基于“效率”的反艦導彈作戰效能評估方法

于德新，武志東，張 平

(海軍潛艇學院，青島 266042)

由于戰場環境的復雜性和不確定性，水面艦艇反艦作戰具有多變性和對抗性，反艦導彈的作戰效能評估問題正成為一個復雜的系統工程。由于在作戰仿真過程中，能夠對作戰過程進行多次仿真推演，因此，通常將反艦導彈對目標的毀傷概率或者在達成作戰任務的前提下需要消耗的導彈數量(即作戰成本)作為反艦導彈作戰效能的評估指標，雖然這種方法較為簡單，但是不可避免地損失了反艦導彈作戰過程的各種信息，難以較為綜合全面地對作戰效能進行評估。本文通過分析作戰過程中各種因素對反艦導彈作戰效能影響，逐步建立基于“效率”的作戰效能評估模型，最后實例分析其計算方法和步驟，旨在為反艦導彈作戰效能評估提供一種更加有效的途徑。

1 艦艇反艦作戰流程

水面艦艇作戰系統是由人、探測器材、指控系統和各型武器及發射裝置構成的有機整體［1］。依據功能，可將該作戰系統分成四個子系統:信息獲取系統、通信系統、指揮控制系統和火力打擊系統。其作戰過程為:目標搜索探測、跟蹤識別、威脅判斷、攻防決策、武器發射和規避機動等環節，如圖1 所示。

由圖1 可見，反艦作戰是一個由信息獲取、信息融合進行目標識別、威脅判斷和攻防決策、實施對目標艦艇攻擊和防御的過程。對水面艦艇作戰系統而言，系統輸入的是信息流，輸出的是能量流，信息流貫穿艦艇反艦作戰的全過程，引導能量流摧毀對方。從信息學的角度看，不管水面艦艇反艦作戰樣式如何演化，不管反艦作戰信息流向和信息網結構如何演化，其作戰過程中始終貫穿著一個基本的信息流程，即信息獲取、信息處理、信息利用、信息分發和信息反饋的過程，而信息在獲取、傳輸和處理過程中各種不確定性為水面艦艇反艦作戰效能的發揮帶來了極大地困擾，以下圍繞不確定性進行分析，以建立艦艇反艦作戰效能評估的“效率”指標模型。

圖1 艦艇反艦作戰流程

2 艦艇反艦作戰效能評估模型

艦艇反艦作戰的復雜性和不確定性是艦艇反艦作戰效能難以衡量的主要原因，通過分析艦艇反艦作戰流程，我們認為衡量艦艇反艦作戰的效能歸根結底就在于“效率”兩字，其根本出發點是不確定性，即減少目標的不確定性，提高我方的確定性?！靶А标P乎效果，其核心是信息，信息的不確定性減少必然導致作戰效果確定性的增大，從而提高戰果;“率”關乎艦艇作戰的反應速度，反應速度越快，則敵可能采取的應對必然不足，從而減少目標的不確定性，提高我方的作戰效能。在艦艇反艦作戰實際中，信息流的獲取和分析非常復雜和困難，因為難以獲取真實的目標信息進行解算和比較，而在仿真中由于能夠獲取仿真中的目標信息，因此可以獲得艦艇反艦作戰過程中的各種需要信息，例如目標的運動要素，反艦武器的射擊諸元等，這些信息都可以作為艦艇反艦作戰效能評估的有效和重要的指標，并且其顯然比單一的毀傷概率或者作戰成本指標顯得更為具體和豐富。

2.1 艦艇反艦作戰過程中的不確定性

2.1.1 作戰目標行動的不確定性

反艦作戰是一個不確定條件下的高度對抗的作戰過程。反艦作戰過程中，目標是智能體，能夠利用環境的有利條件，隱蔽自身，針對艦艇不同行動而采取不同的對抗措施，或者采取規避措施逃脫艦艇的跟蹤，或者采用魚雷或者導彈攻擊艦艇目標，甚至布設水雷阻滯艦艇的行動;當艦艇發起攻擊時，目標有可能進行機動規避，有可能施放干擾器材，甚至還有可能發射武器干擾艦艇的攻擊行動，目標作戰行動的不同，顯然會影響艦艇反艦作戰效能的高低，因此減少作戰目標行動的不確定性，就可以使艦艇有針對性地采取作戰措施，提高艦艇反艦作戰效能。實際上，作戰目標行動的不確定性本質是對目標作戰行動的理解和預測，是指揮員根據獲取的戰場方面信息，對目標意圖進行綜合判斷的問題。

