電子裝備復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性評(píng)估指標(biāo)體系研究?

（91336部隊(duì) 秦皇島 066000）

1 引言

在未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上，復(fù)雜、密集復(fù)雜電磁環(huán)境會(huì)嚴(yán)重影響和制約敵我雙方武器裝備的效能發(fā)揮。因此，在電子裝備的復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)與評(píng)估活動(dòng)，必須研究復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)電子裝備的影響，充分利用電磁環(huán)境的有利條件和回避及克服不利的電磁環(huán)境因素，使得電子裝備在復(fù)雜電磁環(huán)境下最佳地發(fā)揮其作戰(zhàn)效能。

2 適應(yīng)性評(píng)估指標(biāo)體系概述

電子裝備對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境的適應(yīng)性，就是電子裝備在其全壽命管理期內(nèi)，在可能遇到的各種戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境下能達(dá)到其戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能要求、并完成其給定作戰(zhàn)任務(wù)的能力。為了衡量電子裝備對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境的適應(yīng)性，必須采用某種定量尺度去度量一定復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備的作戰(zhàn)效能。電子裝備復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性評(píng)估的重要任務(wù)就是確定或選擇復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)，由于復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性概念的特殊性，使得其評(píng)估指標(biāo)不能像戰(zhàn)技術(shù)指標(biāo)那樣直接度量，但是適應(yīng)性指標(biāo)須反映該裝備在不同復(fù)雜電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)效能。

電子裝備對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境的適應(yīng)性可以用一組具體的適應(yīng)性指標(biāo)來(lái)描述，但是一方面，由于不同類型電子裝備的技術(shù)體制、使用環(huán)境條件以及作戰(zhàn)運(yùn)用模式的千差萬(wàn)別，難以建立對(duì)所有電子裝備復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性都通用的評(píng)估指標(biāo)體系；另一方面，電子裝備復(fù)雜電磁環(huán)境的適應(yīng)性評(píng)估又有其共同特征，實(shí)質(zhì)是為了評(píng)估電子裝備在復(fù)雜電磁環(huán)境下實(shí)現(xiàn)所有預(yù)定功能與性能的能力，為了實(shí)現(xiàn)所有預(yù)定功能與性能的能力，電子裝備在復(fù)雜電磁環(huán)境下必須具有“戰(zhàn)備完好性”和“持續(xù)作戰(zhàn)能力”，裝備的“戰(zhàn)備完好性”可以由裝備的可用性、使用可信度來(lái)度量，裝備的“持續(xù)作戰(zhàn)能力”可以由裝備的使用可信度和保障性來(lái)度量?；谏鲜鰞蓚€(gè)方面的考慮，電子裝備復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性的一般性評(píng)估指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 適應(yīng)性能力的一般性評(píng)估指標(biāo)體系

在圖1中，電子裝備的復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性由“戰(zhàn)備完好性”和“持續(xù)作戰(zhàn)能力”來(lái)進(jìn)行表征。指標(biāo)“戰(zhàn)備完好性”的含義是在一定的復(fù)雜電磁環(huán)境下，電子裝備及時(shí)投入部署和使用，并且發(fā)揮作用的能力；指標(biāo)“持續(xù)作戰(zhàn)能力”的含義是在一定的復(fù)雜電磁環(huán)境下，電子裝備按照必要的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，以達(dá)到完成作戰(zhàn)任務(wù)的能力。基于這2個(gè)指標(biāo)對(duì)電子裝備的復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行度量，電子裝備在一定復(fù)雜電磁環(huán)境下能夠令人滿意地投入外場(chǎng)使用的程度，取決于作戰(zhàn)任務(wù)的一個(gè)或多個(gè)階段完成任務(wù)的能力。

