張 凱,張邵宇,楊東升

(西北工業(yè)大學(xué) 航天學(xué)院,陜西 西安 710072)

0 引言

信息技術(shù)的迅猛發(fā)展以及在武器裝備領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,深刻改變著現(xiàn)代及未來空戰(zhàn)的作戰(zhàn)模式。作戰(zhàn)模式與戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的日趨復(fù)雜,必然會(huì)導(dǎo)致武器系統(tǒng)的試驗(yàn)鑒定、效能評(píng)估模式的改變,以往單純依靠外場(chǎng)靶試評(píng)估的方法已經(jīng)無法適用于紅外空空導(dǎo)彈的性能評(píng)估[1-3],原因如下：1)紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的技術(shù)含量高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價(jià)高,試驗(yàn)費(fèi)用高,采用傳統(tǒng)的外場(chǎng)實(shí)裝試驗(yàn)?zāi)Ｊ竭M(jìn)行鑒定與試驗(yàn),面臨著試驗(yàn)子樣數(shù)量有限,試驗(yàn)周期長(zhǎng),試驗(yàn)費(fèi)用高,試驗(yàn)手段有限,很難組織大量的實(shí)驗(yàn)全面、充分考核武器系統(tǒng)性能。2)紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈面臨的作戰(zhàn)環(huán)境復(fù)雜,包括點(diǎn)、面、激光等新型干擾帶來的對(duì)抗復(fù)雜性,跨域作戰(zhàn)引入的天空、海面、地面背景的多樣性,戰(zhàn)機(jī)能力提升導(dǎo)致的對(duì)抗隨機(jī)性,但現(xiàn)有外場(chǎng)靶試條件和掛飛試驗(yàn)無法復(fù)現(xiàn)空戰(zhàn)的復(fù)雜性、多樣性、隨機(jī)性,邊界條件和復(fù)雜作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)僅依靠外場(chǎng)試驗(yàn)不可能全部實(shí)施,需要新的評(píng)估方法和模式完成復(fù)雜作戰(zhàn)下的試驗(yàn)鑒定。3)近距空戰(zhàn)對(duì)抗態(tài)勢(shì)復(fù)雜,對(duì)抗樣本空間巨大,即便是可以實(shí)施的靶試條件也十分有限,不具備覆蓋性、典型性,無法通過有限的小子樣定型評(píng)估考核武器性能,推斷武器能力。

為解決以上難題,美軍提出了基于建模仿真的武器裝備試驗(yàn)鑒定評(píng)估方法,采用實(shí)裝靶試和仿真試驗(yàn)相結(jié)合的評(píng)估模式,結(jié)合導(dǎo)彈裝備實(shí)體、復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、作戰(zhàn)應(yīng)用行為等模型構(gòu)造接近實(shí)戰(zhàn)的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,“虛實(shí)”融合,有效利用建模和仿真手段,客觀全面考核武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能[4-7]。

本文在梳理紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈抗干擾能力評(píng)估存在問題和研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,解析和總結(jié)了美國(guó)抗干擾能力評(píng)估的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢(shì),基于項(xiàng)目組的研究成果,對(duì)當(dāng)前紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈抗干擾能力評(píng)估的基礎(chǔ)模型、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理等方法進(jìn)行研究,分析了目前紅外制導(dǎo)武器抗干擾能力測(cè)試評(píng)估存在的問題,探討了抗干擾能力體系化評(píng)估的理論及方法,說明了該評(píng)估體系的有效性。

1 國(guó)外建模仿真試驗(yàn)鑒定評(píng)估的發(fā)展和現(xiàn)狀

美軍大力推進(jìn)基于建模仿真的裝備試驗(yàn)鑒定評(píng)估理論方法研究、試驗(yàn)環(huán)境建設(shè)、應(yīng)用實(shí)施規(guī)范等工作,形成了多種新的試驗(yàn)鑒定評(píng)估模式。美國(guó)國(guó)防部作戰(zhàn)試驗(yàn)鑒定局在2017年年度報(bào)告中,將建模與仿真定位為試驗(yàn)鑒定評(píng)估領(lǐng)域未來的焦點(diǎn),2次發(fā)布指南進(jìn)行模型校核、檢驗(yàn)與確認(rèn)工作。建模仿真技術(shù)促使美國(guó)武器裝備試驗(yàn)鑒定評(píng)估發(fā)生重大變革[7-8]。