2.1.2 作戰信息獲取和處理的不確定性

艦艇作戰系統是一個開放系統，系統發揮自身的功能主要靠從環境和其它系統交換信息、物質和能量。艦艇反艦作戰過程中，探測系統要發揮自身的功能，主要是從環境中獲取敵方目標的信息，隨后利用目標信息融合處理獲得武器發射可用的射擊諸元信息，在這個過程中，信息的不確定性越小，則艦艇作戰決策行動的把握越大，艦艇的作戰效能越高。由于在仿真中，對于每一次仿真運行，通常目標信息的真實值是可以獲得的，我們可以將其分解為信息準確性、信息相關性和信息完備性等幾個指標，提高信息不確定性衡量的可操作性。例如信息準確性就是指任務區域內戰場態勢感知和計算中目標要素屬性與真實目標要素屬性相吻合的程度，其包含了測量準確性指標、融合準確性指標和武器發控準確性指標，測量準確性是對艦艇作戰系統傳感器原始測量信息的準確性度量，融合準確性指標是艦艇指控系統對信息融合后準確性的度量，而武器發控準確性指標是艦艇武器射擊諸元的準確性度量，三者對于信息質量的度量都有十分重要的作用［2］。

2. 1. 3 作戰行動執行的不確定性

在實際的艦艇反艦作戰中，由于不可避免地受到環境因素、人員的訓練水平和人員心理因素等諸多因素的影響，作戰命令并不能得到完全有效的執行，受艦艇指揮員和操作員實際水平的影響，即使是艦艇執行同一反艦作戰任務，不同艦艇指揮員的戰術行動也會有所差異，而艦員執行命令的反應速度也會有所差異，這些都影響實際艦艇反艦作戰任務的完成。因此，艦艇反艦作戰行動的不確定性，可以用于表征艦艇的作戰水平的高低和作戰能力的大小。艦艇指揮員對面臨的各種情況進行準確的判斷，反應迅速，措施得當，各戰位的執行人員能根據命令迅速采取操作行動，則艦艇作戰行動的不確定性就越小，就能夠立即進入有序的狀態。否則，艦艇作戰行動的不確定性越大，作戰行動越無序，就有可能是指揮忙亂，艦員反應慢，操作不熟練，執行命令拖沓，遲遲不能按照指揮員的意愿進行機動和使用武器，降低了艦艇反艦作戰效能。

2.1.4 武器發射使用的不確定性

艦艇發射武器后，武器按照所設定的射擊諸元進行目標的搜索、發現和攻擊，由于武器裝備的性能以及環境的影響，例如陀螺導航精度隨時間的漂移和風、流等因素的影響，導致武器發射出去后會出現一定的航向散布和航程散布，影響武器搜索發現和攻擊目標的達成，武器發射出去后有可能發現目標并摧毀目標，也可能丟失目標;射擊諸元和作戰目標的行動措施也會影響到武器發射使用的不確定性，很明顯，射擊諸元要素解算越準確，武器發射使用的不確定性越小，則武器發射出去后毀傷目標，達到既定作戰效果的可能性越大，艦艇反艦作戰的效能越高。此外，艦艇反艦作戰中目標行動的不確定性和艦艇作戰過程中作戰信息融合處理的不確定性、作戰行動的不確定性與武器發射的不確定性并不是相互割裂獨立的，而是相互影響，并且人、環境和裝備的因素貫穿各種不確定性中間。

2.2 艦艇作戰反應時間

現代水面艦艇反艦作戰中，目標信息流經過艦載作戰系統中傳感器系統、指控系統、通信系統、武器系統的各個環節之間需要一定的時間，從而形成了艦艇反艦作戰的反應時間。反應時間過長，會引起作戰決策生成時刻決策效用的降低，影響到艦艇反艦作戰的效能。按照艦艇反艦作戰過程，艦艇反艦作戰反應時間可以分為以下幾部分:

