基于改進ADC模型的某型兩棲突擊車作戰效能評估*

劉 闖 陳松輝

(海軍陸戰學院 廣州 510430)

基于改進ADC模型的某型兩棲突擊車作戰效能評估*

劉 闖 陳松輝

(海軍陸戰學院 廣州 510430)

在傳統ADC模型的基礎上,通過分析對抗條件下戰場環境的對抗效能及加入修正因子,提出一種改進的ADC模型,建立某型兩棲突擊車作戰效能評估指標體系;通過利用計算機仿真生成實戰環境下動態變量,計算平均效能值,使效能評估的結果更科學和符合實戰的效果。

改進ADC模型; 兩棲突擊車; 作戰效能; 評估

Class Number TP391

1 引言

作戰效能評估是衡量武器系統關于作戰能力的一種度量,是從總體上描述一種武器在特定作戰環境下完成預定作戰任務的實際能力[1],是武器研制、使用武器所追求的總目標。某型兩棲突擊車作戰效能評估是從兩棲突擊車戰術使用角度,對武器系統作戰效能的一種定量表達方式,是登陸作戰或島礁作戰中兩棲裝甲裝備火力運用的主要依據,其現實意義是不言而喻的。

2 ADC作戰效能模型

ADC效能模型是20世紀60年代中期美國工業界武器系統效能咨詢委員會(WSEIAC)提出的面向武器系統效能進行評估的方法[2]。該模型在武器系統級或戰技指標評估領域得到了廣泛的應用,并且取得了很多有針對性的成果。ADC方法進行效能評估的基本原理可以概括為:首先對影響待評估武器系統完成所賦予使命任務起重要作用的三個性能要素A,D,C進行分析;然后按照A,D,C三者之間的依存關系,確定它們之間的藕合方式;最后,根據公式E=A·D·C求算該武器系統完成所賦予使命任務的能力,即通常意義上的該武器系統的作戰效能值[3]。兩棲突擊車作戰效能是指系統在作戰條件下,完成一定作戰任務要求程度的量度,是兩棲突擊車系統的可用性(Availability)、可信性(Dependability),作戰能力(Capability)的函數。作戰過程是人與系統、環境等因素交互的過程。目前,大量對武器系統的效能評估都是基于理想狀態下的理論分析,還沒有一種通用的模型來反映大量的隨機因素。故在綜合考慮實際作戰過程的基礎上,對進攻條件下兩棲突擊車系統作戰效能評估體系進行初步分析,對傳統的ADC模型進行改進和拓展,利用計算機仿真的方法模擬實戰條件下對兩棲突擊車系統效能指標的影響。

3 改進的ADC作戰效能模型

由于兩棲突擊車在攻防對抗條件下各種突防和毀傷能力對作戰效能影響較大。為計入戰場環境變化對武器系統作戰效能的影響,把兩棲突擊車在攻防對抗的戰場環境下完成規定任務的能力稱之為作戰效能[4],由兩部分組成: 1) 系統自身的基本作戰效能Eb,即A,D,C的乘積; 2) 戰場環境對抗效能Ec,可用射前的生存能力Ps和攻擊目標的機動能力(機動可靠性)Pk來度量。在實際作戰運用中,研究兩棲突擊車的作戰效能還要考慮以下兩個方面因素:一是環境因素,天氣的好壞、風浪及潮汐的大小都對兩棲突擊車的機動和瞄準精度造成影響,進一步會影響到對目標的命中概率和殺傷概率;二是人的因素,指揮人員和操作人員的心理素質、技術素質在作戰過程中對戰斗的結果也起著決定性的作用。則兩棲突擊車改進的ADC的作戰效能模型可表示為

(1)

δi(i=1,2,3)為諸修正因子。δ1為環境因子,δ2為人員心理素質因子,δ3為人員技術素質因子。其中δ1,δ2屬于外延不確定的參數,o<δ1<1,o<δ2≤1,δ3是由操縱人員的平均技術水準決定的設計值,當人員素質更高時,可能達到超過設計指標的操縱質量,因而δ3可大于1[5]。

