潛艇對水面艦艇威脅評估模型的設計思路

林宗祥, 孫永侃, 李雪飛

?

潛艇對水面艦艇威脅評估模型的設計思路

林宗祥, 孫永侃, 李雪飛

(海軍大連艦艇學院 科研部, 遼寧 大連, 116018)

為了提高水面艦艇反潛作戰指揮決策水平, 降低反潛過程中遭受敵潛艇反擊的可能性, 分析了潛艇對水面艦艇威脅評估的必要性, 給出了威脅評估的目的和原則, 提出了潛艇對水面艦艇威脅評估模型的設計思路,詳細論述了威脅評估結構和評估步驟, 并重點對攻擊意圖推理和攻擊能力評估2個子模型進行了深入探討, 為實現潛艇對水面艦艇威脅評估提供了參考。

水面艦艇; 潛艇; 威脅評估; 攻擊意圖; 攻擊能力

0 引言

隨著高新技術的發展及應用, 現代潛艇的綜合作戰能力有了巨大提高。具體表現為遠距離探測能力、遠距離攻擊能力、艇體機動能力以及作戰持久力。潛艇綜合作戰能力的提高對遂行反潛作戰的水面艦艇構成了嚴重威脅, 水面艦艇在對潛搜索、跟蹤和攻擊的整個反潛作戰過程中隨時可能遭到敵潛艇的攻擊。為此, 必須對潛艇的威脅程度進行評估, 以便為指揮員決策提供參考。

1 潛艇對水面艦艇威脅評估的必要性

1.1 應對潛艇先發制敵的需要

先發制敵一直是潛艇應對水面艦艇威脅的重要手段。因此, 在整個反潛作戰過程中, 水面艦艇如何避免遭到敵潛艇的攻擊是指揮員應考慮的重要問題之一。1944年6月6日, 日軍驅逐艦“水無月”號在6 n mile左右的距離發現美軍潛艇“哈德”號并高速駛向潛艇, “哈德”號立即高速下潛, 并左滿舵轉向。當日軍驅逐艦接近到0.55 n mile左右的距離時, “哈德”號艇尾齊射3條魚雷, 命中2條, 擊沉日軍“水無月”號驅逐艦[1]。可見, 潛艇在明確自身可能遭受水面艦艇攻擊時, 很可能會采取先發制敵的戰術搶先發射武器攻擊。如果不對潛艇的威脅進行評估而貿然接近敵潛艇, 水面艦艇很可能會遭到敵潛艇的反擊。現代潛艇的探測距離和攻擊距離都有了長足提高, 潛艇在遭受威脅時更加便于采取先發制敵的戰術, 因此, 潛艇對水面艦艇威脅評估的作用更為突出。

1.2 提高指揮決策水平的需要

水面艦艇反潛作戰是水面艦艇與潛艇長時間的對抗過程, 正確的決策是水面艦艇反潛作戰成功的關鍵。對潛艇的威脅進行評估可以促進指揮決策水平的提高。一方面, 對潛威脅評估有助于指揮員更加快速地感知戰場態勢, 提高指揮員指揮決策的及時性; 另一方面, 對潛威脅評估可以增強指揮員對戰場態勢的理解, 提高指揮員決策的正確性, 從而幫助指揮員更好地將信息優勢轉化為決策優勢?？傊? 對潛威脅評估可以幫助指揮員及時地做出正確的決策。

2 潛艇對水面艦艇威脅評估的目的和基本原則

2.1 潛艇對水面艦艇威脅評估的目的

威脅評估是根據敵我武器裝備性能、電子設備性能、敵我作戰條令和策略等, 綜合敵方的破壞能力、機動能力及行動意圖, 做出關于敵方殺傷能力及對我方威脅程度的定量評估, 或給出敵方威脅等級的度量[2]。威脅評估重在推理敵方的意圖和目的, 量化判斷敵方對我方的威脅程度。

潛艇對水面艦艇威脅評估與對空中目標的威脅評估的最終目的都是為指揮決策提供支持, 這是二者的共同點。二者的不同之處: 對空威脅評估的結果能夠為指揮決策提供直接的支持, 其威脅評估結果可以直接用于防空武器的目標指示和火力分配; 對潛威脅評估則更多的是作為對戰場態勢評估的一部分, 其對指揮決策的支持作用體現在可以提高指揮員對戰場態勢的感知和理解能力, 從而幫助指揮員及時準確地做出決策。

2.2 潛艇對水面艦艇威脅評估的基本準則

由于水下目標密度低, 目標信息的獲取時間長, 對潛威脅評估是一個隨著信息的獲取和確認持續深入的過程。結合水面艦艇反潛作戰的實際, 潛艇對水面艦艇威脅評估的基本準則如下。

