基于线性定常离散系统的装备体系分析方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于线性定常离散系统的装备体系分析方法和系统，包括：步骤1、建立以线性定常离散系统状态空间方程G表示的装备体系的装备构成/通信关系/运行流程/装备性能一体化模型；步骤2、进行装备体系的运行能力综合分析：包括装备体系的多变能力、反应能力、完成任务能力、抗毁能力，建立计算上述各项能力的评价指标模型，基于状态空间方程G的状态运动表达式，计算各项能力的评价指标值。本发明专利技术通过分析装备体系的运行能力，可发现当前体系存在的问题，为后续装备体系优化指出方向，并可支撑装备体系优化结果的检验评估。可支撑装备体系优化结果的检验评估。可支撑装备体系优化结果的检验评估。

【技术实现步骤摘要】
基于线性定常离散系统的装备体系分析方法和系统


[0001]本专利技术涉及装备体系分析
，具体地，涉及一种基于线性定常离散系统的装备体系分析方法和系统。

技术介绍

[0002]随着信息技术和装备技术的发展，装备体系中装备之间的关系变得更加紧密且复杂，需要在更高层面上协调和优化装备体系，提升体系运行能力、充分发挥体系效能，对装备体系建设和装备发展论证具有重要的指导意义。装备体系分析作为装备体系优化的基础，具有重要作用，通过分析装备体系的运行能力，可发现当前体系存在的问题，为后续装备体系优化指出方向，并可支撑装备体系优化结果的检验评估。装备体系的运行能力是由装备体系和装备系统两个维度的因素共同决定的，装备体系层面主要是多装备的组织方式，包括装备构成、通信关系、运行流程等(反映了装备体系的体系结构)，装备系统层面主要是各装备的性能。
[0003]专利文献CN108489329A(申请号：CN201810212580.9)公开了一种基于杀伤链的武器装备体系分析方法，首先，输入武器装备体系效能评估分析的参数，构建基于杀伤链构建武器装备体系模型，然后实现基于杀伤链的武器装备体系效能分析。
[0004]现有体系分析方法(李进军等，基于复杂网络理论的作战指挥体系结构分析模型和方法，系统仿真学报，2008；王伟等，基于复杂网络理论的防空体系反飞机能力分析，指挥控制与仿真，2012；高龙等，基于复杂网络的装备保障体系演化分析与建模，装甲兵工程学院学报，2017)一般基于复杂网络理论，采用度和度分布、平均路径长度、聚集系数等复杂网络统计特性进行分析，侧重于体系结构单一维度的分析，对装备性能的反映不足。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于线性定常离散系统的装备体系分析方法和系统。
[0006]根据本专利技术提供的基于线性定常离散系统的装备体系分析方法，包括：
[0007]步骤1、建立以线性定常离散系统状态空间方程G表示的装备体系的装备构成/通信关系/运行流程/装备性能一体化模型；其中，G的状态向量为x，G的系统矩阵A表示装备体系的装备构成、通信关系、运行流程、装备性能，G的输入变量u代表驱动装备体系运行的外部信号，G的输出变量y根据分析需求取值；
[0008]步骤2、进行装备体系的运行能力综合分析：包括装备体系的多变能力、反应能力、完成任务能力、抗毁能力，通过设置合适的x初值与u，并赋予状态空间方程G的系统矩阵A不同数值，建立计算上述各项能力的评价指标模型，基于状态空间方程G的状态运动表达式，计算各项能力的评价指标值。
[0009]优选的，线性定常离散系统状态空间方程G形式如下：
[0010][0011]式中，x为n维列向量，包含n
‑
1个装备状态和1个终止状态，默认终止状态为最后一个状态；A为n
×
n维矩阵；B为n维列向量；u为输入变量；C为n维行向量；y为输出变量；k为不小于零的整数；
[0012]矩阵A中的第i行第j列元素为a
ij
，当i≠n、j≠n且a
ij
≠0时代表第i个和第j个装备纳入装备体系，它们之间存在通信关系，运行流程为第j个装备到第i个装备，a
ij
的具体数值与装备性能有关，根据步骤2中的分析评估需求设置，当i＝n、j≠n且a
ij
