舰载武器作战使用条件仿真量化分析

刘 伟，由大德，钟志通（海军大连舰艇学院，辽宁 大连 116018）

舰载武器作战使用条件仿真量化分析

刘 伟，由大德，钟志通
（海军大连舰艇学院，辽宁 大连 116018）

运用层次分析法、本征向量法和多属性决策问题的数据处理等方法，对舰载武器作战使用的约束条件进行了量化分析和数据处理，系统地描述了单一约束条件和多个约束条件对武器有效使用的概率问题，建立了约束条件下，舰载武器作战使用仿真流程。研究结果对舰载武器作战使用具有一定的指导作用。

舰载武器，作战使用条件，作战仿真，量化分析

0 引言

随着科技的发展，舰载武器正朝着集成化、模块化、自动化的方向发展，新装备伴随着新作战样式不断涌现［1］。当前，计算机作战仿真模拟已成为世界各国军事训练与作战准备的重要方法。如何提高作战仿真的逼真度，使计算机仿真模拟的效果更加符合实际作战要求，是武器使用规则仿真的重难点问题。本文以提高作战仿真逼真度为目标，通过构建舰载武器的作战使用条件模型，对舰载武器作战使用的约束条件进行量化分析，使计算机仿真模拟效果更加贴近实际情况。

1 舰载武器作战使用条件量化分析与数据处理

舰载武器作战使用主要受到舰艇运动状态、水文气象环境和武器战术技术指标等方面的影响。不同的舰载武器具有不同的作战使用约束条件，约束条件的数据指标对武器使用的概率有重要影响。因此，要对舰载武器作战使用条件进行科学研究和量化分析，建立约束条件与武器使用概率之间的量化模型，使作战人员可以准确掌握在不同约束条件下武器使用的有效概率，为复杂条件下的舰载武器作战使用问题提供科学依据。

现以某型舰艇防空反导武器为例，设对该型武器作战使用产生影响的条件有环境温度、舰艇摇摆、目标空域等n个约束条件，分别为n1，…，ni，…，nn，由于各约束条件的单位、数量、取值范围、状态等因素都有一定的差别，因此，在对数据进行量化分析时运用归一化方法进行处理。

1.1 单一条件量化分析

任意约束条件对舰载武器的作战使用都有最低下限取值x1和最高上限取值x2，即当x=x1或x=x2时，武器无法使用，x1与x2称为约束条件的临界值且可视为有唯一解；当第ni个条件的约束值x在（x1，x2）取值时，该舰载武器可正常运行；当x≤x1或x≥x2时，舰载武器无法正常运行。

每一种舰载武器在作战使用过程中，都会存在一个条件最优区间，即当约束条件x在范围（x1，x2）内取值时，存在最优约束区间［xi0，xi*］，使舰载武器在该条件下的作战使用概率最高，最高概率设定为1。当x在最优区间以外，临界值以内取值时，根据单一条件对舰载武器使用概率的影响规律和实践分析，可认为此区间内的变化规律呈线性变化。

1.2 单一条件数据处理

由于影响舰载武器的作战使用条件较多，且以最优值为给定区间的条件为主，因此，采用最优值为给定区间时的数据处理方法进行变换［2］。设第ni个条件的约束值x与武器状态值y的关系为y=f（x），给定的最优约束区间值为［xi0，xi*］，x1为最低下限取值，x2为最高上限取值，则有:

变换后的武器状态值y与约束条件值x的函数图形一般为梯形。

设A型武器在环境温度为-40°～+50°之间时可正常工作，当气温低于-40°或高于+50°时，A型武器将无法使用；当气温在-30°～+40°之间时，环境温度对武器的作战使用没有限制影响，有效使用概率定为1。即上式中x1=-40°，x2=+50°，xi0=-30°，xi*=+40°，当其他约束条件不变时，利用上式计算T=-35°与T=+42°时，环境温度对A型武器的使用概率影响。

当T=-35°时，yi=0.5

当T=+42°时，yi=0.8

由上式可以得出，当约束条件的临界值与最优值确定时，舰载武器的作战使用条件对武器的有效使用概率具有一定影响。

1.3 多个条件量化分析

每一种舰载武器都受到许多外界或内界约束条件的影响与限制，当多个条件同时变化时，舰载武器的作战使用概率也将产生一定幅度的变化，运用层次分析法对多个约束条件与舰载武器作战使用概率的影响进行量化分析，计算出各条件在武器使用时的权值。

