水面無人艇作戰系統可靠性自適應評估研究*

王 蕾 劉 洋 譚 波

（海軍工程大學 武漢 430033）

1 引言

隨著潛艇消聲降噪技術的進一步發展，采用長航程持續反潛型水面無人艇作戰系統作為潛艇綜合作戰武器成為未來反潛作戰的重要趨勢，長航程持續反潛型水面無人艇具有高航速、大航程、機動靈活、隱蔽性好、生存能力強等特點，通過反潛戰持續跟蹤水面無人艇實現對敵海上和水下目標打擊，可以有效提升我方的生存能力，研究長航程持續反潛型水面無人艇作戰系統的作戰可靠性評估模型，結合智能尋優算法，利用聲吶探測信息，進行反潛武器的火控解算，提高系統可靠性［1］。

長航程持續反潛型水面無人艇作戰系統可靠性評估受限的因子具有多樣性和不確定性，為了提高評估效能，降低己方損傷，當前方法對長航程持續反潛型水面無人艇作戰系統的評估方法主要有線性評估模型，神經網絡分析方法、粒子群尋優的可靠性評估方法等，當前方法對長航程持續反潛型水面無人艇作戰系統可靠性評估的環境適應度水平不高［2］，自適應性不好。針對上述問題，本文提出基于深度學習和尋優控制的長航程持續反潛型水面無人艇作戰系統可靠性評估模型。首先構建系統可靠性評估的總體結構和指標參數模型，以指揮控制系統、態勢感知系統、軟硬武器系統、救生勤務系統、航行控制系統作為評價對象，結合對作戰指標參數分析，實現對長航程持續反潛型水面無人艇作戰系統可靠性評估，最后進行仿真測試分析，展示了本文方法在提高長航程持續反潛型水面無人艇作戰系統可靠性評估準確性和環境適用性方面的優越性能。

2 模型參數和評估指標體系

2.1 作戰系統可靠性分配結構

為了實現對長航程持續反潛型水面無人艇作戰系統可靠性評估模型構造，結合長航程持續反潛型無人艇的主要任務特征，根據部署節點需求，通過對基地、港口、錨地、島礁等近海要域的巡邏反潛任務分布，采用作戰兵力、作戰單元、作戰平臺、探測設備聯合控制方法，利用聲吶設備對水下目標進行偵察搜索進行長航程持續反潛型水面無人艇作戰參數分析，通過決策、移動、打擊、探測等行為模型參數法分析，結合模型單元測試，采用艇載懸空無人平臺警戒偵查技術，利用長航程持續反潛型水面無人艇作戰系統的作戰單元參數融合模型分析，實現對縱向及橫向移動控制，構建長航程持續反潛型水面無人艇作戰系統的作戰實體單元模型［3～5］，如圖1所示。

圖1 長航程持續反潛型水面無人艇作戰實體的Agent單元模型

根據圖1 的總體結構模型，利用聲吶探測信息，進行反潛武器的火控解算，對艦艇編隊集結區域、運輸航線、任務區域和敵方潛艇活動區域進行自適應搜索，采用靈活搭載擴音器、閃光器的方法，實現對無人艇作戰系統的可靠性參數分析，得到可靠性評估的參數體系結構如圖2所示。

圖2 無人艇作戰系統的可靠性評估參數體系結構

2.2 評估指標參數分析

以長航程持續反潛型水面無人艇作戰中驅逐艦的核心功能是否毀傷為攻擊判斷依據，采用模糊分類技術進行命損傷、火力毀傷、機動毀傷的權重分析［6］，得到指標分布權重為

在k+1 時刻，反艦戰斗部是在艦船艙室內進行爆炸的特征方程為

其中，{α'β} 為超壓峰值和正壓作用時間，根據長航程持續反潛型水面無人艇的爆戰斗部的威力分析［7］，通過指數性融合模型，得到數據挖掘的統計函數為

其中，xi為長航程持續反潛型水面無人艇航行安全數據采樣標量時間序列，ximin為長航程持續反潛型水面無人艇作戰可靠性評估的中心權系數，c為近鄰樣本數，根據適應度參數調節，得到點火增長反應速率目標函數G(Yj'ωi)為

