潛艇魚雷攻擊目標作戰能力評估方法研究

張永峰，曲 豐

(中國人民解放軍91388部隊, 廣東 湛江 524022)

潛艇魚雷攻擊目標作戰能力評估方法研究

張永峰，曲 豐

(中國人民解放軍91388部隊, 廣東 湛江 524022)

構建了魚雷攻擊目標作戰能力與作戰效能之間的指標體系圖，利用結構方程模型方法對兩者間的相關性進行了分析，給出了潛艇攻擊目標作戰能力的評估方法和評估步驟，對于開展專項作戰能力評估具有一定的借鑒價值。

武器系統結構方程模型(SEM)；作戰能力；作戰效能

魚雷武器系統作為潛艇兵力隱蔽攻擊目標的核心系統，主要以魚水雷為武器,是一個包括武器平臺、探測、火控、發射、跟蹤裝置和相關軟件、作戰人員等要素的作戰綜合體[1]。對于如此復雜的工程系統，如何體現和最大化其整體作戰能力,是武器系統論證、設計、研制關心的重大問題。如何反映和評估魚雷武器系統實際作戰能力，是武器系統檢驗和試驗需要解決的關鍵問題。

反映武器系統能力的指標主要有作戰效能指標和作戰能力指標，二者既有區別又有聯系。系統作戰效能是指在給定威脅、條件、環境和作戰方案下，系統實現特定作戰任務目標的有效程度，是一個動態的概念；系統作戰能力是指系統完成其任務使命的“本領”或潛力，是系統的整體特性和固有屬性，是一個靜態的概念。系統的作戰能力與武器裝備的種類(品種)、數量(規模)、品質(戰技性能)和結構關系(相互依賴、相互支撐和信息交聯)有關；系統作戰效能不僅與這些因素有關，還與作戰條件、環境、作戰方案以及對手武器裝備、作戰方案、打擊目標等有關。從這個意義上講，系統作戰能力是系統的固有屬性，是作戰效能的基礎；而作戰效能是作戰能力的發揮和外在實現[2-4]。目前，國內關于武器系統效能評估方法已經很多,研究領域也涉及到導彈、雷達、火炮、魚雷武器系統等武器裝備[5-7 ]，取得了很好的結果，但對于武器系統作戰能力評估研究較少。本文從系統的觀點出發，構建了魚雷武器系統作戰能力的結構體系,借鑒結構方程模型(Structural Equation Modeling，SEM)分析方法，建立系統作戰能力與作戰效能的定量關系模型，給出相應的評估方法。

1 魚雷武器系統作戰能力與作戰效能

1.1 作戰能力指標解析

魚雷武器系統攻擊目標的作戰流程主要分為警戒探測、跟蹤識別、目標指示、射擊參數解算、魚雷攻擊等，因此攻擊目標的作戰能力可分為信息獲取能力、指揮決策能力、系統保障能力和射擊命中能力，涵蓋了前端傳感器的探測、指控系統的目標指示和要素解算、后端武器的發控和命中目標、系統可用性和可靠性等關鍵作戰要素。從整個攻擊目標的作戰流程來看，能否有效命中目標是攻擊目標任務完成好壞的關鍵，可以將射擊命中能力作為衡量各種作戰方案優劣的重要依據和最終指標。

系統的各種作戰能力指標之間存在邏輯關聯性，這種相互關聯性主要體現在射擊命中能力和其他作戰能力指標的關系以及其他作戰能力指標之間的相互關系。第一種關聯性主要通過魚雷武器系統攻擊作戰流程體現。命中目標是魚雷攻擊作戰流程的重要環節和最終環節，因此射擊命中能力指標是系統作戰能力評估的核心指標。該指標的順利完成受到系統中其他幾種作戰能力指標的共同影響。射擊命中能力指標對其他幾種作戰能力指標也有一定程度的影響，但與其他幾種作戰能力指標的共同作用相比，這種影響可以在作戰能力指標體系中不進行體現。第二種關聯性主要通過魚雷武器系統各分系統的功能關系體現。信息獲取能力與指揮決策能力相互影響；指揮決策能力與系統保障能力作為影響魚雷攻擊目標能力全局的重要因素，與體系中其他指標互有關聯。

1.2 作戰效能與作戰能力指標體系構建

在作戰能力分析的基礎上，按照系統作戰效能與作戰能力指標的定性關系，可以建立兩者間的定量關系模型，魚雷武器系統作戰能力指標由信息獲取能力、指揮決策能力、系統保障能力和射擊命中能力四項作戰能力指標組成，因此魚雷武器系統作戰效能與作戰能力的定性關系也要通過反映這四個作戰能力的作戰效能指標建立。這些作戰效能指標選擇須滿足以下三點[8]：