1.1 試驗(yàn)評(píng)估條例及規(guī)范

美軍在制導(dǎo)武器性能評(píng)估開展了兩方面工作：一方面,大力倡導(dǎo)利用數(shù)字化、虛擬化仿真資源進(jìn)行各階段試驗(yàn)評(píng)估,同時(shí)對(duì)仿真模型的校核、驗(yàn)證與確認(rèn)(VV&A)提出了嚴(yán)格的要求,以確保仿真系統(tǒng)的可信度;另一方面,倡導(dǎo)將試驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)理論與方法應(yīng)用于評(píng)估試驗(yàn)設(shè)計(jì),同時(shí)要求在對(duì)評(píng)估數(shù)據(jù)的處理中采用嚴(yán)格的統(tǒng)計(jì)理論和方法。這些思想體現(xiàn)在美軍的各種頂層規(guī)范和條例中。

美國(guó)國(guó)防部在2015 年1 月7 日最新發(fā)布的5000.02條例中,要求在采辦初期就建模與仿真技術(shù)的綜合利用制定計(jì)劃,在采辦過程中廣泛采用建模與仿真方法。2016年美軍作戰(zhàn)試驗(yàn)鑒定局發(fā)布《作戰(zhàn)試驗(yàn)與實(shí)彈射擊評(píng)估所用建模與仿真的驗(yàn)證指導(dǎo)》備忘錄,指出建模與仿真采用的數(shù)據(jù)應(yīng)該與作戰(zhàn)試驗(yàn)或?qū)崗椩O(shè)計(jì)試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)一樣可信,應(yīng)在《試驗(yàn)鑒定主計(jì)劃》和《實(shí)驗(yàn)計(jì)劃》中詳細(xì)闡述建模與仿真的驗(yàn)證與確認(rèn)工作,為作戰(zhàn)試驗(yàn)與鑒定提供保障。與此同時(shí),美軍將基于建模仿真的虛擬裝備試驗(yàn)鑒定作為常態(tài)化流程,與實(shí)裝試驗(yàn)鑒定同步開展,確立“建模仿真-執(zhí)行試驗(yàn)-結(jié)果對(duì)比”的新型試驗(yàn)鑒定評(píng)估模式,并持續(xù)建設(shè)仿真資源庫(kù)(MSRR),注重裝備試驗(yàn)鑒定中裝備仿真模型的同一使用。

美國(guó)國(guó)防部應(yīng)用測(cè)試與評(píng)估辦公室,自2009年開始倡導(dǎo)在測(cè)試與評(píng)估中使用嚴(yán)格的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法以來,在每年的年報(bào)中都會(huì)強(qiáng)調(diào)試驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)、統(tǒng)計(jì)分析方法在測(cè)試評(píng)估中的應(yīng)用,以確保試驗(yàn)設(shè)計(jì)的有效性、合理性和完備性,同時(shí)保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的科學(xué)性。

至今,美軍依然在強(qiáng)化頂層管理,健全條例法規(guī),進(jìn)一步明確基于建模仿真的試驗(yàn)鑒定評(píng)估規(guī)程與實(shí)施要求。美軍確立了“法律-法規(guī)-規(guī)章”三個(gè)層次相互銜接的法規(guī)體系,構(gòu)建了全國(guó)立法、國(guó)防部統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、三軍分散實(shí)施的幾種指導(dǎo)管理體制,將基于建模仿真的裝備試驗(yàn)鑒定評(píng)估寫入試驗(yàn)鑒定評(píng)估的相互規(guī)定和指南中,明確了建模與仿真的使用規(guī)范與實(shí)施途徑。

1.2 試驗(yàn)評(píng)估環(huán)境建設(shè)

