兵器装备工程学报

舰载鱼雷武器系统作战试验框架分析与设计

分类:编辑推荐 发布时间:2018-12-23 16:58 访问量:1047

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本文引用格式 : 高江,尹文进.舰载鱼雷武器系统作战试验框架分析与设计[J].兵器装备工程学报,2018,39(9):79-84.

Citation format :GAO Jiang, YIN Wenjin.Analysis and Design of Operational Test Framework for Shipborne Torpedo

 Weapon System[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2018,39(9):79-84.

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     作者简介 : 高江(1982—),男,硕士研究生,工程师,主要从事深弹及鱼雷武器系统试验鉴定研究。    



舰载鱼雷武器系统作战试验框架分析与设计

高 江,尹文进

(中国人民解放军91388部队92分队, 广东 湛江 524022)

摘 要 : 明确了舰载鱼雷武器系统的作战试验任务剖面和作战试验流程,在对影响作战使用和作战保障各因素定性分析的基础上构建了作战试验框架。基于事关作战保障和作战使用关键问题的标识,进行了实装和仿真作战试验任务规划,提出了作战效能和作战适用性评估的方法。为后续细化开展舰载鱼雷武器系统作战试验方案设计和结果评估明确了顶层框架。

关键词 : 鱼雷武器系统;作战试验;作战效能;作战适用性。


Analysis and Design of Operational TestFramework 

for Shipborne Torpedo Weapon System

GAO Jiang, YIN Wenjin

(The 92 Dedachment of the No.91388 th Troop of PLA, Zhanjing 524022, China)

Abstract : The operational test mission profile and operational test flow of shipborne torpedo weapon system has been defined. On the Basis of qualitative analyzing of the factors affecting operational support and operational use,the operational test framework has been constructed.The process method of operational effectiveness and operational practicability evaluation is put forward,and the top-level framework is defined for further refinement of operational test scheme design and result evaluation of shipborne torpedo weapon system.

Key words : torpedo weapon system; operational test; operational effectiveness; operational applicability


作战试验源于美军20世纪60年代,其基本思想是根据作战目标,设置作战对手,并构建逼真的战场环境,通过模拟作战,评估装备作战效能和作战适用性,来检验装备作战能力和满足作战需求的程度 [1] 

装备作战试验是指在装备全寿命周期过程中,为评估装备的作战适用性和作战效能,由独立作战试验机构依据装备对抗性综合演练与训练以及作战任务剖面要求,构建近似于实战的、逼真的战场环境,运用多种试验方法和手段,对装备进行综合性试验与评估的过程 [2] 。作战试验的重点就是在接近真实的作战使用环境中检验装备的作战效能和作战适用性 [3] 

以美国为首的西方军事强国非常重视作战试验鉴定,构建了科学的组织管理体制,建立了丰富的试验资源,试验理论及方法较为成熟,鉴定结论权威性强,形成了比较先进的试验理论与方法 [4-5] 

我国实行的是装备定型制度,定型试验主要包括设计定型试验和生产定型试验。设计定型试验包括试验基地试验和部队试验,生产定型试验又分为试验基地试验和部队试用。这里的试验基地试验和部队试验实际上就是我军特色的作战试验 [6] 

由于对作战试验与鉴定问题未作明确的规定和要求,从而缺乏系统的作战试验与鉴定 [7] 。此外,受条件限制,作战试验部队缺少专业的试验鉴定人员和设施设备,导致作战试验鉴定的主要内容——作战效能与作战适用性,不能得到全面考核与评价,特别是作战效能基本不涉及,因而是一种不完全的作战试验。

随着装备建设的不断发展,我军装备逐步开展作战试验,且随着试验鉴定体系的改革,作战试验在鱼雷武器系统、反舰导弹武器系统、防空反导武器系统各个领域已经开展了有关研究并在一定程度上取得了工程实践的成功 [8] 

