石 巖 嚴(yán) 東

（92941部隊(duì)94分隊(duì) 葫蘆島 125000）

1 引言

新時(shí)期水面艦艇作戰(zhàn)能力的提升，推動(dòng)了武器系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的提高。艦炮武器系統(tǒng)作為水面艦艇重要作戰(zhàn)裝備之一，是提供對(duì)岸火力支援和打擊海上低空來(lái)襲目標(biāo)的有效武器［1］。隨著新技術(shù)的不斷應(yīng)用，新型艦炮武器系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能越來(lái)越強(qiáng)、功能也越來(lái)越全。與以往艦炮武器系統(tǒng)相比，新型艦炮武器系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、反應(yīng)時(shí)間短、高發(fā)射率、高可靠性，對(duì)目標(biāo)高殺傷率等技術(shù)性能，如何在更加貼近實(shí)戰(zhàn)條件下對(duì)艦炮武器系統(tǒng)性能進(jìn)行全面、準(zhǔn)確地考核與評(píng)估已成為艦炮武器系統(tǒng)試驗(yàn)急需解決的問(wèn)題。

隨著以計(jì)算機(jī)并行處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、仿真技術(shù)為主的信息技術(shù)日趨成熟，仿真試驗(yàn)在武器系統(tǒng)試驗(yàn)和鑒定中被廣泛使用，成為試驗(yàn)和鑒定必不可少的工具和有效手段［2］。傳統(tǒng)上對(duì)武器系統(tǒng)的考核主要依賴外場(chǎng)試驗(yàn)，但其有不可忽視的缺點(diǎn)和局限性，尤其是在目標(biāo)環(huán)境、靶標(biāo)特性、試驗(yàn)周期、試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)以及組織實(shí)施等方面都受到客觀條件的限制。而仿真試驗(yàn)可以充分彌補(bǔ)外場(chǎng)試驗(yàn)的不足，并可能實(shí)現(xiàn)較為“真實(shí)”的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境［3］。根據(jù)國(guó)外有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料分析，由于采用系統(tǒng)仿真技術(shù)，使武器系統(tǒng)靶場(chǎng)試驗(yàn)次數(shù)減少了30%～60%，研制費(fèi)用節(jié)省了10%～40%，研制周期縮短了30%～40%［4］，仿真技術(shù)在試驗(yàn)和鑒定中越來(lái)越體現(xiàn)出重要性。

2 艦炮武器系統(tǒng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)

建模與仿真是一系列的活動(dòng)，進(jìn)行這一系列的活動(dòng)需要一個(gè)支撐環(huán)境或支撐平臺(tái)［5］。建立艦炮武器系統(tǒng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)的作用主要是在試驗(yàn)時(shí)，產(chǎn)生特定戰(zhàn)術(shù)環(huán)境，在半實(shí)物仿真模式下驅(qū)動(dòng)被試系統(tǒng)，或在數(shù)字仿真模式下模擬艦炮武器系統(tǒng)工作狀態(tài)，完成對(duì)艦炮武器系統(tǒng)的主要戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)性能評(píng)估和評(píng)定以及提供試驗(yàn)顯示，輔助試驗(yàn)指揮決策等功能。艦炮武器系統(tǒng)仿真是將艦炮武器系統(tǒng)在戰(zhàn)場(chǎng)上的行為模型化、模擬化，用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)對(duì)艦炮武器系統(tǒng)的組成、運(yùn)行狀態(tài)及作戰(zhàn)過(guò)程進(jìn)行仿真。圖1為建立的艦炮武器系統(tǒng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖。

圖1 艦炮武器系統(tǒng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

艦炮武器系統(tǒng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)主要由艦艇綜合模擬、戰(zhàn)術(shù)環(huán)境仿真、模擬傳感器、模擬火控、艦炮綜合模擬、數(shù)據(jù)庫(kù)、評(píng)估處理系統(tǒng)等模塊組成。通過(guò)該仿真平臺(tái)，既可以與被試艦炮武器系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，完成系統(tǒng)半實(shí)物仿真試驗(yàn)；也可自成體系，完成數(shù)字仿真試驗(yàn)任務(wù)。