美國(guó)先后建立了多個(gè)國(guó)家級(jí)的試驗(yàn)鑒定和電子戰(zhàn)試驗(yàn)場(chǎng)(包括白沙導(dǎo)彈靶場(chǎng)、瓦丘卡堡電子靶場(chǎng)、“中國(guó)湖”海軍空戰(zhàn)中心武器部、莫古角海軍空戰(zhàn)中心武器部、Eglin空軍基地空軍軍械中心、第46試驗(yàn)聯(lián)隊(duì)、愛德華空軍基地飛行試驗(yàn)中心、內(nèi)利斯綜合靶場(chǎng)電子戰(zhàn)試驗(yàn)場(chǎng)等),已開展了多個(gè)型號(hào)武器的試驗(yàn)鑒定和作戰(zhàn)評(píng)估,諾斯羅普格魯曼公司和雷神公司作為主要武器研制方,也參與到靶場(chǎng)建設(shè)和試驗(yàn)鑒定中[10]。

Eglin AFB 是航空武器中心(air armament center,AAC)所在地,是美國(guó)空軍裝備司令部(air force materiel command,AFMC)的4個(gè)產(chǎn)品中心之一。作為所有空軍武器的焦點(diǎn),航空武器中心是一個(gè)承擔(dān)所有空射武器的開發(fā)、評(píng)估、測(cè)試、部署和維護(hù)的中心[14]。

Eglin AFB多年來一直致力于半實(shí)物仿真裝置的設(shè)計(jì)、研制與實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)方面的研究,主要囊括4個(gè)方面：1)為高度集成試驗(yàn)與評(píng)估武器全過程設(shè)計(jì)一個(gè)流程程序或武器系統(tǒng)研制規(guī)劃圖;2)專用于半實(shí)物仿真或武器系統(tǒng)研制階段的各臺(tái)設(shè)備和各項(xiàng)技術(shù)的設(shè)計(jì)與研制;3)各臺(tái)設(shè)備中用來支持一系列使用特定末制導(dǎo)傳感器和特定末制導(dǎo)方式的專門仿真器的設(shè)計(jì)與研制;4)從目前正在美國(guó)埃格林空軍基地的46TW 導(dǎo)彈仿真實(shí)驗(yàn)室、制導(dǎo)武器評(píng)估實(shí)驗(yàn)室中運(yùn)行的專用仿真器,以及在Wright 實(shí)驗(yàn)室的動(dòng)能攔截器半實(shí)物仿真器的研制開發(fā)與應(yīng)用中獲得了經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。Eglin空軍基地集測(cè)試、仿真、評(píng)估和訓(xùn)練于一身,形成一套完整的測(cè)試評(píng)估和訓(xùn)練體系。

美國(guó)空軍電子戰(zhàn)評(píng)估中心(air force electric warfare evaluation simulator,AFEWES)隸屬于愛德華空軍基地空軍飛行測(cè)試中心(air force flight test center,AFFTC)。該中心基于MOS電阻陣系統(tǒng)構(gòu)建電子戰(zhàn)評(píng)估半實(shí)物仿真系統(tǒng),能夠?qū)ι漕l和紅外對(duì)抗系統(tǒng)進(jìn)行電子戰(zhàn)模擬測(cè)試與評(píng)估。美國(guó)空軍電子戰(zhàn)評(píng)估模擬器的紅外對(duì)抗模擬器是一個(gè)半實(shí)物對(duì)抗模擬器,可以仿真導(dǎo)彈與目標(biāo)的飛行特性;采用512×512的紅外熱電阻陣生產(chǎn)各種紅外目標(biāo)模擬圖像;對(duì)多元紅外制導(dǎo)、成像紅外制導(dǎo)和凝視紅外成像制導(dǎo)導(dǎo)彈進(jìn)行評(píng)估;可以對(duì)點(diǎn)源紅外干擾、紅外干擾機(jī)、紅外干擾彈進(jìn)行對(duì)抗評(píng)估;整個(gè)仿真過程和仿真數(shù)據(jù)可以通過可視化系統(tǒng)進(jìn)行可視化顯示。該模擬器已經(jīng)在大型飛機(jī)紅外對(duì)抗等多個(gè)項(xiàng)目中得到應(yīng)用。2002年,美空軍已經(jīng)進(jìn)行了超過9 300次導(dǎo)彈對(duì)抗仿真測(cè)試。2004年,該中心針對(duì)美國(guó)國(guó)土安全部(department of homeland security,DHS)發(fā)起的Northrop Grumman項(xiàng)目,進(jìn)行了超過5 800次導(dǎo)彈對(duì)抗仿真測(cè)試。

