王國梁，趙 滟，盧志昂，毛寅軒

（中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院，北京 100037）

0 引言

隨著先進(jìn)技術(shù)的迅速發(fā)展及其廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度、功能耦合性和不可預(yù)測性等特點(diǎn)更加突顯，對(duì)科學(xué)真實(shí)地開展效能評(píng)估提出了更高要求。傳統(tǒng)效能評(píng)估方法多為事后評(píng)估，無法有效地服務(wù)于設(shè)計(jì)人員，使其從設(shè)計(jì)之初就結(jié)合系統(tǒng)效能提升這一目標(biāo)來研發(fā)導(dǎo)彈；同時(shí)傳統(tǒng)效能評(píng)估方法多以文本為載體開展，這導(dǎo)致模型間參數(shù)的傳遞易出錯(cuò)，且難以與仿真平臺(tái)集成交互。

基于模型的系統(tǒng)工程（model-based aystems engineering，MBSE）是一種形式化的建模方法，將貫穿系統(tǒng)全壽命周期、邏輯一致的多視角系統(tǒng)模型作為框架和橋梁，使各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的模型得以集成交互，實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域模型的可追蹤、可驗(yàn)證和全生命周期內(nèi)的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)。

何志輝等基于DoDAF 建?？蚣埽岢隽梭w系設(shè)計(jì)過程中的CPN 可執(zhí)行模型構(gòu)建及動(dòng)態(tài)效能測量方法，實(shí)現(xiàn)了定量化系統(tǒng)動(dòng)態(tài)效能評(píng)價(jià)與分析；王慶龍等探討使用系統(tǒng)建模語言SysML 需求圖、塊圖中的約束模塊和參數(shù)圖等對(duì)C4ISR 系統(tǒng)進(jìn)行建模與效能評(píng)估；陸法等探索了SysML 參數(shù)模型在武器系統(tǒng)效能評(píng)估中的應(yīng)用；夏小凱等提出一種基于DoDAF 的效能評(píng)估模型半自動(dòng)構(gòu)建方法，在DoDAF 框架下，基于相關(guān)CV-4 等模型描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，通過建立的模型轉(zhuǎn)換工具，將結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)換為評(píng)估指標(biāo)體系模型，輸入到CEES 工具中自動(dòng)生成效能模型；郭春梅等提出一種基于DoDAF 建模框架的系統(tǒng)工程方法用于描述效能評(píng)估過程，建立設(shè)備效能評(píng)估的驗(yàn)證控件、論證模型和一致性檢驗(yàn)，分析設(shè)備效能評(píng)估過程；魏海龍等基于Harmony-SE 提出了一套模型驅(qū)動(dòng)的效能評(píng)估方法，有效地解決了現(xiàn)代武器系統(tǒng)效能評(píng)估方法的成本把控、重解釋的需求，但其提出的方法思路應(yīng)用范圍相對(duì)較小，不適合導(dǎo)彈武器等復(fù)雜系統(tǒng)。

當(dāng)前基于MBSE 的效能評(píng)估方法使用較多的是基于DoDAF 建?？蚣?，但該框架更適合在武器裝備體系層級(jí)構(gòu)建作戰(zhàn)效能評(píng)估模型，并未將系統(tǒng)設(shè)計(jì)與效能評(píng)估結(jié)合。為此，本文借鑒MBSE 實(shí)踐框架Magic Grid，將系統(tǒng)建模思想與效能建模流程融合，應(yīng)用系統(tǒng)建模語言SysML 對(duì)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)進(jìn)行自頂向下的效能評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建；在ADC 模型的基礎(chǔ)上綜合采用解析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等進(jìn)行自底向上的效能評(píng)估模型綜合，以效能評(píng)估結(jié)果為導(dǎo)向指導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 導(dǎo)彈武器系統(tǒng)效能評(píng)估框架

1.1 MBSE 實(shí)踐框架Magic Grid

Magic Grid 是No Magic 公司提出的基于SysML的MBSE 方法論，其以矩陣的形式進(jìn)行分析問題，如表1 所示。該方法論對(duì)傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程V 模型進(jìn)行了細(xì)化和分層。Magic Grid 方法論縱向按照需求、行為、結(jié)構(gòu)、參數(shù)（即SysML 的4 方面關(guān)鍵信息）分為4 列，概念、問題和方案3 個(gè)層級(jí)構(gòu)成了橫向部分，進(jìn)而形成一個(gè)自頂向下的逐級(jí)循環(huán)迭代式的活動(dòng)流。

