车载高架式光电探测系统的作战效能评估

武器系统作战效能评估是-种对武器性能参数进行综合评价的科学方法。新型武器的研制是- 个耗资巨大的工程，国防工程的这种大投入不允许出现效能低下的装备，因此运用作战效能评估对装备系统进行评价从而指导整个研制过程是非常必要的Ⅲ]。由于本文所探讨的光电引导载车尚处于研制阶段 ，其作 战效能无法通过真实实验获得。因此通过引入模糊评估方法对所探讨的光电引导载车进行了作战效能分析。为了对某些作战目标进行细化和分配，有必要通过建立精确的数学模型等手段得到模拟的系统使用效果。通过这种作战效能评估能够为系统设计指标的合理确定及系统整体精度控制提供依据。

本文所探讨的作战效能分析所依托的光 电引导载车包括诸多单元系统 ，为简化分析，将主要针对载车单元、载车所承载的升降式光电桅杆单元、桅杆所承载的光电探测单元进行 了效能分析。以光电探测引导载车系统为主要研究对象进行效能评估，涉及到的主要组成部分为光电探测分系统、桅杆平台分系统和载车分系统，在评估 目标的选择上以光电探测与跟踪的效能为主〃立了-般性的评估模型并应用于本文所探讨的桅杆型光电探测系统中。

2 作战效能评估理论2.1 作战效能评估理论与方法武器系统效能分析是在-些确定的约束条件下将所研究的某个武器系统的作战性能与关乎其技术现状的内外因素抽象成数学模型，以该模型为基础对该武器系统进行定量分析和评价[2]。效能 的概念外延丰富，应用范 围广泛 ，通常定义为完成指定任务的能力 ，也可 以说是某系统在特定条件下达到特定使用 目标的能力 。效能评估 中另-个重要定义是效能概率 ，指在特定的工作条件与时间内能够满足要求的概率3]。效能-般分为单项效能、系统效能与作战效能三类。单项效能指系统达到单-使用目标的能力；系统效能指系统在某些环境与参数条件下满足特定任务要求的能力，又叫综合效能，其为可用性、可信赖性、任务能力的函数。作战效能指在特定的战撤境条件下运用特定的武器装备系统与相关的兵力进行特定作战任务时，能够达到预期 目标的能力，该项目是- 般性武器系统 的基本效能质量特征 ，具有广泛的覆盖性 。

当前武器系统的作战效能评估方法较多，应用较为广泛的主要有试验方法、仿真方法、专家评估方法、指数法、解析法、人工神经网络法及 DataEnvelopment Analysis(DEA)方法 、模糊 综合 评估方法等，下面分别对其进行简要探讨 。

试验方法可以分 为实物试验、模拟试验及半实物仿真试验等 ]。采用试验法进行作战效能评估时需要根据被试品的技术参数及其使用环境状态确定试验条件。这类方法-方面需要得到高度精确的数学模型，另-方面需要武器装备做试验的物质条件5]。这种方法的成本较高且在武器样机生产前无法有效进行 ，因此不适用于本文所述的桅杆型光电探测系统 。

仿真方法是-种利用计算机对武器系统作战效能的数学模型进行计算模拟的方法 。通过实验获得的有关作战效能的数据可经过数据处理得到具体效能指标的评估值 6。]。这种方法的精确性撒于是否有大量原始数据与基础资料，可以在武器系统研制之前进行。

专家评估方法是-种定性方法，只能得到相对准确的评估结果8]。这种方法具有较大的主观性，对于改进型号的装备与原型号装备的性能对第1期 陈兆兵，等：车载高架式光电探测系统的作战效能评估 79比有较为简单的操作性，而对于新研制装备的评估效果则不是很好。

指数法建立在军事专家的大量有效经验上，具有结构简单和操作方便的特征，对于武器系统的宏观分析和快速分析有较好的效果[9。指数方法的缺点是仅能在-定程度上对装备系统的效能进行评估，其过于简单的模型在使用精度要求较高的诚很难被广泛应用。

