兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (10): 3430-3444.doi: 10.12382/bgxb.2023.0659
收稿日期:
2023-07-14
上线日期:
2023-10-22
通讯作者:
基金资助:
WANG Qianglong, GAO Xiaoguang*(), LI Xinyu, YAN Xuchen, WAN Kaifang
Received:
2023-07-14
Online:
2023-10-22
摘要:
针对当前航空火控系统的精度研究对数据完备性要求较高,且仅能分析系统内单误差源影响因素的问题,提出一种全新的基于深度置信网络(Deep Belief Network,DBN)效能拟合的火控系统精度全局敏感性分析(Global Sensitivity Analysis via Deep Belief Network,GSADBN)算法。从全局敏感性分析算法的优劣点出发,分析传统的全局敏感性分析算法在不完备数据下存在的局限性。利用DBN优异的特征提取能力,并采用无监督训练和有监督微调相结合的算法,搭建并训练火控系统效能拟合模型。研究结果表明:与传统Sobol算法、经典傅里叶振幅敏感性检验(Fourier Amplitude Sensitivity Test, FAST)算法以及最新的基于贝叶斯网络的Sobol(Bayesian Neural Sobol, BNSobol)算法相比, GSADBN算法不仅可以满足精度要求,同时还可以在不完备数据下达到传统算法在完备数据下精度分析的效果;该算法可以在火控系统不完备数据下取得较好的精度分析结果,同时在设计火控系统各模块时,给出精度方面的合理方案,从而为火控系统的设计及作战效能的提高提供参考和理论支撑。
中图分类号:
汪强龙, 高晓光, 李新宇, 闫栩辰, 万开方. 基于深度置信网络效能拟合的火控系统精度全局敏感性分析[J]. 兵工学报, 2024, 45(10): 3430-3444.
WANG Qianglong, GAO Xiaoguang, LI Xinyu, YAN Xuchen, WAN Kaifang. Global Sensitivity Analysis on Accuracy of Aviation Fire Control System via DBN Effectiveness Fitting[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(10): 3430-3444.
指标类型 | 参数 | 数值 |
---|---|---|
风速/(m·s-1) | 10 | |
风向角/(°) | 30 | |
环境 | 随机风场风速均方差/(m·s-1) | 3 |
随机风场变化周期/s | 1 | |
仿真步长/s | 0.1 | |
仿真最长时间/s | 60 | |
作战飞机高度/m | 3000 | |
作战飞机 | 作战飞机速度/(m·s-1) | 100 |
作战飞机偏航角/(°) | 15 | |
作战飞机俯仰角/(°) | 0 | |
目标距离作战飞机距离/m | 5000 | |
目标 | 目标移动速度/(m·s-1) | 20 |
目标半径/m | 3 | |
武器 | 武器杀伤半径/m | 1 |
表1 初始参数设定
Table 1 Setting of initial parameters
指标类型 | 参数 | 数值 |
---|---|---|
风速/(m·s-1) | 10 | |
风向角/(°) | 30 | |
环境 | 随机风场风速均方差/(m·s-1) | 3 |
随机风场变化周期/s | 1 | |
仿真步长/s | 0.1 | |
仿真最长时间/s | 60 | |
作战飞机高度/m | 3000 | |
作战飞机 | 作战飞机速度/(m·s-1) | 100 |
作战飞机偏航角/(°) | 15 | |
作战飞机俯仰角/(°) | 0 | |
目标距离作战飞机距离/m | 5000 | |
目标 | 目标移动速度/(m·s-1) | 20 |
目标半径/m | 3 | |
武器 | 武器杀伤半径/m | 1 |
指标类型 | 参数 | 参数含义 | 数值 |
---|---|---|---|
惯导测 | x1/m | 惯导X轴方位测位误差 | 0~3 |
位精度 | x2/m | 惯导Y轴方位测位误差 | 0~3 |
x3/m | 惯导Z轴方位测位误 | 0~3 | |
惯导测 | x4/(m·s-1) | 惯导X轴方位测速误差 | 0~3 |
速精度 | x5/(m·s-1) | 惯导Y轴方位测速误差 | 0~3 |
x6/(m·s-1) | 惯导Z轴方位测速误差 | 0~3 | |
惯导测 | x7/(°) | 惯导探测姿态误差 | 0~0.2 |