根據上述模型,兩棲突擊車系統在作戰使用時戰場環境與作戰效能的關系可歸結為六個評估要素,其相互關系如圖1所示。

圖1 評估要素關系圖

4 作戰效能指標的計算

4.1 兩棲突擊車系統可用性向量A

系統的可用性是表示待評估武器系統的可用度(有效性)指標,是對系統在開始執行任務時處于可工作狀態或可承擔任務狀態程度的量度,通常用該系統在開始執行任務時處于可工作狀態或可承擔任務狀態的概率表示。兩棲突擊車系統可分為防護子系統、火控子系統、行動子系統。在完成作戰任務的過程中,防護子系統出現故障的可能性幾乎不存在,因此只需考慮火控子系統、行動子系統的故障率對系統投入運行狀態的影響。開始執行任務時兩棲突擊車系統的行動子系統和火控子系統都有“工作”和“故障”這兩種狀態,所以兩棲突擊車系統共有四種初始狀態,如表1所示。

表1 兩棲突擊車的四種初始狀態

設系統處于以上四種狀態下的概率分別為a1、a2、a3、a4,則系統的可用度為

A=[a1,a2,a3,a4]

(2)

若MTBFX為行動子系統平均故障間隔時間,MTTRX為行動子系統的平均故障維修時間,λ1為行動子系統的平均故障率,μ1為行動子系統的維修率;設MTBFH火控子系統平均故障間隔時間,MTTRH為火控子系統的平均故障維修時間,λ2為火控子系統的平均故障率,μ2為火控子系統維修率;設行動子系統和火控子系統的可用度分別為aX、aH,則

(3)

(4)

因行動與火控子系統構成的系統完好性是串聯關系,可得:

(5)

(6)

(7)

(8)

4.2 兩棲突擊車系統的可信性矩陣D

由上述分析可知,兩棲突擊車系統在作戰過程中有四個狀態,且在戰斗過程中,故障一般都無法維修,即子系統由故障狀態轉移到工作狀態,因此,兩棲突擊車系統的可信性矩陣是一個4×4的上三角矩陣:

(9)

式中dij(i=1,2,3,4;j=1,2,3,4)為系統由狀態i轉移到狀態j的概率。

設兩棲突擊車行動子系統和火控子系統的故障分布均服從指數分布,兩棲突擊車進行攻擊的時間為T,得出每個系統在進行攻擊期間的可信度為

RX=e-λ1T

(10)

RH=e-λ2T

(11)

期間兩個系統故障均不可修復,即μ1=0,μ2=0,子系統由故障狀態轉移到正常工作狀態的概率為零,可得

d11=RX×RH=e-λ1T·e-λ2T=e-(λ1+λ2)T

(12)

d12=RX×(1-RH)=e-λ1T·(1-e-λ2T)

(13)

d13=(1-RX)×RH=(1-e-λ1T)·e-λ2T

(14)

d14=(1-RX)×(1-RH)=(1-e-λ1T)·(1-e-λ2T)

(15)

d22=RX×1=e-λ1T

(16)

d23=(1-RX)×0=0

(17)

d24=(1-RX)×1=1-e-λ1T

(18)

d33=1×RH=e-λ2T

(19)

d34=1×(1-RH)=1-e-λ2T

(20)

d44=1×1=1

(21)

4.3 兩棲突擊車系統能力向量C

作戰能力是武器系統的固有能力,能力向量C是對系統在各種不同狀態條件下完成所賦予使命任務能力的量度,在很大程度上由所評價的裝備系統的目標、任務以及系統的特性來確定[6]。兩棲突擊車系統的能力指消滅目標的能力,即對抗最終結果敵目標被消滅的概率。可確定能力矩陣C:

C=[c1,c2,c3,c4]T

(22)

其中,ci表示兩棲突擊車系統在執行任務過程中,在狀態i下完成任務的概率。令兩棲突擊車系統發現目標的概率為Pf,命中目標的概率為Pm,毀傷目標的概率Ph,所以ci=Pf(i)·Pm(i)·Ph(i)。由實際情況可得c1=Pf·Pm·Ph,c2=c3=c4=0。