1) 采用決策理論的悲觀準則進行評估, 從謹慎的角度出發, 對于未知和不確定的影響因素, 在評估過程中應以對我艦最不利的情況進行考慮, 即進行威脅評估時采用決策理論中的悲觀準則;

2) 評估結果應符合反潛作戰的一般原則和經驗;

3) 從滿足實戰需要的角度對威脅等級進行合理劃分, 例如, 威脅程度可分為強、中、弱3個等級或強、較強、中、較弱、弱5個等級等。

3 潛艇對水面艦艇威脅的評估結構和評估步驟

3.1 潛艇對水面艦艇威脅的評估結構

潛艇對水面艦艇威脅評估可以分為對潛艇的攻擊意圖推斷和攻擊能力評估兩個方面[3], 評估結構如圖1所示。首先, 根據目標信息, 利用潛艇攻擊意圖推理模型獲得潛艇的攻擊意圖; 其次, 根據目標信息推斷目標型號, 利用型號-攻擊能力數據庫匹配獲得潛艇的攻擊能力; 最后, 利用多屬性決策方法求得威脅評估結果。

圖1 潛艇對水面艦艇威脅評估結構

3.2 潛艇對水面艦艇威脅評估步驟

潛艇對水面艦艇威脅評估首先要確定評估模型需要的數據種類, 即模型的評價屬性; 其次是獲取各屬性的數據; 然后依據模型對這些屬性數據進行處理, 判斷潛艇的攻擊意圖、攻擊能力; 最后對威脅程度進行量化和排序。通常包括以下5個步驟[4]。

1) 確定各個功能模型的評價屬性

潛艇對水面艦艇威脅評估模型本身以及其子模型的建立, 首先必須確定各功能模型要采用哪些評價屬性數據作為模型的評估依據及輸入信息。這些評價屬性必須符合潛艇對水面艦艇威脅評估的基本準則需要, 且屬性值的獲取方式科學合理, 能滿足時效性要求。

2) 對評價屬性數據進行提取和規范

潛艇對水面艦艇威脅評估所需信息、數據來自戰場各個方面: 有上級通報的數據、有傳感器獲取的數據、也有指揮員的判斷決策信息等。這些信息和數據有確定的、也有不確定的; 有精確的、也有模糊的; 有經驗判斷的、也有嚴謹分析的。信息、數據格式也是多種多樣的: 有精確數值的、有模糊數的、有語言判斷的、有概率表示的等等。為了對這些信息、數據綜合利用, 首先必須對所有信息、數據的描述方式進行規范統一, 然后才能利用模型進行評估、判斷。

3) 推斷潛艇的攻擊意圖

潛艇的攻擊意圖是威脅評估的重要參考依據。在沒有通信偵察情報或其他人工情報、上級通報的情況下, 攻擊意圖主要根據潛艇的活動情況進行推理、判斷。對潛艇作戰意圖的推理、判斷可以從以下幾方面考慮: 敵潛艇的歷史航跡; 敵潛艇的現行運動狀態; 敵潛艇運動狀態的改變情況; 敵潛艇的作戰條令; 敵潛艇的通常戰術等。

4) 評估潛艇的攻擊能力

潛艇的攻擊能力與潛艇的型號密切相關。由于同一型號的潛艇在排水量、動力系統、探測系統、指控系統以及武器系統方面具有很大的相似性, 從而導致同一型號的潛艇在機動能力、探測能力、攻擊半徑以及戰斗持久力方面能力相當。這些能力很大程度上決定了潛艇的攻擊能力。此外, 潛艇攻擊前需要較長時間的占位機動, 潛艇占位能力也是構成攻擊能力的重要組成部分。

5) 確定威脅等級

威脅等級的確定基于對潛艇攻擊能力和作戰意圖的加權處理結果。確定威脅等級的關鍵是選擇適當的方法對潛艇攻擊能力評估結果和攻擊意圖的推斷結果進行集結。集結方法不同, 直接影響威脅評估等級。

4 潛艇攻擊意圖推理模型

潛艇作戰意圖是其主觀作戰目的和作戰期望, 難以直接觀測。但潛艇的作戰行動則是在作戰意圖指導下展開的一系列戰術動作, 是作戰意圖的實現手段。作戰行動的背后是作戰意圖驅動, 作戰行動隱含著作戰意圖。因此, 可通過對目標作戰行動的觀察推斷來判斷目標作戰意圖[5]。