表1 Magic Grid 方法論

1.2 效能評(píng)估方法

效能指系統(tǒng)在規(guī)定條件下達(dá)到規(guī)定使用目標(biāo)的能力。它是一個(gè)定量且相對(duì)的數(shù)值，在計(jì)算前需設(shè)置特定的作戰(zhàn)場景和目標(biāo)。效能一般可分為單項(xiàng)效能、系統(tǒng)效能和作戰(zhàn)效能，三者之間存在很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。多組單項(xiàng)效能的有效組合可表達(dá)系統(tǒng)效能；作戰(zhàn)效能的基礎(chǔ)又是系統(tǒng)效能，但其所包含評(píng)估對(duì)象遠(yuǎn)復(fù)雜于系統(tǒng)效能，這是因?yàn)樽鲬?zhàn)效能中涵蓋了復(fù)雜的作戰(zhàn)環(huán)境，且加入了人的因素，不再是簡單考慮武器裝備的性能。

主要的效能評(píng)估模型有ADC 效能評(píng)估模型、ARINC 效能評(píng)估模型、AN 效能評(píng)估模型、AAM 效能評(píng)估模型和效能指數(shù)模型。上述5 種系統(tǒng)效能評(píng)估模型都各有自己的適用范圍、特點(diǎn)，但目前ADC 效能評(píng)估模型應(yīng)用最廣泛。

1.3 基于MBSE 的導(dǎo)彈武器系統(tǒng)效能評(píng)估框架

借鑒Magic Grid 建?？蚣?，在垂直領(lǐng)域上將系統(tǒng)劃分為：任務(wù)級(jí)、系統(tǒng)級(jí)和分系統(tǒng)級(jí)，水平領(lǐng)域劃分為需求、行為、結(jié)構(gòu)和參數(shù)分析。以導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)任務(wù)需求為出發(fā)點(diǎn)，以“使命任務(wù)分析→作戰(zhàn)流程分析→能力需求分析→裝備系統(tǒng)性能指標(biāo)分析”的模式形成多層次、多維度的效能評(píng)估指標(biāo)體系，且需求、結(jié)構(gòu)和效能評(píng)估指標(biāo)間可形成一一追溯的關(guān)系，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)與評(píng)估流程緊密結(jié)合。據(jù)此選擇合適的效能評(píng)估方法構(gòu)建系統(tǒng)效能模型，并將建模軟件與Matlab 軟件集成，實(shí)現(xiàn)基于SysML 參數(shù)圖的系統(tǒng)效能計(jì)算。

2 評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建

以防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)為例，說明基于MBSE 的系統(tǒng)效能評(píng)估指標(biāo)體系和效能模型構(gòu)建過程。其中，效能評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建流程如下頁圖1 所示。

圖1 效能評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建流程

2.1 作戰(zhàn)場景描述

防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的典型作戰(zhàn)場景：敵方兩架飛機(jī)起飛，一架為干擾機(jī)，在遠(yuǎn)處干擾我方雷達(dá)，一架敵機(jī)攜彈以一定速度和方向朝我方陣地襲來，己方雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)敵方目標(biāo)進(jìn)行了探測與跟蹤，指揮控制系統(tǒng)根據(jù)戰(zhàn)場信息下達(dá)命令進(jìn)行攔截，導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)接收到命令并發(fā)射導(dǎo)彈予以攔截。

2.2 使命任務(wù)分析

以防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)使命任務(wù)為頂層對(duì)象，進(jìn)行利益相關(guān)者分析以構(gòu)建使命任務(wù)需求模型。

2.2.1 利益相關(guān)者需求分析

利益相關(guān)者的要求往往決定著初始使命任務(wù)或性能的確定，故在構(gòu)建武器裝備任務(wù)需求前，需明確利益相關(guān)者，采用SysML 需求圖從利益相關(guān)者的需要中推導(dǎo)出任務(wù)需求。對(duì)防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)而言，軍方使用人員是最主要的利益相關(guān)者，需要防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)在保障自身生存的同時(shí)能夠持續(xù)有效指揮、探測、跟蹤和擊毀來襲敵機(jī)，這是任務(wù)分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的起點(diǎn)。

2.2.2 使命任務(wù)需求分析

使命任務(wù)需求是武器系統(tǒng)方案論證人員根據(jù)武器系統(tǒng)利益相關(guān)者對(duì)武器裝備的需求描述，進(jìn)一步現(xiàn)實(shí)化描述武器系統(tǒng)的用途或作戰(zhàn)使用方式。

