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作戰實驗仿真評估系統
發布時間:2022-08-05 | 來源: | 點擊量:1034

 作戰實驗仿真是進入信息時代,科學實驗與戰爭實踐逐漸融合在一起所催生的當代作戰實驗,是一種革命性突破,也是一種劃時代創新,使人們可以更為深刻地認識戰爭,更為全面地把握戰爭,更為自信地駕馭戰爭。

 北京國遙新天地信息技術股份有限公司自主研發的作戰實驗仿真評估系統提供實驗設計、大樣本仿真、仿真評估等全仿真實驗周期的軟件解決方案。下面通過作戰實驗研究單武器升級在復雜作戰環境中對作戰系統的作戰效能,實現在兩種天候環境中,典型防空火力組合(防空導彈和高炮)抗擊空中兩批次多目標的作戰實驗仿真。通過對安全率、抗擊率、突防率、毀殲率、預警時間等進行指標構建與評估分析,得到新型裝備對體系的貢獻率,量化的評估結果為裝備升級提供數據支撐依據。

一、交戰雙方兵力

? 紅方兵力

 1個防空群,主要裝備為1個高炮營XX-P(含12個火力單元、兩個搜捕單元),一個XX-A(B)型地空導彈營(含4個火力單元、1個指揮單元、1個搜索單元)。

? 藍方兵力

 2批次空襲飛機XX-16十六架,其中第一批6架,第二批10架,進攻方向相同,起飛間隔3分鐘。

二、實驗仿真背景設計

 作戰實驗仿真背景因子設計主要考慮兩個方面:一是天候;二是兩種型號地空導彈。

? 天候條件及影響設計

 天候作為主要影響因素,分兩種實驗仿真環境:一為晴天;二為雨天。以晴天交戰雙方的裝備環境適應性為基準,雨天時藍方飛機飛行速度下降至80%,紅方所有火力單元射擊精度下降至90%,轉移火力時間增加至150%。

? 不同地空導彈條件及影響設計

 地空導彈分別為XX-A型和XX-B型,以XX-A型作戰效能為基準,XX-B型火力攔截范圍增加到120%、轉移火力時間縮短至80%、命中精度增加至110%、獲取高炮營目標補盲的時間增加至200%。

三、方案設計與仿真

 系統對仿真實驗進行建模、設計與仿真推演,形成大樣本仿真實驗評估數據。

? 仿真兵力建模

 構建作戰單元能力參數、兵力編成和作戰行為模型,實現仿真模型的數字化構建,用于仿真想定的推演仿真。其中,兵力單元按照交戰雙方構建,設置藍方兵力機動與攻擊參數、RCS特性、機動特性、構建藍方編隊機動和對地攻擊仿真模型;設置紅方防空群編成,武器平臺和偵察平臺的毀傷概率、探測概率、轉火時間,設置防空群戰備規則、搜捕探測規則、火力分配規則、高炮抗擊和彈道模型、導彈制導與打擊模型等,形成仿真模型數據。

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仿真兵力模型EBI信息可視化構建

? 作戰實驗設計

 根據作戰背景,設置實驗目的、實驗要求和實驗因素,規劃實驗因子水平,通過實驗因素和因子水平進行實驗設計,平臺采用全面實驗法、正交設計法和均勻設計法進行實驗構建。根據本次實驗因素兩種、每個因素因子值兩個,可采用全面實驗法進行實驗設計,生成22一共4份想定,分別為:

防空作戰實驗想定(1)–晴天-XX-A&XX-P

防空作戰實驗想定(2)–雨天-XX-A&XX-P

防空作戰實驗想定(3)–晴天-XX-B&XX-P

防空作戰實驗想定(4)–雨天-XX-B&XX-P

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因素設計與想定空間生成

? 想定大樣本仿真

 根據實驗設計生成的想定空間,再通過想定編輯器進行想定腳本制作,生成以上四份想定腳本,加載模型工具構建的防空作戰戰術模型,采用蒙特卡洛法進行仿真推演,對每份作戰實驗想定各進行100次仿真,形成仿真記錄數據。

