目標(biāo)毀傷等級及毀傷數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究＊

許 誠 袁有宏 趙 杰 李學(xué)園

（海軍航空工程學(xué)院飛行器工程系1） 煙臺 264001）（海軍航空工程學(xué)院研究生管理大隊(duì)2） 煙臺 264001）

1 引言

基于未來作戰(zhàn)演練、武器裝備的發(fā)展、作戰(zhàn)計(jì)劃的制定以及未來實(shí)戰(zhàn)的需求，建立目標(biāo)毀傷數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對于未來制定訓(xùn)練計(jì)劃、作戰(zhàn)預(yù)案和計(jì)劃以及指引裝備發(fā)展計(jì)劃具有非常重要的意義。針對建立目標(biāo)毀傷數(shù)據(jù)庫的要求，根據(jù)確立目標(biāo)毀傷等級的一般方法對目標(biāo)進(jìn)行毀傷等級的劃分，并簡要介紹建立目標(biāo)毀傷數(shù)據(jù)庫的功能模塊，為未來聯(lián)合作戰(zhàn)提供新的決策依據(jù)。

2 目標(biāo)及目標(biāo)毀傷

美軍參聯(lián)會在《目標(biāo)選擇與打擊聯(lián)合條令》中指出：目標(biāo)是一個地區(qū)、一座綜合性建筑物、一個設(shè)施、一支部隊(duì)、一種裝備、一種戰(zhàn)斗力、一種功能或某種行為。目標(biāo)的范圍廣泛，包括機(jī)動部隊(duì)、駐止部隊(duì)、裝備和其它資源。一般意義上講，目標(biāo)就是指軍事力量打擊、攻占或控制的對象。如海灣戰(zhàn)爭中，多國部隊(duì)遴選出的對伊拉克突擊的12個目標(biāo)群：指揮設(shè)施，電力生產(chǎn)設(shè)施，通訊和指揮樞紐，防空一體化系統(tǒng)，飛機(jī)和機(jī)場，核生化研究、生產(chǎn)和儲存場所，導(dǎo)彈發(fā)射架，導(dǎo)彈生產(chǎn)和儲存場所，港口設(shè)施，煉油廠、鐵路和橋梁，伊拉克軍隊(duì)以及軍用品制造和儲存設(shè)施。

目標(biāo)毀傷，就是使用兵力和兵器對敵目標(biāo)采取突擊行動，降低敵作戰(zhàn)能力和改變戰(zhàn)場態(tài)勢。目標(biāo)毀傷可理解為敵作戰(zhàn)集團(tuán)內(nèi)人員、器材、裝備、彈藥和武器的損失，以及工程設(shè)施和其它軍事目標(biāo)被破壞（毀傷）的程度［1］。

3 目標(biāo)特性分析以及目標(biāo)毀傷等級劃分

要確定目標(biāo)的毀傷等級，首先應(yīng)對目標(biāo)特性進(jìn)行詳細(xì)的分析，充分了解目標(biāo)特性以對目標(biāo)的易損性進(jìn)行初步分析，從而針對不同的目標(biāo)確立一般的毀傷等級。

針對目標(biāo)特性，主要從目標(biāo)的物理易損性出發(fā)，重點(diǎn)考慮功能易損性，同時結(jié)合搶修性，最后形成綜合易損性，然后在此基礎(chǔ)上充分考慮目標(biāo)綜合功能余度，最后確定毀傷等級。

3.1 易損性

易損性通常是指戰(zhàn)斗狀態(tài)下，目標(biāo)被發(fā)現(xiàn)并受到攻擊而被損傷的難易程度。本文從物理易損性、功能易損性和搶修性出發(fā)，建立目標(biāo)易損性一般模型［2］。

1）物理易損性

物理易損性包括目標(biāo)的幾何結(jié)構(gòu)、尺寸、強(qiáng)度等，并根據(jù)上述指標(biāo)確定目標(biāo)抵抗沖擊、振動、貫穿、燃燒及沖擊波超壓的能力。通過目標(biāo)的組成分析，建立目標(biāo)的空間幾何模型，描述目標(biāo)的材料、厚度等情況，從而確定目標(biāo)的物理易損性。

2）功能易損性

功能易損性也稱為效能易損性，是反映武器對目標(biāo)功能毀傷作用的函數(shù)。目標(biāo)功能是目標(biāo)的固有屬性，類型不同，其功能也不同。針對不同功能的目標(biāo)構(gòu)件和組件，主要采用功能余度和權(quán)重系數(shù)描述功能易損性模型。