1.3 試驗(yàn)評(píng)估實(shí)例

歐美等國(guó)家先后開發(fā)了各種用于軍事仿真和紅外制導(dǎo)武器評(píng)估的軟件系統(tǒng)。美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室(air force research laboratory,AFRL)研發(fā)出一套完善的紅外抗干擾評(píng)估軟件——高級(jí)紅外對(duì)抗評(píng)估模型(advanced IRCM assessment model,AIRSAM),該軟件的組成包括理想的導(dǎo)彈告警接收器、導(dǎo)引頭、誘餌彈模型、機(jī)載激光定向發(fā)射器等模塊。美國(guó)空軍情報(bào)中心利用該軟件評(píng)估空空導(dǎo)彈與戰(zhàn)機(jī)之間紅外對(duì)抗的效果,也用于模擬不同戰(zhàn)機(jī)被紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈鎖定之后的紅外對(duì)抗措施[16]。

荷蘭學(xué)者SCHLEIJPEN 等研究了海軍艦艇如何躲避紅外反艦導(dǎo)彈的問題,并應(yīng)用一系列仿真模擬工具對(duì)艦艇的紅外干擾效果進(jìn)行評(píng)估。這些工具包括：計(jì)算艦艇紅外特征的模塊、產(chǎn)生以真實(shí)天空和海面為背景的艦艇紅外圖像的模塊、紅外反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭模塊,以及模擬反艦導(dǎo)彈完整飛行過程的模塊。他們還針對(duì)光電/紅外成像導(dǎo)引頭的特點(diǎn),研究最新的干擾措施,將其施加于紅外空空導(dǎo)彈和地空導(dǎo)彈,通過純數(shù)字仿真的形式對(duì)新的干擾措施、概念進(jìn)行測(cè)試評(píng)估,并將成像導(dǎo)引頭替代品替換純數(shù)字仿真中的導(dǎo)引頭模塊,在實(shí)驗(yàn)室或場(chǎng)外均可進(jìn)行測(cè)試評(píng)估。

南非Denel Dynamics公司聯(lián)合CSIR 公司對(duì)南非主戰(zhàn)紅外空空導(dǎo)彈A-Darter建立了全鏈路數(shù)字評(píng)估、仿真OSSIM 系統(tǒng),全面考核導(dǎo)彈探測(cè)、抗干擾能力。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用自頂向下設(shè)計(jì)思路,以戰(zhàn)爭(zhēng)、任務(wù)、戰(zhàn)術(shù)、單個(gè)交戰(zhàn)場(chǎng)景分析為輸入,建立抗干擾能力評(píng)估條件空間,從行為模型構(gòu)建到功能模型設(shè)計(jì),組合實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)場(chǎng)景仿真和對(duì)抗,充分考慮戰(zhàn)場(chǎng)要素、功能、物理機(jī)理以及要素之間的耦合關(guān)系,在多個(gè)波段內(nèi)對(duì)武器系統(tǒng)能力實(shí)施全面評(píng)估[17]。紅外空空導(dǎo)彈閉環(huán)仿真模型組成如圖1所示。

綜上所述,國(guó)外通過高精度的建模仿真技術(shù)來應(yīng)對(duì)武器裝備試驗(yàn)鑒定評(píng)估面臨的新問題和新挑戰(zhàn),不但積極制定相關(guān)的試驗(yàn)評(píng)估條例,而且十分重視試驗(yàn)評(píng)估環(huán)境的建設(shè),先后建立了很多武器試驗(yàn)鑒定評(píng)估中心和實(shí)驗(yàn)室,經(jīng)過長(zhǎng)期的探索發(fā)展,已經(jīng)形成了完整的、以建模仿真技術(shù)為核心的武器試驗(yàn)鑒定評(píng)估體系。

2 基于建模仿真的試驗(yàn)鑒定評(píng)估技術(shù)

為滿足當(dāng)前及未來復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境下的紅外制導(dǎo)武器試驗(yàn)鑒定評(píng)估需求,我國(guó)也在該領(lǐng)域進(jìn)行了探索性研究,從基礎(chǔ)理論、技術(shù)理論和應(yīng)用理論多個(gè)維度探討評(píng)估的理論方法體系,應(yīng)用虛實(shí)結(jié)合、平行系統(tǒng)、在線/事后評(píng)估等建模仿真的試驗(yàn)鑒定評(píng)估新方法,初步解決了試驗(yàn)鑒定評(píng)估中評(píng)估樣本、指標(biāo)體系、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理等關(guān)鍵環(huán)節(jié)存在的問題。

