艦載武器作戰(zhàn)使用條件仿真量化分析

劉 偉，由大德，鐘志通（海軍大連艦艇學院，遼寧 大連 116018）

艦載武器作戰(zhàn)使用條件仿真量化分析

劉 偉，由大德，鐘志通
（海軍大連艦艇學院，遼寧 大連 116018）

運用層次分析法、本征向量法和多屬性決策問題的數(shù)據(jù)處理等方法，對艦載武器作戰(zhàn)使用的約束條件進行了量化分析和數(shù)據(jù)處理，系統(tǒng)地描述了單一約束條件和多個約束條件對武器有效使用的概率問題，建立了約束條件下，艦載武器作戰(zhàn)使用仿真流程。研究結果對艦載武器作戰(zhàn)使用具有一定的指導作用。

艦載武器，作戰(zhàn)使用條件，作戰(zhàn)仿真，量化分析

0 引言

隨著科技的發(fā)展，艦載武器正朝著集成化、模塊化、自動化的方向發(fā)展，新裝備伴隨著新作戰(zhàn)樣式不斷涌現(xiàn)［1］。當前，計算機作戰(zhàn)仿真模擬已成為世界各國軍事訓練與作戰(zhàn)準備的重要方法。如何提高作戰(zhàn)仿真的逼真度，使計算機仿真模擬的效果更加符合實際作戰(zhàn)要求，是武器使用規(guī)則仿真的重難點問題。本文以提高作戰(zhàn)仿真逼真度為目標，通過構建艦載武器的作戰(zhàn)使用條件模型，對艦載武器作戰(zhàn)使用的約束條件進行量化分析，使計算機仿真模擬效果更加貼近實際情況。

1 艦載武器作戰(zhàn)使用條件量化分析與數(shù)據(jù)處理

艦載武器作戰(zhàn)使用主要受到艦艇運動狀態(tài)、水文氣象環(huán)境和武器戰(zhàn)術技術指標等方面的影響。不同的艦載武器具有不同的作戰(zhàn)使用約束條件，約束條件的數(shù)據(jù)指標對武器使用的概率有重要影響。因此，要對艦載武器作戰(zhàn)使用條件進行科學研究和量化分析，建立約束條件與武器使用概率之間的量化模型，使作戰(zhàn)人員可以準確掌握在不同約束條件下武器使用的有效概率，為復雜條件下的艦載武器作戰(zhàn)使用問題提供科學依據(jù)。

現(xiàn)以某型艦艇防空反導武器為例，設對該型武器作戰(zhàn)使用產(chǎn)生影響的條件有環(huán)境溫度、艦艇搖擺、目標空域等n個約束條件，分別為n1，…，ni，…，nn，由于各約束條件的單位、數(shù)量、取值范圍、狀態(tài)等因素都有一定的差別，因此，在對數(shù)據(jù)進行量化分析時運用歸一化方法進行處理。

1.1 單一條件量化分析

任意約束條件對艦載武器的作戰(zhàn)使用都有最低下限取值x1和最高上限取值x2，即當x=x1或x=x2時，武器無法使用，x1與x2稱為約束條件的臨界值且可視為有唯一解；當?shù)趎i個條件的約束值x在（x1，x2）取值時，該艦載武器可正常運行；當x≤x1或x≥x2時，艦載武器無法正常運行。

每一種艦載武器在作戰(zhàn)使用過程中，都會存在一個條件最優(yōu)區(qū)間，即當約束條件x在范圍（x1，x2）內(nèi)取值時，存在最優(yōu)約束區(qū)間［xi0，xi*］，使艦載武器在該條件下的作戰(zhàn)使用概率最高，最高概率設定為1。當x在最優(yōu)區(qū)間以外，臨界值以內(nèi)取值時，根據(jù)單一條件對艦載武器使用概率的影響規(guī)律和實踐分析，可認為此區(qū)間內(nèi)的變化規(guī)律呈線性變化。

1.2 單一條件數(shù)據(jù)處理

由于影響艦載武器的作戰(zhàn)使用條件較多，且以最優(yōu)值為給定區(qū)間的條件為主，因此，采用最優(yōu)值為給定區(qū)間時的數(shù)據(jù)處理方法進行變換［2］。設第ni個條件的約束值x與武器狀態(tài)值y的關系為y=f（x），給定的最優(yōu)約束區(qū)間值為［xi0，xi*］，x1為最低下限取值，x2為最高上限取值，則有:

變換后的武器狀態(tài)值y與約束條件值x的函數(shù)圖形一般為梯形。

設A型武器在環(huán)境溫度為-40°～+50°之間時可正常工作，當氣溫低于-40°或高于+50°時，A型武器將無法使用；當氣溫在-30°～+40°之間時，環(huán)境溫度對武器的作戰(zhàn)使用沒有限制影響，有效使用概率定為1。即上式中x1=-40°，x2=+50°，xi0=-30°，xi*=+40°，當其他約束條件不變時，利用上式計算T=-35°與T=+42°時，環(huán)境溫度對A型武器的使用概率影響。

當T=-35°時，yi=0.5

當T=+42°時，yi=0.8

由上式可以得出，當約束條件的臨界值與最優(yōu)值確定時，艦載武器的作戰(zhàn)使用條件對武器的有效使用概率具有一定影響。

1.3 多個條件量化分析

每一種艦載武器都受到許多外界或內(nèi)界約束條件的影響與限制，當多個條件同時變化時，艦載武器的作戰(zhàn)使用概率也將產(chǎn)生一定幅度的變化，運用層次分析法對多個約束條件與艦載武器作戰(zhàn)使用概率的影響進行量化分析，計算出各條件在武器使用時的權值。