解析法公式透明性好 、原理简单 、计算方便 ，该方法通过建立装备效能指标与给定条件间的具体函数解析式组合成效能方程口 。

人工神经网络在模糊及残缺数据处理、非线性问题处理、甚至矛盾数据环境下均有广泛 的应用。采用这种方法对装备系统进行效能评估是值得研究 的方 向l 。

DEA方法应用数学规划模型计算比较决策单元间的相对效率，从而对评价对象进行评估评价l 。这种方法- 般用于装备方案 的有效性评估评价 。

模糊综合评估方法是模糊数学的-种具体应用，在不确定性问题的解决过程中具有重要应用。

这种方法既能对系统进行定量分析也可以进行定性分析口 。对于组成较为复杂的光电类系统的效能评价具有较好 的应用 。本文所探讨 的系统效能评估就将采用这种方法 。

对装备作战效能进行评估的方法非常多，采用哪-种方法对选定的装备进行评估撒于研究对象的性能参数、评估精度要求、给定条件等因素♀析法和试验统计方法是该领域中应用最为广泛的两种方法 ，有时也可以采用几 种方法 的综合来对复杂或具有特定要求的装备系统进行效能评估。

2.2 在车载桅杆型探测 系统 中引入效能评估车载桅杆型光电系统的整体评估在该设备的研制过程中具有重要意义，整体的效能评估主要包括探测能力指标、对抗能力指标、毁伤来袭目标能力指标、整体机动能力指标、系统防护能力指标、维修性与可靠性指标等。文中主要分析光电探测与跟踪引导系统 的作战效能，除 了传统 的对目标 的发现 、捕获 、识别与跟踪外根据桅杆型光 电探测 的特点引入了服务于整个对抗系统的引导参数。桅杆型光电探测系统的探测跟踪性能指标主要有搜索速度、最大作用距离、最大跟踪距离、搜索与跟踪距离精度、搜索与跟踪角分辨精度、低空探测性能、抗干扰能力、隐身与反隐身能力等。

效能评估在武器装备的方案定型、设计研发、装校实验等过程 中具有较高的指导价值 。本文以桅杆型光电系统总体应用为主要研究内容，设计后的系统真正的效能需要定量分析，通过这种分析可以找到设计 中的不足 ，从而在样机生产前和样机实验阶段发现解决系统存 在的重大 问题 ，为桅杆型光电探测系统的探测和引导工作提供参数支持。本文将对光电探测系统、桅杆平台系统、载车平 台系统进行统- 的分析，以效能分析为手段对系统在 3种工况下的效能进行定量分析 。这种分析可以看作是其他分系统外的专门针对光电探测引导系统的整个引导载车的效能分析。效能评估主要用于系统的横向比较，能够对影响系统效能的各种因素依据重要程度进行排序，从而在综合分析各种因素的成本及难度的情况下合理选择实施方案，以最低的开销满足系统的要求，或为系统性能的进-步提高提供攻关方向。本桅杆型光电探测系统是-种新装备 ，因此系统 的总体效能无法通过与其他类似型号装备的总体效能比较。

在这种情况下本系统的作战效能评估主要用来探讨效能值与各个指标参量间的关系，至于总体的指标值的求解将采用模糊评价方法，建立-套具有较广适应性的评价方法 ，为本类型武器系统 的后续型号的改进研制提供-种评价手段与方案指导手段 。

3 效 能评估指标及权 重的确定3.1 模糊综合评估方法原理模糊综合评估方法的基本思想为首先对评价等级进行基于集合的定义(如非常好、较好、-般、8O 光学 精密工程 第21卷较差 、非常差)，然后通过专家打分或现有 的经验值对评价指标变量进行权重确定，得到基于评价指标的评价矩阵，然后对评价值进行处理得到隶属度与隶属度权重，在这个过程 中需要用到隶 属度函数概念，可以得到隶属度权重矩阵，最后以模糊变换运算为基础得到具体评价结果值。整个评价过程为-闭环过程，评估值的精 确性与评价等级及系统变量的定义和求解有直接关系 ，可 以通过确定上述参数值来探讨评价结果 的评价效果。