其中，{p1'p2'p3} 為水面無人艇作戰的模糊狀態識別參數，p1+p2+p3=1。

3 可靠性評估尋優算法

通過威脅判斷、目標分配、武器分配等作戰決策部署模型，采用深度學習模型，計算無人艇作戰全過程的性能參數［8］，得到作戰性能的自適應探測節點va，vb和vc，作戰節點的自主攻擊的可靠性分布概率為

其中，yi'a為每個子系統的可靠度，ea為各個子系統的可用度，根據不同作戰任務需求，長航程持續反潛型無人艇作戰系統支持情報的分形指向性函數為

考慮全局優化問題min｛f（x）｝，采用深度學習和尋優控制的方法實現對長航程持續反潛型水面無人艇作戰武器的火控解算［9］，有效指導控制武器實施射擊，建立長航程持續反潛型水面無人艇作戰效能最有效下的有效打擊概率為

其中，dist(i'Fg)為長航程持續反潛型水面無人艇的打擊因子，N為完成任務過程中向第j 中狀態轉移量，根據上述分析，得到長航程持續反潛型水面無人艇可靠性評估的自適應尋優控制模型［10］，尋優控制的自相關加權權重：

其中，ωs為輕小型拖曳線列陣聲吶發現潛艇目標后的可用性特征參數，ωe為開闊海域的大范圍機動搜潛效能參數，Ic作戰效能的均衡狀態，Imax為最優狀態分布集。綜上分析，采用深度學習和尋優控制的方法實現對長航程持續反潛型水面無人艇作戰武器的火控解算，有效指導控制武器實施射擊，根據射擊效果實現對水面無人艇作戰系統可靠性自適應評估［11～13］。

4 仿真測試與性能評估

為了驗證本文方法在評估長航程持續反潛型水面無人艇作戰系統可靠性方面的性能，采用Matlab 仿真設計，實驗考慮了25 個實驗參數，仿真實驗中，使用監視器計算出載體的俯仰角和滾動角，采用vpIsectorHAT（Height Above Terrain）用于長航程持續反潛型無人艇的航行和攻擊階段的軌跡模擬，檢測器從其中心垂直向下射出一條直線直達地表面，創建碰撞檢測器，設置碰撞對象相交掩碼，在仿真過程中，檢測器會一直判斷相交矢，仿真實驗流程如圖3所示。

圖3 仿真實驗實現流程

根據上述仿真參數設定，建立長航程持續反潛型水面無人艇的仿真實驗場景如圖4所示。

圖4 長航程持續反潛型水面無人艇的仿真實驗場景

根據圖4 的仿真場景和參數設定，進行作戰參數解算，如圖5所示。

圖5 作戰參數解算結果

分析圖5 得知，本文方法能有效實現對長航程持續反潛型水面無人艇的作戰參數解算，提高作戰系統的可靠性，測試可靠性評估穩定性，如圖6所示，分析圖6 得知，本文方法對長航程持續反潛型水面無人艇作戰系統可靠性評估的準確性較好。

圖6 長航程持續反潛型水面無人艇作戰系統可靠性評估準確性對比

5 結語

本文提出基于深度學習和尋優控制的長航程持續反潛型水面無人艇作戰系統可靠性評估模型。結合長航程持續反潛型無人艇的主要任務特征，根據部署節點需求，通過對基地、港口、錨地、島礁等近海要域的巡邏反潛任務分布，采用作戰兵力、作戰單元、作戰平臺、探測設備聯合控制方法，利用聲吶設備對水下目標進行偵察搜索進行長航程持續反潛型水面無人艇作戰參數分析，采用模糊分類技術進行命損傷、火力毀傷、機動毀傷的權重分析。研究得知，本文方法進行長航程持續反潛型水面無人艇作戰系統可靠性評估的提高了武器系統的命中率和可靠性，評估適應性較強。