4.1 潛艇攻擊意圖推理子模型

根據潛艇作戰行動特征, 能夠獲取的目標信息從難到易排序: 舷角、舷角變化率; 距離、距離變化率; 航向、航向變化率, 航速、航速變化率。其中, 類型信息需要根據對敵潛艇特性的分析獲得。這些信息可以劃分為以下幾個相對獨立的部分, 分別建立與目標意圖之間的推理模型。

1) 舷角變化——意圖推理模型

潛艇攻擊的有利陣位位于某一舷角范圍內。在不滿足魚雷攻擊條件時, 潛艇需要占領陣位。這一戰術行動必然引起潛艇所處舷角的變化。因此, 舷角的變化表征了敵潛艇對我艦的攻擊意圖。例如, 敵潛艇所處舷角從艦尾大舷角向正橫方向改變時, 如若這一變化由敵潛艇引起, 表明其可能在占領陣位試圖對我艦進行攻擊。

2) 距離變化——意圖推理模型

為滿足潛艇武器攻擊條件, 當敵我距離較遠時, 潛艇必須與我艦接近到武器射程內才能發起攻擊。因此, 敵我距離的變化可以表征潛艇的攻擊意圖。一般而言, 敵我距離變小, 則表明潛艇對我攻擊意圖強烈, 但距離變大不一定表明潛艇對我艦的攻擊意圖降低。

3) 航向——意圖推理模型

包括航向和航向變化率。潛艇航向是其戰術行動最重要的外在表現之一。假設潛艇當前航向為C, 潛艇占領有利陣位的航向為,D=|C-|。D越小或D逐漸變小, 表明潛艇攻擊意圖越強;D越大或D逐漸變大, 表明潛艇攻擊意圖越弱。

4.2 潛艇攻擊意圖的推理步驟

如圖2所示, 潛艇攻擊意圖推理步驟如下。

1) 獲取相對獨立特征推理信息。將探測信息按照相對獨立性劃分為距離、航向和舷角等, 分別建立相對獨立信息對潛艇攻擊意圖的推理模型?；诜礉撟鲬鸬膶嶋H, 建立相對獨立信息與潛艇攻擊意圖的推理模型, 主要有舷角變化——意圖推理模型、距離變化——意圖推理模型和航向——意圖推理模型。

2) 綜合信息, 推斷潛艇的攻擊意圖。根據各相對獨立信息與攻擊意圖的推理結果, 建立空襲目標攻擊意圖判斷多屬性決策模型。考慮到戰場環境復雜, 模型的輸入信息不能保證實時獲取, 多屬性決策模型應可以動態確定權重, 實現模型權重確定自動化調整功能。

圖2 潛艇攻擊意圖推理模型

5 潛艇攻擊能力評估模型

5.1 潛艇攻擊能力評估步驟

潛艇攻擊能力是以下幾種能力的綜合: 一是潛艇的探測能力, 主要與潛艇裝備的探測器材的性能相關; 二是潛艇的攻擊半徑, 由潛艇攜帶武器的性能決定; 三是潛艇的占位能力, 由潛艇機動能力和當前所處的陣位決定。當潛艇速度大于水面艦艇速度且續航能力滿足要求時, 理論上潛艇能夠占領任何陣位; 當潛艇速度小于水面艦艇速度時, 只有≤0+D時, 才有攻擊的可能性。其中:為潛艇所處目標舷角;0=arcsin(V/V)為潛艇攻擊臨界角,V為潛艇速度,V為水面艦艇速度;D=arcsin(射距/發現)為攻擊極限角,射距為魚雷射距,發現為潛艇發現水面艦艇的距離。

對于某一型號的潛艇而言, 其裝備的探測器材和攻擊武器都是固定的, 因而其探測能力、攻擊半徑和機動能力也是固定的。在某一具體態勢下, 其占位能力也是確定的?？梢? 潛艇型號和攻擊能力具有一對應的關系。對潛艇攻擊能力的評估可轉化為以下3個步驟進行。

1) 建立潛艇型號-攻擊能力的對應模型, 生成相應的數據庫;

2) 根據探測信息和戰場情況推斷潛艇型號;

3) 根據潛艇型號, 從潛艇型號-攻擊能力數據庫中提取攻擊能力的數據。

5.2 潛艇型號推理過程分析

潛艇型號推理是指根據已知信息推斷敵潛艇的型號。不同類型的潛艇由于采用的動力不同, 其機動性能以及能聲電磁特征等存在明顯不同。此外, 不同國家的潛艇活動海區具有相對確定性, 一個國家的潛艇一般在某些比較固定的區域活動。這些特征差異為潛艇型號推理提供了可能[6]。

