水中兵器一體化試驗總體設計探討

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(中國人民解放軍91388部隊 91分隊，廣東 湛江 524022)

水中兵器一體化試驗總體設計探討

朱文振，葉豪杰，王昊

(中國人民解放軍91388部隊91分隊，廣東湛江524022)

一體化試驗是一種統籌試驗項目、共享試驗資源、綜合試驗信息、提高試驗質效的試驗鑒定模式；為全面考核水中兵器戰術技術指標和作戰使用性能，介紹了武器裝備試驗類型，分析了水中兵器試驗面臨主要問題，從模式上提出了水中兵器一體化試驗需求，從構想上提出了一體化試驗總體框架、基本目標和實現思路，從方法上探討了一體化試驗驗前分布構建、驗前信息相容性檢驗、驗后分布確定和多源信息融合，從要求上提出了一體化試驗體制管理和質量管理，為實現水中兵器一體化試驗總體設計提供技術途徑。

水中兵器；一體化試驗；驗前信息

0 引言

隨著新軍事變革的不斷深入發展，未來戰爭強調信息主導、體系對抗、效能致勝，對武器裝備戰術技術性能、作戰使用要求越來越高，在加強邊界條件考核、突出貼近實戰條件檢驗等試驗鑒定方面將面臨巨大挑戰。傳統水中兵器試驗重戰術技術指標考核，輕作戰使用性能驗證，雖然型號裝備研制試驗周期長，試驗樣本量大，試驗內容重復多，但設計定型試驗仍存在樣本量相對較少、各試驗階段信息利用率偏低、試驗效率不高等問題。造成這些問題的原因是多方面的，從試驗鑒定角度來說，主要原因在于以戰斗力生成為目標的各鏈條環節截然分開，著眼于一體化試驗總體設計有所欠缺，需要從試驗鑒定模式上有所創新。如何探索一體化試驗構想、方法和要求，統籌規劃全壽命周期試驗計劃，有效整合試驗資源，綜合利用各階段試驗信息，最終實現由戰術技術性能指標考核向作戰使用性能綜合評估轉變，是提高水中兵器試驗質量與效益面臨的一項迫切的任務。

1 水中兵器試驗現狀

1.1 武器裝備試驗類型

武器裝備全壽命周期一般包括：論證階段、方案階段、工程研制階段、設計定型階段、生產定型階段以及作戰鑒定、裝備部署、使用保障、直到退役或報廢等全過程。論證階段主要對演示樣機進行必要的驗證試驗，檢驗解決方案、重要指標的實現措施，為裝備立項提供依據；裝備方案階段對原理樣機進行必要的驗證試驗，主要檢驗總體性能是否達到設計要求，為轉入工程研制段提供依據；工程研制階段包括初樣雷試驗與正樣雷試驗，主要檢驗戰術技術性能是否達到研制總要求，為轉入設計定型階段提供依據；設計定型階段包括試驗基地試驗和部隊試驗，主要考核戰術技術性能和作戰使用性能是否滿足研制總要求和設計定型標準，為設計定型提供依據。設計定型試驗之前的驗證試驗、科研試驗一般由研制單位負責組織；設計定型試驗是裝備定型前必須完成的試驗，由國家靶場對裝備進行全面考核鑒定，其試驗結果決定著裝備能否批量生產、裝備部隊使用[1]。按產品研制程序分類，武器裝備試驗類型如圖 1。

圖1 水中兵器試驗類型

1.2 水中兵器試驗面臨的主要問題

水中兵器試驗是以經典統計理論技術為基礎，將設計定型階段與其它試驗階段截然分開，在試驗內容、檢驗方案等方面側重于外場試驗，具有“分段試驗、獨立實施、分開評定”的特點。設計定型基地試驗關注的是裝備的固有性能，更偏重技術層面考核，對環境、對抗、保障方面的考慮不足；部隊試驗強調使用性能和適用性，偏重任務層面考核。受技術水平、環境條件、保障條件、安全要求、研制進度、經費成本等試驗因素的制約，試驗考核往往并不充分，從而有可能導致經設計定型試驗合格并裝備于使用部隊后仍然會出現諸多問題[2]，主要表現在：