≠0时代表第j个装备运行结束后体系运行流程终止，即第j个装备为运行流程的终端装备；矩阵B使输入变量u作用于运行流程的始端装备对应的状态上；矩阵C使输出变量y取x中的终止状态。
[0013]优选的，状态空间方程G的状态运动表达式x(k)及相应的输出y(k)分别为：
[0014][0015]为建立多变能力、反应能力、完成任务能力、抗毁能力的评价指标的模型，取初始状态向量x(0)为零向量，取输入变量u(k)为单位脉冲信号，即：
[0016][0017]将式(3)带入式(2)有：
[0018]y(k)＝CA
k
‑1B
…………
(4)
[0019]构建多变能力评价指标模型，设为n
×
n维矩阵A
v
，第i行第j列元素a
vij
为1或0，当i≠n、j≠n且a
vij
＝1时，代表选择第j个装备与第i个装备纳入装备体系且建立它们的通信关系，运行流程是由第j个装备到第i个装备，当i≠n、j≠n且a
vij
＝0时，代表第j个装备与第i个装备无通信关系也不存在运行流程上的流转关系；当i＝n、j≠n且a
vij
＝1时代表第j个装备运行结束后体系运行流程终止，即第j个装备为运行流程的终端装备；取状态空间方程G的矩阵A＝A
v
，按照式(4)有：
[0020][0021]则多变能力评价指标I
v
为：
[0022][0023]根据式(4)，计算使y(k)>0的整数k，再将所有大于零的y(k)加和得到I
v
，I
v
数值越大，代表装备体系完成运行流程到达终止状态的途径越多，多变能力越强；
[0024]构建抗毁能力评价指标模型，在多变能力评价指标模型的基础上，建立抗毁能力评价指标模型，将矩阵A
v
的前n
‑
1列分别置零，代表体系中的某一个装备或与该装备相关的通信链路受攻击而损毁或失效，计算对应的多变能力评价指标I
v
，若I
v
最小值为0，则抗毁能力评价指标I
r
＝0，即存在攻击一个装备或与该装备相关的通信链路使体系无法完成运行
流程的可能；若I
v
最小值大于0，则取I
v
最小的情况，再将A
v
前n
‑
1列中剩余的n
‑
2列分别置零，计算对应的多变能力评价指标I
v
，直至I
v
最小值为0，则抗毁能力评价指标I
r
＝A
v
置零列数
‑
1；I
r
数值越大，代表保证完成任务的情况下装备体系中必须的装备数量越少，即能承受的装备损失数量越大，抗毁能力越强。
[0025]优选的，构建反应能力评价指标模型，设为n
×
n维矩阵A
t
：
[0026]A
t
＝A
v
*T
…………
(7)
[0027]式中，T为n
×
n维矩阵，其第i行第j列元素为σ
tij
，σ为一个大于零的常数，t
ij
为第j个装备在运行流程中的耗时，j<n，算子*代表两个同维矩阵的对应元素相乘；取状态空间方程G的矩阵A＝A
t
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于线性定常离散系统的装备体系分析方法，其特征在于，包括：步骤1、建立以线性定常离散系统状态空间方程G表示的装备体系的装备构成/通信关系/运行流程/装备性能一体化模型；其中，G的状态向量为x，G的系统矩阵A表示装备体系的装备构成、通信关系、运行流程、装备性能，G的输入变量u代表驱动装备体系运行的外部信号，G的输出变量y根据分析需求取值；步骤2、进行装备体系的运行能力综合分析：包括装备体系的多变能力、反应能力、完成任务能力、抗毁能力，通过设置合适的x初值与u，并赋予状态空间方程G的系统矩阵A不同数值，建立计算上述各项能力的评价指标模型，基于状态空间方程G的状态运动表达式，计算各项能力的评价指标值。2.根据权利要求1所述的基于线性定常离散系统的装备体系分析方法，其特征在于，线性定常离散系统状态空间方程G形式如下：式中，x为n维列向量，包含n
‑
1个装备状态和1个终止状态，默认终止状态为最后一个状态；A为n
×
n维矩阵；B为n维列向量；u为输入变量；C为n维行向量；y为输出变量；k为不小于零的整数；矩阵A中的第i行第j列元素为a
ij
，当i≠n、j≠n且a
ij
≠0时代表第i个和第j个装备纳入装备体系，它们之间存在通信关系，运行流程为第j个装备到第i个装备，a
ij
的具体数值与装备性能有关，根据步骤2中的分析评估需求设置，当i＝n、j≠n且a
ij
