电子装备复杂电磁环境适应性评估指标体系研究∗

2020-10-30

舰船电子工程 2020年9期

（91336部队秦皇岛 066000）

1 引言

在未来战场上，复杂、密集复杂电磁环境会严重影响和制约敌我双方武器装备的效能发挥。因此，在电子装备的复杂电磁环境适应性试验与评估活动，必须研究复杂电磁环境对电子装备的影响，充分利用电磁环境的有利条件和回避及克服不利的电磁环境因素，使得电子装备在复杂电磁环境下最佳地发挥其作战效能。

2 适应性评估指标体系概述

电子装备对复杂电磁环境的适应性，就是电子装备在其全寿命管理期内，在可能遇到的各种战场电磁环境下能达到其战术技术性能要求、并完成其给定作战任务的能力。为了衡量电子装备对复杂电磁环境的适应性，必须采用某种定量尺度去度量一定复杂电磁环境下装备的作战效能。电子装备复杂电磁环境适应性评估的重要任务就是确定或选择复杂电磁环境适应性指标，由于复杂电磁环境适应性概念的特殊性，使得其评估指标不能像战技术指标那样直接度量，但是适应性指标须反映该装备在不同复杂电磁环境下的作战效能。

电子装备对复杂电磁环境的适应性可以用一组具体的适应性指标来描述，但是一方面，由于不同类型电子装备的技术体制、使用环境条件以及作战运用模式的千差万别，难以建立对所有电子装备复杂电磁环境适应性都通用的评估指标体系；另一方面，电子装备复杂电磁环境的适应性评估又有其共同特征，实质是为了评估电子装备在复杂电磁环境下实现所有预定功能与性能的能力，为了实现所有预定功能与性能的能力，电子装备在复杂电磁环境下必须具有“战备完好性”和“持续作战能力”，装备的“战备完好性”可以由装备的可用性、使用可信度来度量，装备的“持续作战能力”可以由装备的使用可信度和保障性来度量。基于上述两个方面的考虑，电子装备复杂电磁环境适应性的一般性评估指标体系如图1所示。

图1 适应性能力的一般性评估指标体系

在图1中，电子装备的复杂电磁环境适应性由“战备完好性”和“持续作战能力”来进行表征。指标“战备完好性”的含义是在一定的复杂电磁环境下，电子装备及时投入部署和使用，并且发挥作用的能力；指标“持续作战能力”的含义是在一定的复杂电磁环境下，电子装备按照必要的强度和持续时间执行作战任务，以达到完成作战任务的能力。基于这2个指标对电子装备的复杂电磁环境适应性进行度量，电子装备在一定复杂电磁环境下能够令人满意地投入外场使用的程度，取决于作战任务的一个或多个阶段完成任务的能力。

装备的“战备完好性”由装备的可用性、使用可信度来度量，装备的可用性是指电子装备处于可使用状态，是可靠性和维修性的综合体现。装备的使用可信度是装备在需要时能够执行其规定任务的概率。装备的“持续作战能力”由装备的使用可信度和保障性来度量，装备的保障性是指电子装备在一定复杂电磁环境下、在规定的任务持续时间内或者进入任务状态后的规定时间内，维持该装备正常工作所需要的人力和人员保障、人因工程、软件维修性、软件资源保障及安全性等。装备的可用性、维修性、保障性则必须由具体型号电子装备的复杂电磁环境适应性度量指标来表征，装备的可用性由装备在复杂电磁环境下“正常完成任务能力”、“平均停工事件间隔时间”、“平均停工时间”等指标来综合描述，装备的使用可信度由“平均故障间隔时间”、“平均功能恢复时间”等指标来综合描述，装备的保障性由“人员系统保障能力”、“装备利用率”、“软件保障性”三个指标来综合描述。

在图1中，指标体系中的过渡层“适应性性能层面”由于是一个过渡性的概略指标，在实际评估计算过程中可以跳略过去，由“适应性度量指标”直接反映“适应性能力”。另外，在考核电子装备的复杂电磁环境适应性过程中，通常假设操作人员已经经过足够强度（包括理论基础知识和操作熟练程度）的培训，认为复杂电磁环境对人员系统的保障能力和软件保障能力的影响很小。基于上述原因，在实际的电子装备复杂电磁环境适应性性能评估过程中，可以采用图2所示的三层评估指标体系。

