下、空中攻防在武器装备及作战环境上相对独立, 可不考虑武器装备间的相互干扰。

2) 由于两类攻防都是基于同一平台的, 因此作战平台的试验态势及其变化规律必须一致(任一时刻), 包括攻防态势和机动策略, 即

3) 作战平台受损情况是叠加关系, 如果作战平台在时刻因水下攻防而受损, 则其也应同步反映在空中攻防中, 即

4) 因为水下、空中攻防在武器装备上相对独立, 因此在中间过程中不用考虑武器装备存量与可用情况的相互关系, 只需在输出端将2种情况叠加即可, 即

通过上述方式, 实现在2个试验场同步进行试验, 通过试验态势、平台战损情况、武器装备存量与可用情况的控制, 与同一试验场试验结果等效, 满足体系试验对各试验阶段/环节的要求。

4 体系组合试验验证评估方法

针对上述体系组合试验验证方法, 开展评估方法研究。

第个试验阶段/环节的各因素状态变化为

根据体系组合试验验证方法可知

假定装备体系效能评估方法采用的模型为

举例说明体系组合试验验证评估方法的过程。假定将某个完整武器装备体系试验分解为探测、进攻、对抗和毁伤4个试验阶段进行组合试验验证, 每个试验阶段造成的试验态势、平台战损情况、武器装备存量与可用情况的状态变化量如表1所示, 武器装备体系中的某一武器在各试验阶段对各因素状态变化贡献如表2所示。

表1 武器装备体系试验各阶段状态变化量

表2 某武器各试验阶段状态变化贡献

根据专家打分结果, 三因素权重为[0.3, 0.5, 0.2], 则

5 结束语

针对武器装备体系试验验证存在的完整体系试验难以开展而仿真推演又存在一定偏差的问题, 文中研究了一种将体系试验分解成多个串联的试验阶段/环节, 各试验阶段/环节可在不同试验场进行或仿真推演实现的体系试验组合验证思路。经推导, 体系组合试验验证等效的关键在于试验阶段/环节的马尔可夫性, 归纳并提出了试验态势、平台战损情况、武器装备存量与可用情况等试验阶段/环节马尔可夫性的关键公式, 并给出了特殊情况的处理方法, 最后还建立了适用于体系组合试验验证的评估方法。文中提出的武器装备体系组合试验验证与评估方法, 原理清晰、方法可行、实现方式明确, 可满足武器装备体系试验验证与评估需要。下一阶段将结合武器装备体系试验开展相关试验设计、验证与评估工作, 最终形成武器装备体系试验相关标准与规范, 以期指导武器装备体系试验工作的开展。

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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, 硕士, 高级工程师, 主要研究方向为水下航行器试验研究与评估技术.

(责任编辑: 杨力军)