防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)主要有以下3 個(gè)分任務(wù)需求：

1）維修保障功能需求：系統(tǒng)具有維修保障功能，可持續(xù)有效的運(yùn)行；

2）探測跟蹤功能需求：對(duì)來襲敵機(jī)進(jìn)行持續(xù)的探測、跟蹤；

3）攔截打擊功能需求：對(duì)來襲敵機(jī)進(jìn)行攔截打擊。

防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)使命任務(wù)需求分析模型如圖2 所示。

圖2 使命任務(wù)需求分析模型

2.3 作戰(zhàn)流程分析

2.3.1 作戰(zhàn)場景想定模型

用例圖是對(duì)使命任務(wù)需求模型的精煉描述，其中的每一個(gè)用例與一個(gè)使命任務(wù)需求相對(duì)應(yīng)，可以從宏觀角度描述武器裝備的作戰(zhàn)活動(dòng)，包括其行為及系統(tǒng)的范圍與邊界。防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)任務(wù)的用例模型如圖3 所示。其中，用例和需求一一對(duì)應(yīng)，通過SysML 中“Refine（精煉）”矩陣可以建立跟蹤關(guān)系。

圖3 頂層用例需求分析模型

在用例圖中，觸發(fā)用例的主執(zhí)行者主要有決策者、雷達(dá)監(jiān)視者、導(dǎo)彈發(fā)射操作者，對(duì)應(yīng)的3 個(gè)用例或系統(tǒng)功能分別為：

1）探測跟蹤。主要由防空雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)時(shí)刻掃描防空區(qū)域，當(dāng)遠(yuǎn)距干擾機(jī)對(duì)其干擾時(shí)，探測能力受到影響；當(dāng)探測到來襲敵機(jī)，跟蹤來襲目標(biāo)，雷達(dá)監(jiān)視者將信息向上匯報(bào)給指揮決策者。

2）攔截打擊。主要由導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)來完成，導(dǎo)彈發(fā)射操作者接收來自指揮決策者的攔截打擊命令，并發(fā)射導(dǎo)彈。

3）維修保障。當(dāng)防空雷達(dá)系統(tǒng)、導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)和指揮控制系統(tǒng)無法工作時(shí)，進(jìn)行維修保障。

2.3.2 任務(wù)架構(gòu)分析

任務(wù)架構(gòu)用于描述作戰(zhàn)任務(wù)所包含的系統(tǒng)，包括對(duì)抗雙方的武器裝備。通過任務(wù)需求模型和頂層用例模型描述，可以知悉防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)任務(wù)主要包含4 個(gè)要素：導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)、防空雷達(dá)系統(tǒng)和環(huán)境要素，任務(wù)架構(gòu)模型如圖4 所示。

圖4 任務(wù)架構(gòu)模型

2.3.3 作戰(zhàn)流程分析模型

防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)任務(wù)的每個(gè)用例表示系統(tǒng)在任務(wù)中具有的頂層功能，通過對(duì)頂層用例模型分析，可構(gòu)建出系統(tǒng)的作戰(zhàn)流程分析模型。即通過活動(dòng)圖和序列圖描述推導(dǎo)出每個(gè)用例的作戰(zhàn)流程。在頂層用例模型中共有3 個(gè)用例：探測跟蹤、攔截打擊和維修保障。圖5 是對(duì)“探測跟蹤”用例構(gòu)建的活動(dòng)圖。它描述了防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)完成該用例的操作過程，包括防空雷達(dá)系統(tǒng)如何捕獲來襲敵機(jī)以及威脅判定等動(dòng)作。

圖5 探測跟蹤活動(dòng)圖

通過添加泳道線細(xì)化動(dòng)作，防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的探測跟蹤活動(dòng)會(huì)被分配到各個(gè)分系統(tǒng)中，分系統(tǒng)各自執(zhí)行對(duì)應(yīng)的子功能，共同完成探測跟蹤活動(dòng)。

若頂層用例模型中包含了防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)任務(wù)的所有目標(biāo)，則通過對(duì)每個(gè)用例場景的建模，可以細(xì)化出整個(gè)系統(tǒng)的作戰(zhàn)流程。其余如攔截打擊等用例構(gòu)建作戰(zhàn)流程分析模型也可以通過相同的方法完成。

