基于毁伤树的车载移动指挥所系统防护效能评估模型研究_朱万红.pdf

第 45 卷 第 1 期2023 年 2 月防护工程POTECTIVE ENGINEEINGVol.45 No.1Feb.2023收稿日期:20220720作者简介:朱万红(1964)，男，博士，教授，主要从事军事系统工程及防护工程系统分析研究。引用格式:朱万红，陈小刚，朱旭，等基于毁伤树的车载移动指挥所系统防护效能评估模型研究J防护工程，2023，45(1):2631ZHU Wanhong，CHEN Xiaogang，ZHU Xu，et al esearch on an evaluation model of the systematic protective effectiveness of vehicle-mounted mobile command post based on damage tree J Protective Engineering，2023，45(1):2631基于毁伤树的车载移动指挥所系统防护效能评估模型研究朱万红1陈小刚1朱旭1郑永辉2(1.陆军工程大学，江苏 南京 210007;2.陆军装甲兵学院蚌埠校区，安徽 蚌埠 233000)摘要以指挥所编组席位划分为依据，将指挥所的整体指挥功能作为系统目标，指挥席位作为底层要素，各部门指挥职能的作用和关系作为逻辑结构，基于功能毁伤树建立指挥所系统功能毁伤评估模型，并结合指挥所的防护措施和来袭武器的参数特征，对指挥所的系统防护效能进行研究，为指挥所综合防护决策提供依据。关键词毁伤树;指挥所;防护效能;评估模型esearch on an evaluation model of the systematic protective effectivenessof vehiclemounted mobile command post based on damage treeZHU Wanhong1，CHEN Xiaogang1，ZHU Xu1，ZHENG Yonghui2(1.Army Engineering University of PLA，Nanjing 210007，China;2.Bengbu egional Campus，Army Armored Force Institute of PLA，Bengbu 233000，China)AbstractBased on the station division in the command post teaming，this paper takes the commanding function ofthe command post as the system goal，the commanding stations as the bottom element，and the function and rela-tionship of each department s commanding functions as the logical structure，establishes a command post systematicfunction damage evaluation model based on damage tree，and studies the protective effectiveness of the commandpost by comparing several protective measures and parameters of the incoming weapons，with the purpose of provi-ding a basis for the decision of the comprehensive protective measures for command postsKeywordsdamage tree;command post;protective effectiveness;evaluation model车载移动指挥所因其机动灵活、便于部署、利于靠前指挥等特点，逐渐成为陆军战役、战术兵团设置指挥机构时的重要选择。在运用时，车载移动指挥所往往由多台指挥车组成，乘载不同职务的指挥人员，通过指挥席位上的指挥信息系统和通讯系统将多种指挥要素融为一体，成为作战指挥的有机整体。与此同时，因为车载移动指挥所是以车辆为平台，其防护能力弱的特点也很突出。因此，研究车载移动指挥所(下面均简称指挥所)的综合防护问题，不仅要考虑多种防护措施对指挥车的综合防护效果，还要考虑指挥所整体功能的发挥。此时，若将指挥车和指挥席位看作是具有一定层次性和相关性的个体要素，指挥所就是由多个要素构成的具有作战指挥功能的系统，具有一定的适应性和鲁棒性15。从系统的观点看，指挥所的整体功能会因为指挥车或指挥席位的毁伤而遭受损伤，但不同的要素对整体功能的损伤影响程度各不相同，整体功能也不是若干个要素功能的简单相加67。对指挥所的整体毁伤计算和综合防护效能进行分析，要运用系统分析的方法，立足于指挥所整体功能的发挥和失效原因，通过分析指挥所的构成要素(各指挥席位)、要素的功能和各要素之间的联系，构建合理的指挥所整体第 45 卷 第 1 期朱万红，等:基于毁伤树的车载移动指挥所系统防护效能评估模型研究功能毁伤模型，从而为定性和定量研究指挥所的综合防护能力提供有力的技术支撑。1指挥所功能毁伤树构建毁伤树模型是通过演绎分析的方法，从系统目标的毁伤开始逐级向下分支，细分出子系统、部组件、构件单元等，通过树形结构表示各分要素节点的联系和对系统目标的影响，实现系统目标结构关系的数学描述810。针对指挥所，目前尚无文献运用毁伤树模型进行建模。而对于指挥所来说，其指挥任务的实现不是通过多个部组件或构件来完成的，而是通过多个具有不同职能的指挥编组、指挥席位相互配合来完成。