艦船聯合導航效能分析方法研究

杜蓬杉韓云東周紅進黃謙

（1.海軍大連艦艇學院研究生管理大隊大連116018）（2.海軍大連艦艇學院航海系大連116018）

艦船聯合導航效能分析方法研究

杜蓬杉1韓云東2周紅進2黃謙2

（1.海軍大連艦艇學院研究生管理大隊大連116018）（2.海軍大連艦艇學院航海系大連116018）

為滿足艦船導航系統的發展需要，結合導航系統的發展，提出聯合導航的思想和概念。并針對艦船聯合導航的效能采用ADC法與AHP法相結合的效能評估方法，建立了合理的聯合導航的評估指標體系，并分析艦船聯合導航的有效性、可信性和固有能力，為艦船聯合導航及其效能分析提供參考。

艦船；聯合導航；效能分析；ADC法

Class NumberU674

1 引言

隨著導航裝備的信息化集成度越來越高，導航方式也越來越豐富，艦船間的交流越來越密切，這就對艦船間的聯合導航提出了要求。準確的導航信息提供及艦船間導航信息的共享和相互校準變得十分重要。隨著效能評估的方法日漸成熟，絕大多數的效能評估都集中在對武器裝備的效能評估對導航裝備的評估較少，對艦船聯合導航的效能評估就更少。本文根據聯合導航的思想，并結合現有的軍用效能評估方法，對艦船的聯合導航初步建立效能評估體系并對其分析。

2 導航方法分類

對于快速發展的導航裝備來說就其定位的方式可以分為：直接定位導航、推算定位導航、輔助定位導航、組合定位導航四類如圖1所示。

其中直接定位導航就是通過測量運載體相對已知位置的固定（或活動的）目標的方位、距離、距離差、距離和、夾角、星體高度等幾何參量來直接確定運動載體的位置，從而實施導航的方法［1］。常用的直接定位方法有以下幾種：地磁導航、陀螺導航、地文導航、天文導航、無線電導航、衛星導航、水聲導航。

推算定位導航則是通過測量運動載體本身的運動速度、加速度等物理量，然后在一定的參考坐標系中進行計算，得出運動載體所在的位置，實施導航［1］。

輔助定位導航在其它導航系統已提供位置信息的基礎上，通過對與航海安全相關信息的連續辨識，來進一步保障艦船航海安全［1］。其特點是不能獨立地進行導航定位需要與其他的導航系統相互合作才能得出合適的導航定位信息。

組合定位導航將具有不同特點的導航系統有機地組合在一起，相互取長補短，利用計算機對各種導航信息進行綜合處理，以便在提高導航精度和系統整體可靠性的基礎上實施導航任務的方法［1～2］。目前，組合導航是絕大多數艦船的主要導航方式。

3 聯合導航

3.1 聯合導航的背景

目前各型艦船間的協同作戰日益密切，各系統間的交流也越來越頻繁。雖然導航裝備沒有攻擊性，但是它可以為那些具有攻擊性的武器裝備提供準確的目標信息和技術保障，這就對導航裝備的精度提出了很高的要求，其精度影響了戰局的發展。

艦船在執行任務時，由于各艦船自身的導航系統的精度不同，這就造成了信息在匯總集成的過程中出現信息的大量冗余，沒有一個相對的標準，如圖2所示。艦船中某艦船導航裝備如果受到嚴重干擾、故障或者遭到破壞，但又急需提供相對導航信息保障任務完成。常用的四種導航定位方式將無法滿足更高一級導航信息的提供和保障，所以針對以上兩種或者更多的復雜情況并結合現有的導航定位方式采用聯合導航的思想用于解決此類問題。

3.2 聯合導航的思想

聯合導航：兩個或兩個以上的艦船以編隊的形式執行任務時，需要整合編隊中各單元的導航資源，充分發揮各單元的導航優勢，建立編隊級的導航體系，創建合理的相對導航坐標系，相互進行校準進而提高整體的導航信息的精度、可靠性以及編隊定位的連續性。

聯合導航的優點：

1）由于編隊中各導航裝備的精度有高有低，在執行任務時準確的導航信息的提供能夠有效地提高武器裝備的命中率和其作戰效能，因此聯合導航通過在編隊中建立合理的相對導航坐標系，彼此間相互進行數據的校正相互參考從而提高編隊導航體系的數據精度。

2）在多艘艦船遂行某種特殊的任務的過程中，很難保證各艦船的導航裝備能夠長時間準確無誤的連續工作，經常會出現各種各樣的故障，或者由于受到來自敵方的干擾和襲擊而損壞無法使用時，聯合導航能夠給編隊提供一個導航信息的備份以便對受損的或出現故障的導航裝備進行相應的維修、校正和初始化，進而為編隊提供連續可靠地導航信息，保障多艘艦船在任何時候都能得到完整的導航信息。

