王天忠, 張東俊, 李運赫

(海軍92337部隊，遼寧大連116023)

0 引言

在組織型號首制潛艇裝備使用試驗邊界性能試驗以及復(fù)雜條件試驗過程中，安全性是首先要考慮的問題，然而隨著武器裝備和未來戰(zhàn)場形勢的發(fā)展，潛艇裝備外場試驗的任務(wù)實施與貼近實戰(zhàn)的作戰(zhàn)使用要求之間矛盾更加突出，潛艇裝備的外場試驗工作面臨著更大的挑戰(zhàn)，試驗安全風(fēng)險不斷增加[1]。本文運用拆分與合成技術(shù)，探索潛艇邊界性能試驗安控方法。

1 基于拆分試驗技術(shù)的驗前安全性試驗設(shè)計

1.1 拆分試驗方法指導(dǎo)思想

1） 并非所有作戰(zhàn)性能試驗都需要實現(xiàn)一整套作戰(zhàn)過程。比如在魚雷攻防對抗試驗中，潛艇的防御機(jī)動性能分析評價中的風(fēng)險因素，可以通過只包含潛艇實體平臺的單獨試驗而進(jìn)行消除。

2）對于需要進(jìn)行大量探索性試驗分析的場合，使用低分辨率試驗設(shè)計。針對需要縮減的不確定性風(fēng)險因素，盡量使試驗所使用視圖最小化。比如要縮減潛艇防御機(jī)動性能試驗中的風(fēng)險因素，試驗中只需要反映足夠的潛艇動力學(xué)特性即可。

3） 外場試驗的設(shè)計是可以給后續(xù)試驗數(shù)據(jù)分析評估結(jié)果的說理性提供某些指導(dǎo)。毫無疑問，外場試驗的設(shè)計過程必然反映對于目標(biāo)問題的求解過程。因為試驗的設(shè)計過程也是分析人員對問題求解過程思路的一種反映，這個思路也反映了從條件到問題結(jié)果的因果關(guān)系。分析人員通過不同的試驗結(jié)果數(shù)據(jù)，逐步聚集、精練，最終給出問題結(jié)果。

根據(jù)上面三點結(jié)論，提出基于拆分試驗技術(shù)的驗前安全性試驗設(shè)計方法，其基本思想是：逐步縮減不確定性空間，采用多分辨率層次化試驗設(shè)計，同時使所進(jìn)行的試驗?zāi)軌蛱岣咝阅茉u估結(jié)果的說理性。

1.2 拆分試驗方法的邏輯步驟

拆分試驗方法包含以下幾個邏輯步驟：

1）對系統(tǒng)進(jìn)行分析，找出所有不確定因素及其繼承關(guān)系，根據(jù)繼承關(guān)系將其分類。分類的原則是某個層次的不確定因素只繼承低層次或者同層次的不確定因素，而不繼承高層次的不確定因素。不確定因素層次劃分示意圖見圖1：

假設(shè)已知不確定因素的集合π(A) ={A1,A2,A3, ......An}，以及π(A)中元素的直接繼承關(guān)系集合 R (A) = {(Ai,Aj)|i,j∈ ( 1,n),i≠j} ，利用分類原則將 π(A)分為子集π1( A) , π2(A) . .....πm(A)。

圖中 Ai→Aj表示不確定因素Ai繼承不確定因素Aj。

值得注意的是，復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)的不確定因素之間的關(guān)系錯綜復(fù)雜，通常需要對系統(tǒng)非常了解的專門人員進(jìn)行不確定因素的提取以及繼承關(guān)系的決定。

2） 根據(jù)劃分的不確定因素層次關(guān)系，在不同層次上設(shè)計同一實體試驗的不同分辨率或不同類型的版本。

3） 根據(jù)劃分的不確定因素層次關(guān)系和建立的各層模型，設(shè)計各個層次上的外場試驗。目的是縮減所在層次的不確定空間。

每個層次上的試驗可以由若干個子試驗組成，每個子試驗的輸出結(jié)果可以直接或間接地縮減該試驗層次所對應(yīng)不確定空間中的某些不確定性。試驗層次劃分與不確定因素層次對應(yīng)關(guān)系見圖2。