裝備的“戰(zhàn)備完好性”由裝備的可用性、使用可信度來(lái)度量，裝備的可用性是指電子裝備處于可使用狀態(tài)，是可靠性和維修性的綜合體現(xiàn)。裝備的使用可信度是裝備在需要時(shí)能夠執(zhí)行其規(guī)定任務(wù)的概率。裝備的“持續(xù)作戰(zhàn)能力”由裝備的使用可信度和保障性來(lái)度量，裝備的保障性是指電子裝備在一定復(fù)雜電磁環(huán)境下、在規(guī)定的任務(wù)持續(xù)時(shí)間內(nèi)或者進(jìn)入任務(wù)狀態(tài)后的規(guī)定時(shí)間內(nèi)，維持該裝備正常工作所需要的人力和人員保障、人因工程、軟件維修性、軟件資源保障及安全性等。裝備的可用性、維修性、保障性則必須由具體型號(hào)電子裝備的復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性度量指標(biāo)來(lái)表征，裝備的可用性由裝備在復(fù)雜電磁環(huán)境下“正常完成任務(wù)能力”、“平均停工事件間隔時(shí)間”、“平均停工時(shí)間”等指標(biāo)來(lái)綜合描述，裝備的使用可信度由“平均故障間隔時(shí)間”、“平均功能恢復(fù)時(shí)間”等指標(biāo)來(lái)綜合描述，裝備的保障性由“人員系統(tǒng)保障能力”、“裝備利用率”、“軟件保障性”三個(gè)指標(biāo)來(lái)綜合描述。

在圖1中，指標(biāo)體系中的過(guò)渡層“適應(yīng)性性能層面”由于是一個(gè)過(guò)渡性的概略指標(biāo)，在實(shí)際評(píng)估計(jì)算過(guò)程中可以跳略過(guò)去，由“適應(yīng)性度量指標(biāo)”直接反映“適應(yīng)性能力”。另外，在考核電子裝備的復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性過(guò)程中，通常假設(shè)操作人員已經(jīng)經(jīng)過(guò)足夠強(qiáng)度（包括理論基礎(chǔ)知識(shí)和操作熟練程度）的培訓(xùn)，認(rèn)為復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)人員系統(tǒng)的保障能力和軟件保障能力的影響很小?；谏鲜鲈?，在實(shí)際的電子裝備復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性性能評(píng)估過(guò)程中，可以采用圖2所示的三層評(píng)估指標(biāo)體系。

圖2 適應(yīng)性能力的簡(jiǎn)單評(píng)估指標(biāo)體系

電子裝備復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性性能評(píng)估的本質(zhì)是確定并量化電子裝備在一定復(fù)雜電磁環(huán)境中完成其規(guī)定功能的能力和基于復(fù)雜電磁環(huán)境抗損能力，圖2所示的評(píng)估指標(biāo)體系就是利用指標(biāo)“戰(zhàn)備完好性”來(lái)表征電子裝備在一定復(fù)雜電磁環(huán)境中完成其規(guī)定功能的能力，利用指標(biāo)“持續(xù)作戰(zhàn)能力”來(lái)表征電子裝備在一定復(fù)雜電磁環(huán)境中的抗損能力。

3 適應(yīng)性評(píng)估指標(biāo)的數(shù)學(xué)描述

3.1 基本思路

按照?qǐng)D1或圖2所示的適應(yīng)性評(píng)估指標(biāo)體系，其適應(yīng)性度量指標(biāo)層面的參數(shù)必須結(jié)合具體型號(hào)的電子裝備評(píng)估數(shù)據(jù)來(lái)確定，適應(yīng)性性能層面的參數(shù)由適應(yīng)性度量指標(biāo)層面的參數(shù)按照一定程度的合成算法來(lái)得到，適應(yīng)性能力層面的參數(shù)由適應(yīng)性性能層面的參數(shù)按照一定程度的合成算法來(lái)得到。

進(jìn)行電子裝備的復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性能力評(píng)估，必須明確需求，以需求為對(duì)照，以需求滿足度作為適應(yīng)性能力評(píng)估的尺度。把電子裝備的戰(zhàn)術(shù)技