發現時間Tf:水面艦艇通過傳感器發現目標或者上級目標指示獲得目標信息的時間。在編隊條件下，當編隊中任一個成員發現目標艦艇應當等同于整個編隊發現目標，這對于全體艦艇編隊成員而言無疑于擴大了探測范圍縮短了發現時間。

有效等待時間Tl:當艦艇所屬編隊發現目標艦艇后，必然充分利用編隊可共享的信息處理和決策生成資源，在編隊范圍內進行對目標運動要素解算、做出攻擊決策和分配攻擊任務，這些步驟構成了編隊有效等待過程。

攻擊準備時間Tb:當艦艇接受指揮艦的任務決策后，艦艇成員將進行反艦導彈武器備便，同時依據當前敵我態勢進行占位機動、火力分配和導彈航路規劃，這兩項工作可以并行完成，而總耗時就是編隊成員準備時間。

武器發射Ts:艦載反艦武器發射時間指從武器備便結束到武器發射所需時間。一般這個時間量比較小，主要涉及武器參數的裝定。

則艦艇反艦作戰反應時間為發現時間、有效等待時間、攻擊準備時間和反艦導彈發射時間之和，即

其中發現時間Tf是艦艇所屬編隊中各成員發現時間的最小值;有效等待時間Tl體現了艦艇編隊指揮決策的特點，編隊信息協作程度越高則編隊解算和生成攻擊決策的耗時就越少;準備攻擊時間Tb中的攻擊占位時間采用的是艦艇接近到反艦導彈武器有效射程的最短時間，對于武器發射后命中目標時間，其與武器裝備性能、武器彈道方式和發射前的作戰態勢有關，而與艦艇作戰系統不再關聯，因此無需計入。

2.3 艦艇反艦作戰效能評估的“效率”指標

以“效率”為核心的艦艇反艦作戰效能度量中，信息質量和反應時間是度量的兩方面，兩者都能從不同的角度反映艦艇反艦作戰效能的大小，很顯然信息質量越高，反應時間越短，則艦艇反艦作戰效能越高。但是信息質量與反應時間兩者之間卻不是相互獨立，而是緊密聯系，作戰反應時間的長短會影響信息質量的高低，以效率為核心衡量艦艇反艦作戰效能，就應該將這兩方面聯系起來，進行合理分析，其表達式如下:

其中Q 表示艦艇反艦作戰的信息質量，T 表示艦艇反艦作戰的反應時間。信息質量Q 可以按照上文，根據信息的準確性、完備性和相關性幾個方面進行綜合評估，反應時間按照公式(1)計算。度量所有信息的質量非常復雜，一個較為簡單的方法是取武器發射控制的信息準確性作為信息質量與反應時間進行比較。這是因為通常艦艇反艦作戰最為關心的就是反艦導彈發射后能否命中目標的問題，反艦導彈命中概率與射擊諸元、武器自身技術性能以及作戰環境有關，由于射擊諸元計算環節在指控系統要素解算之后和武器發射之前，因此取武器射擊諸元作為信息質量計算效率以衡量艦艇反艦作戰效能，能夠綜合考慮艦艇發現目標、攻擊目標的能力以及對目標毀傷能力的大小，并結合了作戰反應時間，易于判斷和掌握。

當艦艇通過信息融合處理得到目標艦艇要素后，可以根據反艦導彈型號和攻擊方式，進行反艦導彈發射前的射擊諸元解算，反艦導彈型號的選擇和攻擊方式的確定與當前的敵我態勢和戰場環境有關，簡化起見以前置點攻擊方法［3］作為反艦導彈攻擊方式，則反艦導彈發射航向HL和所需航程DL為:

其中VQ和HQ為目標的航速和航向;B 和D 分別為目標的方位和距離。由于反艦導彈的航程通常取武器極限射程，因此導彈武器的發射航向成為射擊諸元最為重要的指標，仿真中由于能夠獲取目標信息的真值參與評估運算，因此可以按照上式計算真實的武器射擊諸元值，從而較為便捷地評估武器射擊諸元信息的信息質量并計算效率值。

3 模型分析和計算

計算反艦導彈作戰效能指標通常采取以下步驟:

