懸浮式深彈反魚雷武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能試驗(yàn)評(píng)估方法*

田恒斗，侯寶娥，趙紅光，楊緒升

（解放軍91439部隊(duì)，遼寧 大連 116041）

懸浮式深彈反魚雷武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能試驗(yàn)評(píng)估方法*

田恒斗，侯寶娥，趙紅光，楊緒升

（解放軍91439部隊(duì)，遼寧 大連 116041）

針對(duì)懸浮式深彈反魚雷武器系統(tǒng)的組成及使用特點(diǎn)，提出了對(duì)該系統(tǒng)作戰(zhàn)效能進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)估的基本思路，并依據(jù)WSEIAC方法基本原理，構(gòu)建了定量評(píng)估該系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的基本模型，又通過分析模型中各參數(shù)的物理含義及其與系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)和使用性能指標(biāo)間的關(guān)系，得出了利用試驗(yàn)鑒定中獲取的數(shù)據(jù)評(píng)估系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的工程化模型。以此為對(duì)該武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)估探索一種便捷方法。

懸浮式深彈，作戰(zhàn)效能，試驗(yàn)評(píng)估，WSEIAC模型

引言

魚雷武器自從誕生起就對(duì)水面艦船構(gòu)成了巨大威脅，因此，如何有效防御和抗擊魚雷也一直是世界各國研究的熱點(diǎn)。不過，由于魚雷防御作戰(zhàn)涉及因素眾多技術(shù)難度大，在很長一段時(shí)間內(nèi)，水面艦船對(duì)魚雷的抗擊僅有聲誘餌、氣幕彈等軟對(duì)抗手段［1］。然而，隨著魚雷自導(dǎo)系統(tǒng)智能化程度的不斷提高，特別是尾流自導(dǎo)魚雷的大量裝備，傳統(tǒng)的水聲對(duì)抗手段已難以形成有效的防御能力［2］。因此，各國海軍普遍開始重視研發(fā)旨在直接摧毀來襲魚雷的硬殺傷式對(duì)抗技術(shù)，其中以俄羅斯海軍已裝備的反魚雷深彈和美英等國正在發(fā)展的反魚雷魚雷最具代表性。在此背景下，我國也加緊了懸浮式深彈反魚雷武器系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)和裝備的研發(fā)［3-7］。在裝備研制過程中，試驗(yàn)鑒定是不可缺少的重要環(huán)節(jié)，而傳統(tǒng)的試驗(yàn)主要針對(duì)武器系統(tǒng)基本功能和能力等性能指標(biāo)的考核，較少涉及系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的評(píng)價(jià)。但武器裝備的作戰(zhàn)效能，即武器裝備在規(guī)定作戰(zhàn)條件下完成預(yù)期作戰(zhàn)任務(wù)的能力，是對(duì)武器裝備的最本質(zhì)要求。準(zhǔn)確評(píng)價(jià)其作戰(zhàn)效能是進(jìn)行武器裝備全壽命周期效費(fèi)管理的重要依據(jù)，對(duì)指導(dǎo)部隊(duì)作戰(zhàn)使用也具有重要意義。同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)價(jià)，也是武器裝備試驗(yàn)鑒定工作的重要發(fā)展趨勢［8］。

鑒于此，本文提出了一種基于試驗(yàn)中獲取的性能指標(biāo)數(shù)據(jù)，評(píng)估懸浮式深彈反魚雷武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的基本思路。并針對(duì)其中評(píng)估模型構(gòu)建這一關(guān)鍵問題，依據(jù)WSEIAC效能評(píng)估模型的基本原理，結(jié)合系統(tǒng)自身特點(diǎn)，提出了定量評(píng)估其作戰(zhàn)效能的基本模型，又通過分析模型中各參數(shù)的物理含義及其與系統(tǒng)性能指標(biāo)間的關(guān)系，得出了簡潔的工程化評(píng)估模型。以此為試驗(yàn)鑒定過程中，全面科學(xué)地評(píng)估該武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能提供一種方法。

1 系統(tǒng)組成及其作戰(zhàn)過程

為便于下文論述，首先將懸浮式深彈反魚雷武器系統(tǒng)的組成及作戰(zhàn)過程簡介如下。該武器系統(tǒng)主要由魚雷報(bào)警聲納、火控設(shè)備、發(fā)控設(shè)備、發(fā)射裝置（包括隨動(dòng)設(shè)備和發(fā)射炮）、懸浮式深彈等部分組成，并通過作戰(zhàn)系統(tǒng)以太網(wǎng)與本艦作戰(zhàn)指控系統(tǒng)、導(dǎo)航、水文氣象、火力兼容控制等系統(tǒng)交互信息［4］，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成及接口關(guān)系示意圖

