新型作戰空間建模仿真實踐與體會

司光亞 胡曉峰 王艷正

(國防大學 信息作戰與指揮訓練教研部，北京100091)

1 引言

作戰空間就是作戰行動所涉及的空間范圍，也可以稱作戰域［1］。所謂新型作戰空間，是相對我軍以往傳統的陸戰、空戰、近海作戰等空間而言的，尤為強調戰略預警、軍事航天、防空反導、信息攻防、戰略投送、遠海防衛等新型作戰力量［2］行動重點涉及的太空、網絡電磁(簡稱網電)和遠海等空間。此外，由于現代戰爭無一例外地都將國家關鍵基礎設施納入了作戰視野，因此社會域也應是一類值得關注的新型作戰空間。對于這些新型作戰空間，由于缺乏實戰經驗，不足以支撐傳統的思辨性研究;影響巨大又不方便利用現實系統直接開展實驗研究，因此，建模仿真是更為可行的研究手段。近年來，筆者所在科研團隊在網電、太空、社會域等新型作戰空間建模仿真方面進行了一些實踐探索，獲得了一些研究體會。

2 新型作戰空間給建模仿真帶來新的挑戰

2.1 新型作戰空間是新生事物且不斷發展，認知還有待統一

任何建模仿真的前提和基礎，都是要了解建模對象的運作機理，新型作戰空間建模仿真同樣如此。網電、太空和社會域等之所以被稱為新型作戰空間，是因為它們最大的特點就是“新”，從客觀上講它們是不斷發展著的新生事物;從主觀上講人們對它們的認知還沒有穩定固化，甚至還存在不少誤區。為推動新型作戰空間建模仿真，首先應該在以下兩大方面形成相對科學的認知:①新型作戰空間自身的特點，包括各類新型作戰空間的構建要素、基本特征、運行規律等;②新型作戰空間對體系作戰能力的影響，涉及新型作戰空間與傳統作戰空間的關系，新型作戰力量在聯合作戰中的運用，以及新型作戰空間在體系作戰能力形成與發揮過程中的作用機理等。

2.2 傳統建模方法難以有效解決新型作戰空間建模面臨的難題

對于陸戰、空戰、海戰等作戰空間，傳統建模方法強調地形、地貌、大氣、洋流等物理環境的構建;強調外形、機動、火力、碰撞等物理屬性與行為的建模;強調以蘭徹斯特方程為代表的戰斗力損耗計算等。而新型作戰空間建模更關注大規模網絡環境、信息域以及域間甚至跨域的級聯效應等內容，對于新型作戰空間建模的新問題，傳統建模方法很難適用。

2.2.1 傳統自然環境建模方法無法體現新型作戰空間的信息網絡和體系對抗特征

以往針對陸、空、近海以及淺海等傳統作戰空間的環境建模方法，更多地強調地形、地貌、地物、大氣、天候、洋流、水深等自然環境實體的建模，關注環境實體模型對作戰實體模型的位置、機動、碰撞等物理屬性或行為的影響。而對于網電、太空等新型作戰空間來講，在環境建模方面表現出很多不同特征。比如，網電空間是一個由人造信息化實體構成的虛實結合的空間，信息以光速傳播，實體地理位置以及自然環境對網電對抗行為的影響日益降低。這些新問題傳統自然環境建模方法均無法解決。

2.2.2 傳統物理域建模方法無法描述新型作戰空間在信息域和認知域的作戰機理

傳統的陸戰、空戰、海戰武器平臺以及相應的火力、偵察、探測行為模型，無法刻畫類似于網絡病毒、臨近空間飛行器、空天飛機甚至是輿情傳播等發生在新型作戰空間中的新型作戰行動。比如僅僅在原有傳感器、干擾機、武器、通信設備等“構件”模型以及基于物質和能量交互計算的行動模型基礎上，通過“修改參數”也很難構建新型作戰空間“虛實結合”的實體模型以及自適應的對抗行為模型，很難描述已軟件化的網絡戰武器、各類信息化平臺系統以及感知、識別、判斷和指揮等認知行為。