图2 适应性能力的简单评估指标体系

电子装备复杂电磁环境适应性性能评估的本质是确定并量化电子装备在一定复杂电磁环境中完成其规定功能的能力和基于复杂电磁环境抗损能力，图2所示的评估指标体系就是利用指标“战备完好性”来表征电子装备在一定复杂电磁环境中完成其规定功能的能力，利用指标“持续作战能力”来表征电子装备在一定复杂电磁环境中的抗损能力。

3 适应性评估指标的数学描述

3.1 基本思路

按照图1或图2所示的适应性评估指标体系，其适应性度量指标层面的参数必须结合具体型号的电子装备评估数据来确定，适应性性能层面的参数由适应性度量指标层面的参数按照一定程度的合成算法来得到，适应性能力层面的参数由适应性性能层面的参数按照一定程度的合成算法来得到。

进行电子装备的复杂电磁环境适应性能力评估，必须明确需求，以需求为对照，以需求满足度作为适应性能力评估的尺度。把电子装备的战术技

电子装备能正常完成任务能力首先需要能正常工作，而“能正常工作”表示电子装备在一定复杂电磁环境下能符合研制总要求或任务书中规定的战术技术指标门限值，通过对所有规定的战术技术指标符合程度的聚合而得到“能正常工作的概率”。

假设电子装备战术技术性能复杂电磁环境适应性试验在fg(g=1，2，…，n)频点上进行，每个频点试验的复杂电磁环境种类分别为ce1，ce2，…，cen个，在频点fg上复杂电磁环境ceh下共试验Ngh次，对适应性试验结果进行数学统计，以联系数的数学解析式进行表达所试验战术技术性能在频点fg和复杂电磁环境ceh下的复杂电磁环境适应性性能。其中联系数a+bi+cj的数学含义为a表示同一度，b表示差异度，c表示对立度，并有a+b+c=1。利用联系数a+bi+cj来描述效能评估的性能指标时，a表示试验结果符合性能指标要求的同一度，b表示试验结果与性能指标要求的差异度，c表示试验结果与性能指标要求的对立度，其中a和c根据试验结果数据统计而得到，b=1-a-c。

可以看出，目前的很多评估方法采用战术技术性能符合性能指标要求的程度进行评价，实质上就是采用联系数中的同一度进行评价。这种评价的方法至少说是不全面的，并且在很多情况下，我们不仅需要明确电子装备战术技术性能符合性能指标要求的程度，更需要了解在多大程度上不符合性能指标要求以及进行改进的空间有多大。本文基于辩证思维的角度，提出利用联系数来对战术技术术性能需求作为衡量实际装备能力的标准，把电子装备在某种复杂电磁环境下表现出来的战术技术性能分布，及该复杂电磁环境适应性能力的分布与需求作比较，求出复杂电磁环境适应性能力的度量。

适应性度量指标层面的参数除了“正常完成任务能力”由典型电子装备的在复杂电磁环境适应性试验中直接测量得到的战技术指标度量参数进行合成外，参数“平均故障间隔时间”、“平均功能恢复时间”、“人员系统保障能力”、“装备利用率”、“软件保障性”在复杂电磁环境试验中直接测量得到，将上述这些参数与研制总要求中所列的战术技术指标门限值进行比较，统计出符合研制总要求中战术技术指标门限值的比例和不符合门限值的比例。

3.2 基于联系数的解析模型

3.2.1 正常完成任务能力性能进行描述，并实现对电子装备复杂电磁环境适应性的评估。

针对上述试验结果，以电子装备研制总要求或研制任务书中的战术技术性能要求为判决门限，假设复合要求的试验结果为Agh个，不符合要求的试验结果为Cgh个，则有

则有bgh=1-agh-cgh，于是该装备该性能在频点fg和复杂电磁环境ceh下的复杂电磁环境适应性性能为agh+bghi+cghj。

3.2.2 使用可用度

使用可用度是电子装备在需要时能够用于执行任何特定作战任务的概率。它包括电子装备的固有可靠性和维修性参数，以及与系统预期的寿命周期有关的后勤保障效能。电子装备使用可用度可以表示为

