基于可用度目标的URAS配置与优化方法研究

admin · 发表于 2024-2-4 20:11:36

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现代高技术战争中，信息是取得胜利的关键因素，而无人侦察机系统（URAS）是在高技术局部战争中获取信息的主要装备，发挥着极其重要的作用。要想在战争中有效地发挥URAS的作用来保证达到既定的战略战术目标，“精确保障”是制胜关键。而可用性是影响装备战斗力和保障能力的主要影响因素，是其战备完好能力和任务持续能力的基础。因此，对于URAS的使用任务，如何合理配置装备和保障资源成为提高后勤保障效率和效益的关键。基于上述背景，本文通过研究URAS可用性的概念，建立基于任务的可用度模型，构建无人侦察机（URAV）和地面控制站（GCS）装备以及考虑备件和修理设备的保障资源的配置优化模型并给出求解算法，为解决URAS基于使用任务的装备以及保障资源的科学配置题目提供一套系统可行的方法。首先，分析了URAS的组成和功能，结合装备系统的概念，明确了URAS装备系统的组成，并确定了URAS的边界条件；针对URAS的侦察和监视两种类型的任务，总结了这两种典型任务的任务特点以及任务中的关系；通过分析单机任务执行过程及特点，阐述了URAS的基本任务模式，并进一步抽象出URAS的两种典型任务模式，剖析了URAS的功能要求；最后提出了URAS可用性的定义，分析其内涵和影响因素，给出URAS可用性度量参数。其次，研究了URAS可用性建模的思路；在此基础上，针对URAS的基本任务，在不考虑保障资源约束的条件下，建立基于基本任务考虑URAV和GCS装备动用数量的可用度模型；针对URAS的典型侦察和监视任务，利用傅立叶级数法建立任务需求函数，将离散任务需求转换为连续任务需求，并建立考虑动态任务需求的URAS侦察/监视持续任务的可用度模型。第三，在上述可用性模型的基础上，分析了具体的求解算法。先分析了URAV和GCS中的不同典型结构的马尔可夫型子系统瞬时可用度，基于Markov过程理论建立URAV中子系统的瞬时可用度模型，引入部分修理时间可忽略的思想建立GCS中子系统的瞬时可用度模型；进一步将上述子系统扩展为更一般的非马尔可夫型进行研究，分别基于更新过程理论和以及部分修理时间可忽略思想建立URAV和GCS中子系统的瞬时可用度模型；分析考虑侦察/监视复杂任务需求的非平稳备件需求模型，并在此基础上考虑两种情况，即两级备件保障系统以及无补给情况下携行有限保障资源，建立对应的时变备件短缺量模型，提炼了非平稳多类顾客有限服务台排队系统中时变现场可更换单元（LRU）期望数的求解算法。第四，针对URAS的基本任务，建立以基本任务可用度为目标，以费用为约束的考虑URAV和GCS动用数量的配置优化模型，对目标函数特性进行分析，采用拉格朗日对偶理论，引入拉格朗日乘子，给出模型的求解过程；针对URAS的典型任务，建立以典型任务可用度为目标，以费用为约束的综合考虑URAV和GCS动用数量以及备件和修理设备配置数量的配置优化模型，通过边际分析法以及考虑重要等级的边际分析法对模型进行求解，并经凸化分析得出可行和最优配置方案。第五，以某型高空长航时URAS作为案例，详细论述了运用以上各方法和模型进行分析、建模的具体步骤、算法流程，并给出分析结果，对以上提出的基于任务的URAV和GCS装备以及备件和修理设备的配置优化方法进行了有效的应用验证。最后，总结论文所研究的成果和创新点，并分析展望未来进一步的研究工作。

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