2.1 艦艇綜合模擬模塊

能夠模擬艦艇綜合導(dǎo)航設(shè)備，模擬水面艦艇在規(guī)定海情的搖擺運(yùn)動(dòng)，并以網(wǎng)絡(luò)報(bào)文形式提供模擬生成的艦艇姿態(tài)、航向、升沉、航速、地理位置、氣象參數(shù)等信息。同時(shí)，在內(nèi)部（或外部）脈沖采樣信號(hào)控制下，能夠?qū)崟r(shí)采集錄取搖擺姿態(tài)角數(shù)據(jù)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口向其它仿真模塊及被試艦炮武器系統(tǒng)提供。

2.2 戰(zhàn)術(shù)環(huán)境仿真模塊

戰(zhàn)術(shù)環(huán)境仿真模塊模擬生成作戰(zhàn)兵力，這些虛擬兵力可以按照其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型自主運(yùn)動(dòng)，由程序控制其行為，執(zhí)行預(yù)定的作戰(zhàn)任務(wù)。通過(guò)建立典型的戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢(shì)和交戰(zhàn)模型，為隨機(jī)統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)創(chuàng)造條件。戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢(shì)和交戰(zhàn)模型的建立應(yīng)根據(jù)目標(biāo)的種類、性能、使用的兵器和攻擊的樣式、突然性等來(lái)建立，各類目標(biāo)包含多種典型攻擊樣式，并能和艦炮武器系統(tǒng)作戰(zhàn)的典型樣式相吻合，目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)能通過(guò)典型的攻擊樣式進(jìn)行確定。在艦炮武器系統(tǒng)對(duì)空、對(duì)海和低空反導(dǎo)作戰(zhàn)方式下，能夠完成顯示目標(biāo)態(tài)勢(shì)、按時(shí)序解算仿真航路理論值、發(fā)送仿真目標(biāo)現(xiàn)在點(diǎn)坐標(biāo)值等工作，并根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方式變化而隨之變化。

2.3 模擬傳感器模塊

該模塊模擬艦炮武器系統(tǒng)搜索雷達(dá)、跟蹤雷達(dá)和光電跟蹤儀等跟蹤器的功能和性能，主要采用視頻、中頻模擬，并加入設(shè)定好的噪聲模型?？梢酝ㄟ^(guò)大量收集所模擬的傳感器的外場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行分析，得出系統(tǒng)的誤差模型。通過(guò)給定的誤差模型，使模擬生成的數(shù)據(jù)在統(tǒng)計(jì)特性上和設(shè)定的傳感器相吻合。

2.4 模擬火控模塊

該模塊模擬火控系統(tǒng)的功能和性能，完成目標(biāo)解算、信息傳遞和火力控制等任務(wù)。在建模過(guò)程中對(duì)火控模塊的建模應(yīng)滿足整體的性能評(píng)估要求，對(duì)火控系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)建模在外特性上應(yīng)力爭(zhēng)和實(shí)際系統(tǒng)保持一致。并可通過(guò)對(duì)系統(tǒng)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集，給出擬和的精確度，以滿足整體評(píng)估的仿真要求。

2.5 艦炮綜合模擬模塊

模擬艦炮武器系統(tǒng)主要武器包括大、中口徑艦炮、小口徑近程反導(dǎo)艦炮、艦載火箭炮等武器的主要功能和性能，并通過(guò)設(shè)定好的攻擊成功概率，模擬生成外彈道數(shù)據(jù)，也可模擬各型艦炮隨動(dòng)系統(tǒng)特征參量。

2.6 數(shù)據(jù)庫(kù)模塊

數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)仿真任務(wù)設(shè)定參數(shù)、目標(biāo)特性參數(shù)、武器系統(tǒng)特性參數(shù)、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)、易損性參數(shù)、任務(wù)評(píng)定數(shù)據(jù)和仿真模型。其中目標(biāo)特性數(shù)據(jù)庫(kù)、武器特性數(shù)據(jù)庫(kù)、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)、易損性參數(shù)庫(kù)和仿真模型庫(kù)作為源數(shù)據(jù)庫(kù)［6］，任務(wù)設(shè)定參數(shù)庫(kù)從源庫(kù)中提取設(shè)定參數(shù)，仿真評(píng)估系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)設(shè)定參數(shù)庫(kù)初始化仿真參數(shù)，仿真結(jié)束后，試驗(yàn)數(shù)據(jù)和評(píng)定結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2.7 評(píng)估處理系統(tǒng)

