潜艇鱼雷攻击目标作战能力评估方法研究

张永峰，曲 丰

(中国人民解放军91388部队, 广东 湛江 524022)

潜艇鱼雷攻击目标作战能力评估方法研究

张永峰，曲 丰

(中国人民解放军91388部队, 广东 湛江 524022)

构建了鱼雷攻击目标作战能力与作战效能之间的指标体系图，利用结构方程模型方法对两者间的相关性进行了分析，给出了潜艇攻击目标作战能力的评估方法和评估步骤，对于开展专项作战能力评估具有一定的借鉴价值。

武器系统结构方程模型(SEM)；作战能力；作战效能

鱼雷武器系统作为潜艇兵力隐蔽攻击目标的核心系统，主要以鱼水雷为武器,是一个包括武器平台、探测、火控、发射、跟踪装置和相关软件、作战人员等要素的作战综合体[1]。对于如此复杂的工程系统，如何体现和最大化其整体作战能力,是武器系统论证、设计、研制关心的重大问题。如何反映和评估鱼雷武器系统实际作战能力，是武器系统检验和试验需要解决的关键问题。

反映武器系统能力的指标主要有作战效能指标和作战能力指标，二者既有区别又有联系。系统作战效能是指在给定威胁、条件、环境和作战方案下，系统实现特定作战任务目标的有效程度，是一个动态的概念；系统作战能力是指系统完成其任务使命的“本领”或潜力，是系统的整体特性和固有属性，是一个静态的概念。系统的作战能力与武器装备的种类(品种)、数量(规模)、品质(战技性能)和结构关系(相互依赖、相互支撑和信息交联)有关；系统作战效能不仅与这些因素有关，还与作战条件、环境、作战方案以及对手武器装备、作战方案、打击目标等有关。从这个意义上讲，系统作战能力是系统的固有属性，是作战效能的基础；而作战效能是作战能力的发挥和外在实现[2-4]。目前，国内关于武器系统效能评估方法已经很多,研究领域也涉及到导弹、雷达、火炮、鱼雷武器系统等武器装备[5-7 ]，取得了很好的结果，但对于武器系统作战能力评估研究较少。本文从系统的观点出发，构建了鱼雷武器系统作战能力的结构体系,借鉴结构方程模型(Structural Equation Modeling，SEM)分析方法，建立系统作战能力与作战效能的定量关系模型，给出相应的评估方法。

1 鱼雷武器系统作战能力与作战效能

1.1 作战能力指标解析

鱼雷武器系统攻击目标的作战流程主要分为警戒探测、跟踪识别、目标指示、射击参数解算、鱼雷攻击等，因此攻击目标的作战能力可分为信息获取能力、指挥决策能力、系统保障能力和射击命中能力，涵盖了前端传感器的探测、指控系统的目标指示和要素解算、后端武器的发控和命中目标、系统可用性和可靠性等关键作战要素。从整个攻击目标的作战流程来看，能否有效命中目标是攻击目标任务完成好坏的关键，可以将射击命中能力作为衡量各种作战方案优劣的重要依据和最终指标。

系统的各种作战能力指标之间存在逻辑关联性，这种相互关联性主要体现在射击命中能力和其他作战能力指标的关系以及其他作战能力指标之间的相互关系。第一种关联性主要通过鱼雷武器系统攻击作战流程体现。命中目标是鱼雷攻击作战流程的重要环节和最终环节，因此射击命中能力指标是系统作战能力评估的核心指标。该指标的顺利完成受到系统中其他几种作战能力指标的共同影响。射击命中能力指标对其他几种作战能力指标也有一定程度的影响，但与其他几种作战能力指标的共同作用相比，这种影响可以在作战能力指标体系中不进行体现。第二种关联性主要通过鱼雷武器系统各分系统的功能关系体现。信息获取能力与指挥决策能力相互影响；指挥决策能力与系统保障能力作为影响鱼雷攻击目标能力全局的重要因素，与体系中其他指标互有关联。

1.2 作战效能与作战能力指标体系构建

在作战能力分析的基础上，按照系统作战效能与作战能力指标的定性关系，可以建立两者间的定量关系模型，鱼雷武器系统作战能力指标由信息获取能力、指挥决策能力、系统保障能力和射击命中能力四项作战能力指标组成，因此鱼雷武器系统作战效能与作战能力的定性关系也要通过反映这四个作战能力的作战效能指标建立。这些作战效能指标选择须满足以下三点[8]：

