單兵光電偵察裝備作戰效能試驗技術研究

史圣兵，秦少剛，陳振興，張俊生，宋宏偉

(63863 部隊，吉林 白城137001)

0 引言

武器裝備已進入信息化時代，隨著戰爭模式和作戰樣式的變化，在實際訓練和作戰過程中，受到自然環境、相互干擾、可靠性、安全性等不可控因素影響較大。這些因素的影響，往往使其作戰能力難以達到傳統試驗方式評價出的性能，而為保證武器裝備戰時發揮真正作用，必須在接近實戰的環境下評價武器裝備。

作戰試驗包括作戰效能試驗和作戰適用性試驗。效能試驗，指的是圍繞武器裝備的軍事應用，對裝備對象完成軍事任務的能力及其發揮水平所進行的一系列科學測量與評測活動［1］。

當前有關作戰效能的研究著重兩方面內容:一是頂層設計研究，即對作戰效能流程從框架上予以論述［1］;二是評估方法應用研究，即將現有評估模型應用到具體實例上［2-5］。上述研究對于開展武器裝備作戰效能試驗具有借鑒意義，但指導性和可操作性不強。

本文針對單兵光電偵察裝備特點，重點研究了試驗方案設計和效能評估，從而將作戰效能試驗流程完整化和具體化，使得武器裝備作戰效能試驗更加科學、可行。

1 作戰效能試驗基本思路

1.1 效能試驗與性能試驗區別

當前，性能試驗主要是考核裝備性能是否滿足戰術技術指標要求，目的是評價裝備是否滿足設計要求，其試驗條件都是標準化。

效能試驗更多要求是在接近實戰的條件下開展各種性能試驗，其試驗條件具有典型化和一般化結合的特點，充分考慮戰場環境和各地域的自然環境，給出的試驗結果能夠評價真實作戰能力，從而為部隊使用提供更多參考。

效能試驗與性能試驗相比，具有以下特點:

1)環境復雜化。充分考慮武器裝備使用過程中可能出現的地表環境、氣象環境及對抗環境等。

2)目標多樣化。根據試驗目的，設置多種類、多特性的目標，考核武器裝備全面能力。

3)任務合理化。以敵方的武器裝備作為試驗目標，按照部隊的戰術要求開展各項試驗。

1.2 作戰效能試驗初步構想

從作戰效能試驗定義可知，開展作戰效能試驗要依據兩個任務剖面，即訓練任務剖面和作戰任務剖面。作戰效能試驗最終目的，就是在實戰之前得到武器裝備在戰場上的作戰能力。因此，開展作戰效能試驗主要應是依據作戰任務剖面，設置一系列試驗項目，全面評價武器裝備作戰能力。

單兵光電偵察裝備典型作戰任務剖面及各階段相關操作或任務如圖1所示。

在整個作戰任務過程中，單兵光電偵察裝備都處在自然環境和戰場環境交融的復雜作戰環境中，受自身可靠性、維修性、安全性、戰士心理及目標種類、特性等因素的持續影響，其整體作戰性能必然較設計性能有一定差距，這個差距到底有多少正是作戰效能試驗所關心的。

圖1 單兵光電偵察裝備典型作戰任務剖面Fig.1 Typical battle mission profile of electro-optical reconnaissance equipment

2 作戰效能試驗方案設計

從作戰效能試驗基本思路可以看出，開展作戰效能試驗重點是進行三方面工作:作戰環境構建、指標體系構建和試驗方法確定。

2.1 作戰環境構建

作戰環境包括地表環境、氣象條件、對抗環境、作戰時間等，單兵光電偵察裝備由于作戰使命和任務要求，其面臨的作戰環境是復雜多樣的，根據以往的試驗經驗抽取典型因素，其作戰環境典型因素見表1.

