基于ADC模型优化的声学滑翔机系统效能评估

唐帅; 范培勤; 张驰; 邹佳运

doi:10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0175

基于ADC模型优化的声学滑翔机系统效能评估

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0175

海军潜艇学院, 山东青岛, 266199

基金项目: 国家重点研究计划资助项目(2022YFC3103500); 泰山学者工程专项经费资助项目(2021-261).

详细信息

作者简介:
唐帅：唐　帅(1984-), 男, 博士, 副研究员, 主要研究方向为海洋环境效应仿真

中图分类号: TJ242; U662
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出版历程
- 收稿日期: 2024-12-20
- 修回日期: 2025-02-05
- 录用日期: 2025-02-08
- 网络出版日期: 2025-06-25

System Effectiveness Evaluation of Acoustic Glider Based on Optimized ADC Model

Navy Submarine Academy, Qingdao 266199, China

摘要

摘要: 随着水下无人技术的发展, 声学滑翔机日趋成为海洋环境观测和水下目标探测的优势平台, 对其进行系统效能评估也成为关注重点之一。文中基于声学滑翔机系统的任务过程特点和影响因素, 构建了声学滑翔机系统效能评估指标体系; 考虑海洋环境和综合保障等因素对声学滑翔机的影响, 对传统可用性-可信性-固有能力(ADC)模型进行了优化改进; 利用层次分析法(AHP)确定了声学滑翔机系统效能三级指标权重, 并通过算例验证了该模型的可行性, 使得评估结果更加符合实际, 为后续海上无人装备效能评估提供方法参考。
- 声学滑翔机 /
- ADC模型 /
- 效能评估 /
- 指标体系
Abstract: With the development of unmanned underwater technology, acoustic gliders are increasingly becoming advantageous platforms for marine environment observation and underwater target detection. Evaluating their system effectiveness has thus become a key focus. Based on the characteristics and influencing factors of the mission process, an effectiveness evaluation index system for acoustic glider systems was constructed. The traditional availability-dependability-capability(ADC) model was optimized by considering the effects of the marine environment and comprehensive support on acoustic gliders. The analytic hierarchy process(AHP) was used to determine the weights of the three-level indices. The feasibility of the model was verified by numerical examples, showing that the optimized ADC model produced more realistic evaluation results and provided a methodological reference for the effectiveness evaluation of unmanned maritime equipment.
- acoustic glider /
- ADC model /
- effectiveness evaluation /
- index system

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图 1 声学滑翔机工作流程

Figure 1. Work flow chart of acoustic glider

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图 2 声学滑翔机系统效能指标体系

Figure 2. Diagram of acoustic glider effectiveness index system

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图 3 系统效能随时间变化图

Figure 3. Curves of system efficiency versus times

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表 1 声学滑翔机初始工作状态分类

Table 1. Classification of initial working states of acoustic glider

状态标号	工作状态	代表符号	系统工作状态	状态数量
$ {a}_{1} $	5个子系统正常	$ {S}_{ 1}{S}_{ 2}{S}_{ 3}{S}_{ 4}{S}_{ 5} $	系统正常	1
$ {a}_{2} $	S₂故障	$ {S}_{ 1}\overline{{S}_{ 2}}{S}_{ 3}{S}_{ 4}{S}_{ 5} $	探测受限使用	1
$ {a}_{3} $	S₃故障	$ {S}_{ 1}{S}_{ 2}\overline{{S}_{ 3}}{S}_{ 4}{S}_{ 5} $	观测受限使用	1
$ {a}_{4} $	S₂、S₃故障	$ {S}_{ 1}\overline{{S}_{ 2}}\overline{{S}_{ 3}}{S}_{ 4}{S}_{ 5} $	严重故障	1
$ {a}_{5} $	S₁、S₄ 或S₅故障	$ \begin{array}{*{20}{c}} {\overline {{S_{ 1}}} {S_{ 2}}{S_{ 3}}{S_{ 4}}{S_{ 5}}} \\ {{S_{ 1}}{S_{ 2}}{S_{ 3}}\overline {{S_{ 4}}} {S_{ 5}}} \\ \cdots \\ {\overline {{S_{ 1}}{S_{ 2}}{S_{ 3}}{S_{ 4}}} \overline {{S_{ 5}}} } \end{array} $	系统失效	28