1) 作战效能指标要尽可能直观，易于理解。不应采用过于抽象的效能指标。

2) 作战效能指标要便于获取，物理意义清晰。作战效能指标与作战能力指标存在较为明显的联系，且可以通过仿真或实航试验的方法得到它们之间的定量关系。

3) 作战效能指标能够较全面反映相应的作战能力指标。每个作战能力指标含义都是“多维”的，选择多个效能指标要尽可能真实体现作战能力指标的全部含义，且各指标需要尽可能相互独立、有代表性。

按以上原则，建立鱼雷武器系统作战能力指标体系中作战能力指标与作战效能指标间的定性关系，如图1所示。

其中，信息获取能力指系统发现目标的能力，包括发现目标、识别目标和跟踪、测量目标等过程，主要由反映系统在不同环境条件下探测不同目标的最大距离、测向误差、测距误差及发现目标的概率等表征，分别对应最大探测距离、方位测量精度、距离测量精度和有效探测率等效能指标；指挥决策能力指系统对所战场信息态势的综合处理判断能力，包括战场目标态势的综合分析及辅助决策处理等过程，主要由反映系统对数据信息响应的快速性、目标运动参数解算的准确性和攻击方案决策的可信性等表征，分别对应要素解算精度、辅助决策可信度和系统反应时间等效能指标。系统保障能力是指平台及武器系统各装备组成对作战使用的保障支持能力，主要由反映装备可靠性的可用性、可信性、维修性及平台噪声水平等表征，分别对应系统保障性和平台噪声级等效能指标；射击命中能力指系统导引鱼雷武器对目标的最终攻击能力，包括系统对鱼雷的控制、鱼雷对目标的搜索、跟踪及攻击命中等过程，主要由反映系统与鱼雷结合使用时导引参数解算正确性、武器自身的搜索、跟踪及自导发现目标性能等表征，分别对应射击导引参数解算精度、自导作用距离、搜索扇面角和鱼雷机动性等效能指标。

图1 作战效能与作战能力指标体系关系

2 鱼雷武器系统作战能力的SEM方法建模

2.1 SEM方法的基本思想及概念

SEM方法是一种新型多元统计分析方法，其基本思想是在显变量和潜变量定性关系模型的基础上，通过利用显变量的观测数据将该定性关系模型转换为定量关系模型，并对该定量关系模型不断进行修正直到符合一定的拟合标准。其中潜变量是指蕴含在某个对象中的固有属性，该固有属性可以通过显变量的测量结果表现。比如：潜艇鱼水雷武器系统的作战能力就可以看成是潜变量，而反映作战能力的作战效能指标就是可以测量的显变量，因此可以通过研究作战效能指标对系统的作战能力进行评估。目前SEM方法已成为通用的、主要的线性统计建模技术，广泛应用于心理学、经济学、社会学和行为科学等领域。

SEM方法中变量有两种分类[9-10]，一是显变量与潜变量，二是内生变量与外生变量[10-11]。显变量是指可以直接观测或度量的变量，比如系统的作战效能指标；潜变量是指不能被直接观测的因素或特性，是一种无法用现存的方法直接测量的客观存在，但它可以通过显变量体现和间接测量，比如需要评估的系统作战能力指标。内生变量是指在一个假定的因果关系模型中，受其他变量影响或被其他变量说明的变量，也称因变量；外生变量是指只影响其他变量而不受其他变量影响的变量，也称自变量。

2.2攻击目标作战能力评估SEM方法的基本形式

根据图1 所示鱼雷武器系统作战能力指标与作战效能关系以及SEM方法的基本原理，建立变量对应关系，见表1。

表1 各类变量对应关系

SEM方法包括测量模型与结构模型两部分，将测量方程和结构方程关系反映到同一张表中，形成如图2所示的系统攻击目标作战能力评估的SEM方法。

图2 系统攻击目标作战能力评估的SEM方法

则模型的测量方程见式(3)～式(6)：

X=Λxξ+δ

(3)

(4)

Y=Λyη+ε

(5)

(6)

模型的结构方程为：

(7)