2.1 評(píng)估樣本庫(kù)設(shè)計(jì)

結(jié)合實(shí)際作戰(zhàn)需求、作戰(zhàn)指導(dǎo)手冊(cè)、導(dǎo)彈作戰(zhàn)性能和考核評(píng)估指標(biāo),建立抗干擾評(píng)估的條件庫(kù)。條件庫(kù)分為基本條件庫(kù)和擴(kuò)展條件庫(kù),是導(dǎo)彈抗干擾能力評(píng)估的基礎(chǔ)樣本空間,通過具體條件參數(shù)化描述復(fù)雜作戰(zhàn)的環(huán)境和對(duì)抗過程,應(yīng)具備一定的覆蓋性、典型性和準(zhǔn)確性。

圖1 紅外空空導(dǎo)彈閉環(huán)仿真模型組成Fig.1 Infrared missile closed loop simulation model components

對(duì)紅外空空導(dǎo)彈抗干擾能力進(jìn)行評(píng)估時(shí),結(jié)合近距空戰(zhàn)進(jìn)攻和防御中的戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法(相關(guān)戰(zhàn)術(shù)研究示例如圖2所示),以實(shí)際戰(zhàn)機(jī)的飛行機(jī)動(dòng)能力為依據(jù),充分考慮空戰(zhàn)主動(dòng)態(tài)勢(shì)、均勢(shì)態(tài)勢(shì)和被動(dòng)態(tài)勢(shì)之間的轉(zhuǎn)化,以及視距內(nèi)空戰(zhàn)中的角度、距離、速度和高度等影響因素,聯(lián)合視距內(nèi)空戰(zhàn)能力和攻擊事件,建立視距內(nèi)空戰(zhàn)態(tài)勢(shì)結(jié)構(gòu),對(duì)近距空戰(zhàn)條件進(jìn)行參數(shù)化分析,構(gòu)建評(píng)估條件庫(kù),貼近實(shí)戰(zhàn)全面評(píng)估紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的抗干擾能力。

圖2 空戰(zhàn)近距戰(zhàn)術(shù)研究Fig.2 Tactical research on close air combat

仿真鑒定評(píng)估樣本庫(kù)的構(gòu)建,首先結(jié)合紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈在實(shí)際空戰(zhàn)中的應(yīng)用場(chǎng)景,確定作戰(zhàn)環(huán)境的組成部分,包括初始態(tài)勢(shì)、干擾策略、目標(biāo)機(jī)動(dòng)、環(huán)境背景。分析具體的空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法,研究樣本庫(kù)的各組成因素,包括作戰(zhàn)高度、發(fā)射距離、導(dǎo)彈進(jìn)入角、發(fā)射離軸角、目標(biāo)機(jī)動(dòng)方式、干擾策略等,對(duì)各個(gè)條件進(jìn)行參數(shù)量化,保證各條件取值符合實(shí)際情況。最終根據(jù)樣本庫(kù)總的組成因素,完成評(píng)估樣本庫(kù)的構(gòu)建。

2.2 評(píng)估試驗(yàn)設(shè)計(jì)

紅外制導(dǎo)武器抗干擾過程涉及因素眾多,每個(gè)因素的取值范圍較大,是典型的多因素、多水平試驗(yàn)設(shè)計(jì)問題。目前常用的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法有析因試驗(yàn)設(shè)計(jì)、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)、均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)、拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)計(jì)等方法。此外,從試驗(yàn)手段分析,內(nèi)場(chǎng)的數(shù)字仿真和半實(shí)物仿真可以進(jìn)行大樣本試驗(yàn),而外場(chǎng)試驗(yàn)受成本和周期的影響,一般只允許進(jìn)行小樣本試驗(yàn)。以下給出各種常用的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,并分析其在抗干擾評(píng)估中的應(yīng)用方法及存在問題。