因此可以利用毁伤树的演绎方法，将指挥所整体功能作为最顶层的系统目标，按照指挥职能的不同分为多个功能子系统，依次向下进行功能细分，最终细分至具体的指挥席位并将其毁伤情况作为底事件，从而建立指挥所的毁伤树模型。1.1逻辑门事件传统毁伤树模型中使用逻辑门(与门、或门和表决门等)来描述和计算各事件之间的关系，其节点取值范围单一(只能为 0 或 1)。在描述指挥所中各指挥要素的逻辑关系时，虽然各要素很重要，单个要素的损伤会不同程度影响指挥所指挥功能的整体发挥，但并不一定会导致指挥所功能的彻底失效，如果仅采用传统毁伤树中的逻辑门便无法对指挥所的指挥功能进行科学的定量描述。因此，笔者在原有逻辑门的基础上构建了指挥所毁伤树的权重门，它并不是简单表示各节点是否损坏(0 或 1 事件)，而是表示各节点功能的保有量，从而使各节点和系统整体功能取值范围在 0，1 之间。各逻辑门的定义和结构函数如下:(1)与门()。与门表示当前层所属的所有子层的功能具有串联关系，每一个都至关重要、缺一不可，子层功能的整体结合决定了上层功能值的大小，子层功能的损伤对当前层功能值的影响很大。与门的最大特点是，只要有一个子层的功能值为 0，则当前层的功能值也为 0。与门的结构函数表示为:与 G=与(Gi)=ni=1Gi(1)式中:与为当前与门层的功能值;Gi为子层中第 i个功能元素的功能值，Gi 0，1;n 为当前与门层下的子层元素数目。(2)或门()。或门表示当前层所属所有子层节点的功能具有并联关系，指挥职能可相互替代，个别子层节点功能的损伤对当前层功能值的影响较小。或门的最大特点是，只要有一个子层节点的功能值为 1，则当前层的功能值也为 1。或门的结构函数表示为:或 G=或(Gi)=1 ni=1(1 Gi)(2)式中:或为当前或门层的功能值;其他符号含义同上。(3)权重门()。权重门表示当前层所属子层节点的职能无法相互替代，且各节点重要程度有所区别，子层节点的损伤对当前层功能值的影响各不相同。每个子层节点的影响权重可通过熵权法、Delphi法或 19 标度法确定，权重门的结构函数表示为:权重 G=权重(Gi)=ni=1iGi(3)式中:权重为当前权重层的功能值;i为子层中第 i个功能节点的权重;其他符号含义同上。1.2底事件与指挥车毁伤的关系毁伤树模型通常是以底事件作为整个毁伤树的原因事件和起始毁伤计算节点。在对指挥所的火力攻防行动中，火力打击的直接受损单元通常是单台指挥车作业平台，按照指挥所的编组配置，1 台指挥车上通常设置多个指挥席位，因此若要计算毁伤树的底事件(即指挥席位)的毁伤情况，还需要按照指挥所的编组方法将指挥席位同其所在的指挥车对应链接起来，为后期进行指挥所功能毁伤情况仿真模拟打下基础。按照以上功能毁伤树模型的构建方法，这里以指挥控制功能为例(共 4 台车 15 个指挥席位)，并对权重门进行赋值，可以建立类似图 1 所示的功能毁伤树。图 1指挥控制功能毁伤树图 1 中，节点 Gzk表示该功能毁伤树的系统目标为指挥控制功能，节点 Gzki表示 Gzk下的第 i 个子72防护工程2023 年功能节点;Xn表示完成指挥控制功能的第 n 个指挥席位，最下层为各个指挥席位所在的指挥车编号。2基于 MonteCarlo 模拟的指挥所功能毁伤计算作战中，整个指挥所属于功能关系复杂的系统性目标，对它的研究应当采用系统工程的方法，采取从功能毁伤树底端到顶端的方式逐步顺延进行节点功能值和结构函数的运算，即实现由个体到整体的系统方法解算。2.1指挥车和指挥席位的毁伤计算对于单台指挥车来说，其车体为轻型装甲防护，车内装备大量指挥通信电子器件，遭到火力打击时易被摧毁，弹丸破片直接命中后可以认为彻底或暂时失去工作能力，车内的指挥席位无法继续进行当前指挥任务，因此在模型运算过程中可近似认为其在某一次火力打击中满足“01”毁伤律，即指挥席位的功能值只能取“0”或“1”。作战中，由于战场环境复杂，指挥所配置的方法、面临的打击形式、采取的防护措施变化多样，包含了很多离散分布和随机变量，通过解析方式难以计算出指挥车的被命中毁伤情况，可采用蒙特卡洛(MonteCarlo)方法进行模拟求解。采用蒙特卡洛法对指挥车的毁伤进行模拟仿真时，需提供的外部数据主要包括指挥车的配置位置、防护措施、来袭武器弹药参数等，其中指挥所配置位置、来袭武器弹药参数主要根据实际战场环境来输入。指挥所可能遭受打击的弹药类型主要包括炮兵发射的炮弹或榴弹、战斗机投射的航弹或空对地导弹、陆军航空兵发射的火箭弹等。依据弹药命中概率可将其分为基于中间误差的弹药和基于圆概率误差(CEP)的弹药。(1)基于中间误差的弹药对指挥车的毁伤模拟。根据中间误差和正态随机变量的分布密度函数，计算炮弹弹着点坐标(xd，yd)的模拟值为:(4)式中:(xm，ym)为炮弹的瞄准点坐标;Ed、Ef、Bd和 Bf为距离、射向诸元中间误差;1、2、3、4为(0，1)均匀分布随机数。(2)基于圆概率误差的弹药对指挥车的毁伤模拟。根据圆概率误差公式和正态随机变量的分布密度函数，可求得导弹弹着点坐标(xd，yd)的模拟值为:(5)式中:(xm，ym)为导弹的瞄准点坐标;CEP 为导弹的圆概率误差;1、2为(0，1)均匀分布随机数。按照上述模拟得出弹着点坐标(xd，yd)和相关弹药对指挥车的毁伤半径 r，可计算指挥车的毁伤情况。根据指挥所编组，对应获得车内指挥席位的毁伤情况，从而求得功能毁伤树底部节点的功能值向量 X)=(X1，X2，Xn)，其中 n 表示该指挥所共有n 个指挥席位。2.2节点功能值和整体功能值的计算子节点和系统整体功能值的计算，应当按照功能毁伤树的逻辑关系和门事件的结构函数，从底部事件开始层层递推获得。如图 1 所示的功能毁伤树中，各节点之间的计算关系如下:Gzk1=与(Gzk1，Gzk2，Gzk3)=Gzk1Gzk2Gzk3Gzk1=或(X1，X2，X3)=1(1X1)(1X2)(1X3)Gzk2=0.32X4+0.68或(X1，X2，X3)=0.32X4+0.68 1(1X5)(1X6)(1X7)Gzk3=0.23Gzk6+0.35