電子裝備能正常完成任務(wù)能力首先需要能正常工作，而“能正常工作”表示電子裝備在一定復(fù)雜電磁環(huán)境下能符合研制總要求或任務(wù)書中規(guī)定的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)門限值，通過(guò)對(duì)所有規(guī)定的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)符合程度的聚合而得到“能正常工作的概率”。

假設(shè)電子裝備戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)在fg(g=1，2，…，n)頻點(diǎn)上進(jìn)行，每個(gè)頻點(diǎn)試驗(yàn)的復(fù)雜電磁環(huán)境種類分別為ce1，ce2，…，cen個(gè)，在頻點(diǎn)fg上復(fù)雜電磁環(huán)境ceh下共試驗(yàn)Ngh次，對(duì)適應(yīng)性試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)，以聯(lián)系數(shù)的數(shù)學(xué)解析式進(jìn)行表達(dá)所試驗(yàn)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能在頻點(diǎn)fg和復(fù)雜電磁環(huán)境ceh下的復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性性能。其中聯(lián)系數(shù)a+bi+cj的數(shù)學(xué)含義為a表示同一度，b表示差異度，c表示對(duì)立度，并有a+b+c=1。利用聯(lián)系數(shù)a+bi+cj來(lái)描述效能評(píng)估的性能指標(biāo)時(shí)，a表示試驗(yàn)結(jié)果符合性能指標(biāo)要求的同一度，b表示試驗(yàn)結(jié)果與性能指標(biāo)要求的差異度，c表示試驗(yàn)結(jié)果與性能指標(biāo)要求的對(duì)立度，其中a和c根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)而得到，b=1-a-c。

可以看出，目前的很多評(píng)估方法采用戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能符合性能指標(biāo)要求的程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)質(zhì)上就是采用聯(lián)系數(shù)中的同一度進(jìn)行評(píng)價(jià)。這種評(píng)價(jià)的方法至少說(shuō)是不全面的，并且在很多情況下，我們不僅需要明確電子裝備戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能符合性能指標(biāo)要求的程度，更需要了解在多大程度上不符合性能指標(biāo)要求以及進(jìn)行改進(jìn)的空間有多大。本文基于辯證思維的角度，提出利用聯(lián)系數(shù)來(lái)對(duì)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)術(shù)性能需求作為衡量實(shí)際裝備能力的標(biāo)準(zhǔn)，把電子裝備在某種復(fù)雜電磁環(huán)境下表現(xiàn)出來(lái)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能分布，及該復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性能力的分布與需求作比較，求出復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性能力的度量。

適應(yīng)性度量指標(biāo)層面的參數(shù)除了“正常完成任務(wù)能力”由典型電子裝備的在復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)中直接測(cè)量得到的戰(zhàn)技術(shù)指標(biāo)度量參數(shù)進(jìn)行合成外，參數(shù)“平均故障間隔時(shí)間”、“平均功能恢復(fù)時(shí)間”、“人員系統(tǒng)保障能力”、“裝備利用率”、“軟件保障性”在復(fù)雜電磁環(huán)境試驗(yàn)中直接測(cè)量得到，將上述這些參數(shù)與研制總要求中所列的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)門限值進(jìn)行比較，統(tǒng)計(jì)出符合研制總要求中戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)門限值的比例和不符合門限值的比例。

3.2 基于聯(lián)系數(shù)的解析模型

3.2.1 正常完成任務(wù)能力性能進(jìn)行描述，并實(shí)現(xiàn)對(duì)電子裝備復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性的評(píng)估。

針對(duì)上述試驗(yàn)結(jié)果，以電子裝備研制總要求或研制任務(wù)書中的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能要求為判決門限，假設(shè)復(fù)合要求的試驗(yàn)結(jié)果為Agh個(gè)，不符合要求的試驗(yàn)結(jié)果為Cgh個(gè)，則有

則有bgh=1-agh-cgh，于是該裝備該性能在頻點(diǎn)fg和復(fù)雜電磁環(huán)境ceh下的復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性性能為agh+bghi+cghj。