为保证新型舰载鱼雷武器系统快速形成作战能力和保障能力,在列装部队前,需要针对其开展作战试验。本文旨在通过分析影响作战使用和作战保障各因素,设计作战试验及结果评估框架,可为舰载鱼雷武器系统作战试验鉴定工程实践提供技术指导 [9] 


1 舰载鱼雷武器系统

参照GJB2686-96《鱼雷武器系统作战能力评定》。如图1所示,舰载鱼雷武器系统主要由火控系统、控制设备、发射装置和轻型反潜鱼雷构成。舰载鱼雷武器系统的主要使命是在作战平台自身探测设备或远程目指手段提供目标指示信息的前提下,对敌潜艇实施攻击。其作战使用流程为,水面舰反潜武器系统接收来自声纳探测或远程目指提供的目标指示信息,作战平台占领有利射击阵位并通过火控系统解算目标运动要素,控制设备进行鱼雷射前检查和鱼雷射击参数设定,当满足射击态势时,发射装置以单雷射击或双雷齐射的方式攻击目标,直至鱼雷命中目标或航行结束。

图1 舰载鱼雷武器系统构成



2 作战试验任务剖面分析

在进行作战试验框架设计之前,首先要依据舰载鱼雷武器系统的作战保障流程和作战使用流程,明确作战试验任务剖面,考虑到本舰的占位生存问题,从受领试验任务直至完成试验结果评估的试验任务,剖面如图2所示。

在作战试验任务剖面中,作战准备和作战实施过程可根据每项作战试验具体任务重复进行,每项作战试验任务可进行多条次武器技术保障和作战使用;作战试验结果评估可针对每条次武器技术准备及作战使用进行评估,也可针对每项试验任务进行评估,也可在整个作战试验所有任务完成后进行综合评估。

图2 作战试验任务剖面

在此作战试验任务剖面中,需要明确的是,火控系统解算目标运动要素前的目标探测或接收远程目指信息过程,作为作战试验中一个必要的前端步骤,但在舰载鱼雷武器系统作战试验结果评估中不应涉及,因为该系统的作战任务剖面是从探测装置发现目标后开始,或从有效接收远程目指信息开始,若水面舰在搜索目标或占领阵位过程中,未及发射反潜鱼雷便遭受目标潜艇攻击损毁(可进行模拟攻击并在线评估毁伤效果),则不能计为舰载鱼雷武器系统作战失败,需要重新组织进行试验;或者因为舰载鱼雷武器系统无法获取有效的目标信息而停止试验。

若单纯考虑本舰在生存前提下对目标潜艇的反潜作战能力,可在实际作战试验过程中,不牵扯到目标潜艇对本舰的先敌攻击环节,目标潜艇仅在试验海域进行隐蔽航行,在水面舰艇发射反潜鱼雷之前,通过自身战术机动规避水面舰艇搜索,而不是通过反射反舰武器实现自身生存目的。


3 作战试验框架分析构建

为保证作战试验与实际作战过程的逼真性,首先明确作战保障及作战使用各相关要素,其中包含作战平台、作战对象、作战环境、作战态势、作战使用方式、对抗、作战保障和作战人员等模块 [10] 。通过分析以上作战体系要素的特点,将包含作战保障和作战使用两个阶段的作战任务层面转换到作战试验层面,以作战试验组织管理为顶层,分作战试验兵力保障、作战试验环境选择与构设、作战试验人员保障、作战试验测控保障及作战试验技术保障等模块构建舰载鱼雷武器系统作战试验框架,如图3所示。

图3 作战试验框架结构



3.1 影响作战使用和作战保障的各要素分析

在此主要对作战平台、作战环境、作战态势、作战使用方式、对抗、作战保障等方面简要分析。

1) 作战平台

主要明确作战平台舰载鱼雷武器系统的构成,包含火控系统、控制设备和发射装置、轻型反潜鱼雷。同时,作战平台应配备使用舰壳声纳、拖曳声纳或接收远程目指信息设备。

2) 作战对象

作战对象可以是常规潜艇,还可以是核潜艇。可携带反舰导弹、反舰鱼雷或者反舰武器模拟器。

3) 作战环境

在鱼雷发射前的技术准备和随舰装载航运过程中,主要考虑复杂电磁环境对鱼雷技术准备是否造成不良影响,或者说舰上强电磁干扰环境在鱼雷装载及射前准备过程中对鱼雷是否有影响。