功能余度是指系統(tǒng)或部件受到一定打擊后剩余的能保證裝備正常發(fā)揮作用的程度。當(dāng)目標(biāo)某系統(tǒng)或部件遭破片打擊后的毀傷程度低于某一閾值時，認(rèn)為沒有損壞，功能余度為“1”；當(dāng)超過某一閾值時，該系統(tǒng)或部件功能開始下降，通常剛開始時功能下降較快，隨后功能隨毀傷程度的增大而下降較慢，當(dāng)毀傷程度超過另一閾值時，認(rèn)為該系統(tǒng)或部件的功能已完全喪失，功能余度為“0”。

權(quán)重系數(shù)是部件功能在參與上一級綜合效能評估中所起作用的重要程度。各部件功能對綜合效能的作用，并不是同等重要的；同時，系統(tǒng)在工作時，不同部件所承擔(dān)任務(wù)的重要性也不同，有的功能喪失后系統(tǒng)就完全失去戰(zhàn)斗力，而有的功能喪失后，系統(tǒng)還可以降階使用。

3）搶修性

目標(biāo)在遭受到一定程度和范圍的損傷后，如果沒有良好的維修保障能力，在戰(zhàn)時將不能及時參戰(zhàn)甚至退出戰(zhàn)斗序列，即等同于目標(biāo)嚴(yán)重毀傷。因此，維修保障能力是評定戰(zhàn)時目標(biāo)毀傷等級的重要因素。

4）綜合易損性

在以上模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)戰(zhàn)背景以及武器彈藥對目標(biāo)的殺傷機(jī)理，建立基于物理、功能和搶修性的綜合易損性數(shù)學(xué)模型，用于毀傷等級的評定。假設(shè)目標(biāo)的部件總數(shù)為m，系統(tǒng)層次為n，Wij是第j個部件在上一級系統(tǒng)中的相對權(quán)重，某部件的功能余度為Ej，系統(tǒng)的綜合功能余度如下所示：

由以上綜合功能余度的大小、關(guān)鍵部位的毀傷情況以及毀傷等級的定義，即可初步判斷毀傷等級。

3.2 目標(biāo)毀傷等級劃分

目標(biāo)毀傷指標(biāo)涉及到戰(zhàn)略、戰(zhàn)役和戰(zhàn)術(shù)層次，對目標(biāo)的毀傷程度，是作戰(zhàn)行動的重要部分，其目的是對作戰(zhàn)部隊(duì)的能力進(jìn)行分析，為指揮員分配力量決心提供依據(jù)。如在進(jìn)攻戰(zhàn)役中，計(jì)劃人員需要按照作戰(zhàn)任務(wù)的要求，確定對目標(biāo)的毀傷程度，計(jì)算可能達(dá)成的突擊效果和所需兵力，以給指揮員對作戰(zhàn)兵力分配的決策提供依據(jù)［3］。

1）目標(biāo)毀傷等級的劃分

根據(jù)毀傷等級劃分的一般方法［4～5］，將目標(biāo)毀傷等級初步劃分為以下四個等級：

Ⅰ級：目標(biāo)輕度毀傷，目標(biāo)功能喪失30%以下；

Ⅱ級：目標(biāo)中度毀傷，目標(biāo)功能喪失30%～60%；

Ⅲ級：目標(biāo)重度毀傷，目標(biāo)功能喪失60%～80%；

Ⅳ級：摧毀，目標(biāo)結(jié)構(gòu)遭到徹底毀壞，功能完全喪失，如艦船被擊沉。

2）目標(biāo)毀傷等級的確定［6］

在目標(biāo)毀傷等級確定中，首先涉及到的是確定特征參量的選取，選取的特征參量一般符合以下條件：

（1）在火力攻擊前，這些特征參量在理論上應(yīng)具有恒定性或連續(xù)性或一定程度的相關(guān)性；

（2）在火力攻擊后，這些參量會發(fā)生較為明顯的變化；

（3）這些特征參量的提取及其相關(guān)計(jì)算應(yīng)滿足實(shí)時性、易于運(yùn)算處理的要求，以確保指揮員有充足的時間作出相應(yīng)的對策；