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，收發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行控制／狀態(tài)報(bào)文，接收戰(zhàn)情數(shù)據(jù)報(bào)文、目標(biāo)真值數(shù)據(jù)、以及艦炮武器系統(tǒng)數(shù)據(jù)報(bào)文等，計(jì)算火控諸元真值，錄取仿真試驗(yàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)，評(píng)估艦炮武器系統(tǒng)探測(cè)、跟蹤、解算精度、系統(tǒng)精度及反應(yīng)時(shí)間等精度指標(biāo)，將處理結(jié)果數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過(guò)評(píng)估體系給出艦炮武器系統(tǒng)的效能參數(shù)。評(píng)價(jià)體系中包括信息綜合能力、武器組織能力等。這些能力參數(shù)根據(jù)測(cè)量值予以評(píng)價(jià)，并且采用可度量化的指標(biāo)，減少主觀的人為判斷。

3 艦炮武器系統(tǒng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用

圖2 仿真試驗(yàn)流程圖

艦炮武器系統(tǒng)仿真試驗(yàn)主要是在仿真試驗(yàn)平臺(tái)的支持下進(jìn)行的半實(shí)物仿真和數(shù)字仿真試驗(yàn)。其目的在于更多地獲取艦炮武器系統(tǒng)全壽命管理過(guò)程中的信息，發(fā)現(xiàn)和解決裝備研制、生產(chǎn)、使用和管理方面的問(wèn)題，為最終科學(xué)評(píng)定艦炮武器系統(tǒng)提供有效依據(jù)。艦炮武器系統(tǒng)的仿真試驗(yàn)流程如圖2所示。

艦炮武器系統(tǒng)仿真主要應(yīng)用在戰(zhàn)情仿真、目標(biāo)特性模擬以及模擬精度試驗(yàn)、效能評(píng)估等方面。

3.1 戰(zhàn)情仿真

依據(jù)真實(shí)的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，模擬戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、復(fù)雜背景及多目標(biāo)環(huán)境，通過(guò)搜索雷達(dá)模擬器根據(jù)仿真計(jì)算機(jī)輸出的戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)環(huán)境點(diǎn)跡數(shù)據(jù)生成多批目標(biāo)與背景噪聲信息驅(qū)動(dòng)搜索雷達(dá)，檢驗(yàn)搜索雷達(dá)多目標(biāo)處理能力、輸出點(diǎn)跡精度以及情報(bào)系統(tǒng)的威脅判斷功能、目標(biāo)分配功能、火力分配功能、目標(biāo)指示精度和系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間等［8］。

3.2 目標(biāo)特性模擬

在外場(chǎng)試驗(yàn)中，由于提供的靶標(biāo)受到諸多條件限制，許多特殊的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方式無(wú)法提供［6］，如比例導(dǎo)引、蛇形運(yùn)動(dòng)、圓弧運(yùn)動(dòng)、等加速運(yùn)動(dòng)、零捷徑等。這些在外場(chǎng)試驗(yàn)中很難實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方式通過(guò)模擬試驗(yàn)方法卻能很方便的生成，從而實(shí)現(xiàn)被試系統(tǒng)對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)處理能力的檢查和考核［7］。另外，對(duì)于目標(biāo)的速度特性、紅外特性、反射特性等亦可通過(guò)模擬的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.3 模擬精度試驗(yàn)

利用仿真試驗(yàn)的簡(jiǎn)單易行、大量可重復(fù)性的特點(diǎn)，可通過(guò)大量的模擬精度試驗(yàn)作為外場(chǎng)精度試驗(yàn)的補(bǔ)充與驗(yàn)證。

在仿真試驗(yàn)中，仿真系統(tǒng)模擬飛機(jī)、水面艦艇、掠海飛行導(dǎo)彈等類型的目標(biāo)航路，由搜索雷達(dá)模擬器產(chǎn)生視頻模擬信息驅(qū)動(dòng)搜索雷達(dá)、火控設(shè)備，給跟蹤器發(fā)送目標(biāo)指示信息；仿真系統(tǒng)向跟蹤模擬器發(fā)送目標(biāo)航路數(shù)據(jù)，跟蹤模擬器驅(qū)動(dòng)跟蹤器捕獲、跟蹤模擬目標(biāo)，從而實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)全武器系統(tǒng)自動(dòng)工作。通過(guò)仿真試驗(yàn)，可以有效的檢驗(yàn)和驗(yàn)證跟蹤傳感器跟蹤精度、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)精度、系統(tǒng)射擊精度等。