設有n個約束條件n1，…，ni，…，nn，各約束條件對武器的權值為p1，…，pi，…，pn，因此，，艦載武器作戰(zhàn)使用概率P=p1y1+p2y2+…+pnyn。通過各單一條件數(shù)據(jù)處理方法分別計算出y1，y2，…，yn的值，利用本征向量法，以及Saaty（1980）根據(jù)人的認知和判斷能力提出的相對重要性表（見表1），n階矩陣隨機指標和相應臨界本征值表（見表2），確定p1，p2，…，pn的值［3］。

1.4 多個條件數(shù)據(jù)處理

其中I為單位矩陣，若A中的值估計準確，則上式嚴格等于0，若A估計不準確，則A中元素的攝動意味著本征值的攝動，因此，有

表1 目標重要性判斷矩陣A中元素取值

CI與表2所給同階矩陣的隨機指標RI之比稱為一致性比率CR，CR=CI/RI。當CR＞0.1時，A中各元素一致性太差，需重新估計；當CR＜0.1時，基本一致，可利用式（3）求得p。表2為CR=0.1時的臨界本征值，當＞時，說明一致性太差，需要重新估計；當＜時，說明元素估計可用［4］。

表2 n階矩陣的隨機指標RI與相應臨界本征值

表2 n階矩陣的隨機指標RI與相應臨界本征值

n 23 45 6 78 910 RI0.00 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 1.493.1164.07 5.45 6.62 7.79 8.99 10.16 11.34

環(huán)境溫度、艦艇搖擺、目標空域是水面艦艇防空反導的3個重要約束條件，利用表1和作戰(zhàn)使用相關性的重要程度，可設定3個約束條件的重要性矩陣A為

2 應用舉例

某艦艇防空武器H的溫度工作區(qū)間為（-40°～+50°），最優(yōu)區(qū)間為［-30°～+40°］；艦艇搖擺工作區(qū)間為（-15°～+15°），最優(yōu)區(qū)間為［-10°～+10°］；目標空域工作區(qū)間為（5 m～3 800 m），最優(yōu)區(qū)間為［10 m～3 000 m］。現(xiàn)對室外溫度+42°，艦艇搖擺-12°，目標空域3 200 m時，防空武器的作戰(zhàn)使用概率P進行計算分析。

1）對3個條件進行單一數(shù)據(jù)處理后可得y1=0.8，y2=0.6，y3=0.75。

2）對3個條件的權值進行數(shù)據(jù)處理后可得p1=0.136 5，p2=0.238 49，p3=0.625 01。

3）根據(jù)P=p1y1+p2y2+…+pnyn可得P=0.72。

可以計算出，當3個條件均在各自最優(yōu)區(qū)間時P=1。因此，當艦載武器的作戰(zhàn)使用條件變化時，特別是在最優(yōu)區(qū)間之外、工作區(qū)間之內(nèi)時，艦載武器的使用概率將發(fā)生變化。此結論表明，在利用計算機進行作戰(zhàn)仿真時，需根據(jù)艦載武器的作戰(zhàn)使用約束條件對使用概率進行合理計算，進而達到提高仿真逼真度的效果。

3 作戰(zhàn)使用條件的仿真實現(xiàn)流程

在作戰(zhàn)仿真過程中，需要對單一條件值和多個條件的權值p進行計算，由于艦載武器的約束條件類別與數(shù)量可以預先設定，因此，可預先設定A中元素aij的數(shù)值，在＜的情況下，確定不同艦載武器約束條件的權值p1…pi…pn，建立艦載武器約束條件權值數(shù)據(jù)庫，進而在應用時簡化仿真流程，可得流程圖如下:

圖1 作戰(zhàn)仿真流程圖

4 結論

通過層次分析法、本征向量法等數(shù)學方法，對艦載武器作戰(zhàn)使用條件進行了量化分析與數(shù)據(jù)處理。結論表明，當外界或內(nèi)界的約束條件發(fā)生變化時，需要對艦載武器的使用概率進行科學計算。本文描述的量化分析與數(shù)據(jù)處理方法，可用于艦載武器作戰(zhàn)使用研究，研究結果對水面艦艇作戰(zhàn)訓練具有一定的指導作用。

［1］劉建英，李小龍，王欽釗.國外指揮控制建模研究現(xiàn)狀及啟示［J］.電光與控制，2011，18（4）:56-60.

［2］程明熙.決策理論與方法［M］.南京:東南大學出版社，1991.

［3］岳超源.決策理論與方法［M］.北京:科學出版社，2003.

［4］ Saaty.The analytic hierarchy process［M］.McGraw-Hill，1980.

Simulation Quantification Analysis of Fight Using Condition on Ship Based Weapon

LIU Wei，YOU Da-de，ZHONG Zhi-tong
（Dalian Naval Academy，Dalian 116018，China）

This paper uses AHP，eigenvector process and the data processing of multi-attribute decision-making problem，quantification analysis and data processing on constraint condition of the fight using on ship based weapon，systematic describing probability problem of effective using to weapon by the sole-constraint condition and multi-constraint condition，the simulation technological process of fight using on ship based weapon is established，which in the constraint condition.The result of research have fixed guidance effect to the fight using on ship based weapon.

ship based weapon，fight using condition，fight simulation，quantification analysis

TJ83

A

1002-0640（2017）03-0109-03

2016-02-07

2016-03-18

劉 偉（1986- ），男，黑龍江哈爾濱人，碩士研究生。研究方向：水面艦艇進攻與防御戰(zhàn)術。