海上协同关键系统失效模式机理分析方法、系统以及介质与流程

本发明属于关键系统失效模式与机理分析，涉及一种海上协同关键系统失效模式机理分析方法、系统以及介质。

背景技术：

1、随着电子信息技术的飞速发展及其在军事领域的深度融合，现代海上作战已演变为在陆、海、空、天、电、网等多维空间展开的体系对抗。其中，电磁空间的争夺制胜已成为夺取战场主动权的前提。海上协同作战编队依赖各类雷达、通信、导航等电子信息系统实现态势感知、指挥控制与协同打击，这些关键系统的稳定运行高度依赖于复杂的电磁环境。

2、目前，战场电磁环境日益复杂，其典型特征表现为：辐射源种类繁多、信号样式复杂多变、频谱高度拥挤、有意干扰与无意干扰并存。这种复杂电磁环境（complexelectromagnetic environment, ceme）会通过多种耦合途径对电子信息系统产生干扰、阻塞、欺骗甚至损伤等效应，可能导致雷达虚警/漏警、通信中断、导航定位漂移等严重后果，直接削弱乃至瓦解整个海上协同作战体系的效能。因此，如何准确分析、评估并预测复杂电磁环境对海上协同关键系统的影响，已成为装备论证、战术制定和战场生存必须解决的紧迫课题。

3、当前，针对复杂电磁环境效应的研究与实践，主要存在以下几种思路与方法，但仍存在显著不足：（1）基于“环境描述”与“现象归纳”的定性分析法。此类方法是当前较为常见的研究起点。通常通过对复杂电磁环境的构成要素（如自然干扰、人为干扰）进行分门别类的描述，并结合历史经验或理论分析，归纳出电子系统可能出现的各种失效现象（如接收机饱和、信号误判等）。然而，这种方法严重依赖专家经验，缺乏定量化的评估手段。它只能回答“可能会发生什么问题”，但无法回答“在何种具体环境条件下会必然发生该问题”以及“问题的严重程度如何量化”。例如，它指出“通信可能被干扰阻断”，但无法明确“在特定功率、特定样式的干扰信号下，通信链路的中断概率是多少”，这使得其结论难以直接用于精确的作战规划和装备性能指标的定量验证。（2）基于“单设备-单干扰”的孤立测试与评估法。该方法通常在实验室或外场条件下，对单个电子设备（如一部雷达、一部电台）施加某一种或几种典型的干扰信号，观察其性能变化。这种方法能够获得特定场景下的定量数据，但其局限性极为明显：首先，它割裂了“环境”与“任务”的联系。测试关注的是设备本身的技术指标（如灵敏度、动态范围）在干扰下的变化，而非该设备在完成具体作战任务（如持续跟踪目标、维持指挥链路）时的整体效能。其次，它忽略了体系协同的复杂性。海上协同作战是多个系统通过网络化链接形成的有机整体。对单一设备的干扰效应，会通过信息流在网络中传播、放大，引发“级联失效”。孤立测试法无法评估这种体系级的脆弱性和连锁反应。（3）基于“静态参数”与“统计模型”的粗略评估法。部分研究尝试建立数学模型，将环境干扰参数（如干扰功率、干信比）与系统性能参数（如探测概率、误码率）进行关联。这种方法比定性分析前进了一步，但模型往往建立在大量简化和统计平均的假设之上。其核心缺陷在于“静态化”和“黑箱化”。模型通常处理的是稳态、平均意义上的环境参数，无法模拟动态演变、突发性的复杂电磁事件；同时，它将系统内部复杂的信号处理流程（如雷达的信号处理链、通信的编解码与同步过程）视为一个“黑箱”，仅建立输入与输出的宏观统计关系。这种方法无法揭示干扰信号是如何一步步穿透系统防护、影响关键处理节点并最终导致功能失效的内在机理，因而在预测新体制干扰、评估系统在未知环境下的行为时，可靠性和准确性不足。

技术实现思路

1、本发明的首要目的是提供一种海上协同关键系统失效模式机理分析方法、系统以及介质，以克服现有技术的上述缺点。

2、为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种海上协同关键系统失效模式机理分析方法，其特征在于，包括：建立任务驱动的复杂电磁环境-关键系统耦合模型；

3、其中，所述耦合模型的建立包括：

4、s1.建立参数化复杂电磁环境模型，所述模型将作战区域的电磁环境分解为相互独立或关联的自然电磁环境子模型与人为电磁环境子模型，并对各子模型的核心干扰参数进行量化表征；

5、s2.建立任务导向的关键系统失效机理链模型，所述模型针对海上协同作战中的至少一个关键任务系统，构建从“电磁环境参数输入”到“系统功能状态输出”的因果映射关系，所述功能状态至少包括正常、降级与失效；

6、s3.基于所述参数化复杂电磁环境模型与所述任务导向的关键系统失效机理链模型，进行耦合仿真，以评估特定电磁环境下指定任务系统的效能状态，并预测其失效边界。

7、进一步地，所述s1中，所述核心干扰参数包括干扰类型、信号密度、能量强度、时/频/空域分布特性中的至少一种；所述人为电磁环境子模型至少集成有雷达干扰、通信干扰及电磁脉冲的仿真信号样本库。

8、进一步地，所述s2中，所述任务导向的关键系统失效机理链模型是针对目标探测、通信保障、导航定位中的至少一种协同任务建立的；所述因果映射关系具体通过“接收机处理深度-干扰方式-干扰功率-干扰距离”四维分析空间进行定义和量化建模。