3.4 效能評(píng)估

仿真是武器系統(tǒng)進(jìn)行作戰(zhàn)效能評(píng)估不可缺少的環(huán)節(jié)和手段。利用仿真試驗(yàn)對(duì)作戰(zhàn)過(guò)程進(jìn)行大量模擬測(cè)得的數(shù)據(jù)，通過(guò)模型運(yùn)算得出評(píng)估結(jié)果，給出艦炮武器系統(tǒng)效能評(píng)估量化數(shù)據(jù)［9］。在此基礎(chǔ)上，可對(duì)結(jié)果的可信度進(jìn)行分析，并以此為依據(jù)分析如何對(duì)艦炮武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能進(jìn)行改進(jìn)。

本仿真系統(tǒng)采用模糊Petri（FPN）的方法對(duì)艦炮武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能進(jìn)行評(píng)估［11］。其評(píng)估過(guò)程可以描述為系統(tǒng)狀態(tài)變化的過(guò)程，系統(tǒng)效能可看作各組成部分的效能之和，采用Petri網(wǎng)方法，其“庫(kù)所”節(jié)點(diǎn)和托肯值表明了系統(tǒng)的某個(gè)局部狀態(tài)，影響系統(tǒng)效能的因素轉(zhuǎn)換成FPN的庫(kù)所，判斷因素事件引起某種效能的過(guò)程轉(zhuǎn)換成FPN的變遷，系統(tǒng)中對(duì)因素事件可能的估計(jì)對(duì)應(yīng)于FPN庫(kù)所中的托肯值，系統(tǒng)中對(duì)各個(gè)事件影響系統(tǒng)效能的權(quán)重對(duì)應(yīng)于FPN的置信度。

利用FPN來(lái)分析由多個(gè)因素引起的系統(tǒng)的綜合效能的下一狀態(tài)為

其中：

M（k）：庫(kù)所在發(fā)生k次變遷后的狀態(tài)矩陣；

⊕：X⊕Y＝Z。X，Y，Z為n 維向量，zi＝max（xi，yi）；

?：X?Y＝Z。X為m 維，Y，Z為n×m維向量，zij＝xiyij。

如果在某一步有M（k＋1）與M（k）相等，根據(jù)模糊Petri網(wǎng)的可達(dá)性定義，可認(rèn)為存在一系列的點(diǎn)火事件使系統(tǒng)從初始狀態(tài)M（0）變遷到狀態(tài)M（k），此時(shí)所得的狀態(tài)矩陣即為庫(kù)所事件、中間事件和頂事件的優(yōu)劣程度判斷矩陣。在獲得各庫(kù)所事件以及頂事件的優(yōu)劣評(píng)判矩陣之后，用加權(quán)平均法確定評(píng)測(cè)意見(jiàn)，其方法如下：設(shè)評(píng)價(jià)矩陣為：Q＝（10，8，6，4，2），其中，10表示效能為“優(yōu)”；8表示效能為“良”；6表示效能為“中”；4表示效能為“差”；2表示效能為“劣”。由公式：M（k＋1）·QT可獲得各庫(kù)所事件和頂事件的評(píng)價(jià)值。該向量的最后一個(gè)元素表示總體效能的優(yōu)劣程度。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以仿真技術(shù)為牽引對(duì)艦炮武器系統(tǒng)仿真試驗(yàn)方法進(jìn)行了研究，建立了艦炮武器系統(tǒng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)，指出了艦炮武器系統(tǒng)仿真的主要應(yīng)用范圍。在實(shí)際當(dāng)中，艦炮武器仿真系統(tǒng)已在多次系統(tǒng)試驗(yàn)中得到了成功的應(yīng)用，證明了仿真技術(shù)在艦炮武器系統(tǒng)試驗(yàn)中的適用性和可行性?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，其在武器裝備性能測(cè)試和效能評(píng)估等領(lǐng)域中將會(huì)具有越來(lái)越廣泛的應(yīng)用前景。

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