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仿真想定在場景中可視化構建

四、仿真實驗結果分析評估

 實驗仿真結束后,系統對仿真記錄數據進行處理與管理,構建評估指標體系,量化分析結果,得到評估結論。

? 評估方案編制

 評估方案編制實現對大樣本仿真數據的載入管理,并針對本次仿真實驗構建評估指標體系,對指標進行計算算法關聯。本次實驗仿真中對防空旅作戰效能構建基于火力攻擊的二級指標體系,指標包含紅方兵力安全率、紅方火力抗擊率、藍方飛機毀殲率、藍方飛機未突防率和制導雷達跟蹤時間,設定各指標權重,配置評估指標樹。

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評估指標體系構建

? 評估算法配置

 針對各評估指標,系統通過對仿真實體模型文件、想定文件的解析實現對屬性字段的提取,采用人機交互拖拽方式實現指標計算的評估算法配置,形成自定義的指標計算公式,用于對指標評估的自動計算。此外,系統提供MATLAB腳本和python腳本接入接口,實現外部評估計算模型的載入適配。以下為本次實驗中紅方抗擊率模型公式自定義構建的人機交互界面。

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抗擊率指標計算公式構建

? 評估結果輸出

 系統將按照指標樹評估得到的結果進行可視化展示,包含雷達圖、餅圖、柱圖、散點圖等展示形式,并實現評估報告模板定制,自動生成word和excel格式的評估報告。

對本次實驗四份想定進行(1) (2)、(3) (4)、(1) (3)、(2) (4)四種組合的兩兩對比,直觀展現不同因素對防空旅抗擊目標的結果。

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評估結果圖表可視化

? 評估結論分析

 通過對以上400份想定樣本的數據提取與分析,歸一化指標數據后最終形成評估結果(其中,指標制導雷達跟蹤時間以晴天和A型導彈總跟蹤時間為基線)。采用相同的指標體系、一致的權重配比,對A、B兩型導彈進行綜合作戰效能的評估與對比。

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A、B型導彈在晴天情況下的指標結果

 根據圖表可分析出晴天情況下,B型導彈對A型導彈有整體的提升,但在抗擊率方面有所下降。在輔助雨天情況進行對比校驗,發現情況基本一致,綜合對比數據置信度較高。

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A、B型導彈在雨天情況下的指標結果

 系統對分析結果進行指標統計并輸出數字表格,計算形成B型導彈對A型導彈在彈炮結合防空體系中的貢獻度,形成參考結論。

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 經本次仿真實驗,得到如下結論,供用戶輔助決策:

 ① A型導彈雨天較晴天綜合作戰效能下降5%,B型導彈下降3%,B型導彈較A型導彈更適應于環境變化;

 ② B型導彈火力攔截范圍增強明顯增加了紅方所有裝備的安全率,以攻為守的戰法可能更適合于防空作戰;

 ③ 更長的雷達跟蹤時間,有利于迫使藍方目標改變原有計劃,不對紅方進行繼續突防,尤其是在雨天情況影響到藍方飛機機動速度時,較多的藍方飛機選擇掉頭返航;

 ④ B型導彈想定相較于A型導彈想定,抗擊率有所下降。其原因有兩種,其一為較長的雷達照射時間導致藍方飛機有規避返航的情況;其二是B型導彈與高炮配合共享目標時(本想定高炮配置陣位較藍方進攻方向靠前、導彈后置),由于目標補盲共享耗時較現役配置A型導彈較長,該因素可能為主要因素,后續換裝時需要著重處理彈炮鏈路建設,降低該因素的影響;

 ⑤ B型導彈較A型導彈對彈炮結合防空體系的貢獻率增加了16%,是一款優秀的改進型導彈系統。

 綜上所述,通過作戰實驗仿真評估系統,實現了對作戰過程的實驗設計、仿真推演和評估分析,通過采用仿真模型算法構建、大樣本離散仿真和評估指標構建與分析實現了作戰實驗的全周期平臺構建,為武器裝備在作戰對抗中的作戰效能評估、戰術對抗評估、戰術編組作戰能力評估等提供有力支撐。

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