2.2.1 析因試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法

析因試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法分為完全析因試驗(yàn)設(shè)計(jì)和分式析因試驗(yàn)設(shè)計(jì)。完全析因試驗(yàn)設(shè)計(jì)是把各因素各水平試驗(yàn)因子進(jìn)行完全的組合。對(duì)于k個(gè)因素,每個(gè)因素m個(gè)水平的試驗(yàn)而言,試驗(yàn)次數(shù)n=m k。由此可見隨著因素個(gè)數(shù)的增加,試驗(yàn)次數(shù)將呈指數(shù)增長(zhǎng),為了說明這一變換趨勢(shì),分別計(jì)算了水平數(shù)為3,4,5的情況下,不同因素?cái)?shù)所需的試驗(yàn)次數(shù),結(jié)果見表1。

表1 析因試驗(yàn)設(shè)計(jì)不同因素?cái)?shù)、不同水平對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)次數(shù)Tab.1 Number of trials corresponding to different factors and different levels in the factorial test

顯而易見,這種試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法只適合因素較少的情況,不適合紅外制導(dǎo)武器抗干擾評(píng)估這種多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)。為了解決析因試驗(yàn)設(shè)計(jì)不能適應(yīng)多因素的問題,可以采用分式析因試驗(yàn)設(shè)計(jì),總的試驗(yàn)次數(shù)為n=m k-p,其中p(p＜n)個(gè)因素進(jìn)行不完全試驗(yàn),剩余(n-p)個(gè)因素進(jìn)行完全析因試驗(yàn),試驗(yàn)規(guī)模縮減1/3p。這種方法可以緩解因素增長(zhǎng)給析因試驗(yàn)帶來的問題,但不能徹底解決。

2.2.2 均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法與拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法

與析因試驗(yàn)設(shè)計(jì)不同,均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)與拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)計(jì)追求用少量試驗(yàn)進(jìn)行多因素、多水平試驗(yàn),均勻性原則是這兩種試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要原則。均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)是一種“充滿空間”的試驗(yàn)設(shè)計(jì)。均勻設(shè)計(jì)的特點(diǎn)有：1)試驗(yàn)點(diǎn)分布均勻分散;2)在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中各個(gè)因素每個(gè)水平只出現(xiàn)一次;3)適用于多水平多因素模型擬合及優(yōu)化試驗(yàn);4)試驗(yàn)結(jié)果可以采用回歸方法進(jìn)行分析。

均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)是根據(jù)數(shù)論在多維數(shù)值積分中的應(yīng)用原理,構(gòu)造1套均勻設(shè)計(jì)表,用來進(jìn)行均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)。均勻設(shè)計(jì)表仿照正交表以U n(m k)表示。U是均勻設(shè)計(jì)表代號(hào);n表示橫行數(shù)即試驗(yàn)次數(shù);m表示每縱列中的不同字碼的個(gè)數(shù),即每個(gè)因素的水平數(shù);k表示縱列數(shù),即因素?cái)?shù)。

表2為U7(76)均勻設(shè)計(jì)表,該表可安排7水平6因素的試驗(yàn),只做7次試驗(yàn)即可。

表2 均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)表Tab.2 Uniform test design

拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法是一種“充滿空間”的試驗(yàn)設(shè)計(jì),其試驗(yàn)特點(diǎn)與均勻試驗(yàn)類似。拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)計(jì)LHD(N,k)可表示為N×k階矩陣X。其中：N表示試驗(yàn)次數(shù),也表示水平數(shù);k表示因素個(gè)數(shù),矩陣X的列向量是[1 2 …N]T的隨機(jī)置換。

無論是均勻設(shè)計(jì)還是拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)計(jì),都存在很大備選方案。例如對(duì)于LHD(N,k)試驗(yàn)設(shè)計(jì)共有(N!)k種備選設(shè)計(jì)方案。衡量各試驗(yàn)方案優(yōu)劣的準(zhǔn)則就是均勻性,一般引入試驗(yàn)點(diǎn)之間的距離d(x i,x j)來描述,定義為

式中：t為正整數(shù),通常t=1,2。根據(jù)這一距離,衡量試驗(yàn)設(shè)計(jì)均勻性的常用標(biāo)準(zhǔn)有最大化最小距離(maximin distance)標(biāo)準(zhǔn)、φp準(zhǔn)則、中心化離差度量準(zhǔn)則CL2等。