潛艇型號推斷過程如圖3所示。首先, 將潛艇進行分類, 例如分為核動力潛艇、柴電動力潛艇兩大類等。然后根據提取的潛艇信號特征, 結合上級通報和海區環境, 推斷潛艇目標類型。之后, 根據潛艇目標類型、海區地理位置信息, 推斷潛艇國別。最后, 結合潛艇目標類型信息和國別信息, 推斷潛艇型號。

圖3 潛艇型號推斷過程

5.3 潛艇攻擊能力數據庫的建立

在一定的態勢下, 對于某一型號的潛艇, 其攻擊能力是確定的, 因此, 可以建立潛艇型號-攻擊能力數據庫。根據以上分析, 潛艇攻擊能力可以分解為3個方面, 即探測能力、占位能力和攻擊半徑。為此, 分別建立潛艇型號-探測能力推理、潛艇型號-攻擊半徑推理、潛艇型號-占位能力推理3個子模型, 然后根據多屬性決策原理, 選取適當的方法對3個子模型的推理結果進行集結, 求得潛艇的攻擊能力并存入數據庫中, 如圖4所示。

圖4 潛艇型號-攻擊能力數據庫的建立流程

6 結束語

潛艇對水面艦艇威脅評估是水面艦艇反潛作戰指揮輔助決策的重要內容, 評估結果可為指揮決策提供重要依據。根據反潛作戰的實際需求, 提出了潛艇對水面艦艇威脅評估模型的設計思路, 重點對潛艇的攻擊意圖推理模型和攻擊能力評估模型的建立進行了深入分析。下一步研究的重點是選擇合理的多屬性決策方法實現潛艇威脅評估模型及其攻擊意圖和攻擊能力評估子模型。

[1] 海軍潛艇學院. 潛艇襲擊水面戰斗艦艇編隊戰例選編[M]. 青島: 海軍潛艇學院, 1982.

[2] 陳東鋒, 雷英杰. 威脅評估中的一種直覺模糊推理方法[J]. 指揮控制與仿真, 2006, 28(4): 21-24. Chen Dong-feng, Lei Ying-jie. An Intuitionistic Fuzzy Inference Method for Threat Assessment[J]. Command Control & Simulation, 2006, 28(4): 21-24.

[3] 李進軍, 叢蓉, 熊吉光. 艦艇編隊對空中目標的威脅程度判斷模型[J]. 火力與指揮控制, 2005, 30(7): 31-35.Li Jin-jun, Cong Rong, Xiong Ji-guang. Analysis of the Threat Assessment Model of Aerial Targets of Warship Fleets [J]. Fire Control & Command Control, 2005, 30(7): 31-35.

[4] 徐澤水. 不確定多屬性決策方法及應用[M]. 北京: 清華大學出版社, 2004.

[5] 宋元, 章新華, 郭輝東. 空中目標戰術意圖層次推理框架及實現[J]. 情報指揮控制系統與仿真技術, 2005, 27(5): 63-66.Song Yuan, Zhang Xin-hua, Guo Hui-dong. Hierarchical Inference Frame and Realization of Air Target Tactical Intention[J]. Information Command Control System & Simulation Technolgy. 2005, 27(5): 63-66.

[6] 陳航, 李志舜, 梁紅. 水下目標分類專家系統的推理方法與實現[J]. 系統工程與電子技術, 2002, 2(42): 66-67, 72.Chen Hang, Li Zhi-Shun, Liang Hong. Inference Method and Realization of Underwater Target Classification Expert System[J]. Systems Engineering and Electronics, 2002, 2(42): 66-67, 72.

AnIdea of Designing a Submarine Threat Evaluation Model for Surface Vessels

LIN Zong-xiang, SUN Yong-kan, LI Xue-fei

(Scientific Research Department, Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China)

To improve decision-making ability of a surface vessel against a submarine, so as to decrease the counterattack possibility of the submarine in the process of antisubmarine warfare, the necessity of evaluation of submarine threat against surface vessel is analyzed, and the purpose and principle of the threat evaluation are discussed. An idea of designing a submarine threat evaluation model for surface vessels is put forward. The steps and architecture of the threat evaluation model are described in detail, and two main submodels, i.e. the attack intention inference model and the attack ability evaluation model, are discussed intensively. The idea may offer a reference for realizing submarine threat evaluation for surface vessels.

surface vessel; submarine; threat evaluation; attack intention; attack ability

E925.66

A

1673-1948(2012)04-0306-04

2012-03-21;

2012-04-10.

林宗祥(1984-), 男, 在讀博士, 研究方向為水面艦艇反潛作戰輔助決策.

(責任編輯: 許 妍)