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表 2 各子系统平均故障间隔时间和平均故障修复时间

Table 2. MTBF and MTTR of each subsystem h

性能指标	S₁	S₂	S₃	S₄	S₅
MTBF	12000	8760	7200	8760	9600
MTTR	2	1	1	2	2

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表 3 指挥控制能力判断矩阵

Table 3. Judgment matrix of command and control performance

	任务规划能力	远程操控能力	回传信息能力
任务规划能力	1	5	7
远程操控能力	1/5	1	3
回传信息能力	1/7	1/3	1

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表 4 指挥控制能力指标归一化处理

Table 4. Normalization of command and control performance indicators

指标	系统正常	探测受限使用	观测受限使用	严重故障	系统失效
任务规划	1.0	0.8	0.8	0.8	0
远程操控	1.0	0.8	0.8	0.8	0
回传信息	0.8	0.6	0.8	0.6	0

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表 5 平台固有能力判断矩阵

Table 5. Judgment matrix of platform basic performance

	运行时间	运行航程	工作深度	剖面滑翔速度	剖面滑翔时间	俯仰姿态调节范围
运行时间	1	2	3	5	6	7
运行航程	1/2	1	2	3	3	5
工作深度	1/3	1/2	1	3	4	5
剖面滑翔速度	1/5	1/3	1/3	1	3	4
剖面滑翔时间	1/6	1/3	1/4	1/3	1	3
俯仰姿态调节范围	1/7	1/5	1/5	1/4	1/3	1

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表 6 平台固有能力指标归一化处理

Table 6. Normalization of platform basic performance indicators

指标	系统正常	探测受限使用	观测受限使用	严重故障	系统失效
运行时间	1.0	1.0	1.0	1.0	0.0
运行航程	1.0	1.0	1.0	1.0	0.0
工作深度	1.0	1.0	1.0	1.0	0.0
剖面滑翔速度	0.8	0.8	0.8	0.8	0.0
剖面滑翔时间	0.8	0.8	0.8	0.8	0.0
俯仰姿态调节范围	1.0	1.0	1.0	1.0	0.0

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表 7 目标探测能力判断矩阵

Table 7. Judgment matrix of target detection performance

	工作频率	等效噪声压级	水听器灵敏度	目标探测距离	目标方位测量精度
工作频率	1	1/3	5	1/5	3
等效噪声压级	3	1	5	1/5	3
水听器灵敏度	1/5	1/5	1	1/7	1/3
目标探测距离	5	3	7	1	6
目标方位测量精度	1/3	1/3	3	1/6	1

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表 8 目标探测能力指标归一化处理

Table 8. Normalization of target detection performance indicators

指标	系统正常	探测受限使用	观测受限使用	严重故障	系统失效
工作频率	1.0	1.0	1.0	0	0
等效噪声压级	1.0	0.8	1.0	0	0
水听器灵敏度	1.0	1.0	1.0	0	0
目标探测距离	0.8	0.6	0.8	0	0
目标方位测量精度	1.0	0.8	1.0	0	0

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表 9 环境观测能力判断矩阵

Table 9. Judgment matrix of environmental observation performance

指标	温度测量范围	盐度测量范围	压力测量范围
温度测量范围	1	3	5
盐度测量范围	1/3	1	3
压力测量范围	1/5	1/3	1

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表 10 环境观测能力指标归一化处理

Table 10. Normalization of environmental observation performance indicators

指标	系统正常	探测受限使用	观测受限使用	严重故障	系统失效
温度测量范围	0.8	0.8	0.6	0	0
盐度测量范围	1.0	1.0	0.8	0	0
压力测量范围	1.0	1.0	0.6	0	0

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表 11 数据接收与处理能力判断矩阵

Table 11. Judgment matrix of data receiving and processing performance

指标	目标判情能力	无线电通信能力	AIS信息接收能力
目标判情能力	1	5	3
无线电通信能力	1/5	1	1/3
AIS信息接收能力	1/3	3	1

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表 12 数据接收与处理能力指标归一化处理

Table 12. Normalization of data receiving and processing performance indicators

指标	系统正常	探测受限使用	观测受限使用	严重故障	系统失效
目标判情能力	1.0	0.6	1.0	0	0
无线电通信能力	0.6	0.6	0.6	0.6	0
AIS信息接收能力	0.8	0.8	0.8	0.8	0

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表 13 任务能力判断矩阵

Table 13. Judgment matrix of task performance

	指挥控制能力	平台机动能力	目标探测能力	环境观测能力	数据接收处理能力
指挥控制能力	1	3	1/3	5	1/2
平台机动能力	1/3	1	1/5	3	1/3
目标探测能力	3	5	1	7	2
环境观测能力	1/5	1/3	1/7	1	1/6
数据接收与处理能力	2	3	1/2	6	1

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