1)以戰術技術指標考核為主,作戰使用性能與部隊適用性考核還不充分；

2)主要在標準條件下試驗，邊界條件、復雜條件和對抗條件考核還不全面；

3)平臺武器系統與水中兵器單機試驗獨立開展，缺乏有效試驗統籌規劃；

4)過度依賴子樣數不多的外場試驗模式，試驗結果置信度不高；

5)各階段試驗之間缺乏統籌，試驗信息利用率不高。

2 水中兵器一體化試驗需求

針對武器裝備研制與作戰使用嚴重脫節問題，美軍于20世紀90年代提出并大力推進武器裝備一體化試驗鑒定，其基本思想是：項目主任應協同用戶級試驗鑒定部門，對研制試驗與鑒定、作戰試驗與鑒定、實彈試驗與鑒定以及建模與仿真工作進行協調，以形成一個有效的連續統一體，充分利用試驗資源，縮短研制時間，并將試驗鑒定工作緊密地與需求制定及系統設計與研制結合起來[3]。

一體化試驗是以小子樣鑒定技術為基礎，以檢驗作戰效能與保障效能為目標，以驗前試驗與現場試驗相結合，將各階段的試驗緊密聯系在一起，在試驗內容、檢驗方案等方面，將技術狀態基本一致的各階段試驗項目進行綜合計劃、統籌兼顧、分階段試驗、按層次鑒定。與傳統試驗模式相比，一體化試驗具有以下優勢：

1)注重作戰能力和保障能力考核；

2)統籌試驗資源，實現統一試驗計劃；

3)采用多源信息融合技術，實現綜合評價；

4)減少試驗重復和冗余，提高試驗質效。

3 水中兵器一體化試驗構想

3.1 一體化試驗總體框架

一體化試驗強調試驗組織管理、試驗計劃控制、試驗信息綜合，對戰術技術性能、作戰效能做出全面評價，服務于水中兵器全壽命試驗過程，保證武器裝備試驗充分，將試驗風險降至最低。一體化試驗總體框架包括以下幾個關鍵環節[4]：

1)試驗階段一體化。在武器裝備全壽命的各個階段，安排了不同的試驗項目驗證或考核武器裝備性能功能。在不同的試驗階段，試驗目的、性質、要求和方法都有所側重、有所不同，但試驗項目又緊密聯系、相互交叉、相互影響。一體化試驗需要對各階段試驗進行綜合管理和計劃，統籌規劃、合理安排，盡量避免重復，同時又要綜合利用各種試驗信息，完成水中兵器性能綜合評價。

2)試驗內容一體化。水中兵器試驗目的是在于接近實戰條件下全面考核被試裝備的戰術技術性能和作戰使用性能，其試驗內容是通過不同試驗項目的有機結合，全面考核并評價各項性能指標，忽視某些指標，將無法對軍事裝備做出全面的評價。

3)試驗方法一體化。水中兵器試驗對象、試驗內容、試驗手段、試驗條件等都會存在一定的差異，需建立相適應的一體化試驗方法，包括試驗設計、試驗信息獲取方法、建模與仿真方法、驗前信息綜合方法、多信息融合方法、異總體參數評定方法、戰術技術性能評定方法、作戰使用性能評定方法、系統效能評估方法以及作戰效能評估方法。

4)試驗實施一體化。相對于傳統試驗模式，一體化試驗實施難度更大、更為復雜，需在試驗技術、試驗組織、試驗管理上不斷創新。首先要加強一體化試驗的總體設計，以試驗各種信息充分共享、資源共享為基礎；其次是建立適應一體化試驗模式的組織模式，試驗靶場、使用部隊、研制單位三位一體，統一計劃、統一組織、統一領導，有效控制試驗實施；再次就是要適度調整一體化試驗的管理機制。

3.2 一體化試驗基本目標

一體化試驗可整合各種試驗資源，綜合各類試驗信息，將不同階段及不同種類的試驗聯成整體，可將水中兵器一體化試驗分解為3個基本目標[5]：

1)研制階段與定型階段一體化。在工程研制階段開始時完成定型試驗大綱，結合在研制試驗中進行的定型試驗項目納入研制試驗計劃進行，基地試驗和部隊試驗可結合的試驗項目可安排在試驗基地試驗或部隊試驗進行，不適合的則仍應分別獨立進行。從資源與信息綜合利用的前伸需求來看，要實現從科研階段和定型階段的孤立試驗向一體化考核轉變，充分利用各階段的信息進行綜合評定，提高定型試驗效益和考核評定的科學性。