关于海区的深度和水文条件,需要明确的是,浅海条件下的对潜探测和对潜攻击是水声工程专业的难题,尤其是在浅海恶劣水文条件下、目标潜艇低速航行时,这一问题更为突出,信号检测率低和虚警率高较为明显,在试验中,应强化任务规划和考核评估力度 [11-12] 

关于海况,主要考虑不同海况对鱼雷生存能力的影响。

4) 作战态势

主要是舷角和射距。射距受海区深度和水文环境影响较大,由探测设备实际探测获取,在作战试验中,要明确不同的射击舷角下,鱼雷武器系统反潜作战能力的考核评估力度。

5) 作战使用方式

主要是武器系统可选择应急使用方式和正常使用方式;鱼雷可采用单雷射击或双雷齐射;鱼雷自导方式可选择主动声自导或被动声自导。

尤其在浅海恶劣水文条件下,武器系统获取的射距一般较小,应急方式较多。至于使用何种作战方式,由水面舰反潜人员自行决定。

6) 对抗

在该作战试验中,对抗分为两部分,一部分是水面舰探潜过程中,潜艇为求得生存,先敌发射反舰导弹或鱼雷,或以上两种武器的模拟攻击形式攻击水面舰,影响水面舰的占位生存能力 [13] ,在此不予细化,主要关注目标潜艇在发现来袭鱼雷后,要么按照战术要求机动规避来袭鱼雷,要么采用战术机动并使用水声对抗器材对抗来袭鱼雷 [14] 

以上各要素中,作战平台、作战对象和作战环境,在试验任务规划中予以选择和构设;作战态势、作战使用方式和对抗,在试验任务规划中不予特别明确,仅在作战态势中明确几个射击舷角的范围,同时规划少量条次数的双雷齐射。

同时,关于作战环境、作战态势、作战使用方式、对抗,这四者的关系主要由声纳方程关联,尤其是海区深度和水文条件、射距和舷角、鱼雷主动声自导和被动声自导,考虑以上三者关系的过程,其实质就是求解噪声掩蔽下的声纳方程或者混响掩蔽下的声纳方程。事关作战效能的关键问题标识和任务规划,主要考虑影响声纳方程各因素不同水平的遍历过程 [15] 

7) 作战人员保障和作战保障

作战人员的保障主要是考虑机关首长及作战参谋,武器技术准备人员及各作战平台上的指挥员和操作员。以上人员的选择按照部队作战保障及作战规程对人员的需求执行即可;作战保障主要是由综合保障要求提出的鱼雷技术准备、抢修维修、鱼雷转运装载装填等过程中对备品备件、保障设备设施等保障资源和保障活动的要求,以及在作战中对武器系统其他设备的维护保养、换件维修等保障资源及保障活动的要求 [16] 


3.2 作战试验框架的简要构成

通过作战保障和作战使用各要素简要分析,以作战试验组织与管理机构为顶层,从试验保障全角度出发,分试验兵力保障、战场环境的选取与构设、作战试验人员保障、作战试验测控保障和作战试验技术保障5个方面简要构建了舰载鱼雷武器系统作战试验框架结构,如图3右侧所示。在此,需要重点明确作战试验测控保障和作战试验技术保障中的几个问题。

3.2.1 作战试验测控保障

1) 水下弹道测量

水下弹道测量部分,在鱼雷发射前,目标潜艇和水面舰艇相互搜索警戒过程中,不得将测量到的目标潜艇水下弹道提供给水面舰艇用于其进行目标定位。只能是在出现应急状况时,试验指挥机构进行目标潜艇和水面舰艇位置导调。同时,水下弹道测量只能用于数据处理需求的水下潜艇、鱼雷、水声对抗器材弹道测量、实时显示和数据存储。