4 聯合導航效能分析

根據以上分析對艦船的聯合導航效能評估具有十分重要的必要性，但是在對艦船聯合導航效能分析的過程中可能遇到如下的問題：

1）目前對于各導航裝備的概念與使用方法已經明確，但是對于聯合作戰條件下，聯合導航的概念還很模糊沒有明確的界定。

2）聯合導航系統的模型建立復雜且困難。

3）導航裝備的指標體系的確定復雜。

4）能否合理地選擇效能評估的方法決定著最后評價聯合導航系統的效能的客觀性與正確性。

因此針對如上問題需要選擇合理的效能評估方法，現有的軍用裝備或系統的效能評估方法主要可分為三類：性能參數法、解析法、對抗法。其中性能參數法主要包括：性能對比法、專家評分法、性能指數法等。解析法是主要包括：層次分析法、ADC方法、模糊綜合評價法、灰色關聯分析法、SEA方法等［3～6］。對抗法是通過真實的或模擬的對抗來檢驗系統的效能，包括實戰演習和計算機模擬仿真。總的來說性能參數法簡單易行，但不夠全面，而對抗法則代價高且費時。所以采用解析法進行多艘艦船聯合導航的效能分析。

4.1 幾種常用的效能評估方法對比

目前主要的效能評估方法有：AHP方法、ADC方法、模糊綜合評價法、灰色關聯分析法以及SEA方法［7～9］。這些主要的效能評估方法都有各自的優缺點如表1。

表1 效能評估方法對比

4.2 針對艦船導航效能分析采用的方法

在對艦船聯合導航效能進行研究分析的過程中，單艦船導航效能評估的體系已經建立，但是編隊級導航效能的評估體系還沒有一個清晰完整的概念，且在編隊行進過程中由于艦船間導航裝備的種類參差不齊，各導航裝備的精度也不一。所以，在進行評估時無法得到一個準確的定量分析，同時聯合導航造成的信息冗余。因此，為建立合理的評估指標體系采用如下方法。

根據表1的對比，本文認為對于艦船的聯合導航效能評估先通過調研詢問專家初步確定指標要素，然后采用ADC法對其劃分層次系統分析初步建立聯合導航效能評估的指標體系［10～11］如圖3所示。

然后根據E=KADC來計算導航系統的效能，其中人員的保障能力K通過打分的方式賦予其特定的權值如表2所示。可用度矩陣A由平均故障間隔時間MTBF以及平均修復時間MTTR來確定。

表2 人員保障能力K打分表

可信度矩陣D視系統的可修復程度來確定，若為可修復系統且有以下四種狀態時：

d11：系統在開始執行任務的初始階段處于正常工作狀態在結束時仍處于正常工作狀態的概率。

d12：系統在開始執行任務的初始階段處于正常工作狀態在結束時仍處于故障狀態的概率。

d21：系統在開始執行任務的初始階段處于故障狀態在結束時仍處于正常工作狀態的概率。

d22：系統在開始執行任務的初始階段處于故障狀態在結束時仍處于故障狀態的概率。

其公式如下：

由于艦船聯合導航系統中有很多因素需要對其進行綜合全面的評價，針對里面特殊的某些系統采用AHP法和專家打分法［12］對其系統的固有能力C進行分析，這種方法能夠對系統有效性和可靠性進行細致的考慮，最終得到想要的固有能力矩陣C。最后根據公式E=KADC計算效能，并根據結果進行客觀的評價。

5 結語

本文根據艦船執行任務的需要初步結合了聯合導航的思想，分析了聯合導航的優勢與不足。針對多艘艦船聯合導航效能結合現有的效能評估方法，選擇出合適的效能評估方法，并建立了其可用性、可信性及固有能力的效能評估指標體系。本文在聯合導航的概念、指標體系和效能評估還存在著諸多不足，還需繼續完善聯合導航的效能評估指標體系和評估方法，進而達到能夠建立一個完整的聯合導航效能評估指標體系，并為實際應用提供參考。

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Study on Analytical Method of Combined Navigation Effectiveness About Ship

DU Pengshan1HAN Yundong2ZHOU Hongjin2HUANG Qian2
（1.Department of Graduate Management，Dalian Navy Academy，Dalian116018）（2.Department of Navigation，Dalian Navy Academy，Dalian116018）

In order to meet the needs of the ship navigation system development，the development about navigation system is combined，the idea and concept of combined navigation are put forward.The effectiveness evaluation method of ADC and AHP are used for the effectiveness of ship combined navigation，a reasonable evaluation index system is established about combined naviga?tion，and its availability，dependability and capacity are analyzed，a reference is provided for the ship combined navigation and ef?fectiveness analytical.

ship，combined navigation，effectiveness analytical，method of ADC

U674

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.08.015

2017年2月9日，

2017年3月15日

杜蓬杉，男，碩士研究生，研究方向：導航裝備與應用。韓云東，男，副教授，研究方向：艦船航海導航裝備保障方法。