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Assessment method for comprehensive combat effectiveness of missile autonomous formation
JIA Xiang, WU Sentang, WEN Yongming, WU Xiaolong
School of Automation Science and Electrical Engineering, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100083, China
Received: 2016-05-16; Accepted: 2016-08-11; Published online: 2016-10-17 08:40
Foundation item: National Defense Basic Research Program (B1120131046)
Corresponding author. WU Sentang, E-mail:woost@sina.com
Abstract: Aimed at the analysis of comprehensive combat effectiveness for cooperative guidance & control of missile autonomous formation, the conception of cooperative guidance & control level (CGCL) for missile autonomous formation was introduced, an analytical model of comprehensive combat effectiveness for missile autonomous formation was established by combining analytic hierarchy process (AHP) with the ADC effectiveness evaluation model. The cooperative penetration probability, successful handoff probability, hitting probability and damage probability of missile member in the formation were analyzed in a typical combat scenario, the combat ability and characteristics of missile autonomous formation were fully considered, and the validity of the model was analyzed and verified using a missile autonomous formation attack-defense confrontation simulation system. This model provides a fast and reliable calculation method for quantitatively analyzing comprehensive combat effectiveness of missile autonomous formation.
Key words: missile autonomous formation     cooperative guidance & control ability     comprehensive combat effectiveness     cooperative penetration probability     successful handoff probability

1 导弹自主编队综合作战效能体系结构

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 图 1 导弹自主编队综合作战效能体系结构 Fig. 1 Comprehensive operational effectiveness system structure of missile autonomous formation
2 导弹自主编队综合作战效能分析模型

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2.1 可用性行向量

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Ak为系统有k枚导弹出故障的概率，系统处于可用状态，其表达式为

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Ann枚导弹均出故障的概率，系统处于不可用状态，其表达式为

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2.2 可信性矩阵

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i > j时，αij=0。

i=j时,

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i < j时，

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2.3 能力值

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3 协同制导与控制能力等级 3.1 协同制导与控制能力等级定义

 能力 CGCL等级 1 2 3 4 5 决策与管理能力 决策机制 操作员决策 预编程 集中式决策 集散式/分层递阶式决策 分布式自主协同决策 目标分配能力 操作员分配 离线分配 集中式动态目标分配 集散式动态目标分配 分布式协同目标分配 航路规划导引能力 操作员规划 离线航路规划 集中式在线航路规划 集散式在线航路规划 分布式协同航路规划 离入队管理能力 操作员管理 无管理 集中式离入队管理 集散式离入队管理 自主协同离入队管理 支撑网络能力 通信特征 指控链路 弹间链路 集中式拓扑 互联互通 按任务需求可变拓扑 网络认知能力 操作员认知 离线认知 集中式在线认知 自主集散式在线认知 自主分布式在线认知 网络支撑质量 操作员管理 离线支撑 集中式在线支撑 自主集散式在线支撑 自主分布式在线支撑 信息获取能力 环境信息获取 人工感知 人工监控感知 人工监控感知 半自主感知 自主实时动态感知 导引头优化配置 人工配置 计算机辅助配置 计算机辅助配置 自动配置 自动配置 相对导航能力 卫星/惯导 卫星/惯导 卫星/惯导/数据链 卫星/惯导光学/数据链 卫星/惯导光学/数据链 信息融合能力 人工融合 半自主融合 人工为主，计算机辅助 计算机融合，人工监控 全自主融合 编队飞行控制能力 编队队形控制能力 极弱 弱 中等 强 极强 编队位置控制能力 极弱 弱 中等 强 极强 编队冲突协调能力 极弱 弱 中等 强 极强

3.2 协同制导与控制能力等级的确定

 图 2 层次分析法原理框图 Fig. 2 Block diagram of principle of analytic hierarchy process

 图 3 协同制导与控制能力层次分解图 Fig. 3 Breakdown drawing of cooperative guidance and control ability levels

 相对重要性 指标元素 B1 B2 B3 B4 最重要 √ 相邻中值 √ 很重要 √ √ 相邻中值 比较重要 相邻中值 稍重要 相邻中值 不重要

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4 基本能力值计算 4.1 导弹自主编队成员突防概率

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P1值的确定与具体的作战条件和任务相关，难以给出固定的公式，但经大量分析和仿真可以描述为[1]

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4.2 导弹自主编队成员交班成功率

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4.3 导弹自主编队成员命中概率

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4.4 导弹自主编队成员毁伤概率

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4.5 导弹自主编队P0k(i, Ξ, Λ)的确定

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5 仿真验证

 图 4 典型作战想定示意图 Fig. 4 Schematic diagram of typical warfare scenario

 图 5 程序框架流程图 Fig. 5 Application framework flowchart

 图 6 效能评估方法仿真验证流程 Fig. 6 Effectiveness evaluation method simulation verification flowchart

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 图 7 仿真初始状态 Fig. 7 Initial state of simulation
 图 8 导弹编队被拦截前仿真视景 Fig. 8 Simulation scene before missile formation being intercepted
 图 9 拦截区仿真视景 Fig. 9 Intercept-zone simulation scene
 图 10 目标被击毁仿真视景 Fig. 10 Simulation scene of targets being destroyed

 图 11 攻防态势显示功能示意图 Fig. 11 Schematic diagram of offensive and defensive situation display function

 图 12 单次仿真效能值计算窗口 Fig. 12 Single simulation efficiency value calculation window

 图 13 综合数字仿真平台的仿真结果 Fig. 13 Simulation results of comprehensive digital simulation platform

 CGCL等级 实验法统计值E1 评估法综合作战效能值E2 2 0.6520 0.6495 3 0.8540 0.8536 4 1.2486 1.2390

6 结论

2) 对导弹自主编队的CGCL的划分以及对各种能力的细分，较为全面地分析了影响当前导弹自主编队综合作战效能在协同与自主层面的关键技术，总结了导弹自主编队发展和提升的关键工作方向。

3) 以导弹自主编队为研究对象，结合文献[1]中导弹自主编队协同制导与控制系统的体系结构，提出了普遍适用于当前导弹自主编队的综合作战效能评估方法，并通过综合数字仿真平台仿真验证了该评估方法的有效性。

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#### 文章信息

JIA Xiang, WU Sentang, WEN Yongming, WU Xiaolong

Assessment method for comprehensive combat effectiveness of missile autonomous formation

Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronsutics, 2017, 43(5): 1013-1022
http://dx.doi.org/10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0406