使用θ代表上述方程中需要估计的未知参数，则SEM方法的协方差矩阵可表示为∑(θ)，在θ估计出来前，协方差矩阵∑(θ)是无法得到的。通常将样本测量指标数据的协方差矩阵记为S，使S-∑(θ)最小，进而求出参数θ的估计值，最后得到测量方程和结构方程中的系数估计值。

3 基于SEM方法的系统作战能力评估

3.1 方案想定的原则及数据获取方式

鱼雷武器系统作战使用受作战环境、武器选择使用、战术策略等诸多方面的影响，表现出来的攻击目标能力相差甚远，但是使用鱼雷的作战攻击流程基本相同，包含反映作战效能的要素也基本一致，因此在能力评估数据获取中尽可能设置不同的攻击作战方案，涵盖不同样式下作战案例，以此便可取得多样作战行动中各阶段关键效能数据。需要注意的是，作战方案要尽能穷尽系统的各种使用方式，这样每个方案的关键数据对于结构模型参数的估计才非常充分，建立的模型才非常科学、准确。但是不可否认，效能数据中有许多是概率类的统计指标，单次或数次海上实航试验难以满足此类指标数据的统计要求，通常需要借助解析的方法实现，因此评估中通常采取实航、仿真与专家评分相结合的方法。

3.2利用SEM方法模型进行系统作战能力评估的步骤

对鱼雷武器系统进行作战能力评估，可按照图3所示步骤进行。

1) 指标体系构建。首先对系统作战能力指标进行分析，按照作战效能与作战能力的联系，建立相对应的关系，如图1所示。

2) SEM方法模型构建和识别。在作战效能与作战能力指标定性关系分析的基础上，利用SEM方法构建评估模型，如图2所示，进行模型识别检验。

图3 利用SEM方法模型的作战能力评估流程

主要检验模型中的未知参数是否可以进行估计，通常使用T规则进行验证：在SEM方法中，共有(p+q)个可测变量，可以得到(p+q)(p+q+1)/2个不同的含有未知参数的方程。因此只要待估计的未知参数的个数满足式(8)，SEM方法就可识别。

(8)

式中：t是待估计的未知参数个数；p是内生可测变量个数；q是外生可测变量个数。

3) 数据获取及标准化。对作战任务及方案进行想定，基于任务想定开展系统作战任务试验(包括仿真试验)获得系统作战效能评估数据，对数据进行标准化预处理。

4) SEM方法模型的参数估计。将作战效能指标的协方差矩阵输入系统作战能力评估的SEM方法中，利用极大似然法、最小二乘法等对模型的参数进行估计。

5) SEM方法模型的评估与修正。对构建的SEM方法模型进行参数估计后，就需要对估计的参数以及由此得到的SEM方法进行评估，直至得到满意的SEM方法模型。常用的检验方法通常包括参数的显著性和合理性检验、拟合程度(χ2统计量)检验、近似误差均方根(RMSEA)检验、标准拟合指数(NFI)，非标准化拟合指数(NNFI)、比较拟合指数(CFI)。表2为拟合参数的评估标准。

表2 拟合参数的评估标准

6) 求解作战能力指标值并给出评估结论。模型参数估计及评估完成以后，便可得到系统作战效能与作战能力指标的定量关系模型，利用该模型便可求解系统作战能力指标值，给出评估结论。

4 结论

1) 由于SEM方法是一种基于数据的统计方法，利用SEM方法进行作战能力评估，对专家知识依赖度相对较低，且具备对所构建模型的拟合评估功能，因此依据该方法建立的鱼雷武器系统作战效能和作战能力指标定量关系模型有较强的说服力。

2) 由于该模型评估依赖于指标体系的构建和作战数据的获取，因此建立系统作战效能与作战能力指标之间的定量关系模型、获取可信的基于大想定集下的系统作战任务试验数据是此种方法的核心。

3) 下一步需在体系构建合理性和数据获取可行性方面深入研究。依托大型作战仿真系统、结合实航取得的数据对模型、参数进行修正，进一步提高该方法在实际应用中的科学性和可行性。

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(责任编辑周江川)

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

张永峰(1977—)，男，硕士，高级工程师，主要从事武器系统试验技术研究。

装备理论与装备技术

10.11809/scbgxb2017.11.002

本文引用格式：张永峰，曲丰.潜艇鱼雷攻击目标作战能力评估方法研究[J].兵器装备工程学报，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