2 基于合成試驗技術(shù)的試驗安全控制

2.1 合成試驗技術(shù)原理

合成試驗將以艇載嵌入式環(huán)境生成系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過與潛艇實裝以及實裝模擬訓(xùn)練裝置協(xié)同工作完成試驗任務(wù)。艇載嵌入式合成試驗環(huán)境生成系統(tǒng)產(chǎn)生具有對抗性的訓(xùn)練態(tài)勢，從探測系統(tǒng)注入到實裝上，為作戰(zhàn)系統(tǒng)提供目標(biāo)來源[2]。警戒探測系統(tǒng)在不實際發(fā)射聲波的情況下模擬戰(zhàn)場感知，進(jìn)行戰(zhàn)場信息獲取，將模擬獲取的戰(zhàn)場信息輸入到作戰(zhàn)系統(tǒng)內(nèi)部，按照真實的作戰(zhàn)信息流程在作戰(zhàn)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行相應(yīng)的處理后，給指揮員呈現(xiàn)一個戰(zhàn)場態(tài)勢圖像。使指揮員在如同實戰(zhàn)的背景下，進(jìn)行目標(biāo)識別、威脅判斷、目標(biāo)分配、火力打擊等指揮決策。武器系統(tǒng)收到目標(biāo)指示，在指揮員下達(dá)火力打擊命令后進(jìn)行武器啞射，通過魚雷武器半實物模擬裝置模擬魚雷攻擊全過程。在此過程中，重點實現(xiàn)魚雷的線導(dǎo)階段的導(dǎo)引過程與潛艇防御機(jī)動措施的實時交互，調(diào)整作戰(zhàn)兵力態(tài)勢，實現(xiàn)閉環(huán)試驗。

2.2 基于合成試驗技術(shù)的試驗方案設(shè)計

功能需求。要實現(xiàn)防御機(jī)動合成試驗必須具備以下條件：

1)驅(qū)動潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)現(xiàn)有設(shè)備（目標(biāo)/環(huán)境模擬器和導(dǎo)航參數(shù)模擬器），包括產(chǎn)生目標(biāo)信息和本艇導(dǎo)航信息；

2) 實現(xiàn)潛艇操縱仿真，按照設(shè)定的潛艇初始狀態(tài)，操作實際操艇設(shè)備（綜導(dǎo)顯控臺或者操艇模擬器），仿真潛艇的各種機(jī)動過程；

3) 能夠設(shè)定試驗內(nèi)容生成試驗環(huán)境包括海洋環(huán)境和對抗兵力，仿真藍(lán)方對抗兵力的作戰(zhàn)行動；

4) 結(jié)合潛艇現(xiàn)有設(shè)備（魚雷模擬器、導(dǎo)彈模擬器、水聲對抗模擬器），實現(xiàn)武器攻擊效果仿真；

5) 根據(jù)作戰(zhàn)試驗想定，可以記錄試驗過程數(shù)據(jù)特別是相關(guān)設(shè)備的戰(zhàn)技參數(shù)；

6) 能夠根據(jù)試驗過程數(shù)據(jù)，實現(xiàn)裝備試驗過程回放和裝備作戰(zhàn)性能評定。

在上述必備條件中設(shè)定試驗內(nèi)容和藍(lán)方兵力的仿真由便攜式軍用計算機(jī)作為導(dǎo)演臺和藍(lán)方臺完成，潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的驅(qū)動和潛艇操縱的仿真需要配置專用的接口設(shè)備，由導(dǎo)演臺按照潛艇實裝目標(biāo)/環(huán)境模擬器和導(dǎo)航參數(shù)模擬器信息格式生成數(shù)字信息，包括海洋環(huán)境信息、目標(biāo)信息、本艇初始狀態(tài)信息，通過接口發(fā)送至潛艇有關(guān)設(shè)備，驅(qū)動相關(guān)設(shè)備正常工作，潛艇指揮和各戰(zhàn)位操縱人員按照海上作戰(zhàn)流程進(jìn)行執(zhí)行操艇動作，各種武器發(fā)控信息通過專用接口回送至導(dǎo)演臺，由導(dǎo)演臺仿真各種武器的攻擊效果，評定作戰(zhàn)效能。