2)單機試驗與系統試驗一體化。統籌水中兵器單機與武器系統試驗，關注水中兵器各系統之間、與武器系統之間的接口協調關系，以及在作戰背景環境下的協同能力。加強作戰使用環境、實際使用條件和對抗條件的研究，加強戰法、試法、保障和作戰效能分析評估研究。在進一步優化統籌裝備固有性能試驗的基礎上，加強在復雜電磁、氣象、水文等環境和強應力條件下的試驗考核，綜合考慮水中兵器單機與武器系統之間的指標要求，加強相互間的技術協調、戰術配合。

3)外場實航與內場仿真一體化。將外場試驗和內場仿真手段有效結合起來，綜合運用試驗設計理論、信息技術、測控技術和仿真技術，實施內外場聯合試驗，實現試驗資源的共享、互補和重用。通過分析影響魚雷武器各種邊界條件、復雜戰場環境、典型目標特性、綜合對抗等主要作戰因素，優化組合各試驗項目，全面地評估魚雷戰術技術性能和作戰效能，可解決試驗組織實施、安全保障、縮短試驗周期、減少試驗消耗等問題，大大的提高了試驗效率。

3.3 一體化試驗實現思路

根據裝備在全壽命周期內試驗與鑒定的需求，以水中兵器研制總要求、可靠性要求、綜合保障要求等規定的相關指標和作戰效能指標為目標進行頂層設計，建立包含戰術技術性能、作戰效能和作戰適用性的裝備指標體系，針對指標體系推衍提出需要考核的指標，確定指標評定方法。根據指標評定方法提出所需的試驗考核項目、樣本容量需求與數據處理方法，開展試驗可行性分析，初步確定試驗項目。將樣本需求向各試驗項目進行初始分配，分析各試驗階段之間的關聯性和繼承性，結合樣本量、兵力、測控、安全性等實際情況，科學分配各階段的試驗樣本量，對不同層次相互兼容試驗等方面進行刪減，排除重復性和冗余試驗項目，形成優化的試驗總體方案。按照設計的試驗方案組織試驗實施，獲取試驗數據并按預定方法進行數據處理。將數據處理結果進行分析整理形成試驗結果報告，將數據處理結果代入效能評估模型進行效能評估。

4 水中兵器一體化試驗方法

4.1 驗前分布

4.1.1 驗前信息來源

通?？梢园言O計定型試驗實航數據信息稱為現場信息，將之前的試驗信息稱為驗前信息。驗前信息的來源主要包括子系統信息、仿真信息、類似型號信息、歷史信息、專家信息、不同環境下的試驗信息等。一體化試驗的關鍵是對各種試驗資源信息的綜合管理與利用。通過驗前信息的收集、挖掘和加工，綜合利用驗前信息進行統計推斷，解決由于樣本信息不足導致統計推斷的可信度不高的問題。一體化試驗信息數據融合流程如圖2所示。

圖2 一體化試驗信息融合流程圖

4.1.2 驗前分布確定方法

設A1,A2…,An為樣本空間Ω的一個劃分，且P(Ai)>0(i=1,…,n)，則對于任一事件B?Ω，若P(B)>0，則有：

(1)

Bayes方法認為，任何一個總體分布的未知分布參數θ都可以看做是一個隨機變量，通過加工處理驗前信息，將θ的未知狀況用一個概率分布π(θ)來，獲得驗前分布通常有共軛方法、最大熵方法、自助法、隨機加權法和專家打分法等[6]。

4.2 驗前信息相容性檢驗

Bayes理論應用前提條件是驗前信息能夠反映性能參數的統計特性，即要求驗前信息和現場試驗信息近似服從同一總體。驗前信息的相容性檢驗包括靜態相容性檢驗和動態相容性檢驗，前者的靜態子樣是指隨機變量的觀測值，而后者的動態子樣是指隨機過程的觀測值。靜態相容性檢驗一般分為非參數檢驗方法和參數檢驗方法，非參數檢驗通常有Smirnov檢驗、Wilcoxon秩檢驗和Mood檢驗等方法，參數檢驗通常有置信區間、假設檢驗等方法。動態相容性檢驗一般分為時域檢驗方法和頻域(譜)檢驗方法兩大類，常用于內場仿真試驗結果與外場實航試驗結果的一致性檢驗，常用的方法有判斷比較、直接統計、Theil不等式系數、誤差分析、頻譜分析等方法[7]。