表1 作戰環境典型因素Tab.1 Typical factors of battle environment

針對典型因素開展效能試驗，那么構建的作戰環境有81 種，理論上可以實施，但實際操作上要耗費巨大的人力、物力、財力，代價太大。因此，需要采用某種試驗設計方法，對作戰環境數量進行處理。

正交設計法是解決多因子試驗問題的有效方法之一，通過正交設計，可以大大降低試驗數量。表1中，類別可看作試驗中的因子，編號1 ～3 代表了每個因子的3 個水平，若進行完全正交設計，可采用正交表L9(34)，即將81 種作戰環境降低至9 種，具體方案見表2.

對于多種因素的作戰環境構建，都可采用多因子試驗設計方法，既保證試驗質量，又提高試驗效率，同時大大降低試驗消耗。

2.2 指標體系構建

試驗方案設計的核心是構建指標體系。指標不是越多越好，應從眾多性能指標中選取那些主要的、對裝備作戰任務影響較大的指標，通過對這些指標考核，獲得的試驗結果能反映某方面能力，從而更好的評估裝備效能。

表2 基于正交設計的作戰環境方案Tab.2 Scheme of battle environment with orthogonal design

單兵光電偵察裝備作戰使命就是對特定戰術目標進行偵察定位，一般情況由偵察子系統、測距子系統、定位子系統、定向子系統等組成，分別實現可見光/紅外偵察、激光測距、GPS/北斗定位和定向等功能，每個子系統都有眾多的性能指標，從重要性、相關性等方面進行分析，構建的單兵光電偵察裝備作戰效能試驗評估指標體系見圖2所示。

圖2 單兵光電偵察裝備作戰效能評估指標體系Fig.2 Index system of operational effectiveness evaluation

從圖2中可以看出，通過對單兵光電偵察裝備識別距離、測程等性能測試，統計分析出偵察、激光測距、自定位及定向4 個方面的能力，就可以采用某種評估方法進行作戰效能評估。

2.3 試驗方法確定

試驗方法就是獲取指標能力的具體實施，主要包括試驗條件、試驗要求、試驗實施、數據處理4 個方面。

試驗條件就是規定試驗環境、靶標等，試驗要求就是規定試驗時間、戰術動作等，試驗實施就是規定試驗具體執行過程，數據處理就是對試驗數據采用統計方法來獲取需要的信息。

下面就以識別距離試驗進行表述:

1)試驗條件。作戰環境采用表2中的組合號1，靶標為坦克、自行火炮、步兵戰車、單兵(3 人，分為直立、直立攜裝備、直立運動3 種姿態)。

2)試驗要求。觀測人員以隱蔽姿態觀測，每次對每組靶標觀測時間不超過30 s.

3)試驗實施。觀測人員為4 名(含)以上，試驗指揮1 名。將坦克、自行火炮、步兵戰車目標編為A 組，單兵編為B 組。試驗時，在最大距離上將兩組目標按照試驗指揮要求排列，觀測人員按照戰術要求進行目標觀察，人員之間無交流，將觀察結果記錄在試驗表格上，此為1 次試驗。試驗指揮調整每組目標的排列順序，按上述要求再次進行觀測。9 次后，則停止試驗。若觀測人員對每次試驗中的目標順序全部觀測正確，則判定該人員能夠識別該組目標。

4)數據處理。統計能夠識別的組數與總組數之比，則為識別概率。

通過完成單項指標效能試驗，得到影響單兵光電偵察裝備作戰效能的偵察能力、激光測距能力、自定位能力及定向能力，為下一步進行效能評估奠定基礎。

3 作戰效能評估

效能評估方法很多，ADC 法、層次分析法、模糊綜合法、神經網絡以及這些方法的綜合評估［2-6］。近年來，一些新方法也涌現出來，如劉義等提出的一種基于非線性指標聚合的反輻射武器作戰效能評估模型［7］，很好地解決了反輻射武器效能評估問題。上述方法都有各自優缺點，因此進行效能評估時應具體事件具體分析。ADC 法目前應用較為廣泛，下面就ADC 法建立單兵光電偵察裝備作戰效能評估模型。