2) 作战平台数据录取保障

主要是水面舰艇和目标潜艇上配备的数据录取设备。在潜艇上,当水面舰艇反潜鱼雷未发射时,用来进行水面目标探测和要素解算数据记录,以及可能进行的反舰武器射前参数设定记录或模拟攻击记录(在此层次作战试验中可能不涉及,但录取设备应有此功能以备试验级别上升)。当发现水面舰反潜鱼雷入水攻击时,用来记录鱼雷报警声纳的报警信息、水声对抗系统的来袭鱼雷要素解算和水声对抗器材射前参数设定及发控信息,同时记录本艇的机动信息。

3) 作战仿真试验系统保障

作战试验可划分为实装动态作战试验和仿真试验,由于试验航次数的限制,实装动态作战试验中的实航试验不可能遍历所有的作战试验,因此,作战仿真试验成为刚性需求 [17]。一是将实航试验不可能遍历的作战情形,通过仿真试验来评估作战效能(或简化为作战能力),二是通过仿真手段,对实航试验结果进行量化评估,即评估每次实航试验中舰载鱼雷武器系统攻潜的作战效能。考虑到仿真试验样本量的需求较大,半实物仿真试验系统的使用寿命受限条件较多,该作战仿真试验系统,主要由目标与环境模拟子系统、鱼雷武器系统各设备子系统(火控系统、控制设备、发射装置)、数字鱼雷、水声对抗子系统等数字仿真系统构成 [18] 

3.2.2 作战试验技术保障

1) 试验技术方案保障

该方案的保障只能由承试部队承担,且必须综合考虑舰载鱼雷武器系统的构成和系统的作战使用规程、反潜战术、潜艇反舰战术、部队保障机构的保障能力和各保障活动实施过程、舰上武器系统各设备的操作使用和日常维护等技术和战术问题。这里主要是作战试验任务规划和具体的试验实施方案,可划分为作战保障试验和战术运用试验两部分。

2) 试验测控方案保障

此方案应与技术方案一并体现在试验实施计划中,主要是在战术运用试验过程中,试验测控方案必须全过程、全要素进行试验中各兵力及装设备的位置姿态信息测量和态势控制。测控的对象包括目标潜艇及其探测系统、反舰武器系统和水声对抗系统,水面舰艇探测系统、远程目指接收装置和舰载鱼雷武器系统(鱼雷射前包括火控系统、控制设备和发射装置,鱼雷射出后主要是鱼雷水下弹道);测控的时段及信息应该分为鱼雷射前的目标潜艇和水面舰艇航迹信息,鱼雷射后的鱼雷弹道、目标潜艇航迹和水声对抗器材的航迹及位置。

3) 数据处理与结果评判保障

数据处理和结果评判,是整个作战试验末端的核心工作。

数据处理分内测和外测数据处理:外测数据处理是通过对作战平台录取的数据进行处理,正确得到各系统各设备在投入作战使用前的准备过程,以及绘制鱼雷和目标潜艇、水声对抗器材的水下航迹,内测数据处理是对反潜鱼雷和水声对抗器材的内部声学数据进行分析处理,判断其声学工作过程是否正常。数据处理的最终要求是通过综合处理软件,将内测数据和外测数据在同一软件平台,同一时间统一标准和误差处理标准下进行综合处理,除给出各指标是否合格的次要处理结果外,同时正确给出各兵力及装备的水面水下弹道及声学工作过程。

结果评判主要是根据提前制定结果评判标准,对数据处理结果下结论。在此有三个层次的问题需要说明:一是结果评判只评判舰载反潜武器系统,属于水面舰艇探测设备或者远程目指接收设备的问题,在结论中明确写出,但不能归结于舰载反潜武器系统;二是结果评判不单纯是评判作战试验的效果问题,同时对性能试验关心的战技指标是否合格也要做出评判,重点在于揪出不合格的或者有颠覆性结论的战技指标;三是结果评判的最后不仅仅是回答鱼雷是否命中目标潜艇,目标潜艇是否对抗成功,而是要通过实航试验和作战仿真试验相结合,评估舰载鱼雷武器系统的反潜作战效能,给出不同作战情形下对目标潜艇的命中概率 [19] ,即给出作战部队该舰载鱼雷武器系统的作战使用建议。