4.3 驗后分布

對于分布參數θ的任何統計推斷，必須依據θ的驗后分布來進行，這是因為在獲得樣本觀察值X之后，驗后分布π(θ|X)包含了對分布參數θ的全部信息。由Bayes公式，θ的驗后概率密度函數π(θ|X)表示為：

(2)

其中：π(θ)為π(θ|X)的驗前密度函數，Θ為θ的參數集，θ∈Θ，密度函數P(θ|X)為子樣向量在給定θ之下的聯合密度函數，可看作為P(X=x|θ)。當θ為離散隨機變量時，驗后分布表示為：

(3)

4.4 多源信息融合

(4)

(5)

則θ的融合自助統計量R(i)為：

(6)

按自助法應對所有的L階段的驗前子樣作出的θ估計為：

(7)

在多源驗前信息之下，可由驗前信息融合而獲得關于θ的驗前密度函數為：

(8)

5 水中兵器一體化試驗基本要求

5.1 建立一體化試驗體制管理

為充分發揮一體化試驗巨大效益，需建立一套有效的管理機制，以保證一體化試驗順暢進行。一是建立一體化試驗鑒定領導機構，由武器裝備論證、研制、試驗、定型、保障、使用管理機關建立一體化試驗協作程序，將一體化試驗統管起來。二是建立一體化試驗工作組，負責一體化試驗全壽命周期一體化試驗總體計劃編制，協調有關一體化試驗工作，并以總計劃作為試驗依據，以確保定型試驗質量。三是建立健全規章制度，將有關機關部門和使用、保障、論證、試驗、研制承擔單位的職責、分工以試驗管理文件明確，并下發執行，同時研究確定工作程序[9]。

5.2 確定一體化試驗質量管理

參照設計定型試驗的相關文件、標準，對納入一體化試驗總體規劃的試驗項目進行質量管理。一是在試驗進場前，被試品通過必要的試驗，能夠證明一體化試驗的被試品關鍵技術問題已經解決，主要戰術技術指標能夠達到規定要求。二是被試品技術狀態已確定，經訂購方認可，被試品技術狀態更改及其評審、驗證和確認的完整記錄。三是試驗實施過程嚴格執行試驗大綱、技術準備操作程序、試后處理方案等，特殊過程和關鍵過程控制符合要求，運行的質量管理文件應符合GJB1452A-2004《大型試驗質量管理要求》等設計定型試驗的相關文件和標準規定。

6 結束語

針對現代水中兵器試驗鑒定發展需求，通過分析水中兵器試驗現狀，提出一體化試驗需求和構想，探討一體化試驗多源信息融合的基本方法，提出一體化試驗管理要求，為解決一體化試驗總體設計問題提供一種解決方案。一體化試驗探索是當前武器裝備試驗轉型發展的重要課題，一體化試驗模式需要從裝備牽引、理論研究和工程實踐3個層面同時推進，所涵蓋試驗組織、管理、技術、保障等各方面內容，有待進一步深人研究。

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DiscussiononOverallDesignofUnderwaterWeaponIntegratedTest

Zhu Wenzhen, Ye Haojie, Wang Hao

(Unit 91，PLA91388， Zhanjiang 524022，China)

Integrated test is a co-ordinate test project, sharing test resources, comprehensive test information, improve the quality of the test identification model. This paper introduces the types of weapons and equipment tests, analyzes the main problems in underwater weapon test, and puts forward the requirement of underwater weapons integration test. This paper puts forward the general framework, the basic goal and the realization idea of the integrated experiment, and discusses the integration test pre-distribution distribution, the pre-test information compatibility proposal, the post-distribution distribution and the multi-source information fusion, Put forward the integrated test system management and quality management, in order to achieve the integrated design of underwater weapons integration test to provide technical means.

underwater weapon;integrated test;Pre-test information

2017-01-02；

2017-02-21。

朱文振(1975-)，男，江西永新人，大學，高級工程師，主要從事水中兵器試驗總體技術方向的研究。

1671-4598(2017)10-0285-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.10.073

TJ631

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