水面无人艇作战系统可靠性自适应评估研究*

王 蕾 刘 洋 谭 波

（海军工程大学 武汉 430033）

1 引言

随着潜艇消声降噪技术的进一步发展，采用长航程持续反潜型水面无人艇作战系统作为潜艇综合作战武器成为未来反潜作战的重要趋势，长航程持续反潜型水面无人艇具有高航速、大航程、机动灵活、隐蔽性好、生存能力强等特点，通过反潜战持续跟踪水面无人艇实现对敌海上和水下目标打击，可以有效提升我方的生存能力，研究长航程持续反潜型水面无人艇作战系统的作战可靠性评估模型，结合智能寻优算法，利用声呐探测信息，进行反潜武器的火控解算，提高系统可靠性［1］。

长航程持续反潜型水面无人艇作战系统可靠性评估受限的因子具有多样性和不确定性，为了提高评估效能，降低己方损伤，当前方法对长航程持续反潜型水面无人艇作战系统的评估方法主要有线性评估模型，神经网络分析方法、粒子群寻优的可靠性评估方法等，当前方法对长航程持续反潜型水面无人艇作战系统可靠性评估的环境适应度水平不高［2］，自适应性不好。针对上述问题，本文提出基于深度学习和寻优控制的长航程持续反潜型水面无人艇作战系统可靠性评估模型。首先构建系统可靠性评估的总体结构和指标参数模型，以指挥控制系统、态势感知系统、软硬武器系统、救生勤务系统、航行控制系统作为评价对象，结合对作战指标参数分析，实现对长航程持续反潜型水面无人艇作战系统可靠性评估，最后进行仿真测试分析，展示了本文方法在提高长航程持续反潜型水面无人艇作战系统可靠性评估准确性和环境适用性方面的优越性能。

2 模型参数和评估指标体系

2.1 作战系统可靠性分配结构

为了实现对长航程持续反潜型水面无人艇作战系统可靠性评估模型构造，结合长航程持续反潜型无人艇的主要任务特征，根据部署节点需求，通过对基地、港口、锚地、岛礁等近海要域的巡逻反潜任务分布，采用作战兵力、作战单元、作战平台、探测设备联合控制方法，利用声呐设备对水下目标进行侦察搜索进行长航程持续反潜型水面无人艇作战参数分析，通过决策、移动、打击、探测等行为模型参数法分析，结合模型单元测试，采用艇载悬空无人平台警戒侦查技术，利用长航程持续反潜型水面无人艇作战系统的作战单元参数融合模型分析，实现对纵向及横向移动控制，构建长航程持续反潜型水面无人艇作战系统的作战实体单元模型［3～5］，如图1所示。

图1 长航程持续反潜型水面无人艇作战实体的Agent单元模型

根据图1 的总体结构模型，利用声呐探测信息，进行反潜武器的火控解算，对舰艇编队集结区域、运输航线、任务区域和敌方潜艇活动区域进行自适应搜索，采用灵活搭载扩音器、闪光器的方法，实现对无人艇作战系统的可靠性参数分析，得到可靠性评估的参数体系结构如图2所示。

图2 无人艇作战系统的可靠性评估参数体系结构

2.2 评估指标参数分析

以长航程持续反潜型水面无人艇作战中驱逐舰的核心功能是否毁伤为攻击判断依据，采用模糊分类技术进行命损伤、火力毁伤、机动毁伤的权重分析［6］，得到指标分布权重为

在k+1 时刻，反舰战斗部是在舰船舱室内进行爆炸的特征方程为

其中，{α'β} 为超压峰值和正压作用时间，根据长航程持续反潜型水面无人艇的爆战斗部的威力分析［7］，通过指数性融合模型，得到数据挖掘的统计函数为

其中，xi为长航程持续反潜型水面无人艇航行安全数据采样标量时间序列，ximin为长航程持续反潜型水面无人艇作战可靠性评估的中心权系数，c为近邻样本数，根据适应度参数调节，得到点火增长反应速率目标函数G(Yj'ωi)为

其中，{p1'p2'p3} 为水面无人艇作战的模糊状态识别参数，p1+p2+p3=1。

3 可靠性评估寻优算法

通过威胁判断、目标分配、武器分配等作战决策部署模型，采用深度学习模型，计算无人艇作战全过程的性能参数［8］，得到作战性能的自适应探测节点va，vb和vc，作战节点的自主攻击的可靠性分布概率为

其中，yi'a为每个子系统的可靠度，ea为各个子系统的可用度，根据不同作战任务需求，长航程持续反潜型无人艇作战系统支持情报的分形指向性函数为

考虑全局优化问题min｛f（x）｝，采用深度学习和寻优控制的方法实现对长航程持续反潜型水面无人艇作战武器的火控解算［9］，有效指导控制武器实施射击，建立长航程持续反潜型水面无人艇作战效能最有效下的有效打击概率为

其中，dist(i'Fg)为长航程持续反潜型水面无人艇的打击因子，N为完成任务过程中向第j 中状态转移量，根据上述分析，得到长航程持续反潜型水面无人艇可靠性评估的自适应寻优控制模型［10］，寻优控制的自相关加权权重：

其中，ωs为轻小型拖曳线列阵声呐发现潜艇目标后的可用性特征参数，ωe为开阔海域的大范围机动搜潜效能参数，Ic作战效能的均衡状态，Imax为最优状态分布集。综上分析，采用深度学习和寻优控制的方法实现对长航程持续反潜型水面无人艇作战武器的火控解算，有效指导控制武器实施射击，根据射击效果实现对水面无人艇作战系统可靠性自适应评估［11～13］。

4 仿真测试与性能评估

为了验证本文方法在评估长航程持续反潜型水面无人艇作战系统可靠性方面的性能，采用Matlab 仿真设计，实验考虑了25 个实验参数，仿真实验中，使用监视器计算出载体的俯仰角和滚动角，采用vpIsectorHAT（Height Above Terrain）用于长航程持续反潜型无人艇的航行和攻击阶段的轨迹模拟，检测器从其中心垂直向下射出一条直线直达地表面，创建碰撞检测器，设置碰撞对象相交掩码，在仿真过程中，检测器会一直判断相交矢，仿真实验流程如图3所示。

图3 仿真实验实现流程

根据上述仿真参数设定，建立长航程持续反潜型水面无人艇的仿真实验场景如图4所示。

图4 长航程持续反潜型水面无人艇的仿真实验场景

根据图4 的仿真场景和参数设定，进行作战参数解算，如图5所示。

图5 作战参数解算结果

分析图5 得知，本文方法能有效实现对长航程持续反潜型水面无人艇的作战参数解算，提高作战系统的可靠性，测试可靠性评估稳定性，如图6所示，分析图6 得知，本文方法对长航程持续反潜型水面无人艇作战系统可靠性评估的准确性较好。

图6 长航程持续反潜型水面无人艇作战系统可靠性评估准确性对比

5 结语

本文提出基于深度学习和寻优控制的长航程持续反潜型水面无人艇作战系统可靠性评估模型。结合长航程持续反潜型无人艇的主要任务特征，根据部署节点需求，通过对基地、港口、锚地、岛礁等近海要域的巡逻反潜任务分布，采用作战兵力、作战单元、作战平台、探测设备联合控制方法，利用声呐设备对水下目标进行侦察搜索进行长航程持续反潜型水面无人艇作战参数分析，采用模糊分类技术进行命损伤、火力毁伤、机动毁伤的权重分析。研究得知，本文方法进行长航程持续反潜型水面无人艇作战系统可靠性评估的提高了武器系统的命中率和可靠性，评估适应性较强。