3.2.2 使用可用度

使用可用度是電子裝備在需要時(shí)能夠用于執(zhí)行任何特定作戰(zhàn)任務(wù)的概率。它包括電子裝備的固有可靠性和維修性參數(shù)，以及與系統(tǒng)預(yù)期的壽命周期有關(guān)的后勤保障效能。電子裝備使用可用度可以表示為

式中MTBDE為平均停工事件間隔時(shí)間，即造成系統(tǒng)不能工作的事件（如關(guān)鍵或非關(guān)鍵故障、計(jì)劃性維修和訓(xùn)練等）之間的平均時(shí)間。除了固有的維修和維修性特征外，現(xiàn)場(chǎng)條件（如技術(shù)指令的可用性與充分性、保障設(shè)備的能力與可用性、供應(yīng)等級(jí)、人員、經(jīng)驗(yàn)等級(jí)以及輪換班結(jié)構(gòu)等）也影響停工時(shí)間。其計(jì)算公式為

式中MDT為平均停工時(shí)間，即停工事件發(fā)生后使系統(tǒng)恢復(fù)到完全工作狀態(tài)而花費(fèi)的平均時(shí)間。停工時(shí)間包括維修和保障響應(yīng)、行政延遲和真實(shí)在線維修時(shí)間。其計(jì)算式為

3.2.3 使用可信度

使用可信度是電子裝備在需要時(shí)能夠執(zhí)行其規(guī)定任務(wù)的概率，它包括系統(tǒng)的固有可靠性和維修性參數(shù)，以及與任務(wù)使用、可能發(fā)生致命故障的所有時(shí)間有關(guān)的后勤保障效能。使用可信度同時(shí)影響裝備的“戰(zhàn)備完好性”和“持續(xù)作戰(zhàn)能力”。在一定復(fù)雜電磁環(huán)境下基于平均故障間隔時(shí)間的電子裝備使用可信度DEP為

式中DEP可以通過(guò)公式轉(zhuǎn)換成聯(lián)系數(shù)的表達(dá)形式參與聚合運(yùn)算。式中MTBCF為平均故障間隔時(shí)間，MTTRF是平均功能恢復(fù)時(shí)間。平均故障間隔時(shí)間是指電子裝備在一定復(fù)雜電磁環(huán)境下，其任務(wù)必要功能（任務(wù)必要功能是裝備完成任務(wù)所必須使用的功能）發(fā)生關(guān)鍵故障的平均間隔時(shí)間。如果該電子裝備被用于執(zhí)行持續(xù)時(shí)間明顯不同的多項(xiàng)任務(wù)時(shí)，必須使用該項(xiàng)任務(wù)所對(duì)應(yīng)的平均間隔時(shí)間。關(guān)鍵故障在一次任務(wù)中不一定發(fā)生，但它必然會(huì)或者可能會(huì)對(duì)裝備完成任務(wù)造成影響。其計(jì)算式為

平均功能恢復(fù)時(shí)間是在一定復(fù)雜電磁環(huán)境下發(fā)生關(guān)鍵故障后，為了使電子裝備恢復(fù)到完全工作狀態(tài)而花費(fèi)的平均時(shí)間，包括在關(guān)鍵故障發(fā)生后與恢復(fù)功能有關(guān)的行政管理時(shí)間和后勤延遲時(shí)間，其計(jì)算公式為

3.2.4 裝備利用率

裝備利用率用符號(hào)UR表示，是對(duì)電子裝備執(zhí)行規(guī)定的作戰(zhàn)任務(wù)，或在預(yù)期的復(fù)雜電磁環(huán)境下使用的預(yù)定強(qiáng)度的一種定量描述。這種描述通常是一種頻度度量參數(shù)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的工作或事件數(shù)；或者每項(xiàng)任務(wù)或其他活動(dòng)（規(guī)定持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度）的工作或事件數(shù)。即為在規(guī)定的日歷時(shí)間間隔期中，裝備用于執(zhí)行任務(wù)是平均壽命單元數(shù)，其計(jì)算公式為