ADC 法是由美國武器系統效能工業咨詢委員會(WSEIAC)提出的，該方法認為:系統效能是預期一個系統滿足一組特定任務要求的程度度量，是系統可用性、可信性與固有能力的函數，該方法模型為

式中:E 為系統效能;A 為可用性向量，A =［a1，a2，…，an］表示系統在開始執行任務時系統狀態的量度，ai(i=1，2，…，n)為系統開始執行任務時處于狀態i 的概率，n 為系統在開始執行任務時的狀態數目;D 為可信性矩陣，表示系統在執行任務期間的隨機狀態，D=(dij)n×n，其中dij為系統開始執行任務時處于狀態i，執行任務期間處于狀態j 的概率;C為能力向量或矩陣，C =［c1，c2，…，cn］或C =(cij)n×n，C=［c1，c2，…，cn］強調了對系統完成任務最有影響的是最終狀態，C =(cij)n×n認為初始狀態和最終系統完成任務時所處的狀態是相關的，對系統完成任務都有影響，要根據實際狀況對完成任務的最終影響確定C 的形式。

3.1 可用性向量A

從作戰使用角度看，最有意義、最直接的兩個狀態就是正常狀態和故障狀態，因此，可用性向量表達式為

式中:a1表示裝備開始執行任務時處于正常工作狀態的概率;a2表示裝備開始執行任務時處于故障狀態的概率。依據可靠性理論，則有:

式中:MTBF 為手持式光電偵察裝備平均故障間隔時間;MTTR 為手持式光電偵察裝備平均修復時間;λ 為故障率;μ 為修復率。

因此，可用性向量表達式為

3.2 可信性矩陣D

手持式光電偵察裝備在執行任務過程中，仍然有兩個狀態:正常狀態和故障狀態，因此可信性矩陣表示為

由于手持式光電偵察裝備大都為電子設備，其故障率、修復率服從指數分布，則有:

在執行任務過程中，一旦裝備出現故障，操作人員無法依靠現場工具進行維修，所以可信性矩陣簡化為

3.3 能力向量C

系統的能力與在執行任務時所處的狀態密切相關，同一系統，由于所處的狀態不同，其完成任務的能力也不同。對于單兵光電偵察裝備來講，其完成任務的能力與轉移的最終狀態有關，在此情況下，C為能力向量，即:

由圖2可知，單兵光電偵察裝備作戰能力可由下面4 個方面描述:

1)偵察能力，由識別概率Pd表征;

2)激光測距能力，由測距成功率Pl表征;

3)自定位能力，由自定位成功率Ps表征;

4)定向能力，由定向成功率Po表征。

只有當這些能力同時具備時，單兵光電偵察裝備作戰能力才能體現，因此可看作串聯系統，即單兵光電偵察裝備作戰能力可表示為

能力向量C 表示為

將(5)式～(11)式代入(1)式，即可得到單兵光電偵察裝備作戰效能:

用兩類性能有差異的單兵光電偵察裝備(編號為1 和2)分別進行作戰效能試驗，試驗數據見表3.

表3 兩類裝備作戰效能試驗結果Tab.3 Test results of operational effectiveness

通過對兩類裝備試驗數據處理，得出的作戰效能與實際使用是相符的。

若執行任務時間為4 h，則由(12)式計算可得作戰效能分別為E1=0.766，E2=0.930.

4 結論

本文對單兵光電偵察裝備如何開展作戰效能試驗提出了基本思路和試驗方案，并采用ADC 法進行了效能評估，通過兩類裝備作戰效能試驗比較，證明了整個作戰效能試驗是可行的。當然，要形成一個完善的作戰效能試驗體系，還需在指標體系構建、指標關聯性分析與處理、無量綱化處理、固有能力分析與建模、作戰環境復雜性、評價準則等幾方面進一步研究。

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