該武器系統(tǒng)基本作戰(zhàn)過程如下：

（1）魚雷報(bào)警聲納探測到來襲魚雷，發(fā)出魚雷報(bào)警信號(hào)并向指控系統(tǒng)和火控設(shè)備發(fā)送來襲魚雷的方位和估計(jì)距離等信息；

（2）火控設(shè)備根據(jù)這些信息，并綜合本艦導(dǎo)航和水文氣象信息，形成攔截來襲魚雷的作戰(zhàn)方案，輸出各枚懸浮式深彈的射擊諸元；

（3）發(fā)控設(shè)備和發(fā)射裝置根據(jù)射擊諸元控制發(fā)射懸浮式深彈；

（4）懸浮式深彈入水后開始工作，在魚雷來襲航向上形成攔截陣；

（5）在懸浮式深彈的有效工作時(shí)間內(nèi)，當(dāng)魚雷穿過該攔截陣時(shí)，聲引信在魚雷和深彈最近距離處啟爆戰(zhàn)斗部，毀傷來襲魚雷。

2 系統(tǒng)作戰(zhàn)效能試驗(yàn)評(píng)估的基本思路

目前的試驗(yàn)鑒定工作中，一般都對(duì)照武器裝備研制總要求，對(duì)其戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能指標(biāo)和使用性能指標(biāo)進(jìn)行較為充分和全面的考核，獲取大量有效數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)評(píng)估其作戰(zhàn)效能應(yīng)是高效的途徑。據(jù)此，本文提出如圖2所示的一種基本思路，即將試驗(yàn)中獲取的各種有效數(shù)據(jù)作為變量輸入到系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估模型中，通過模型運(yùn)算輸出對(duì)該系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估的定量結(jié)果。

圖2 作戰(zhàn)效能試驗(yàn)評(píng)估基本思路示意圖

顯然，該方法能否科學(xué)全面地評(píng)估出武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能，關(guān)鍵在于效能評(píng)估模型的構(gòu)建，以及如何將模型中的相關(guān)因素與試驗(yàn)中獲取的指標(biāo)數(shù)據(jù)建立聯(lián)系。為此，下文對(duì)模型構(gòu)建及其關(guān)聯(lián)指標(biāo)展開進(jìn)一步分析。

3 系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估模型

3.1 WSEIAC效能評(píng)估模型基本原理

WSEIAC效能評(píng)估模型又稱為ADC法，是美國工業(yè)界武器系統(tǒng)效能咨詢委員會(huì)提出的一個(gè)武器系統(tǒng)效能模型。該模型從系統(tǒng)效能的定義出發(fā)建立模型，能鮮明反映武器系統(tǒng)效能的物理本質(zhì)，其運(yùn)算獲得的評(píng)估值及其中間參數(shù)與武器裝備的實(shí)際作戰(zhàn)效果及過程之間具有顯著的物理擬合性，且在工程應(yīng)用上較為簡便、靈活，在美歐國家得到了普遍重視與應(yīng)用。GJB1364-92《裝備費(fèi)用效能分析》也將該評(píng)估模型作為系統(tǒng)效能的典型模型引入［9］。故本文也選用WSEIAC模型作為基本模型。該模型中系統(tǒng)效能E的基本定義為：

其中，A為可用性向量，是武器裝備在任務(wù)開始時(shí)狀態(tài)的描述，由該時(shí)刻裝備處于所有可能狀態(tài)的概率組成。若有n種狀態(tài)，則AT=（a1，a2，…an），又n種可能的狀態(tài)構(gòu)成樣本空間，因而

［D］為可信性矩陣，是裝備在執(zhí)行任務(wù)過程中所處狀態(tài)的描述。若任務(wù)開始時(shí)刻裝備共有n種可能狀態(tài)，則在執(zhí)行任務(wù)過程中可能出現(xiàn)n×n種狀態(tài)轉(zhuǎn)化。因此，［D］是一個(gè)階方陣，即

dij即任務(wù)開始時(shí)刻處于第i種狀態(tài)，而在執(zhí)行任務(wù)過程中轉(zhuǎn)化為第j種狀態(tài)的概率。顯然，該矩陣中的每一行向量滿足：

［C］為能力矩陣，是裝備完成規(guī)定任務(wù)能力的描述，通常用完成任務(wù)的概率表示。對(duì)于擔(dān)負(fù)有m項(xiàng)使命任務(wù)的裝備，其能力矩陣是一個(gè)n×m階矩陣，即