设有n个约束条件n1，…，ni，…，nn，各约束条件对武器的权值为p1，…，pi，…，pn，因此，，舰载武器作战使用概率P=p1y1+p2y2+…+pnyn。通过各单一条件数据处理方法分别计算出y1，y2，…，yn的值，利用本征向量法，以及Saaty（1980）根据人的认知和判断能力提出的相对重要性表（见表1），n阶矩阵随机指标和相应临界本征值表（见表2），确定p1，p2，…，pn的值［3］。

1.4 多个条件数据处理

其中I为单位矩阵，若A中的值估计准确，则上式严格等于0，若A估计不准确，则A中元素的摄动意味着本征值的摄动，因此，有

表1 目标重要性判断矩阵A中元素取值

CI与表2所给同阶矩阵的随机指标RI之比称为一致性比率CR，CR=CI/RI。当CR＞0.1时，A中各元素一致性太差，需重新估计；当CR＜0.1时，基本一致，可利用式（3）求得p。表2为CR=0.1时的临界本征值，当＞时，说明一致性太差，需要重新估计；当＜时，说明元素估计可用［4］。

表2 n阶矩阵的随机指标RI与相应临界本征值

表2 n阶矩阵的随机指标RI与相应临界本征值

n 23 45 6 78 910 RI0.00 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 1.493.1164.07 5.45 6.62 7.79 8.99 10.16 11.34

环境温度、舰艇摇摆、目标空域是水面舰艇防空反导的3个重要约束条件，利用表1和作战使用相关性的重要程度，可设定3个约束条件的重要性矩阵A为

2 应用举例

某舰艇防空武器H的温度工作区间为（-40°～+50°），最优区间为［-30°～+40°］；舰艇摇摆工作区间为（-15°～+15°），最优区间为［-10°～+10°］；目标空域工作区间为（5 m～3 800 m），最优区间为［10 m～3 000 m］。现对室外温度+42°，舰艇摇摆-12°，目标空域3 200 m时，防空武器的作战使用概率P进行计算分析。

1）对3个条件进行单一数据处理后可得y1=0.8，y2=0.6，y3=0.75。

2）对3个条件的权值进行数据处理后可得p1=0.136 5，p2=0.238 49，p3=0.625 01。

3）根据P=p1y1+p2y2+…+pnyn可得P=0.72。

可以计算出，当3个条件均在各自最优区间时P=1。因此，当舰载武器的作战使用条件变化时，特别是在最优区间之外、工作区间之内时，舰载武器的使用概率将发生变化。此结论表明，在利用计算机进行作战仿真时，需根据舰载武器的作战使用约束条件对使用概率进行合理计算，进而达到提高仿真逼真度的效果。

3 作战使用条件的仿真实现流程

在作战仿真过程中，需要对单一条件值和多个条件的权值p进行计算，由于舰载武器的约束条件类别与数量可以预先设定，因此，可预先设定A中元素aij的数值，在＜的情况下，确定不同舰载武器约束条件的权值p1…pi…pn，建立舰载武器约束条件权值数据库，进而在应用时简化仿真流程，可得流程图如下:

图1 作战仿真流程图

4 结论

通过层次分析法、本征向量法等数学方法，对舰载武器作战使用条件进行了量化分析与数据处理。结论表明，当外界或内界的约束条件发生变化时，需要对舰载武器的使用概率进行科学计算。本文描述的量化分析与数据处理方法，可用于舰载武器作战使用研究，研究结果对水面舰艇作战训练具有一定的指导作用。

［1］刘建英，李小龙，王钦钊.国外指挥控制建模研究现状及启示［J］.电光与控制，2011，18（4）:56-60.

［2］程明熙.决策理论与方法［M］.南京:东南大学出版社，1991.

［3］岳超源.决策理论与方法［M］.北京:科学出版社，2003.

［4］ Saaty.The analytic hierarchy process［M］.McGraw-Hill，1980.

Simulation Quantification Analysis of Fight Using Condition on Ship Based Weapon

LIU Wei，YOU Da-de，ZHONG Zhi-tong
（Dalian Naval Academy，Dalian 116018，China）

This paper uses AHP，eigenvector process and the data processing of multi-attribute decision-making problem，quantification analysis and data processing on constraint condition of the fight using on ship based weapon，systematic describing probability problem of effective using to weapon by the sole-constraint condition and multi-constraint condition，the simulation technological process of fight using on ship based weapon is established，which in the constraint condition.The result of research have fixed guidance effect to the fight using on ship based weapon.

ship based weapon，fight using condition，fight simulation，quantification analysis

TJ83

A

1002-0640（2017）03-0109-03

2016-02-07

2016-03-18

刘 伟（1986- ），男，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生。研究方向：水面舰艇进攻与防御战术。