灵敏度分析在装备体系升级的应用

灵敏度分析在装备体系升级的应用

王森林

江南机电设计研究所

摘  要：针对未来海上作战呈现无人化的特点，以美军DDG导弹驱逐舰为例指出了当前水面舰艇在应对无人机集群攻击的挑战。运用灵敏度分析仿真了DDG导弹驱逐舰在不同改造升级方案下应对无人机集群攻击的提升效果，给出了水面舰艇升级改造的方案建议。

关键词：海上作战；水面舰艇；无人机集群；灵敏度分析；

1引言

随着科学技术的发展，世界各国的军事力量变革也出现了重大变化。未来作战呈现出无人化、智能化的作战新模式愈发显著，以无人机为代表的无人作战平台不断向着小型、微型发展，使得对敌实施内窥式侦察和微创式打击成为现实。当前，水面舰艇在应对无人机集群攻击时采取的反制措施效果欠佳[1]，主要原因是先前的武器系统难以适应新的作战形势。

本文的研究目标是根据无人机集群攻击的特点，探索未来海上防空作战时水面舰艇现有武器装备实施反制可能出现的问题，进而对武器系统进行有针对性的升级改造提供参考，为反制无人机集群攻击的装备研制与建设提供建议。

2问题背景

无人机具有价格低廉、体积小、机动灵活等特点，现已成为未来战场上重要武器。其作战方法的显著特点是将复杂的作战任务细化，按照简单、低成本的个体间协作，共同完成既定的作战任务，极大降低了作战的成本[2]。

针对无人机的特点，使用常规的防空导弹显然会出现性价比低的不利作战效果。新形势战争条件下，利用现有舰艇防空反制系统形成有效对抗体系并在未来建立完善的防御体系，成为了一个亟需解决的问题[3, 4]。

DDG导弹驱逐舰世界上最先配备“宙斯盾”四面相控阵雷达的驱逐舰，“宙斯盾”系统中的AN/SPY-1雷达在技术上拥有较远距离全方位探测、发现以及跟踪达数百批各种空中目标的能力；但地球曲率限制了其发现超低空飞行目标的能力；舰上目标照射雷达数量限制了对来袭目标进行末端照射的数量。

3方法与结果

建模仿真能够以较小的成本获得实际情况中可能出现的结果，通过简单的修改模型中的参数值便可快速得到相对应的实验结论。在本节中，基于仿真实验结合灵敏度分析法进行了结果对比。

3.1方法介绍

灵敏度分析法[5]是研究与分析一个系统(或模型)的状态或输出变化对系统参数或周围条件变化的灵敏程度的方法。在最优化方法中经常利用灵敏度分析来研究原始数据不准确或发生变化时最优解的稳定性。

为了更好地对作战效果进行量化分析与评估，将无人机平均突防架次表示突防效果作为主要评价依据，并定义为：

(1)

其中，表示平均无人机突防架次，表示突防总架次，表示仿真次数。

3.2建模仿真

3.2.1对抗流程建模

对抗流程建模如图1所示，无人机群将首先进入第一层防御，远程传感器能以定义的概率探测到集群中的无人机，此时进行远程拦截；遗漏的无人机继续突进中距离层，此时继续对其进行中段拦截，未被探测到的会通过中距离层，最后在近距离层中末段防御系统对剩余无人机进行探测拦截。

图1对抗流程建模图

3.2.2基线灵敏度分析

通过灵敏度分析可以知道哪种改进会对模型结果产生最大的影响。对传感器探测能力、近距离武器系统准确度、近距离武器系统周期时间三个指标进行灵敏度分析实验，仿真的结果见表1-表3所示。在表1中，增加探测能力对来袭的无人机的击中数量影响较小，表2和表3表示增加近距离武器系统的准确度和减少近距离武器系统周期都降低了击中率。

表1增加探测能力的模型结果

计算得出，随着探测能力的增加，无人机平均突防架次依次为5.63，5.152，4.632。

表2增加近距离武器系统准确度的模型结果

计算得出，随着近距离武器准确度增加幅度，无人机平均突防架次依次为5.552，5.406，5.424。

表3减少近距离武器系统周期时间的模型结果

计算得出，随着近距离武器点火周期减小幅度，无人机平均突防架次依次为5.574，5.628，5.554。

灵敏度分析结果显示近距离武器的准确度增加和点火周期的减小，都会降低无人机的突防次数，也即降低了DDG被击中的次数。而增加探测的精度，对防御系统的防御能力提升不大。因此，后期的改进方案应该优先改进武器系统，其次是探测系统。

4结论与建议

本文根据无人机集群攻击的特点和当前水面舰艇作战的困境，以美军DDG导弹驱逐舰为例，通过建模仿真采用灵敏度分析了当被无机群攻击时什么因素有助于提升DDG的防御能力。结果表明，改进传感器不如改进武器系统有效。

本文的结果在实际应用上可能会有所受限。如为了适应威胁和DDG能力信息进行了限制性假设。但是，如果应用恰当的输入，则可以使用本文中用到的方法进行深入分析，从而找到经济的解决方案，此外，本文的分析方法也适用于其他武器装备改造升级方案探索，为武器装备的战斗力提升提供借鉴。

参考文献

[1]谢伟, 陶浩, 龚俊斌, 等. 海上无人系统集群发展现状及关键技术研究进展[J]. 中国舰船研究, 2021, 16(1): 7-17，31.

[2]李彪, 孙成雨, 王学治. 探析无人机集群蜂群作战方法[J]. 中国航班, 2019, (12): 88.

[3]薛德鑫, 单涛, 徐宁骏, 等. 军用作战无人机未来发展研究[J]. 指挥控制与仿真, 2022, 44(6): 1-6.

[4]陈波, 许海龙, 王雁涛. 水面舰艇电子战装备面临的挑战及发展趋势[J]. 舰船电子工程, 2013, (6): 1-3.

[5]Zhao J, Xu H, W.Hipel K,et al.Theory and Implementation of Sensitivity Analyses Based on Their Algebraic Representation in the Graph Model[J]. 系统科学与系统工程学报(英文版), 2019, 28(5): 580-601.

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