2.3.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型是為了描述系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，通過裝備作戰(zhàn)流程的分析，在SysML 結(jié)構(gòu)圖中由任務(wù)架構(gòu)分解得到。如指揮控制系統(tǒng)包含1 輛指揮控制車、通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等；防空雷達(dá)系統(tǒng)包含1 輛雷達(dá)車、雷達(dá)系統(tǒng)等；導(dǎo)彈發(fā)射車系統(tǒng)包含4 輛導(dǎo)彈車、每輛車載有4 枚導(dǎo)彈、導(dǎo)彈發(fā)射操作系統(tǒng)等。

2.3.5 分系統(tǒng)行為分析

分系統(tǒng)行為模型是作戰(zhàn)流程分析模型的進(jìn)一步細(xì)化，更加詳細(xì)描述系統(tǒng)級(jí)各元素內(nèi)部動(dòng)作的交互。以雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射脈沖功率和接收來襲敵機(jī)信號(hào)的動(dòng)作傳遞為例：雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生脈沖功率，經(jīng)收發(fā)天線的放大后輻射至空間中，遇到物體則返回信號(hào)，再經(jīng)由收發(fā)天線接收，傳至雷達(dá)接收機(jī)中進(jìn)行降噪處理，最后輸入到信號(hào)處理機(jī)中，也可以通過SysML 活動(dòng)圖描述其信號(hào)傳遞過程。

2.3.6 分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

分系統(tǒng)級(jí)結(jié)構(gòu)模型由分系統(tǒng)行為模型推導(dǎo)，是系統(tǒng)級(jí)結(jié)構(gòu)模型的細(xì)化。如雷達(dá)系統(tǒng)的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)主要包含收發(fā)天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信號(hào)處理機(jī)，以及對(duì)應(yīng)的底層性能指標(biāo)參數(shù)。

2.4 能力需求分析

通過作戰(zhàn)流程分析中各系統(tǒng)的行為動(dòng)作分析，由使命任務(wù)需求推導(dǎo)出裝備能力需求模型。如探測跟蹤活動(dòng)中主要描述的是防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)如何發(fā)現(xiàn)敵機(jī)的過程，故可推導(dǎo)出防空導(dǎo)彈武器該裝備的能力之一——發(fā)現(xiàn)敵機(jī)能力，其他裝備能力需求可分解為：生存能力需求、可用性需求、可信度需求發(fā)現(xiàn)敵機(jī)能力需求和殺傷敵機(jī)能力需求。其裝備能力需求模型如下頁圖6 所示。

圖6 裝備能力需求模型

2.5 裝備性能指標(biāo)需求模型

使命任務(wù)需求經(jīng)過分析推導(dǎo)出裝備能力指標(biāo)需求，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合分系統(tǒng)行為分析，開展裝備低層性能指標(biāo)需求分析。例如發(fā)現(xiàn)敵機(jī)能力需求可進(jìn)一步細(xì)化為雷達(dá)天線主瓣寬度參數(shù)需求、雷達(dá)功率參數(shù)需求、雷達(dá)發(fā)射天線增益參數(shù)需求、雷達(dá)接收天線增益參數(shù)需求、雷達(dá)的探測距離參數(shù)需求、最小信干比參數(shù)需求、雷達(dá)接收機(jī)帶寬參數(shù)需求和雷達(dá)收發(fā)機(jī)系統(tǒng)損耗參數(shù)需求，這也是設(shè)計(jì)者對(duì)性能指標(biāo)的約束。

同時(shí)，裝備性能指標(biāo)需求與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之間存在著滿足關(guān)系，可通過SysML 提供的“Satisfy（滿足）”關(guān)系矩陣進(jìn)行表述。防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的各組成系統(tǒng)“滿足”裝備性能指標(biāo)需求的關(guān)系矩陣如圖7 所示，圖中以防空雷達(dá)系統(tǒng)各分系統(tǒng)“滿足”發(fā)現(xiàn)敵機(jī)能力需求為例展示。

圖7 分系統(tǒng)滿足性能指標(biāo)需求的關(guān)系矩陣

2.6 評(píng)估指標(biāo)體系

根據(jù)所構(gòu)建的防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的需求模型，將各需求模型展開，即得到效能評(píng)估指標(biāo)體系，如第121 頁圖8 所示。

圖8 防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)效能評(píng)估指標(biāo)體系

3 效能評(píng)估模型綜合

在構(gòu)建防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)效能評(píng)估指標(biāo)體系模型的基礎(chǔ)上，運(yùn)用SysML 參數(shù)圖對(duì)效能指標(biāo)與性能指標(biāo)的約束關(guān)系進(jìn)行描述，然后將建模軟件Cameo systems Modeler（CSM）與Matlab 集成，根據(jù)所選擇的效能評(píng)估方法，自底向上實(shí)現(xiàn)不同層級(jí)效能評(píng)估的計(jì)算。