潛艇合成試驗環(huán)境生成系統(tǒng)組成。潛艇合成試驗主要包括支撐平臺、接口設(shè)備、魚雷導(dǎo)引頭半實物模擬裝置以及潛艇實裝設(shè)備組成，如圖3所示。其中，潛艇實裝可根據(jù)試驗規(guī)模確定一般至少應(yīng)包括潛艇操艇系統(tǒng)、綜導(dǎo)顯控臺、導(dǎo)航參數(shù)模擬器、聲納及目標(biāo)環(huán)境模擬器、指控系統(tǒng)和武器發(fā)控設(shè)備以及武器發(fā)控模擬器等。接口設(shè)備及其與艇上設(shè)備的連接電纜需固定安裝和敷設(shè)在潛艇適當(dāng)位置。

3 利用拆分與合成技術(shù)解決魚攻下潛艇防御機(jī)動試驗安控問題

3.1 劃分影響安全風(fēng)險不確定因素層次

通過對雙方攻防過程的分析可以找出試驗中存在的不確定因素有：聲納探測距離、目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率、魚雷命中概率、戰(zhàn)術(shù)使用、機(jī)動方式、狀態(tài)工況、系統(tǒng)設(shè)備使用等。

這些不確定因素的相互繼承關(guān)系見圖 4。利用不確定因素層次劃分方法對不確定因素的繼承關(guān)系進(jìn)行層次劃分，可得到其層次關(guān)系，見圖5。

可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過劃分以后，每個層次包含了若干個不確定因素。這些不確定因素只繼承于同層或高層的不確定因素。

3.2 設(shè)計分層試驗

分層試驗設(shè)計按照以下幾個步驟進(jìn)行，如圖6所示：

1）試驗需求分析：從試驗需求出發(fā)，明確試驗?zāi)繕?biāo)和試驗任務(wù)基本信息。

2）層次化模型族的建立：根據(jù)影響風(fēng)險因素層次，建立交戰(zhàn)級仿真模型；在此基礎(chǔ)上通過解構(gòu)等方法建立使用級模型框架，在外場試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上擬合出使用級預(yù)測模型。

3）制定作戰(zhàn)和使用策略：由試驗總體規(guī)劃提供的試驗任務(wù)等基本信息，制定作戰(zhàn)策略和裝備使用策略。

4）編制仿真想定：由需要研究的使用不確定性因素（試驗因子）組成基本想定（探索空間）。

5）設(shè)置試驗框架：通過試驗設(shè)計方法確定探索空間中各關(guān)鍵因素的取值（水平）?？梢葬槍嶒?zāi)繕?biāo)的不同，采用不同的試驗設(shè)計方法，如正交試驗設(shè)計、均勻試驗設(shè)計、單因素試驗設(shè)計和全面試驗試驗設(shè)計，其中正交試驗設(shè)計主要用于探索性分析。

6）運行交戰(zhàn)級仿真試驗：運行交戰(zhàn)級仿真試驗，確定交戰(zhàn)級仿真檢索使用模型輸入條件，將使用級預(yù)測元模型嵌入到交戰(zhàn)級仿真中，并按照性能指標(biāo)體系采集試驗數(shù)據(jù)。

7）潛艇裝備使用試驗方案設(shè)計：改變裝備使用策略及探索空間中的關(guān)鍵因素取值，探索裝備使用特性，最終得到使用試驗設(shè)計方案。

3.2 開展合成試驗的具體實施方法

其工作流程如圖7所示。

1）設(shè)定合成試驗想定內(nèi)容，包括潛艇作戰(zhàn)任務(wù)想定（以潛艇反潛任務(wù)為例），確定裝備在進(jìn)行相應(yīng)的戰(zhàn)術(shù)機(jī)動決策時依據(jù)的技術(shù)指標(biāo)（航速、最大低噪音航速、最小低噪音航速、各作戰(zhàn)任務(wù)下水下最大一次連續(xù)航行時間、設(shè)備組合使用噪聲振動、潛艇變聲時間、回轉(zhuǎn)半徑等），明確戰(zhàn)場環(huán)境和兵力對象。