角精度 | x8/(°) | 惯导探测俯仰误差 | 0~0.2 |
大气数据 系统精度 | x9/m | 大气机测高误差 | 20 |
雷达测 距精度 | x10/m | 雷达探测距离误差 | 0~3 |
雷达测 | x11/(°) | 雷达探测方位角误差 | 0~0.2 |
角精度 | x12/(°) | 雷达探测俯仰角误差 | 0~0.2 |
表2 火控分系统指标输入及取值范围
Table 2 Inputs and ranges of fire control system indicators
指标类型 | 参数 | 参数含义 | 数值 |
---|---|---|---|
惯导测 | x1/m | 惯导X轴方位测位误差 | 0~3 |
位精度 | x2/m | 惯导Y轴方位测位误差 | 0~3 |
x3/m | 惯导Z轴方位测位误 | 0~3 | |
惯导测 | x4/(m·s-1) | 惯导X轴方位测速误差 | 0~3 |
速精度 | x5/(m·s-1) | 惯导Y轴方位测速误差 | 0~3 |
x6/(m·s-1) | 惯导Z轴方位测速误差 | 0~3 | |
惯导测 | x7/(°) | 惯导探测姿态误差 | 0~0.2 |
角精度 | x8/(°) | 惯导探测俯仰误差 | 0~0.2 |
大气数据 系统精度 | x9/m | 大气机测高误差 | 20 |
雷达测 距精度 | x10/m | 雷达探测距离误差 | 0~3 |
雷达测 | x11/(°) | 雷达探测方位角误差 | 0~0.2 |
角精度 | x12/(°) | 雷达探测俯仰角误差 | 0~0.2 |
指标 | Sobol算法[ | BNSobol算法[ | GSADBN算法 | FAST算法[ | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
主效应值 | 排序 | 主效应值 | 排序 | 主效应值 | 排序 | 主效应值 | 排序 | |
x1 | 0.050 | 11 | 0.039 | 10 | 0.012 | 10 | 0.016 | 9 |
x2 | 0.055 | 9 | 0.043 | 9 | 0 | 11 | 0.057 | 3 |
x3 | 0.066 | 7 | 0.028 | 12 | 0.097 | 5 | 0.024 | 7 |
x4 | 0.168 | 1 | 0.055 | 6 | 0.368 | 1 | 0.509 | 1 |
x5 | 0.103 | 4 | 0.047 | 8 | 0.127 | 2 | 0.209 | 2 |
x6 | 0.117 | 2 | 0.083 | 5 | 0 | 11 | 0.052 | 4 |
x7 | 0.066 | 7 | 0.161 | 1 | 0.014 | 9 | 0.012 | 11 |
x8 | 0.056 | 8 | 0.156 | 2 | 0.139 | 4 | 0.020 | 8 |
x9 | 0.116 | 3 | 0.036 | 11 | 0.170 | 3 | 0.011 | 12 |
x10 | 0.077 | 5 | 0.049 | 7 | 0.024 | 7 | 0.050 | 5 |
x11 | 0.051 | 10 | 0.155 | 3 | 0.021 | 8 | 0.025 | 6 |
x12 | 0.076 | 6 | 0.146 | 4 | 0.027 | 6 | 0.015 | 10 |
表3 不完备数据下的各误差源的主效应排序
Table 3 Ordering of main effects corresponding to each error source under incomplete data
指标 | Sobol算法[ | BNSobol算法[ | GSADBN算法 | FAST算法[ | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
主效应值 | 排序 | 主效应值 | 排序 | 主效应值 | 排序 | 主效应值 | 排序 | |
x1 | 0.050 | 11 | 0.039 | 10 | 0.012 | 10 | 0.016 | 9 |
x2 | 0.055 | 9 | 0.043 | 9 | 0 | 11 | 0.057 | 3 |
x3 | 0.066 | 7 | 0.028 | 12 | 0.097 | 5 | 0.024 | 7 |
x4 | 0.168 | 1 | 0.055 | 6 | 0.368 | 1 | 0.509 | 1 |
x5 | 0.103 | 4 | 0.047 | 8 | 0.127 | 2 | 0.209 | 2 |
x6 | 0.117 | 2 | 0.083 | 5 | 0 | 11 | 0.052 | 4 |