選取的防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)效能評(píng)估模型為ADC 模型：

其中，A=［a］，A 為可用性，與系統(tǒng)的可靠性、維修性等有關(guān)，表示開始執(zhí)行任務(wù)時(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)的量度，a（i=1，2，…，n）為執(zhí)行任務(wù)過程中系統(tǒng)處于初始狀態(tài)i 的概率；D=［d］，D 為可信度，取決于系統(tǒng)的可靠性，表示在執(zhí)行任務(wù)過程匯總的某一個(gè)或某幾個(gè)時(shí)刻系統(tǒng)狀態(tài)的度量，d（i，j=1，2，…，n）為執(zhí)行任務(wù)過程中，系統(tǒng)狀態(tài)由i 轉(zhuǎn)入j 的概率；C=［c］，C 為系統(tǒng)的能力向量，表示系統(tǒng)完成任務(wù)能力的度量，c（j=1，2，…，n）為系統(tǒng)在狀態(tài)j 完成任務(wù)的能力。能力的聚合采用求積聚合法，如式（2）所示：

式中，j 表示不同的系統(tǒng)狀態(tài)；r 表示能力個(gè)數(shù)，包含生存能力、發(fā)現(xiàn)敵機(jī)能力和殺傷敵機(jī)能力。C表示不同系統(tǒng)狀態(tài)下的系統(tǒng)能力。其系統(tǒng)效能評(píng)估模型參數(shù)圖如下頁圖9 所示。

圖9 防空導(dǎo)彈武器綜合效能評(píng)估參數(shù)圖

3.1 防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的可用性參數(shù)圖

可用性是指在執(zhí)行任務(wù)過程中，防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)處于不同工作狀態(tài)的程度。其中，可用性向量中的各個(gè)元素代表系統(tǒng)處于不同狀態(tài)下的概率。在SysML 參數(shù)圖中構(gòu)建出防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)可用性數(shù)學(xué)模型。

3.2 防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的可信度參數(shù)圖

可信度矩陣D 表示武器系統(tǒng)發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)移的概率。設(shè)定在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，各裝備是不可維修的，故其可信性矩陣僅由可靠性決定。通過SysML 參數(shù)圖構(gòu)建出防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)可信度數(shù)學(xué)模型。

3.3 防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的生存能力參數(shù)圖

生存能力由系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間、系統(tǒng)偽裝能力和機(jī)動(dòng)力3 個(gè)指標(biāo)決定。由于生存能力屬于定性概率類指標(biāo)，通常由專家評(píng)估法獲得。此處基于以往同類裝備專家評(píng)估后的數(shù)據(jù)，采用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來計(jì)算防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的生存能力。

防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的生存能力向量中各元素的值不受系統(tǒng)狀態(tài)的影響，各狀態(tài)下的生存能力值相同。其生存能力數(shù)學(xué)模型構(gòu)建方式同可用性、可信度數(shù)學(xué)模型一致。

3.4 防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)敵機(jī)能力參數(shù)圖

發(fā)現(xiàn)敵機(jī)能力用發(fā)現(xiàn)概率指標(biāo)表征，發(fā)現(xiàn)概率指防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)來襲目標(biāo)的能力，它對(duì)抵抗入侵目標(biāo)具有重要的影響。在真實(shí)戰(zhàn)場中，敵方經(jīng)常使用遠(yuǎn)程干擾機(jī)與來襲敵機(jī)聯(lián)合作戰(zhàn)，在防區(qū)外通過干擾我方雷達(dá)，進(jìn)而縮小防空雷達(dá)對(duì)入侵目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)距離。本文考慮遠(yuǎn)距離支援干擾條件下，對(duì)雷達(dá)實(shí)施干擾的情形。

防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)敵機(jī)能力向量中各元素的值與系統(tǒng)狀態(tài)相關(guān)，當(dāng)雷達(dá)處于故障狀態(tài)時(shí)，能力為0；其余狀態(tài)時(shí)，能力值相同。其發(fā)現(xiàn)敵機(jī)能力參數(shù)圖如下頁圖10 所示。