4 作战试验任务规划

在作战试验框架结构明确的基础上,需要对事关作战保障和作战使用的关键问题进行标识,在此基础上按照实装试验和作战仿真试验完成作战试验任务的规划 [3] 。其中实装试验又可分为陆上保障试验、海上保障试验以及战术运用试验,作战仿真试验分为对战术运用试验的仿真评估和对战术运用试验未遍历的作战情形的仿真试验。


4.1 作战试验关键问题标识

作战试验的目的之一就是解决武器装备的关键作战使用问题。试验任务规划设计的第一步就是标识出这些关键问题 [20] 。这些关于作战效能和作战适用性的问题并不一定涉及具体参数、目标值或门限,通常是以必须回答的短语式问题的形式提出。例如,鱼雷在典型作战条件下能有效抗干扰吗?在作战使用过程中可靠性能得到保证吗?在给定距离上能够有效攻击目标吗?确定关键问题的一个基本原则是:要清楚地知道要做的决策,知道什么信息对作战部队是最有价值的。标识问题与系统工程过程的第一步相类似——定义问题。这些关键问题形成结构分析技术的基础,从而可建立详细子目标或效能度量(MOE)。在作战试验中,每一个子目标用一个实际效能度量表征。一旦问题得到标识,就可作为试验任务规划的依据 [21] 

受篇幅所限,这里不对事关作战使用和作战保障的关键问题一一列举。


4.2 作战试验任务规划

为检验评估舰载鱼雷武器系统在各种典型作战条件下的作战效能,结合作战保障和作战使用过程进行的作战适用性试验评估,完成系统在反潜作战体系内的适配性、适编性及体系贡献率评估,进行作战试验任务的规划。

依据作战试验规划设置试验任务,一是实装动态作战试验任务,二是作战仿真试验任务。任务设置如下:

1) 作战保障任务(陆上作战保障和海上作战保障试验)

任务1:紧急作战命令下,鱼雷技术准备、技术阵地维修抢修、转运、作战平台发射装置装填;

任务2:紧急作战命令下,舰载鱼雷武器系统备战备航,鱼雷与武器系统设备联调检查;

任务3:海上连续反潜作战过程中,鱼雷从水面舰雷弹仓库转运至鱼雷发射管位置装填;

2) 单平台反潜任务(战术运用试验)

任务4:水面舰单平台管装发射鱼雷反潜任务(战术运用试验);

任务5:水面舰艇电磁兼容、火力兼容和发射兼容性(同时准备发射反潜深弹和鱼雷、或者不同型号鱼雷)试验任务;

3) 多平台协同反潜任务(战术运用试验)

任务6:水面舰艇编队协同反潜任务;

任务7:远程目指信息支援下的水面舰反潜任务。

在单平台反潜任务中,利用1艘水面舰艇和1艘目标潜艇组成反潜作战体系。

在多平台反潜任务中,利用两艘以上水面舰艇、1架预警机和军事侦察卫星、1艘目标潜艇组成多平台协同反潜作战体系。远程目指信息支援条件下,通过预警机或军事侦察卫星远程发现目标后使用对海对空数据链将远程目指信息传输至水面舰艇进一步核实目标后进行对潜攻击。目标潜艇携带反舰导弹、反舰鱼雷(以上武器可以使用模拟器代替)及水声对抗器材进行战术对抗。