1) 作戰效能指標要盡可能直觀，易于理解。不應采用過于抽象的效能指標。

2) 作戰效能指標要便于獲取，物理意義清晰。作戰效能指標與作戰能力指標存在較為明顯的聯系，且可以通過仿真或實航試驗的方法得到它們之間的定量關系。

3) 作戰效能指標能夠較全面反映相應的作戰能力指標。每個作戰能力指標含義都是“多維”的，選擇多個效能指標要盡可能真實體現作戰能力指標的全部含義，且各指標需要盡可能相互獨立、有代表性。

按以上原則，建立魚雷武器系統作戰能力指標體系中作戰能力指標與作戰效能指標間的定性關系，如圖1所示。

其中，信息獲取能力指系統發現目標的能力，包括發現目標、識別目標和跟蹤、測量目標等過程，主要由反映系統在不同環境條件下探測不同目標的最大距離、測向誤差、測距誤差及發現目標的概率等表征，分別對應最大探測距離、方位測量精度、距離測量精度和有效探測率等效能指標；指揮決策能力指系統對所戰場信息態勢的綜合處理判斷能力，包括戰場目標態勢的綜合分析及輔助決策處理等過程，主要由反映系統對數據信息響應的快速性、目標運動參數解算的準確性和攻擊方案決策的可信性等表征，分別對應要素解算精度、輔助決策可信度和系統反應時間等效能指標。系統保障能力是指平臺及武器系統各裝備組成對作戰使用的保障支持能力，主要由反映裝備可靠性的可用性、可信性、維修性及平臺噪聲水平等表征，分別對應系統保障性和平臺噪聲級等效能指標；射擊命中能力指系統導引魚雷武器對目標的最終攻擊能力，包括系統對魚雷的控制、魚雷對目標的搜索、跟蹤及攻擊命中等過程，主要由反映系統與魚雷結合使用時導引參數解算正確性、武器自身的搜索、跟蹤及自導發現目標性能等表征，分別對應射擊導引參數解算精度、自導作用距離、搜索扇面角和魚雷機動性等效能指標。

圖1 作戰效能與作戰能力指標體系關系

2 魚雷武器系統作戰能力的SEM方法建模

2.1 SEM方法的基本思想及概念

SEM方法是一種新型多元統計分析方法，其基本思想是在顯變量和潛變量定性關系模型的基礎上，通過利用顯變量的觀測數據將該定性關系模型轉換為定量關系模型，并對該定量關系模型不斷進行修正直到符合一定的擬合標準。其中潛變量是指蘊含在某個對象中的固有屬性，該固有屬性可以通過顯變量的測量結果表現。比如：潛艇魚水雷武器系統的作戰能力就可以看成是潛變量，而反映作戰能力的作戰效能指標就是可以測量的顯變量，因此可以通過研究作戰效能指標對系統的作戰能力進行評估。目前SEM方法已成為通用的、主要的線性統計建模技術，廣泛應用于心理學、經濟學、社會學和行為科學等領域。

SEM方法中變量有兩種分類[9-10]，一是顯變量與潛變量，二是內生變量與外生變量[10-11]。顯變量是指可以直接觀測或度量的變量，比如系統的作戰效能指標；潛變量是指不能被直接觀測的因素或特性，是一種無法用現存的方法直接測量的客觀存在，但它可以通過顯變量體現和間接測量，比如需要評估的系統作戰能力指標。內生變量是指在一個假定的因果關系模型中，受其他變量影響或被其他變量說明的變量，也稱因變量；外生變量是指只影響其他變量而不受其他變量影響的變量，也稱自變量。

2.2攻擊目標作戰能力評估SEM方法的基本形式

根據圖1 所示魚雷武器系統作戰能力指標與作戰效能關系以及SEM方法的基本原理，建立變量對應關系，見表1。

表1 各類變量對應關系

SEM方法包括測量模型與結構模型兩部分，將測量方程和結構方程關系反映到同一張表中，形成如圖2所示的系統攻擊目標作戰能力評估的SEM方法。

圖2 系統攻擊目標作戰能力評估的SEM方法

則模型的測量方程見式(3)～式(6)：

X=Λxξ+δ

(3)

(4)

Y=Λyη+ε

(5)

(6)

模型的結構方程為：

(7)

使用θ代表上述方程中需要估計的未知參數，則SEM方法的協方差矩陣可表示為∑(θ)，在θ估計出來前，協方差矩陣∑(θ)是無法得到的。通常將樣本測量指標數據的協方差矩陣記為S，使S-∑(θ)最小，進而求出參數θ的估計值，最后得到測量方程和結構方程中的系數估計值。