将模糊评价法用于本桅杆型探测系统 的效能评价中能够极大的发挥该方 法对 模糊 问题 的解决能力，提高本系统效能评价 的准确性 。模糊型系统效能评估的基本流程如图 1所示 ：定义光电探测系统确定评价等级及变量确定评价矩阵及数值转换隶腻度权重矩阵确定模糊变换与运算评估值分析探讨图 1 系统效能模糊评估流 程图g.1 Flow chart of system efficiency fuzzy assessment1.定义探测系统该系统主要包括光 电探测分系统 、桅杆平台分系统、载车分系统 3大部分 ，每-分系统又包含多种参量 。对这些参量进行定义并舍弃-些非关键参量是本步骤的主要工作；2.确定评价等级及变量桅杆型光电探测系统的变量非常多，具体的变量结构在下-节的指标设计中进行探讨。评分标准为定性指标的量化标准，其权重确定主要通过专家调查方法来实现 ，在这个过程 中设最末-级变量的权重 向量 A ；3.确定评价值矩阵及数值转换数值转换指的是数据的归-化等数据处理，即将各类数据统-定义为可相互比较及运算的形式。评价值矩阵用 表示 ：D i，J -j.1d，1：，1dj，2d。

其中的 表示第 个受评价对象，而矩阵中单元表示第 i个专家对第5个评估对象的第J项指标的评价结果 。

4.隶属度权重矩阵确定计算流程中本环节与后续的两个环节共同构成模糊评估模式 ：X -∑ ( )， (2) 0式中：X 表示第 i个指标隶属于第 e类的隶属度， 为第e类评价等级的隶属度函数，m为专家的总数。隶属于第 e类评价等级的第i个指标的隶属度权重为R ，其计算公式为 ：R - - - ， (3)∑x ， l其中： 为第二步骤中定义的系统评估等级的数量，式(3)用于求指标 i隶属于第 e类的相对权重 。

隶属度权重评价矩阵用 R表示 ：R (4)该矩阵由m个指标构成，其行向量 R 中的元素R 表示指标 i隶属于等级J的隶属度。

5.模糊变换与运算评估结果向量用 E表示 ：E- (A1，A2，，A )[R1，R2，，R ] -(e1，P2， ，8 ). (5)第1期 陈兆兵，等：车载高架式光电探测系统的作战效能评估 81其元素的运算方式为：P - A ·/"i (6)J1结果 向量的生成与综合评价过程也可以采用其他模型运算过程，但其他的方法与本方法相比在保存更多评价内容方面表现较差，因此本文选用 M(·，)模型方法，其运算结果具有评价总和越大其效能越优越的特点 ]。

6.结果求解与分析具体的评估值需要由结果向量来表示，其公式为 ：EA - (P1· l el· 2 8。· 。)，(7)式中 ： 表示第 i类评价等级对应 的评价分数值 ，EA为某评价对象的评估结果。该值的含义为各个分项的平均值的综合，其结果显示了该系统的整体评估值，该值位于哪个等级中则认为该评估对象 的效能为哪-个等级 。

3.2 基于模糊分析评价的指标设计将桅杆型光电探测系统作为-个单功能整体进行效能分析，其指标内容非常广泛，为了下-步建模的方便将无关紧要的参数指标忽略，将重要指标进行重点分析，并给予较高的权重。图 2为本桅杆型光电探测系统 的作战效能评价指标 。该指标体系以层次分析方法进行整个桅杆型光电探测系统的层次化与条理化体现，这个层次结构模型能够将复杂的综合问题分解为不同的元素。各元素又可依据其不同的属性分为不同的组。在体系中同-层次的元素可以作为准则支配其下部层次的-些元素 ，而该层次元 素在支配下层元素的同时也受到上层元素的支配，如此便形成了层次间 自上而下的逐层支配关 系 。在 多准则 决策问题指标体系的确定原则方面，-般应满足 5项性质，分别为完整性、可运算性、可分解性、无冗余、元素极少性，该条件为理想条件，在实际的应系统总体作战效能丁搜索跟踪与引导能力 S系统可用能力U系生能M统存力系统可靠性 Kr搜索速度 SJ搜索距离 s。