2.2.3 抗干擾評(píng)估試驗(yàn)方法

抗干擾評(píng)估試驗(yàn)應(yīng)按照數(shù)字仿真、半實(shí)物仿真和外場(chǎng)實(shí)彈靶試的順序依次進(jìn)行,每進(jìn)行一種試驗(yàn)需要對(duì)其試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析后再進(jìn)行下一階段試驗(yàn)。

首先對(duì)于數(shù)字仿真試驗(yàn),一般允許進(jìn)行大量試驗(yàn)。可以采用分式析因試驗(yàn)設(shè)計(jì)n=m k-p方法,對(duì)一些影響較小的p個(gè)因素進(jìn)行不完全設(shè)計(jì),而針對(duì)其他(n-p)個(gè)重要因素進(jìn)行完全析因設(shè)計(jì)。

對(duì)于半實(shí)物仿真試驗(yàn),受到成本的影響,其允許的試驗(yàn)次數(shù)要遠(yuǎn)小于數(shù)字仿真。因此需要在數(shù)字仿真試驗(yàn)基礎(chǔ)上,進(jìn)一步弱化一些次要因素,減少重要因素,仍可以考慮采用分式析因設(shè)計(jì)方法。如果試驗(yàn)次數(shù)不允許,則可以對(duì)因素進(jìn)行分類,每一類選擇較少因素,在每一類之間采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。例如針對(duì)誘餌干擾模式涉及的組數(shù)、組間隔、彈數(shù)、彈間隔等因素采用L9(34)或L27(313)正交試驗(yàn),從而可以大幅度減少試驗(yàn)次數(shù)。然后在大類因素之間采用析因設(shè)計(jì)方法。

對(duì)于外場(chǎng)試驗(yàn)而言,只能進(jìn)行小樣本試驗(yàn),可以采用均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)或拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,從而在少量試驗(yàn)中考慮更多因素的影響。

2.3 評(píng)估數(shù)據(jù)融合處理

得到評(píng)估內(nèi)外場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)后,需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)處理的目的主要分為兩方面：一是分析各因素對(duì)抗干擾性能的影響程度;二是得到制導(dǎo)武器的綜合抗干擾性能。

為了分析各因素對(duì)抗干擾性能的影響程度,需要用到數(shù)字仿真和半實(shí)物仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù),采用的方法是方差分析法。方差分析主要是分析每個(gè)因素組間均方MSr與組內(nèi)均方MSe的差異大小,以采用F分布進(jìn)行檢驗(yàn),即組間均方與組內(nèi)均方的比值F越接近于1,說明組內(nèi)與組間沒有差異,也就是該因素在評(píng)估中可以忽略;如果F越大,則說明組間差異大于組內(nèi)差異,該因素對(duì)評(píng)估的影響越大。

為了得到制導(dǎo)武器的綜合抗干擾性能,需要將內(nèi)外場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合,在對(duì)內(nèi)外場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合之前,需要對(duì)其一致性進(jìn)行檢驗(yàn),如果其數(shù)據(jù)不一致,則無法融合。數(shù)據(jù)一致性檢驗(yàn)采用傳統(tǒng)的假設(shè)檢驗(yàn)方法即可。一般認(rèn)為制導(dǎo)武器抗干擾概率服從二項(xiàng)分布X～B(n,p),可以采用Z檢驗(yàn)檢驗(yàn)二項(xiàng)分布的一致性,此時(shí)要求n足夠大時(shí)(np＞5且n(1-p)＞5時(shí)),X近似服從于N(np,np(1-p))。

設(shè)有數(shù)字仿真樣本x～B(n,p1),半實(shí)物仿真樣本y～B(m,p2),構(gòu)造統(tǒng)計(jì)量Z1使得

式中：p0=則認(rèn)為x,y來源于不同一整體,兩者不一致,反之則一致。

對(duì)于數(shù)據(jù)融合,可以采用傳統(tǒng)的貝葉斯融合方法。對(duì)于數(shù)字仿真數(shù)據(jù)而言,采用無信息先驗(yàn)的貝葉斯估計(jì)方法,其后驗(yàn)分布服從貝塔分布B(a,b),其中參數(shù)為

以數(shù)字仿真結(jié)果為先驗(yàn)分布,對(duì)半實(shí)物仿真數(shù)據(jù)y進(jìn)行處理,可以得到其后驗(yàn)分布為