≠0时代表第j个装备运行结束后体系运行流程终止，即第j个装备为运行流程的终端装备；矩阵B使输入变量u作用于运行流程的始端装备对应的状态上；矩阵C使输出变量y取x中的终止状态。3.根据权利要求2所述的基于线性定常离散系统的装备体系分析方法，其特征在于，状态空间方程G的状态运动表达式x(k)及相应的输出y(k)分别为：为建立多变能力、反应能力、完成任务能力、抗毁能力的评价指标的模型，取初始状态向量x(0)为零向量，取输入变量u(k)为单位脉冲信号，即：将式(3)带入式(2)有：y(k)＝CA
k
‑1B
…………
(4)构建多变能力评价指标模型，设为n
×
n维矩阵A
v
，第i行第j列元素a
vij
为1或0，当i≠n、j≠n且a
vij
＝1时，代表选择第j个装备与第i个装备纳入装备体系且建立它们的通信关系，运行流程是由第j个装备到第i个装备，当i≠n、j≠n且a
vij
＝0时，代表第j个装备与第i个装备无通信关系也不存在运行流程上的流转关系；当i＝n、j≠n且a
vij
＝1时代表第j个装备运行
结束后体系运行流程终止，即第j个装备为运行流程的终端装备；取状态空间方程G的矩阵A＝A
v
，按照式(4)有：则多变能力评价指标I
v
为：根据式(4)，计算使y(k)>0的整数k，再将所有大于零的y(k)加和得到I
v
，I
v
数值越大，代表装备体系完成运行流程到达终止状态的途径越多，多变能力越强；构建抗毁能力评价指标模型，在多变能力评价指标模型的基础上，建立抗毁能力评价指标模型，将矩阵A
v
的前n
‑
1列分别置零，代表体系中的某一个装备或与该装备相关的通信链路受攻击而损毁或失效，计算对应的多变能力评价指标I
v
，若I
v
最小值为0，则抗毁能力评价指标I
r
＝0，即存在攻击一个装备或与该装备相关的通信链路使体系无法完成运行流程的可能；若I
v
最小值大于0，则取I
v
最小的情况，再将A
v
前n
‑
1列中剩余的n
‑
2列分别置零，计算对应的多变能力评价指标I
v
，直至I
v
最小值为0，则抗毁能力评价指标I
r
＝A
v
置零列数
‑
1；I
r
数值越大，代表保证完成任务的情况下装备体系中必须的装备数量越少，即能承受的装备损失数量越大，抗毁能力越强。4.根据权利要求3所述的基于线性定常离散系统的装备体系分析方法，其特征在于，构建反应能力评价指标模型，设为n
×
n维矩阵A
t
：A
t
＝A
v
*T
…………
(7)式中，T为n
×
n维矩阵，其第i行第j列元素为σ
tij
，σ为一个大于零的常数，t
ij
为第j个装备在运行流程中的耗时，j<n，算子*代表两个同维矩阵的对应元素相乘；取状态空间方程G的矩阵A＝A
t
，按照式(4)有：参照式(6)，计算使y
t
(k)>0的整数k，再将所有大于零的y
t
(k)加和，整理形成如下的形式：式中，t
c
代表装备体系完成运行流程的第c种途径的耗时，c＝1,2,...,I
v
，反应能力评价指标I
t
为：反应能力由装备体系完成运行流程到达终止状态的耗时指数函数的均值评价，I
t
越小，则反应能力越强。5.根据权利要求4所述的基于线性定常离散系统的装备体系分析方法，其特征在于，构建完成任务能力评价指标模型，设为n
×
n维矩阵A
p
：A
p
＝A
v
*P
…………
(11)式中，P为n
×
n维矩阵，其第i行第j列元素为p
ij
，p
ij
为第j个装备在运行流程中的完成其任务的成功率，算子*代表两个同维矩阵的对应元素相乘，取状态空间方程G的矩阵A＝A
p
，
按照式(4)有：参照式(6)，计算使y
p
(k)>0的整数k，再将所有大于零的y
p
(k)加和，整理形成如下的形式：式中，p
c
代表装备体系完成运行流程到达终止状态的第c种途径的成功率，c＝1,2,...,I
v
，完成任务能力评价指标I
p
定义为：完成任务能力由装备体系通过所有可能途径完成运行流程的成功率均值评价，I
p
越大，则完成任务能力越强。6.一种基...

【专利技术属性】
技术研发人员：董晨，何舒，帅逸仙，杜君南，王宣灵，钱晓超，赖鹏，陆志沣，
申请(专利权)人：上海机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：