9、进一步地，当所述任务为“目标探测”时，所述失效机理链模型包括：

10、一个信号处理与航迹管理逻辑子模型，用于模拟从雷达回波到稳定航迹的数据处理流程；

11、一组电磁环境效应注入点，用于将s1模型中的干扰参数映射到所述逻辑子模型中的特定处理环节；

12、一套基于航迹精度、连续性、置信度的失效判据，用于根据逻辑子模型的输出判定系统功能状态。

13、进一步地，当所述任务为“通信保障”或“导航定位”时，所述失效机理链模型定义至少三种可逆的失效路径：

14、信道恶化路径：对应电磁环境参数对物理传输信道的直接影响，干扰撤销则路径影响消失；

15、前端压制路径：对应电磁环境参数导致接收机前端饱和或失锁，干扰撤销则功能可恢复；

16、信息欺骗路径：对应特定结构的欺骗性干扰信号被接收机处理链解算，产生错误输出。

17、进一步地，所述方法还包括失效溯源步骤：在s3的耦合仿真中，当系统功能状态被判定为降级或失效时，根据所述失效机理链模型，反向追溯导致该状态的具体失效路径及触发电磁环境参数阈值。

18、进一步地，所述s3中的耦合仿真为动态仿真，其输入包括随时间或作战阶段演变的电磁环境参数序列，输出为对应时间段内系统效能状态的动态曲线及关键失效时间点。

19、进一步地，所述方法还包括：

20、s4. 敏感性分析步骤：基于s3的仿真结果，分析各核心干扰参数对系统效能的影响权重，以识别出导致系统失效的关键脆弱性参数。

21、本发明的另一目的在于提供一种海上协同关键系统失效模式机理分析系统，其特征在于，包括：处理器和存储器；所述存储器存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器执行时，实现所述的方法。

22、本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的方法。

23、本发明的有益效果在于：

24、第一，实现了从“定性认知”到“定量评估与预测”的跨越，大幅提升了评估的客观性与准确性。现有技术对复杂电磁环境效应的分析多停留在现象描述、分类讨论或基于经验的定性判断层面，难以回答“干扰达到什么程度系统会失效”以及“何时失效”等关键问题。本发明通过构建参数化的复杂电磁环境模型与任务导向的失效机理链模型，将模糊的“环境复杂性”和“系统脆弱性”转化为可量化、可注入仿真模型的具体参数。通过模型的耦合仿真，能够动态、定量地输出系统效能指标随时间或环境参数变化的曲线，从而实现对系统失效阈值的精准预测和对任务成功概率的客观评估，为指挥决策提供了可靠的量化依据。

25、第二，揭示了“环境-系统”交互的内在因果逻辑，支持深层次的失效诊断与溯源。传统分析方法往往只能指出系统“失效了”，但难以精确定位失效的根本原因和具体环节。本发明提出的失效机理链模型及其三种典型失效路径（信道恶化、前端压制、信息欺骗），构建了从电磁干扰输入到系统功能异常输出的清晰因果关系图。在仿真或实际测试中，一旦系统效能降级，即可通过反向追溯该机理链，快速锁定导致问题的具体失效路径，并进一步定位到是环境参数中的哪一项或哪几项突破了设计容限。这种“可溯源、可定位”的能力，极大地方便了故障诊断、抗干扰策略优化和系统设计的薄弱环节改进。

26、第三，提供了动态、前瞻的作战效能推演能力，支撑“基于效果的”电磁频谱作战规划。区别于静态的、单点的效应分析，本发明的耦合模型支持输入时变的环境参数序列，能够模拟在敌方动态干扰、我方频率切换、战场环境变化等复杂场景下，我方关键系统效能的动态演变过程。这使得指挥员和频谱管理人员能够前瞻性地评估不同作战阶段、不同战术行动下的电磁态势对我方协同能力的影响，提前识别风险窗口期。例如，可以预测在某干扰样式持续施加多长时间后，通信链路将中断或导航精度将不可接受，从而为主动的电磁频谱机动、干扰对抗和作战节奏控制提供科学支撑，实现了从“被动适应环境”到“主动塑造与利用环境”的转变。

27、第四，通过敏感性分析识别关键脆弱性，为装备研制与体系防护提供直接、高效的输入。本发明不仅评估失效，更进一步通过系统的敏感性分析功能，能够自动识别出对特定任务系统效能影响权重最高的关键脆弱性参数。这一技术效果具有极高的工程应用价值。对于装备研发方，可以明确新研系统在复杂电磁环境下必须重点加固和防护的设计指标；对于体系作战设计者，可以明确体系中哪些节点、哪些链路是电磁防护的重点，从而优化防护资源的配置，实现“以最小的成本代价，获取最大的体系抗电磁干扰韧性”。

28、第五，构建了标准化、可扩展的评估框架，具有良好的通用性与推广价值。本发明提出的“任务-环境-系统”耦合建模框架具有高度的结构化和模块化特征。参数化环境模型和失效机理链模型可以作为标准模块，针对新的任务（如电子侦察、协同打击）、新的装备（如新型雷达、数据链）或新的电磁威胁（如新型干扰机），只需更新或扩展相应的模型库和参数集，即可快速构建新的评估能力。这使得该方法不仅适用于海上协同场景，经过适配后，也可推广至空中、陆地等多域协同作战的电磁环境效应评估，具有良好的军事效益和广泛的适用前景。