（4）特征參量的選取還應(yīng)結(jié)合相應(yīng)的探測系統(tǒng)而定。

目標(biāo)毀傷等級的確定主要是通過比較某些特征參量在火力打擊前后變化的程度而進(jìn)行的，目標(biāo)特征參量的變化越高，說明目標(biāo)毀傷等級越高，目標(biāo)受到的損傷越嚴(yán)重；反之，說明目標(biāo)毀傷等級越低，目標(biāo)受到的損傷程度越輕。綜合考慮不同特征參量確定的結(jié)果，得出最終結(jié)果。這是因?yàn)樵谀繕?biāo)的毀傷確定結(jié)果中，高級的毀傷級別往往包含了低級別的毀傷，故最終的目標(biāo)毀傷等級應(yīng)是不同特征參量毀傷等級確定值的邏輯并集。

目標(biāo)毀傷等級確定系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 目標(biāo)毀傷等級確定系統(tǒng)框圖

4 目標(biāo)毀傷數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)［7］

4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

依據(jù)未來作戰(zhàn)演練、武器裝備的發(fā)展、作戰(zhàn)計(jì)劃的制定以及未來實(shí)戰(zhàn)的需求，研究一套具備快速查詢、管理統(tǒng)計(jì)、錄入錄出目標(biāo)毀傷數(shù)據(jù)的適應(yīng)未來聯(lián)合作戰(zhàn)特點(diǎn)的目標(biāo)毀傷數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，為未來聯(lián)合作戰(zhàn)中獲取戰(zhàn)場態(tài)勢、作戰(zhàn)任務(wù)以及制定作戰(zhàn)計(jì)劃提供有效支持。

4.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［8］

目標(biāo)毀傷數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一個基于網(wǎng)絡(luò)的客戶／服務(wù)器結(jié)構(gòu)的分布式計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，整個系統(tǒng)由服務(wù)器端和客戶端組成。服務(wù)器端主要用于儲存數(shù)據(jù)、提供數(shù)學(xué)模型算法和可視化功能函數(shù)調(diào)用等，包括目標(biāo)數(shù)據(jù)庫、彈藥戰(zhàn)斗部數(shù)據(jù)庫和目標(biāo)毀傷數(shù)據(jù)庫三個數(shù)據(jù)庫；一個封裝良好的二進(jìn)制代碼形式的模型庫；一個封裝良好的可視化功能模塊。客戶端主要用于數(shù)據(jù)庫訪問、仿真功能實(shí)現(xiàn)、可視化功能實(shí)現(xiàn)等，包括客戶端主控模塊、數(shù)據(jù)庫訪問模塊、目標(biāo)描述模塊、彈藥戰(zhàn)斗部描述模塊、彈目交匯過程仿真模塊、毀傷元對靶板作用過程仿真模塊、毀傷評估模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、圖形可視化模塊等九個模塊。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及各模塊之間的關(guān)系如圖2所示。

圖2 目標(biāo)毀傷數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

4.3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

1）服務(wù)器端模塊

服務(wù)器端采用數(shù)據(jù)庫儲存系統(tǒng)所使用的全部數(shù)據(jù)，包括戰(zhàn)斗部數(shù)據(jù)庫、目標(biāo)數(shù)據(jù)庫、目標(biāo)毀傷數(shù)據(jù)庫；另外，服務(wù)器端還包括提供給系統(tǒng)客戶端調(diào)用的數(shù)學(xué)算法模型代碼庫和可視化功能函數(shù)調(diào)用模塊［9］。

目標(biāo)數(shù)據(jù)庫是描述目標(biāo)及其組成部件各種特征的數(shù)據(jù)庫，包括目標(biāo)的幾何特性和物理特性數(shù)據(jù)。幾何特性數(shù)據(jù)包括：部件組成，各組成部分的位置、形狀、功能等數(shù)據(jù)；物理特性數(shù)據(jù)包括：各組成部分的材料、強(qiáng)度、密度、導(dǎo)熱系數(shù)等數(shù)據(jù)。

戰(zhàn)斗部數(shù)據(jù)庫是描述彈藥各種特征的數(shù)據(jù)庫，包括戰(zhàn)斗部的幾何特性和物理特性。幾何特性包括：彈體形狀，彈體結(jié)構(gòu)；彈藥的物理特性包括：炸藥種類、密度、爆速等，以及彈體材料的密度、強(qiáng)度等。

目標(biāo)毀傷數(shù)據(jù)庫用于儲存有關(guān)目標(biāo)毀傷準(zhǔn)則的數(shù)據(jù)，如目標(biāo)各部件的等效靶厚度、目標(biāo)部件所能承受的超壓、目標(biāo)部件毀傷所需擊中的破片數(shù)等。