圖10 發(fā)現(xiàn)敵機(jī)能力參數(shù)圖

3.5 防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的殺傷敵機(jī)能力參數(shù)圖

在防空雷達(dá)被干擾下，防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)敵機(jī)能力和探測距離皆減小，這使得對(duì)入侵目標(biāo)的抗擊次數(shù)也相應(yīng)地減少，從而導(dǎo)致防空導(dǎo)彈的殺傷敵機(jī)能力降低。其殺傷能力由防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)射擊次數(shù)和殺傷敵機(jī)概率兩部分決定。殺傷敵機(jī)能力向量中各元素的值與系統(tǒng)狀態(tài)相關(guān)。防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)殺傷敵機(jī)能力參數(shù)圖，如圖11 所示。

圖11 殺傷敵機(jī)能力參數(shù)圖

4 算例分析

基于所建立的效能評(píng)估模型，可知在一定的作戰(zhàn)場景想定下，系統(tǒng)可用性、可用度、生存能力、發(fā)現(xiàn)敵機(jī)能力和殺傷敵機(jī)能力5 個(gè)單項(xiàng)效能指標(biāo)決定了防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的綜合效能。本文將系統(tǒng)建模工具CSM 與Matlab、Python 集成，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能參數(shù)與系統(tǒng)效能評(píng)估的聯(lián)動(dòng)交互，具體過程如下：

1）將單項(xiàng)效能指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型分別編寫為python 代碼，并存為python 文件；

2）運(yùn)行Matlab 調(diào)用python 文件中的數(shù)學(xué)模型代碼；

3）將生成的m 文件拖拽至CSM 軟件中，自動(dòng)生成約束模塊及輸入輸出接口；

4）將參數(shù)圖中的變量模塊與對(duì)應(yīng)接口相連接后，通過CSM 仿真功能即可進(jìn)行效能評(píng)估計(jì)算。

考慮到防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)涉及的性能參數(shù)眾多，為減少計(jì)算量，本算例對(duì)影響系統(tǒng)效能小的參數(shù)取為定值，僅擇取一部分關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析研究。設(shè)防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的基本性能參數(shù)如下頁表2 所示，來襲目標(biāo)的基本性能參數(shù)如表3 所示。

表2 防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的基本性能參數(shù)

表3 來襲目標(biāo)的基本性能參數(shù)

選取系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間、導(dǎo)彈飛行速度、導(dǎo)彈自身著彈點(diǎn)誤差、殺傷半徑和雷達(dá)距干擾機(jī)距離等系統(tǒng)性能指標(biāo)作為關(guān)鍵參數(shù)，進(jìn)行系統(tǒng)效能評(píng)估。將上述基本性能參數(shù)作為固定值輸入到構(gòu)建的參數(shù)圖中后，得到對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)效能值，其仿真界面如圖12所示。例如當(dāng)系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間為15 s，雷達(dá)距干擾機(jī)距離為300 km，導(dǎo)彈飛行速度為1 400 m/s，導(dǎo)彈自身著彈點(diǎn)誤差為2 m，殺傷半徑為50 m 時(shí)，系統(tǒng)效能的仿真結(jié)果為0.875 4。

圖12 系統(tǒng)效能仿真示意圖

在仿真環(huán)境下輸入不同的性能參數(shù)，即可得到對(duì)應(yīng)的武器系統(tǒng)效能值，根據(jù)評(píng)估結(jié)果與需求、結(jié)構(gòu)的追溯關(guān)系，驗(yàn)證是否滿足系統(tǒng)需求，若不滿足，繼續(xù)調(diào)整性能參數(shù)或重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，直到滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

以導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)任務(wù)為頂層對(duì)象，從利益相關(guān)者的角度，構(gòu)建任務(wù)需求模型、頂層用例模型和任務(wù)架構(gòu)模型，繼而推導(dǎo)出系統(tǒng)各層級(jí)需求模型、行為模型和結(jié)構(gòu)模型，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建系統(tǒng)效能（性能）指標(biāo)體系，保證了需求、結(jié)構(gòu)和指標(biāo)間關(guān)聯(lián)、可追溯。應(yīng)用參數(shù)圖對(duì)單項(xiàng)效能的約束關(guān)系進(jìn)行描述。提出了集成MBSE 軟件、Matlab 和Python用以計(jì)算系統(tǒng)效能的步驟，并以ADC 法為例驗(yàn)證了所提方法的可行性，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)與效能評(píng)估的集成聯(lián)動(dòng)，有利于加快效能評(píng)估-系統(tǒng)設(shè)計(jì)回路的迭代速度，提升系統(tǒng)研制效率。