式中MTBDE为平均停工事件间隔时间，即造成系统不能工作的事件（如关键或非关键故障、计划性维修和训练等）之间的平均时间。除了固有的维修和维修性特征外，现场条件（如技术指令的可用性与充分性、保障设备的能力与可用性、供应等级、人员、经验等级以及轮换班结构等）也影响停工时间。其计算公式为

式中MDT为平均停工时间，即停工事件发生后使系统恢复到完全工作状态而花费的平均时间。停工时间包括维修和保障响应、行政延迟和真实在线维修时间。其计算式为

3.2.3 使用可信度

使用可信度是电子装备在需要时能够执行其规定任务的概率，它包括系统的固有可靠性和维修性参数，以及与任务使用、可能发生致命故障的所有时间有关的后勤保障效能。使用可信度同时影响装备的“战备完好性”和“持续作战能力”。在一定复杂电磁环境下基于平均故障间隔时间的电子装备使用可信度DEP为

式中DEP可以通过公式转换成联系数的表达形式参与聚合运算。式中MTBCF为平均故障间隔时间，MTTRF是平均功能恢复时间。平均故障间隔时间是指电子装备在一定复杂电磁环境下，其任务必要功能（任务必要功能是装备完成任务所必须使用的功能）发生关键故障的平均间隔时间。如果该电子装备被用于执行持续时间明显不同的多项任务时，必须使用该项任务所对应的平均间隔时间。关键故障在一次任务中不一定发生，但它必然会或者可能会对装备完成任务造成影响。其计算式为

平均功能恢复时间是在一定复杂电磁环境下发生关键故障后，为了使电子装备恢复到完全工作状态而花费的平均时间，包括在关键故障发生后与恢复功能有关的行政管理时间和后勤延迟时间，其计算公式为

3.2.4 装备利用率

装备利用率用符号UR表示，是对电子装备执行规定的作战任务，或在预期的复杂电磁环境下使用的预定强度的一种定量描述。这种描述通常是一种频度度量参数：单位时间内的工作或事件数；或者每项任务或其他活动（规定持续时间长度）的工作或事件数。即为在规定的日历时间间隔期中，装备用于执行任务是平均寿命单元数，其计算公式为

UR可以通过公式转换成联系数的表达形式参与聚合运算。

4 适应性评估指标的可视化表达

可视化表达展现数学模型的视觉效果，使分析结果变得看得见和直观，使决策分析人员和决策者可以迅速准确地作出判断。电子装备复杂电磁环境适应性战术技术性能指标可以通过不同剖面的切片进行可视化表达。假设电子装备用频范围为[fl，fh]，其地理位置表达为r0，进行复杂电磁环境适应性试验时的时间为t=t0，则该处该时刻该装备某种战术技术性能受到复杂电磁环境的影响可以通过两个剖面进行描述：

一是假设复杂电磁环境的噪声场强大小不变，某装备某种战术技术性能在不同工作频率点上的适应性如图3所示。

图3 同一噪声不同频率的适应性示意图

图3中对应于每个工作频率点处的灰色部分表示该战术技术性能对于性能指标要求的符合程度；红色部分表示该战术技术性能的不符合程度；中间绿色部分为过渡部分，是不确定性的表现部分，表示通过该次复杂电磁环境适应性试验不能明确判断该战术技术性能是否符合性能指标要求，在不同的场合，这部分可以转化为符合性能指标要求的部分，也可以转化为不符合性能指标要求的部分。正是由于这一部分的存在，我们在电子装备的使用过程中，才可以采取各种有利的战技术措施，使得其向符合性能指标要求的部分转化，充分发挥装备的战术技术性能。

二是假设固定该装备的工作频率点，复杂电磁环境的噪声场强大小进行变化，则该装备某种战术技术性能对不同噪声场强大小的适应性如图4所示。图中Noi表示第i种复杂电磁环境，各种颜色的含义同图3。