UR可以通過(guò)公式轉(zhuǎn)換成聯(lián)系數(shù)的表達(dá)形式參與聚合運(yùn)算。

4 適應(yīng)性評(píng)估指標(biāo)的可視化表達(dá)

可視化表達(dá)展現(xiàn)數(shù)學(xué)模型的視覺(jué)效果，使分析結(jié)果變得看得見(jiàn)和直觀，使決策分析人員和決策者可以迅速準(zhǔn)確地作出判斷。電子裝備復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能指標(biāo)可以通過(guò)不同剖面的切片進(jìn)行可視化表達(dá)。假設(shè)電子裝備用頻范圍為[fl，fh]，其地理位置表達(dá)為r0，進(jìn)行復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)時(shí)的時(shí)間為t=t0，則該處該時(shí)刻該裝備某種戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能受到復(fù)雜電磁環(huán)境的影響可以通過(guò)兩個(gè)剖面進(jìn)行描述：

一是假設(shè)復(fù)雜電磁環(huán)境的噪聲場(chǎng)強(qiáng)大小不變，某裝備某種戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能在不同工作頻率點(diǎn)上的適應(yīng)性如圖3所示。

圖3 同一噪聲不同頻率的適應(yīng)性示意圖

圖3中對(duì)應(yīng)于每個(gè)工作頻率點(diǎn)處的灰色部分表示該戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能對(duì)于性能指標(biāo)要求的符合程度；紅色部分表示該戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的不符合程度；中間綠色部分為過(guò)渡部分，是不確定性的表現(xiàn)部分，表示通過(guò)該次復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)不能明確判斷該戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能是否符合性能指標(biāo)要求，在不同的場(chǎng)合，這部分可以轉(zhuǎn)化為符合性能指標(biāo)要求的部分，也可以轉(zhuǎn)化為不符合性能指標(biāo)要求的部分。正是由于這一部分的存在，我們?cè)陔娮友b備的使用過(guò)程中，才可以采取各種有利的戰(zhàn)技術(shù)措施，使得其向符合性能指標(biāo)要求的部分轉(zhuǎn)化，充分發(fā)揮裝備的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能。

二是假設(shè)固定該裝備的工作頻率點(diǎn)，復(fù)雜電磁環(huán)境的噪聲場(chǎng)強(qiáng)大小進(jìn)行變化，則該裝備某種戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能對(duì)不同噪聲場(chǎng)強(qiáng)大小的適應(yīng)性如圖4所示。圖中Noi表示第i種復(fù)雜電磁環(huán)境，各種顏色的含義同圖3。

圖4 同一頻率不同噪聲的適應(yīng)性示意圖

對(duì)于不同地理位置、不同適應(yīng)性試驗(yàn)時(shí)刻、不同裝備戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能，其受到復(fù)雜電磁環(huán)境的影響可以分別通過(guò)上述兩個(gè)剖面進(jìn)行描述。

如圖3所示，在同一噪聲不同頻率的電子裝備某性能指標(biāo)的復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性已知時(shí)，即假設(shè)在頻率fk(k=1，2，…，n)時(shí)的適應(yīng)性表示為uk=ak+bki+ckj，又假設(shè)該性能在該噪聲下的復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性為u0=a0+b0i+c0j，則可以通過(guò)下述算法可以求取a0、b0和c0的值。

對(duì)于電子裝備該性能在某一確定頻率下的復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性可以采取同樣的算法求取。

5 結(jié)語(yǔ)

本文研究的復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性評(píng)估指標(biāo)體系，在試驗(yàn)、訓(xùn)練中通過(guò)分析評(píng)估雷達(dá)、雷達(dá)偵察、通信等電子裝備在復(fù)雜電磁環(huán)境下的適應(yīng)能力，從而充分利用和規(guī)避電磁環(huán)境對(duì)裝備的影響，發(fā)揮其最大作戰(zhàn)效能，具有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。