式中，cij即裝備處于第i種狀態(tài)時(shí)完成第j項(xiàng)任務(wù)的概率。如武器裝備只負(fù)有一項(xiàng)使命任務(wù)，此時(shí)能力矩陣即簡化為一向量。

3.2 懸浮式深彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估基本模型

由前述懸浮式深彈反魚雷武器系統(tǒng)組成及其作戰(zhàn)過程可見，該系統(tǒng)是一種典型的串聯(lián)關(guān)系，只有各子系統(tǒng)和設(shè)備全部正常運(yùn)行時(shí)，才能執(zhí)行攔截魚雷作戰(zhàn)任務(wù)。故其可用性狀態(tài)可劃分為正常和故障兩種基本狀態(tài)。又該系統(tǒng)的作戰(zhàn)任務(wù)僅有攔截魚雷一項(xiàng)，即效能指標(biāo)僅有一項(xiàng)，則其能力矩陣也就簡化為二元向量。據(jù)此，對(duì)這一具有兩種狀態(tài)、單一任務(wù)的武器系統(tǒng)，其作戰(zhàn)效能評(píng)估的基本模型可表示為：

則對(duì)該武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能試驗(yàn)評(píng)估問題即轉(zhuǎn)化為尋求式（6）中各參數(shù)與試驗(yàn)中獲取的系統(tǒng)性能指標(biāo)數(shù)據(jù)間對(duì)應(yīng)關(guān)系問題。

4 評(píng)估模型的關(guān)聯(lián)指標(biāo)

4.1 可用性向量AT的關(guān)聯(lián)指標(biāo)

可用性向量A中，a1表示任務(wù)開始時(shí)該系統(tǒng)處于“正常工作”狀態(tài)的概率，a2則表示任務(wù)開始時(shí)系統(tǒng)處于“故障”狀態(tài)的概率，顯然a2=1-a1。前述研究已表明該武器系統(tǒng)為典型的串聯(lián)系統(tǒng)，則可用度參數(shù)a1可表示為：

式中，A1為魚雷報(bào)警聲納的可用度參數(shù)；A2為火控設(shè)備的可用度參數(shù)；A3為發(fā)控設(shè)備的可用度參數(shù)；A4為發(fā)射裝置的可用度參數(shù)；R5為懸浮式深彈的裝載可靠度參數(shù)，是懸浮式深彈在規(guī)定的裝載條件和裝載時(shí)間內(nèi)，保持規(guī)定功能的概率，從其任務(wù)剖面看，即懸浮式深彈從裝載上艦至點(diǎn)火發(fā)射，這一時(shí)間段內(nèi)保持正常技術(shù)狀態(tài)的概率。

在不考慮由于管理保障等因素造成的維修延誤時(shí)間的條件下，各可用度參數(shù)可表示為［8］：

式中，MTBFi為第i項(xiàng)設(shè)備的平均故障間隔時(shí)間；MTTRi為第i項(xiàng)設(shè)備的平均修復(fù)時(shí)間。

顯然，式（8）中的MTBF、MTTR，以及懸浮式攔截彈的裝載可靠度R4在研制任務(wù)書中有明確規(guī)定，同時(shí)在系統(tǒng)單機(jī)試驗(yàn)、設(shè)計(jì)定型試驗(yàn)中均應(yīng)考核鑒定。因此，在該系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估中可直接引用相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到系統(tǒng)的實(shí)際可用度參數(shù)。

4.2 可信性矩陣［D］的關(guān)聯(lián)指標(biāo)

可信性矩陣［D］中，d11代表作戰(zhàn)過程中系統(tǒng)保持正常工作的概率，d12代表作戰(zhàn)過程中發(fā)生故障的概率，d21代表在任務(wù)過程中得到修復(fù)的概率，d22代表作戰(zhàn)開始時(shí)刻系統(tǒng)處于故障狀態(tài)且在任務(wù)過程中不能修復(fù)的概率。

在系統(tǒng)作戰(zhàn)過程中，魚雷報(bào)警聲納發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，系統(tǒng)攔截魚雷作戰(zhàn)的時(shí)間窗口僅有數(shù)分鐘［5］。而火控、發(fā)控、發(fā)射裝置等設(shè)備發(fā)生單一電氣故障時(shí)，其維修時(shí)間通常也需半小時(shí)以上。故在作戰(zhàn)過程中該系統(tǒng)是不可修復(fù)的，即d21=0、d22=1。d11為系統(tǒng)作戰(zhàn)過程中的任務(wù)可靠度，可表示為系統(tǒng)任務(wù)可靠度Rs和懸浮式攔截彈實(shí)航工作可靠度Rc的乘積，即d11=Rs×Rc，又根據(jù)式（4），d12=1-d11。則可信性矩陣［D］可表示為，