在平方損失下,抗干擾概率p的貝葉斯估計(jì)為

如果外場(chǎng)數(shù)據(jù)較少,也可以采用類似方法處理。

3 幾點(diǎn)啟示

1)建立面向新型聯(lián)合作戰(zhàn)的分布式綜合試驗(yàn)環(huán)境。為應(yīng)對(duì)武器裝備在未來大規(guī)模聯(lián)合作戰(zhàn)條件下的試驗(yàn)鑒定評(píng)估需求,美軍打通了各軍兵種靶場(chǎng)、試驗(yàn)場(chǎng)、基地之間的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò),廣泛接入,集成各領(lǐng)域試驗(yàn)資源,建立面向體系、虛實(shí)結(jié)合的分布式綜合試驗(yàn)環(huán)境,充分發(fā)揮各專業(yè)試驗(yàn)系統(tǒng)與靶場(chǎng)的技術(shù)與資源優(yōu)勢(shì),支撐開展大規(guī)模聯(lián)合作戰(zhàn)裝備試驗(yàn)與訓(xùn)練演習(xí)。

2)推動(dòng)認(rèn)知仿真等先進(jìn)智能仿真技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展,美軍等已經(jīng)開始將認(rèn)知仿真等智能化仿真技術(shù)應(yīng)用到試驗(yàn)鑒定評(píng)估領(lǐng)域。在開展體系對(duì)抗條件下武器裝備試驗(yàn)鑒定評(píng)估和智能化武器裝備的試驗(yàn)鑒定評(píng)估時(shí),重點(diǎn)解決復(fù)雜體系對(duì)抗建模、網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗模擬、智能化檢測(cè)等方面的仿真難題。

3)注重加強(qiáng)海量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的深度挖掘和綜合分析。大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)為海量數(shù)據(jù)的深度挖掘與綜合利用提供了有效手段?；诮７抡娴脑囼?yàn)鑒定評(píng)估產(chǎn)生的海量仿真、實(shí)裝等多維試驗(yàn)數(shù)據(jù),在類型、格式、粒度上千差萬別。美軍采用大數(shù)據(jù)技術(shù),對(duì)海量試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和綜合分析,從多視角展現(xiàn)了武器裝備在不同試驗(yàn)環(huán)境、試驗(yàn)條件下的戰(zhàn)機(jī)效能,大幅提高裝備試驗(yàn)鑒定評(píng)估的可信度和有效性。

4)建立全面、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系,確保仿真評(píng)估有據(jù)可依。美軍進(jìn)一步推進(jìn)模型置信度評(píng)估(VV&A)理論體系的研究,建立比較完善的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),包括DoD 系列規(guī)范、IEEE VV&A 標(biāo)準(zhǔn)、SISO VV&A 模 型、NATO MSG-019/TG-016 等,美軍正進(jìn)一步將規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于武器系統(tǒng)的實(shí)際測(cè)試評(píng)估中,確保精細(xì)化模型的可信度。

4 結(jié)束語

本文闡述了基于建模仿真的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈抗干擾能力評(píng)估的理論體系,對(duì)國(guó)外評(píng)估能力進(jìn)行了深入分析和探討,對(duì)抗干擾能力評(píng)估的核心技術(shù)問題進(jìn)行研究分析,對(duì)國(guó)內(nèi)抗干擾能力評(píng)估的試驗(yàn)條件、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理等技術(shù)進(jìn)行了分析總結(jié),研究了面向復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境和未來新作戰(zhàn)概念的仿真評(píng)估理論和方法,對(duì)仿真技術(shù)在測(cè)試評(píng)估中的應(yīng)用進(jìn)行細(xì)化完善與驗(yàn)證評(píng)估,推動(dòng)基于建模仿真的試驗(yàn)鑒定評(píng)估技術(shù)從概念走向應(yīng)用。目前研究還存在一些不足,需要繼續(xù)提高目標(biāo)及場(chǎng)景建模的準(zhǔn)確性,深入研究組成評(píng)估,樣本庫(kù)的各因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響對(duì)空間各條件的影響,建立更加合理完善的實(shí)驗(yàn)樣本庫(kù),并結(jié)合先進(jìn)理論方法不斷改進(jìn)數(shù)據(jù)的融合處理技術(shù),使紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈抗干擾能力的評(píng)估方法能更加精確有效。