4) 作战仿真试验任务

任务8:战术运用试验的作战仿真任务

将实装动态作战试验中测量的攻防双方战术运用试验数据输入到作战仿真试验系统,用于进行实装动态作战试验中战术运用试验各攻击任务的武器系统命中概率评估。

任务9:对战术运用试验项目的补充仿真任务

实装动态作战试验中的战术运用试验不可能遍历所有的影响舰载鱼雷武器系统命中概率要素的合理组合,即不可能遍历所有作战想定情形,需要与时装动态作战试验中战术运用试验项目进行融合设计,设计作战仿真试验项目,使用实装动态作战试验实测数据对作战仿真试验各模型进行确认、校核和验证(VV&A),实施作战仿真试验项目,用于进行各种预想作战情形下的命中概率评估。


5 作战试验结果评估框架

舰载鱼雷武器系统作战试验的主要目的是评估该系统的作战效能和作战适用性。在此分作战效能评估和作战适用性评估两个模块构建试验结果评估体系。并简要明确作战效能和作战适用性的基本评估过程和评估方法。


5.1 作战效能评估

1) 效能评估模型及计算方法选取

在此选取ADC模型进行作战效能评估,主要是作战能力 ,在工程上可简化为武器系统的命中概率,可通过解析法和模拟法进行仿真。由于解析法对参数测量及检测模型等建立的要求较高,技术难度大,工程实现可行性不强,在此采用模拟法进行命中概率评估 [22] 。模拟法包括蒙特卡洛法、统计试验法,就是把战术上存在随机误差的参量按照其误差分布规律用一定的随机数表示,然后对这些参数随机采样组合,每一种组合即为一种战术条件,仿真计算各种战术条件下射击鱼雷是否命中目标。经过多次的采样仿真和统计,即可求得命中次数占总射击次数的比值——命中概率值。

2) 效能评估的数据来源

系统可用性 和系统可信性 的试验数据来源,主要是采用前期各阶段试验采集的可靠性、保障性和维修性数据,以及在实装动态作战试验中的作战保障试验和战术运用试验中相关的保障性维修性可靠性数据。

作战能力 的评估数据来源,一是将实装动态作战试验中有限攻击次数的战术运用试验时测量的环境数据、目标特性数据、声纳探测数据、鱼雷自导检测及弹道数据输入至作战仿真试验系统,通过仿真模拟手段,评估武器系统的命中概率即简化的作战能力 ;二是将战术运用试验未能遍历的其余典型作战情形以设定参数的方式输入至作战仿真试验系统,进行作战能力 的评估。

3) 效能评估的结果形式

作战试验,可通过实装动态试验和作战仿真试验两种方式进行。实装动态作战试验,通过有效合理的试验方案实施,可对作战能力及适用性等进行摸底,给出鱼雷武器系统何种情况能够命中目标,何种情况未能命中目标、武器系统是否适用等定性结论;效能评估只能通过作战仿真试验的方式给出一个量化值,将各种作战想定下的武器系统命中概率这个使用部队最关心的问题给出一个定量评估结论。


5.2 作战适用性评估

舰载鱼雷武器系统的作战适用性指标,可分解为作战使用适用性、作战环境适用性和作战保障适用性 [23] 

作战使用适用性,可分解为作战使用安全性、作战使用可靠性和作战使用人机结合性;关于作战环境适用性,可分解为海战场自然环境适应性(鱼雷射前)、海战场运输环境适应性、海战场电磁环境适应性、海战场水声干扰环境适应性;作战保障适用性,可分解为作战准备保障适用性、作战使用保障适用性和保障资源适用性 [24] 

以上各适用性指标的评估,主要是鱼雷技术准备和维修人员、作战平台指挥员和岗位操作员通过在作战准备保障、作战使用保障和作战使用过程中的各操作流程中,依据操作规程的规定,从使用者的主观感受出发,对舰载鱼雷武器系统各部分进行适用性评价,可通过专家打分法和调查问卷法,来完成作战适用性的评估。


6 结论

1) 对舰载反潜鱼雷作战试验框架进行了分析与设计。

2) 在后续试验方案设计中,将要针对作战试验变量水平明确具体的试验任务样本量,采用实装动态作战手段和仿真手段联合设计的试验实施方案需要进行精细化研究,给出明确的试验项目和各试验的样本量,作战效能和作战适用性评估方法和标准。

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