3 基于SEM方法的系統作戰能力評估

3.1 方案想定的原則及數據獲取方式

魚雷武器系統作戰使用受作戰環境、武器選擇使用、戰術策略等諸多方面的影響，表現出來的攻擊目標能力相差甚遠，但是使用魚雷的作戰攻擊流程基本相同，包含反映作戰效能的要素也基本一致，因此在能力評估數據獲取中盡可能設置不同的攻擊作戰方案，涵蓋不同樣式下作戰案例，以此便可取得多樣作戰行動中各階段關鍵效能數據。需要注意的是，作戰方案要盡能窮盡系統的各種使用方式，這樣每個方案的關鍵數據對于結構模型參數的估計才非常充分，建立的模型才非?？茖W、準確。但是不可否認，效能數據中有許多是概率類的統計指標，單次或數次海上實航試驗難以滿足此類指標數據的統計要求，通常需要借助解析的方法實現，因此評估中通常采取實航、仿真與專家評分相結合的方法。

3.2利用SEM方法模型進行系統作戰能力評估的步驟

對魚雷武器系統進行作戰能力評估，可按照圖3所示步驟進行。

1) 指標體系構建。首先對系統作戰能力指標進行分析，按照作戰效能與作戰能力的聯系，建立相對應的關系，如圖1所示。

2) SEM方法模型構建和識別。在作戰效能與作戰能力指標定性關系分析的基礎上，利用SEM方法構建評估模型，如圖2所示，進行模型識別檢驗。

圖3 利用SEM方法模型的作戰能力評估流程

主要檢驗模型中的未知參數是否可以進行估計，通常使用T規則進行驗證：在SEM方法中，共有(p+q)個可測變量，可以得到(p+q)(p+q+1)/2個不同的含有未知參數的方程。因此只要待估計的未知參數的個數滿足式(8)，SEM方法就可識別。

(8)

式中：t是待估計的未知參數個數；p是內生可測變量個數；q是外生可測變量個數。

3) 數據獲取及標準化。對作戰任務及方案進行想定，基于任務想定開展系統作戰任務試驗(包括仿真試驗)獲得系統作戰效能評估數據，對數據進行標準化預處理。

4) SEM方法模型的參數估計。將作戰效能指標的協方差矩陣輸入系統作戰能力評估的SEM方法中，利用極大似然法、最小二乘法等對模型的參數進行估計。

5) SEM方法模型的評估與修正。對構建的SEM方法模型進行參數估計后，就需要對估計的參數以及由此得到的SEM方法進行評估，直至得到滿意的SEM方法模型。常用的檢驗方法通常包括參數的顯著性和合理性檢驗、擬合程度(χ2統計量)檢驗、近似誤差均方根(RMSEA)檢驗、標準擬合指數(NFI)，非標準化擬合指數(NNFI)、比較擬合指數(CFI)。表2為擬合參數的評估標準。

表2 擬合參數的評估標準

6) 求解作戰能力指標值并給出評估結論。模型參數估計及評估完成以后，便可得到系統作戰效能與作戰能力指標的定量關系模型，利用該模型便可求解系統作戰能力指標值，給出評估結論。

4 結論

1) 由于SEM方法是一種基于數據的統計方法，利用SEM方法進行作戰能力評估，對專家知識依賴度相對較低，且具備對所構建模型的擬合評估功能，因此依據該方法建立的魚雷武器系統作戰效能和作戰能力指標定量關系模型有較強的說服力。

2) 由于該模型評估依賴于指標體系的構建和作戰數據的獲取，因此建立系統作戰效能與作戰能力指標之間的定量關系模型、獲取可信的基于大想定集下的系統作戰任務試驗數據是此種方法的核心。

3) 下一步需在體系構建合理性和數據獲取可行性方面深入研究。依托大型作戰仿真系統、結合實航取得的數據對模型、參數進行修正，進一步提高該方法在實際應用中的科學性和可行性。

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(責任編輯周江川)

ResearchonOperationalCapabilityEvaluationMethodofSubmarineTorpedoAttackingSurfaceTarget

ZHANG Yongfeng, QU Feng

(The No. 91388thTroop of PLA, Zhanjiang 524022, China)

The paper constructs an index system between operational capability and operational effectiveness of torpedo attacking targets, and the correlation between them was analyzed by structural equation modeling method. The method and procedure to evaluate the operational capability of submarine’s attacking targets is given, which has certain reference value for carrying out special operations capability evaluation.

weapons system; structural equation model; operational capability; operational effectiveness

2017-07-14；

2017-08-10

張永峰(1977—)，男，碩士，高級工程師，主要從事武器系統試驗技術研究。

裝備理論與裝備技術

10.11809/scbgxb2017.11.002

本文引用格式：張永峰，曲豐.潛艇魚雷攻擊目標作戰能力評估方法研究[J].兵器裝備工程學報，2017(11):9-12.

formatZHANG Yongfeng, QU Feng.Research on Operational Capability Evaluation Method of Submarine Torpedo Attacking Surface Target[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(11):9-12.

E211

A

2096-2304(2017)11-0009-04