4.3.1 兩棲突擊車命中目標的概率Pm

命中概率是預期命中彈數與發射彈數的比值,主要受射擊距離、瞄準點位置、目標大小、彈丸彈道特性等因素影響。這里主要采用多項式計算命中概率[7],其表達式為

Pm=k0+k1×D+k2×D2+k3×D3+k4×D4

(23)式中ki為系數,D為射擊距離(km)。由文獻[7]中可查得:k0=0.867492,k1=0.588854,k2=-0.78919,k3=0.28108,k4=-0.033861,則

Pm= 0.867492+0.588854×D-0.78919×D2

+0.28108×D3-0.033861×D4

(24)

4.3.2 兩棲突擊車毀傷目標的概率Ph

毀傷概率是命中目標時目標被摧毀的概率[8]。主要受彈丸威力、目標防護力、命中部位等因素影響。假設目標無毀傷積累,兩棲突擊車對單目標的毀傷概率表達式為

(25)

式中ω表示毀傷目標所需的炮彈命中數的屬性期望,即平均必須命中數;n為炮彈數。

4.4 兩棲突擊車生存概率Ps

兩棲突擊車生存概率為其未被發現的概率和被發現而未被毀傷的概率之和[9],因此,兩棲突擊車在機動過程中的生存概率的計算公式為

(26)

+0.102283×D3-0.018042×D4

(27)

=1-[1-(1.297198-0.719959×D-0.037356

×D2+0.102283×D3-0.018042×D4)/ω]n

(28)

4.5 兩棲突擊車機動可靠性Pk

兩棲突擊車機動可靠性Pk是其機動能力的體現,主要表現在行動子系統的可靠性,由式(10)可得:

Pk=RX=e-λ1T

(29)

5 計算機仿真實現

由于兩棲突擊車系統在不同的距離上對目標的發現、命中、毀傷概率不同,對兩棲突擊車系統的生存能力的影響也不同,因此對兩棲突擊車能力向量參數的確定是對兩棲突擊車作戰效能評估的關鍵,因為兩棲突擊車系統能力參數是一個動態的量,與作戰條件緊密相關,因此,通過計算機仿真的方法來對參數進行動態的確定,更能客觀、合理地評估兩棲突擊車系統的作戰效能。

5.1 仿真想定

作戰想定:戰斗中,在兩棲突擊車進攻的正面內,設想只有一個目標,為掩體里的坦克,戰斗的結束條件是目標被消滅或兩棲突擊車被擊毀,對抗開始時,雙方均在對方武器有效射程內。

1) 兩棲突擊車系統每次射擊動作作為一次對抗,每次對抗各發射兩發炮彈,若目標未消滅,則進入下次對抗,因此,戰斗過程由N次對抗組成,從一次對抗結束到下一次對抗開始之間的距離為100m;

2) 在狀態2、3、4下,由于行動子系統和火控子系統的故障,兩棲突擊車系統無法消滅目標,該狀態下的作戰效能為0;

3) 目標為掩體里的坦克,假設偽裝較好,兩棲突擊車對目標的發現概率Pf隨著距離目標的距離減小而增大,是關于目標距離的一個減函數,設Pf=1.0-0.3·D。

4) 設毀傷目標所需的炮彈命中數ω為2,兩棲突擊車被毀傷所需的炮彈命中數ω為3;

5) 設環境因子:δ1=0.8;人員心理素質因子:δ2=0.9;人員技術素質因子:δ3=1.0。

5.2 仿真流程

仿真流程如圖2所示。

圖2 仿真流程

從仿真可見,其效能的值是通過多次仿真計算出的平均值,結果更加可靠。狀態判斷是計算機根據開始的參數輸入為依據;抽取ξ1、ξ2、ξ3的過程是計算機產生偽隨機數的過程,ξ1、ξ2、ξ3在[0,l]上均勻分布,模擬兩棲突擊車是否被命中及命中目標的概率;命中概率模塊、毀傷概率模塊是根據前述公式、條件編的計算機程序;如果計算機生成的隨機數小于命中概率模塊、毀傷概率模塊計算的值,則表示命中、毀傷[10]。