J搜索跟踪对象范围能力sj多目标处理能力 s连续无故障工作时间 s 。

抗碰撞与冲击能力 K抗雷暴雷击等极端天气能力K抗电磁干扰能力 K抗淋雨能力 K桅杆系统架撤准备时间K系统 r整体维修可达性 w可维1组件互换性水平w修性I故障自检测能力w。

w L对维修人员及设备的要求 wr运输方式兼容性J油箱容积 。

系统l越野承载能力J机动l爬坡能力能力 l接近角度 l，J l离去角度 J1最小转弯半径 ，。

涉水深度l， 。车身稳定与调平精度JF3图 2 桅杆型光电探测系统作战效能指标参数用中可仅将体系中最重要的几项进行重点分析， Fig.2 Combat eficiency index parameters of mast type从而降低体系的复杂程度和计算量。 。P i -e ec 。ic de ec i。n sYs emF 力寸 F 能 F尺 力 护 力观 能 防 F 能外 装 扰 力 爆的 伪 干 能 抑体 动 动 防 火整 被 主 三 灭统 护 力系 防 能 F82 光学 精密工程 第21卷4 系统作战效能评估4.1 系统搜索引导效能评估桅杆型光 电探测系统 的主要功 能是对来袭目标进行搜索跟踪与引导，这些能力与桅杆的稳定性、载车的固定及调平精度等因素有重要关系。为了简化评估模型将其中某些对探测能力有影响的因素与光 电系统的效能间的相互作用进行了解 ，并假设 这些 因素为理想状态。采用模糊综合评价法对各项 目进行评价 ，其关键是求取评价矩阵与权重矩阵，2矩阵中各个元素的原始值采用请 3名专家依据项 目经验及系统设计方案的参数要求进行打分或直接采用各项参数原始值 的方法进行确 定。

在数据归-化处理过程中将各个参数转化为无量纲的可直接进行简单线性计算 的标准化数值 。

表 1 系统 项 目模糊 量化 表Tab.1 Project fuzzy quantization of system上述项目中模糊量化表中的评价值是专家根据该项 目在当前 同类系统 中的效能经验值确定的 ，如第 1O项的通讯能力在设计时并未进行详细的参数要求，而仅仅是定义为军用级，因此根据-般军用级的性能统-定为0.85的效能值。而探测系统在方位方向的误差对整体的探测精度影响最为明显 ，因此系统误差分配总精度以方位误差分配精度为主要表现形式，而忽略俯仰方向的误差值。对项目权重的确定则是将所有项目分为 3个等级，分别为 1.0、0.6和0.3，其重要性随着数值的减小而降低，数据的综合化方面则采用了简单的平均加权法。上述数据的准确性撒于专家 的经验水平 ，具有-定的主观性 ，但这种效能评价方法也能够在系统具体项 目及整体性能方面说明问题，是完全可行的 。

式(6)归-化可得到本文探讨的桅杆型光电探测系统的跟踪探测与引导效能的评价结果向量 E。

13Yi，j- (124 4. 117 4. 74 4. 41 4-94 136 4-156 1O9 83 62 41 4253)- 79. (8)第1期 陈兆兵，等：车载高架式光电探测系统的作战效能评估 834.2 系统可用能力效能评估桅杆所在 的引导载车的可用能力主要为系统可靠性和系统可维修性。本文中将采用模糊评价方法分别对两个方面的效能量化 ，然后根据两个方面的权重值得到系统可用能力的评估值 ，为后续总体作战效能的量化评估提供单项指标。两矩阵中各个元素的原始值采用请 3名专家依据项目经验及系统设计方案的参数要求打分或直接采用各项参数原始值的方法确定。

表 2 系统可用 能力评价 表Tab.2 Available capacity evaluation of system碰撞冲击、淋雨能力需要在设计上满足较高的使用要求，具体的效果需要经过-定的实物或半实物实验来获得。在上述项目值模糊量化的过程中，专家依据参数设计值进行评价，表中的数据并不全面，因此专家打分评价过程中还依据整个项 目中该参数的具体设计指标。项 目权重模糊量化过程同样是依据该项目在整个系统可靠性或可维修性方面的权重指标做出的。项 目等级划分依然采用 1。