①開始采樣時刻T1

采樣的開始時刻取指控系統解算目標運動要素后且滿足武器發射條件的時刻，實際上只有此時才開始計算武器的射擊諸元，在不滿足武器發射條件之前的計算沒有意義。在到達開始采樣時間后，系統獲取武器射擊諸元信息(例如反艦導彈的射向、航程，通常取最為關鍵的射向)，并根據目標位置和運動要素的真值信息和艦艇的運動要素信息，計算理想的無偏差的武器射擊諸元，反應時間取武器發射之前的時間之和。

②結束采樣時刻T2

采樣的結束時刻取武器發射的時刻，武器發射出去后能否命中目標與射擊諸元和武器性能有關系，由于武器的戰技性能在艦艇反艦作戰時是無法控制的，能夠把握的只有根據武器戰技性能計算的武器射擊諸元，因此取武器發射時刻為采樣的結束時間。

③武器射擊諸元信息的質量Q

取采樣得到多個武器射擊諸元采樣值與真值進行比較，計算兩者的距離則信息質量為因此為了提高射擊諸元信息質量評估的準確性，應適當減小采樣時間間隔，以取得盡可能多的采樣信息進行比較。

④計算效率E

取反應時間為武器發射之前的時間之和，計算效率E=Q/T的大小。仿真從艦艇可以發射反艦導彈時刻起對射向要素進行采樣，獲得射向與真實射向的偏差，其中采樣間隔時間為30 秒，反艦導彈按前置點攻擊方法發射，圖2 對一定態勢下艦艇反艦作戰仿真中的導彈射向偏差的采樣進行了說明，可見反艦導彈射向的偏差隨著時間的增大而逐漸減小。

圖2 一次采樣中的射向誤差

圖2中的采樣點大約為10 個，采樣時間大約為600 秒，該時間持續較長，這是因為對艦艇反艦導彈發射進行了干預的緣故，實際中射向要素的采集時間可能很短，其時間大小與具體的仿真態勢有關，通?？梢詼p小采樣時間的間隔，或者對艦艇武器使用進行干預，以獲取需要的射向要素偏差，進而得到效率值。圖3是某一態勢下，按照不同的仿真次數，采樣獲得的武器射向誤差與時間的比較值，即效率值，并且對于效率值，作戰態勢的不同和艦艇反艦作戰行動方法的不同，都可能導致效率值的變化。通過多次仿真就可以建立艦艇反艦作戰的效率表，從而每次仿真結束后，都可以將此次仿真的效率與此前專家認可的戰法戰術下的反艦作戰仿真的效率值進行比較，以評估此次仿真的反艦導彈作戰效能和檢驗反艦戰法戰術的效能。較為理想的是通過多次仿真實驗建立艦艇反艦作戰效能的效率指標數據庫，得到不同作戰態勢、戰法戰術、環境和武器參數以及不同命中概率下的效率最小值、最大值和平均值，并將其作為閾值，通過與當前仿真效率指標的比對，評估當前仿真條件下的艦艇反艦作戰效能，甚至還可以在仿真進行時通過效率指標的比對預測此次仿真的戰果。

圖3 不同仿真次數下效率值

4 結束語

本文從艦艇反艦作戰的實際過程入手，建立了反艦導彈作戰效能評估的“效率”指標模型，給出了“效率”指標計算的使用方法并進行了仿真計算。由于“效率”指標不僅反映了信息的準確性即不確定性的大小，還反映了艦艇反艦作戰速度的快慢，因此本文所建立的“效率”指標不僅能讓人關注于作戰的結果，還可以讓人關注于作戰的過程，并能夠研究作戰環節或細節對整體作戰效能的影響，相對僅采用命中概率和作戰成本作為艦艇反艦作戰效能的傳統方法“效率”指標顯得更為科學，為艦艇反艦作戰仿真和實際中的效能評估提供了有益思路。

［1］譚安勝.水面艦艇編隊作戰運籌分析［M］.北京:國防工業出版社，2009.

［2］陳立新，殷興良，陳萬春. 網絡中心化作戰體系信息域效能分析［J］.系統工程與電子技術，2004，26(7):918 -920.

［3］趙正業，王冰.潛艇武器系統運用基礎理論［M］.北京:兵器工業出版社，2002.

［4］金斌，宋貴寶，袁洪武. 面向效能評估的反艦導彈作戰仿真模型框架［J］. 海軍航空工程學院學報，2011(4):453-456.