2）合成試驗開始，啟動合成試驗環(huán)境生成系統(tǒng)，開始潛艇反潛仿真過程，將紅方（防御方）初始狀態(tài)信息發(fā)送至目標(biāo)環(huán)境模擬器，驅(qū)動潛艇操艇系統(tǒng)可接受操作命令，完成潛艇操縱。試驗過程中，指控系統(tǒng)實時將本艇狀態(tài)信息發(fā)送至藍(lán)方臺（攻擊方）。

3）試驗過程中，導(dǎo)演臺周期性的向目標(biāo)/環(huán)境模擬器發(fā)送潛艇各探測系統(tǒng)獲得的紅方目標(biāo)信息，這些信息均由合成試驗環(huán)境生成系統(tǒng)按照戰(zhàn)場兵力態(tài)勢、海洋環(huán)境、目標(biāo)狀態(tài)實時計算生成，目標(biāo)/環(huán)境模擬器將這些信息處理后發(fā)送至綜合聲納系統(tǒng)顯控臺，操縱人員對目標(biāo)進(jìn)行搜索跟蹤然后將目標(biāo)信息發(fā)送至指控系統(tǒng)。

4）指控系統(tǒng)接收到目標(biāo)信息后，指揮員可以進(jìn)行對目標(biāo)的攻防行為，包括接敵機(jī)動、直至發(fā)射魚雷武器。此時魚雷導(dǎo)引頭開始運行。

5）發(fā)射魚雷武器后，導(dǎo)演臺立刻向?qū)Ш絽?shù)模擬器注入合成試驗環(huán)境生成系統(tǒng)中紅方臺（防御方）的實時方位信息；魚雷導(dǎo)引頭將實時數(shù)據(jù)信息通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送至目標(biāo)環(huán)境模擬器，本艇操縱人員根據(jù)目標(biāo)信息作出相應(yīng)防御機(jī)動。指控系統(tǒng)實時將本艇信息發(fā)送至紅方臺（防御方）。

6）魚雷導(dǎo)引頭處于線導(dǎo)過程的時候，潛艇不斷將自身方位注入魚雷發(fā)控儀，實時控制魚雷導(dǎo)引頭作出相應(yīng)調(diào)整；同時魚雷導(dǎo)引頭不斷將實時方位姿態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送至目標(biāo)環(huán)境模擬器，直到本艇指控系統(tǒng)線導(dǎo)結(jié)束。

7）試驗環(huán)境生成系統(tǒng)根據(jù)發(fā)射武器參數(shù)和雙方態(tài)勢實施描述各種武器的攻擊效果包括，各類武器和水聲對抗器材。

8）試驗過程中，導(dǎo)演臺實時記錄試驗過程，以及各類試驗數(shù)據(jù)和裝備的戰(zhàn)技指標(biāo)參數(shù)值。

9）試驗結(jié)束后，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)評價裝備的作戰(zhàn)綜合性能，同時根據(jù)各種任務(wù)下相應(yīng)使用設(shè)備系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)參數(shù)，得出一整套裝備不同使用條件下指標(biāo)參數(shù)的柔性區(qū)間。

4 結(jié)論

基于拆分試驗與合成試驗的實現(xiàn)潛艇邊界性能試驗的安全控制，可以充分地利用潛艇攻防對抗試驗中不確定風(fēng)險因素之間繼承關(guān)系的層次性去設(shè)計外場實驗。按照此方法設(shè)計的試驗層次進(jìn)行外場試驗，可以在高維的不確定空間中進(jìn)行的探索，提高試驗的效率。同時也降低了試驗的安全風(fēng)險。

[1]閻耀東,肖杰,秦佰雄. 武器裝備作戰(zhàn)試驗研究[J].國防科技, 2009, 30 (5):32-36.

[2]白銀生等. 聲納數(shù)據(jù)合成與環(huán)境仿真研究[J]. 系統(tǒng)仿真學(xué)報, 2004,16(8) : 1634-1637.