式中Rs、Rc也是試驗(yàn)鑒定中重點(diǎn)考核的戰(zhàn)術(shù)使用性能指標(biāo)，同樣可直接引用相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

如進(jìn)一步考慮在執(zhí)行任務(wù)過程中，系統(tǒng)任務(wù)可靠度Rs隨時(shí)間推移發(fā)生變化，則根據(jù)串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度模型：

式中，Ri（t）為第i項(xiàng)設(shè)備的可靠度。又通常認(rèn)為各設(shè)備的壽命服從指數(shù)分布，即

式中，λ為故障率，可近似為λ=1/MTBF［8］。則將式（11）帶入式（10）即得：

4.3 能力向量［C］的關(guān)聯(lián)指標(biāo)

能力向量［C］中，c1為系統(tǒng)“正?！惫ぷ鳡顟B(tài)下攔截魚雷的成功概率，c2為系統(tǒng)“故障”狀態(tài)下攔截魚雷的成功概率，顯然c2=0。而從系統(tǒng)作戰(zhàn)過程可見，c1可表示為魚雷報(bào)警聲納發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的概率cf和系統(tǒng)發(fā)射攔截彈后毀傷魚雷概率cd的乘積。則能力向量［C］為：

聲納發(fā)現(xiàn)概率cf在聲納系統(tǒng)定型試驗(yàn)中獲取。而受試驗(yàn)的成本、周期等因素制約，對(duì)魚雷的毀傷概率cd難以通過大量的攔截實(shí)航魚雷試驗(yàn)獲取，通常結(jié)合仿真試驗(yàn)考核［7］。故為提高作戰(zhàn)效能評(píng)估結(jié)果的可信度，仿真試驗(yàn)中涉及的系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間、深彈落點(diǎn)散布、毀傷半徑等戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能參數(shù)均應(yīng)引用定型試驗(yàn)中獲取的實(shí)測值，同時(shí)還應(yīng)融入不同戰(zhàn)場態(tài)勢、不同戰(zhàn)場環(huán)境、以及敵我對(duì)抗等因素，以使仿真試驗(yàn)獲取的cd值更準(zhǔn)確的反映系統(tǒng)實(shí)際作戰(zhàn)效果。

4.4 系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估的工程化模型

綜合式（6）～式（13）可得，試驗(yàn)評(píng)估懸浮式深彈反魚雷武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的工程化模型如下，

如考慮系統(tǒng)任務(wù)可靠度Rs的時(shí)變性帶來的系統(tǒng)作戰(zhàn)效能隨時(shí)間的變化，則上述工程化模型可表示為：

顯然，式（11）和式（15）中的各參數(shù)均為通過試驗(yàn)或仿真試驗(yàn)可直接獲取的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能指標(biāo)和使用性能指標(biāo)數(shù)據(jù)。由此即初步實(shí)現(xiàn)了基于懸浮式深彈反魚雷武器系統(tǒng)試驗(yàn)鑒定數(shù)據(jù)評(píng)估其作戰(zhàn)效能。

5 結(jié)束語

針對(duì)當(dāng)前試驗(yàn)鑒定中，對(duì)武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能考核評(píng)價(jià)的欠缺，本文初步探討了一種基于試驗(yàn)獲取的性能指標(biāo)數(shù)據(jù)，評(píng)估武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的基本方法。并結(jié)合WSEIAC效能評(píng)估方法的基本原理和懸浮式深彈反魚雷武器系統(tǒng)的自身特點(diǎn)，提出了定量評(píng)估該系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的基本模型，又通過分析模型中各參數(shù)的物理含義及其與系統(tǒng)性能指標(biāo)間的關(guān)系，得出了一種較為簡潔的工程化評(píng)估模型。研究結(jié)果可為開展武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能試驗(yàn)評(píng)估工作提供一定參考。

當(dāng)然，作為初步研究，文中提出的武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能試驗(yàn)評(píng)估方法和模型都還需不斷完善，如現(xiàn)有研究主要針對(duì)武器系統(tǒng)自身，而人的因素、管理保障因素等對(duì)作戰(zhàn)效能的影響都有待進(jìn)一步探討。

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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

海軍專項(xiàng)科研基金資助項(xiàng)目

田恒斗（1981- ），男，山東淄博人，博士。研究方向：作戰(zhàn)系統(tǒng)試驗(yàn)總體技術(shù)等領(lǐng)域的研究。