环境适用性评估中的环境等级-强度量化方法研究*

李湘宁

（中国人民解放军92941部队 葫芦岛 125001）

1 引言

作战环境适用性是装备在实际使用环境条件下满足部队训练和作战使用要求的程度，是武器装备作战试验评估的主要内容［1］。武器装备作战环境主要包含电磁环境、运输环境、火力环境、使用安全环境、人机交互环境、气候环境、机械环境等多重复杂环境［2］。不同强度的作战环境，会对武器装备作战效能的发挥产生不同的影响，或者说不同的武器装备对不同环境条件的适用能力不同，为实现对作战适用性的定量评估，需要对作战环境进行等级判定和强度量化［3～4］。目环境强度量化的难点主要在于：一是装备的使用环境常常提出的是定性要求，无法直接用于作战适用性的定量评估［5］，将定性要求转换为定量标准，目前常用的是专家评分法，该方法主观性较强且缺少一定的稳定性；二是作战环境的复杂性为强度的判定带来难度。因而亟需提出一种更为客观的环境强度量化评估方法。

2 环境强度量化基本思路

环境强度是武器装备作战适用性定量评估的重要因子［6～7］，首先需要从相关标准中查找到环境等级划分的定量标准，利用环境的等级因子拟合出环境等级-强度函数，利用等级-强度函数推导出相应的环境强度系数。面对武器装备作战试验环境，依据环境因子实测数据，即可获得环境强度的量化值。主要思路如下：

1）首先设定环境强度系数ωi∈[0，1]，其中i={0，1，2，…，m}，i为等级数；

2）获取环境等级量化标准［4］，对相关环境因子的量化条件进行预处理，形成拟合函数的输入样本量；

3）利用Matlab工具，利用线性函数或多项式函数进行拟合，获得等级-强度拟合函数［8］；

4）利用等级-强度拟合函数，计算各种等级条件下的强度系数。

3 环境等级-强度函数建立方法

3.1 数据预处理方法

从相关标准中查找到环境等级划分的定量标准，进行数据的预处理［9～10］。

1）设不同环境因子的各等级区间下限为yLij、区间上限为yUij，各等级均值为，其中i为等级数，j={1，2，…，n}为环境因子数；

2）不同的环境因子其量纲不同，需进行标准化处理，标准化处理结果为

获得各等级量化后的标准化矩阵Y：

3）利用欧几里得距离公式计算各等级到最低等级间的距离di，0:

获得各等级的距离矩阵D：

D=(d0，0，d1，0，d2，0，…，dm，0)

利用比例分析法，计算各等级的强度系数ωi:

获得各等级的强度系数向量ω:

ω=(ω0，ω1，…，ωm)

对等级梯度进行标准化处理：

获得等级系数向量X:

X=(x0，x1，x2，…，xm)

3.2 等级-强度拟合函数建立方法

1）将标准化处理后的X作为拟合函数的自变量，强度系数向量ω作为拟合函数的因变量；

2）利用Matlab 拟合工具，选择线性函数、多项式函数（二次多项式函数、三次多项式函数或四次多项式函数）［11］，获得相关的拟合函数和拟合系数，选择拟合系数最优的函数作为最终的等级-强度拟合函数f(x)；

3）基于实测的环境因子，计算获得其对应的强度系数ωp；

4）基于实测环境强度系数ωp，利用等级-强度拟合函数f(x)，可以获得对应的等级量化值p。

4 计算实例

海况是影响舰载武器装备作战能力的典型作战环境，已知该型装备发射时刻海况环境因子的实测值为风速13.1m/s，浪高2.8m/s，对该型装备在某次作战试验中的海况环境等级和强度进行定量评估。

1）GJB4000-2000中明确规定海况等级由0级～9 级共划分为十级，海况等级主要受浪高、风速两大可量化的环境因子制约，并具有相应的量化标准。海况等级与浪高、风速的量化关系见表1［12］。

表1 海况与浪高、风速的相关关系

2）利用式（1）计算获得的浪高和风速的均值及标准化结果见表2。

获得各等级量化后的标准化矩阵：

3）利用式（2）计算各等级到0 级海况的距离，获得距离向量D：

D=(0，0.0521，0.1438，0.2525，0.4036，0.5749，0.7268，0.9211，1.1965，1.4121)

4）利用式（3）计算各等级强度系数，获得海况环境的等级强度系数向量ω：

ω=(0，0.0369，0.1018，0.1788，0.2858，0.4072，0.5147，0.6523，0.8474，1)

5）利用式（4）对等级梯度进行标准化处理，获得等级梯度向量X。

X=(0，0.11，0.22，0.33，0.44，0.56，0.67，0.78，0.89，1.0)

6）利用Matlab 拟合工具，利用线性函数、二次多项式函数进行拟合，拟合结果分别为

f1(x)=a1x+a2=1.008x-0.1017

f2(x)=a1x2+a2x+a3=0.6651x2+0.3433x-0.003669

表2 浪高和风速的标准化处理结果

拟合系数SSE分别为0.03639、0.0009978，拟合曲线分别见图1和图2，二次函数拟合效果良好，可作为等级-强度拟合函数。

图1 线性函数拟合曲线

图2 二次函数拟合曲线

7）计算作战试验海况实测等级和环境强度系数。

利用式（1），对浪高、风速两个环境因子的实测数据进行标准化处理：

利用式（2），计算实测海况到0 级海况的距离dp，0：

利用式（3），计算本次作战试验的环境强度系数ωp：

ωp=dp，0/dm，0=0.4449/1.4121=0.3151

利用强度拟合函数f2(x)，在环境强度系数为ωp的条件下，计算获得海况实测等级系数p=0.48。

因此该次作战试验的海况约为4.8 级，海况强度系数为0.3151。

5 结语

根据计算实例可以分析获得，环境等级与强度系数之间通常呈非线性增长函数关系，即等级越高，强度变化越快。基于本文中提出的环境等级-强度量化方法，利用环境因子实测数据，可以实现环境等级和强度系数的量化，可用于环境适用性的定量评估。