x7 | 0.066 | 7 | 0.161 | 1 | 0.014 | 9 | 0.012 | 11 |
x8 | 0.056 | 8 | 0.156 | 2 | 0.139 | 4 | 0.020 | 8 |
x9 | 0.116 | 3 | 0.036 | 11 | 0.170 | 3 | 0.011 | 12 |
x10 | 0.077 | 5 | 0.049 | 7 | 0.024 | 7 | 0.050 | 5 |
x11 | 0.051 | 10 | 0.155 | 3 | 0.021 | 8 | 0.025 | 6 |
x12 | 0.076 | 6 | 0.146 | 4 | 0.027 | 6 | 0.015 | 10 |
指标 | Sobol算法[ | BNSobol算法[ | GSADBN算法 | FAST算法[ | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
主效应值 | 排序 | 主效应值 | 排序 | 主效应值 | 排序 | 主效应值 | 排序 | |
x1 | 0.026 | 12 | 0.060 | 8 | 0.172 | 3 | 0.009 | 6 |
x2 | 0.041 | 8 | 0.043 | 10 | 0.080 | 8 | 0.006 | 8 |
x3 | 0.084 | 3 | 0.043 | 10 | 0.058 | 11 | 0.018 | 4 |
x4 | 0.283 | 1 | 0.081 | 5 | 0.471 | 1 | 0.513 | 1 |
x5 | 0.187 | 2 | 0.064 | 7 | 0.289 | 2 | 0.298 | 2 |
x6 | 0.040 | 9 | 0.078 | 6 | 0.087 | 6 | 0.116 | 3 |
x7 | 0.054 | 7 | 0.141 | 1 | 0.100 | 5 | 0 | 11 |
x8 | 0.037 | 11 | 0.131 | 4 | 0.035 | 12 | 0.003 | 9 |
x9 | 0.064 | 6 | 0.038 | 11 | 0.132 | 4 | 0.019 | 5 |
x10 | 0.070 | 5 | 0.047 | 9 | 0.083 | 7 | 0.006 | 8 |
x11 | 0.075 | 4 | 0.136 | 2 | 0.066 | 10 | 0.007 | 7 |
x12 | 0.039 | 10 | 0.135 | 3 | 0.074 | 9 | 0.002 | 10 |
表4 完备数据下的各误差源的主效应排序
Table 4 Ordering of main effects corresponding to each error source under complete data
指标 | Sobol算法[ | BNSobol算法[ | GSADBN算法 | FAST算法[ | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
主效应值 | 排序 | 主效应值 | 排序 | 主效应值 | 排序 | 主效应值 | 排序 | |
x1 | 0.026 | 12 | 0.060 | 8 | 0.172 | 3 | 0.009 | 6 |
x2 | 0.041 | 8 | 0.043 | 10 | 0.080 | 8 | 0.006 | 8 |
x3 | 0.084 | 3 | 0.043 | 10 | 0.058 | 11 | 0.018 | 4 |
x4 | 0.283 | 1 | 0.081 | 5 | 0.471 | 1 | 0.513 | 1 |
x5 | 0.187 | 2 | 0.064 | 7 | 0.289 | 2 | 0.298 | 2 |
x6 | 0.040 | 9 | 0.078 | 6 | 0.087 | 6 | 0.116 | 3 |
x7 | 0.054 | 7 | 0.141 | 1 | 0.100 | 5 | 0 | 11 |
x8 | 0.037 | 11 | 0.131 | 4 | 0.035 | 12 | 0.003 | 9 |
x9 | 0.064 | 6 | 0.038 | 11 | 0.132 | 4 | 0.019 | 5 |
x10 | 0.070 | 5 | 0.047 | 9 | 0.083 | 7 | 0.006 | 8 |
x11 | 0.075 | 4 | 0.136 | 2 | 0.066 | 10 | 0.007 | 7 |
x12 | 0.039 | 10 | 0.135 | 3 | 0.074 | 9 | 0.002 | 10 |
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