模型庫是毀傷研究的數(shù)學(xué)模型，是一個封裝良好的二進(jìn)制程序代碼庫，可提供給客戶端主控模塊統(tǒng)一的調(diào)用接口。不同的彈藥對不同的目標(biāo)毀傷機(jī)理不同，毀傷評估方法也不同，人們通常針對特定的彈靶系統(tǒng)采用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型。將模塊編譯成二進(jìn)制代碼形式，儲存在模型庫內(nèi)，提供給客戶研究不同的彈靶系統(tǒng)。客戶也可以根據(jù)自己的需要開發(fā)適應(yīng)于自己的模型模塊，儲存在模型庫內(nèi)。

可視化功能模塊封裝圖形可視化功能函數(shù)的模塊，用于為客戶端可視化操作提供函數(shù)調(diào)用。

2）客戶端模塊

客戶端主控模塊用其它模塊來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互維護(hù)各模塊之間的數(shù)據(jù)一致性，并提供圖形可視化和數(shù)據(jù)訪問的界面。

數(shù)據(jù)庫訪問模塊用于訪問服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫儲存的數(shù)據(jù)，并將其提供給其它模塊。此外，還包括數(shù)據(jù)庫維護(hù)，數(shù)據(jù)庫管理和報表等功能。

目標(biāo)描述模塊主要描述目標(biāo)幾何特征及其它物理特性。目標(biāo)描述模塊從數(shù)據(jù)庫訪問模塊中獲得目標(biāo)數(shù)據(jù)，然后從中選擇出目標(biāo)描述所需要的數(shù)據(jù)，再調(diào)用服務(wù)器端可視化功能模塊，對目標(biāo)進(jìn)行可視化描述，并提供給系統(tǒng)相應(yīng)的目標(biāo)數(shù)據(jù)。

戰(zhàn)斗部描述模塊主要描述戰(zhàn)斗部幾何特征及其它物理特性。戰(zhàn)斗部描述模塊從數(shù)據(jù)庫訪問模塊中獲得彈藥數(shù)據(jù)，然后從中選擇出彈藥描述所需要的數(shù)據(jù)，再調(diào)用服務(wù)器端可視化功能模塊，對彈藥進(jìn)行可視化描述，并提供給系統(tǒng)相應(yīng)的彈藥數(shù)據(jù)。

彈目交匯過程仿真模塊根據(jù)戰(zhàn)場實(shí)際情況，給出彈目交匯的終點(diǎn)參數(shù)，包括彈丸的終點(diǎn)速度、入射角、擊中靶板情況、位置等，然后完成彈目交匯的計(jì)算機(jī)三維動畫模擬。

毀傷元對靶板毀傷仿真模塊調(diào)用服務(wù)器端模型庫，按照模型庫提供的算法實(shí)現(xiàn)毀傷元對靶板作用過程的工程計(jì)算，主要完成對長桿體對裝甲靶板斜侵徹產(chǎn)生的靶后破片分布的模擬。

毀傷評估模塊調(diào)用服務(wù)器端毀傷數(shù)據(jù)庫中的毀傷準(zhǔn)則數(shù)據(jù)，根據(jù)計(jì)算出的毀傷元對目標(biāo)的作用情況，計(jì)算出目標(biāo)毀傷概率。

目標(biāo)的可視化，以三維圖形的方式對目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述，可以顯示出目標(biāo)本身及其部件的真三維圖形，目標(biāo)表面可消隱，以便觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)，目標(biāo)部件之間不可有干涉情況。彈目交匯過程演示、毀傷元生成及運(yùn)動情況的演示、毀傷元對靶板作用過程演示等。

5 結(jié)語

通過建立目標(biāo)的毀傷等級得出目標(biāo)毀傷的標(biāo)準(zhǔn)，并以此指導(dǎo)目標(biāo)毀傷數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)各功能模塊的設(shè)計(jì)，最后形成一個對目標(biāo)毀傷的可視化界面，直觀的表現(xiàn)出戰(zhàn)場目標(biāo)毀傷以及需要的火力分配情況，對未來作戰(zhàn)計(jì)劃的制定以及戰(zhàn)場的決策具有重要的意義［10］。利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對目標(biāo)毀傷數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、查詢，為將來戰(zhàn)場的火力分配提供決策分析。

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