5.3 仿真實現及比較

利用Vc++編程可實現兩棲突擊車系統對抗仿真過程,(由于篇幅有限,僅列出兩棲突擊車系統作戰效能評估結果界面)仿真結果顯示如圖3所示。

圖3 仿真結果

假設人員心理素質因子δ2=1.0,人員技術素質因子δ3=1.2,如圖4,此時:E′=0.2632。

圖4 仿真結果

當采用n輛兩棲突擊車編組對目標射擊時,作戰效能為

En=1-(1-E)n

(30)

當n=4,E=0.5850;n=5,E=0.6670;n=6,E=0.7327。可以看出,在集火射擊的情況下,隨著n的不斷增大作戰效能也在增大。

6 結語

該模型對兩棲突擊車系統的效能評估結果接近實際,更為客觀和科學,為兩棲突擊車系統指揮人員、決策部門提供了可靠的預測,對武器系統的評估有一定借鑒意義。通過仿真計算可以得出,單輛兩棲突擊車的作戰效能并不高。在有目標指示和人員心理、技術素質因子提高的情況下,作戰效能提高幅度很大。當采用適當編組集火射擊時作戰效能提高非常明顯。建議在兩棲突擊車實施作戰中采取以下措施:一是建立指揮信息系統網,加強目標情況指示,提高發現目標的能力,如建立數據鏈實現目標指示、登陸步兵在作戰過程中進行引導射擊等;二是從實戰出發科學施訓,增強指揮員和炮手心理素質,提高指揮人員的指揮能力和炮手的操作水平;三是靈活編組采取集火射擊的方法,提高對目標的作戰效能。

[1] 汪樹偉,劉鼎臣.基于ADC模型的反艦導彈火力運用效能評枯分析[J].指揮控制與仿真,2006,28(5):43-45.

[2] 沈浩.海軍裝備作戰效能評估研究[M].北京:海潮出版社,2004:21-27.

[3] 刑昌風,等.艦載武器系統效能分析[M].北京:國防工業出版社,2008.

[4] 劉虎,鄭國民,等.基于ADC拓展模型的便攜式地空導彈作戰效能[J].四川兵工學報,2009,30(5):41-43.

[5] 王世學,李兆耿.基于改進ADC模型的坦克作戰效能評估[J].兵工自動化,2009,28(7):14-16.

[6] 潘高田,等.系統效能評估ADC模型研究和應用[J].裝甲兵工程學院學報,2007,21(2):5-7.

[7] 王忠義.坦克射擊效率評定[M].蚌埠:蚌埠坦克學院,2003:120-123.

[8] 許騰.海軍戰斗效能評估[M].北京:海潮出版社,2006:205-206.

[9] 高擁鋒.炮兵部隊機動生存能力量化研究[J].射擊學報,2012(4).

[10] 陳建華.艦艇作戰模擬理論與實踐[M].北京:國防工業出版社,2002:75-84.

Amphibious Assault Vehicle Operational Effectiveness Evaluation Based on Improved ADC Model

LIU Chuang CHEN Songhui

(Naval Marine Academy, Guangzhou 510430)

Based on traditional ADC model, an improved ADC model is proposed though analysis of antagonized effectiveness under battleground circumstance and add correction factors. An effectiveness evaluation index system of amphibious assault vehicle is establishied. By computer simulation, uncertainty variable under actual combat is generated, and the average effectiveness is calculated which makes the evaluation result more scientific and more accordance with actual combat.

improved ADC model, amphibious assault vehicle, operational effectiveness, efficiency evaluate

2013年7月3日,

2013年8月26日

劉闖,男,碩士研究生,研究方向:海軍陸戰隊戰術應用。陳松輝,男,教授,碩士生導師,研究方向:海軍陸戰隊戰術。

TP391

10.3969/j.issn1672-9730.2014.01.033