0、0.6、0.3三级权重值。在系统可用能力评价过程中将不对可靠性和可维修性进行单独区分，而是将两者统-到同-个评价系中进行评价。依据表2的评价结果和公式 (6)，可以得到该分项 目的整体评价结果向量 ：g - gw- 1∑A ，-l- 11(95.733× 0.983 2 94.867× 1.15886.267× 1.347 88.9× 0.83 2 77.0×0.673 91.867× 1.347 85.433× 0.80877.4× 1.347 94.2× 1.158 92.67×0.983 2 82.1× 0.673 93.233× 0.539)-- 88.475≈ 88. (9)4.3 系统生存能力效能评估系统的生存能力主要包括载车的机动能力和防护能力。这项效能评估是 3个分系统效能评估中的-个，在评价方法上也将采用简单量化方式，将各项目看作是无耦合作用的独立值。其具体项目模糊评价如表 3所示 。

84 光学 精密工程 第21卷， 铁路、公路、航空 95.2J z.厂。

11 m88 km/h≥0.8m≤5O86.592.388.690.388.688.685.483.286.492.6Fl 6245×2700×3433 75.6防 Fz 外部迷彩 72·3靛 烟幕、激光欺骗 8.6力 F GJB要求 82. 6F5 GJB要求 8O.696.886.890.887.691.887.584.186.482.687.393.878.471.689.485.68O.298.28791.489.793.484.386.083.984.186.793.474.375.484.984.782.596.73387.16791.587.63391.83386.886.23385.23383.386.893.26776.173.187.63384.381.11.O0.61.01.O0.60.30.61.01.00.61.0O.60.61.00.6O.3O.61.01.00.60.30.60.60.61.00.61.01.O0.61.00.6O.31.O1.O1.O0.60.60.30.60.60.61.O1.O0.60.60.60.30.6O.86O.861.O0.730.50.50.60.73O.86O.731.OO.730.60.860.50.41.2O11.2O11.3961.O19O.698O.698O.8381.O191.2O11.0191.3961.019O.8381.2OlO.698O.558系统生存能力评价过程中同样采用将 2个分项目进行统-评价的方法。项 目值模糊量化专家和项目权重模糊量化专家为同样的3名专家，他们在独立状态下分别对各个项 目进行 目标值评价。

在数据处理和计算方面也采用与前述项 目处理-致的方法进行 ～表 3中的数据代入到式(6)中便可用得到该引导载车系统生存能力 的评价结果 向量值：， 1 6em- - Aj. ：(96.733× 1.201 87.167× 1.201 91.5×1.396 87.633× 1.019 91.833× 0.69886.8× 0.698 86.233× 0.838 85.233×1.019 83.3× 1.201 86.8× 1.019 93.267×1.396 76.1 X 1.019 73.1× 0.838十 87.633×.2O1 84.3× 0.698 81.1× 0.558)-- 86.781≈ 87. (1o)上b4.4 总体效能的计算与分析桅杆型光 电探测 系统所在 的探测引导载车的总体作战效能是各个分系统效能的综合与统-。

对上述 3项效能在本系统 中的重要性进行排序也采用专家评分的方法，具体的过程与上述单项效能评估方法-致 ，经过针对单项效能的权重分析得表4所示的权重值 。

表 4 单项效能权重表Tab.4 Efficiency weight of single item系统机动能 力第1期 陈兆兵，等：车载高架式光电探测系统的作战效能评估 85将上述单项效能权重值及前文中得到的分项效能值带人到总体效能评价函数 7，便可以得到式l1所示的总体效能值：EA - ÷ (P · e · P · )-(79× 1.579 85× 0.947 87× O.474)-u 82.158≈ 82. (11)从结果上看本引导载车系统的整体作战效能在八十分以上的区间中，属于优秀的级别。在现有的技术条件和设备参数要求下，本系统能够较好地适应当前的作战环境。从具体的单项值上看设备应用中最为重要的搜索引导效能值为 79，达不到优秀的行列，还需要提高-些性能参数。在后期的研制及后续型号的参数设计中可以提高搜索引导方面的参数值 ，以提高系统的整体性能。由于本系统是新-代的光电设备 ，在作战效能评估 的过程中