2.2.3 傳統火力損耗建模方法無法刻畫新型作戰空間對體系作戰能力的核心作用

傳統陸、海、空武器裝備的作戰機理主要是火力毀傷，而新型作戰力量強調“網絡化”“聯合”“深入打擊”等作戰理念，突出“威懾”“拒止”“介入”“消除”等體系級作戰效果，其作戰目的是“毀體系重心、破體系短板”。這種作戰理念要達成的作戰效果僅用飛機、導彈、人的損耗是難以描述的。例如，基于信息網絡的反艦導彈打擊體系的效果不在于“命中概率”，而在于對敵方大型艦船“介入”行為的威脅效果;網絡武器的功效也不過多強調對物理域的毀傷，而更多的是針對對方信息的欺騙、控制、阻塞和利用等效果，因此需要新的作戰效果模型來刻畫新型作戰空間在體系層面上的能力。

3 新型作戰空間建模仿真實踐

長期以來，依托所承擔的多項國家和軍隊重大課題，我們從戰略戰役層面對網電空間、太空域和社會域等新型作戰空間的建模仿真進行了探索。下面結合實踐，介紹一下在這三類典型新型作戰空間建模仿真過程中遇到的突出問題、解決思路和經驗成果。

3.1 網電空間建模仿真

3.1.1 從聯合作戰角度思考對網電空間的新認知

網電空間是最新出現且最特殊的一類新型作戰空間，其首要問題是需要澄清較為常見的認識誤區，從聯合作戰角度思考并形成關于網電空間的新認知［3，4］。

(1)網電空間不是傳統作戰空間的簡單延展。網電空間依托電磁裝備，聯網生成，目的是人感和人控，是一個建立在物理空間之上，為認知服務的特殊空間。它不是陸、海、空、天物理空間的自然延伸，而是唯一“人造”且“人控”的空間，從其與物理空間以及認知空間之間的關系來看，網電空間主要功能是建立物理空間與認知空間聯系的第二橋梁。其中，物理空間描述應該包括各類裝備實體、環境實體等，是被感知的對象;認知空間主要對參與決策、論證或研究的人員的認知進行刻畫;而網電空間應重點對虛擬實體和虛擬實體與物理實體的關聯，以及對感知、判斷、決策等認知行動的影響進行描述。

(2)網電空間對抗不能等同于體系對抗中一般意義的作戰行動。不同于傳統火力戰和電子戰行動，網電空間對抗突出特征是“網”和“人”，即基于信息網絡和面向人的認知，是與信息網絡和人的認知密切相關的所有行為和過程，包括武器裝備、信息系統、代碼軟件等實體基于信息網絡的探測、傳輸、處理、分發、施效等行為以及影響人的感知、判斷、決策、指控等認知行為。此外，從戰爭角度講，網電空間對抗已超越單純的軍事領域，涉及與信息網絡基礎設施相關的所有領域，如電信網、物聯網、電力網等國家關鍵基礎設施。因此，網電空間對抗不是簡單的作戰行動，而是能直接影響體系本身甚至是人的認知的核心作戰行動，成為體系對抗的核心。

(3)網電空間的作戰效果更不能簡單地理解為體系某一局部或某一領域的簡單作用。網電空間在體系作戰能力形成和發揮過程中起核心和基礎作用，它是構成體系作戰能力的核心關鍵要素。因此，網電空間作用的發揮決定著體系作戰的整體能力，具有優勢的網電空間將使體系作戰能力及效能大幅提升，起“倍增器”作用;處于劣勢的網電空間可使體系整體能力成倍衰減甚至造成體系坍塌，是體系的“脆弱點”和“崩潰點”。因此，不應該僅僅將網電空間看作是整個體系的某一類要素，應該強化網電空間的作用就是體系作用，將網電空間影響的關注點放在反映體系網絡化結構基礎、網絡化交互過程以及網絡化級聯效應等體系作戰能力的整體性問題上。

3.1.2 網電空間戰場信息網絡建模

戰場信息網絡是聯合作戰背景下網電空間的結構基礎，而網電空間建模仿真的首要問題就是要構建戰場信息網絡模型。戰場信息網絡具有明顯的異構、大尺度、關聯復雜、動態自適應等復雜網絡特性，因此，我們重點探索了基于網絡之網絡理論的戰場信息網絡建模技術［5，6］。網絡之網絡的結構特點可歸納為以下三點:①由多類異質網絡組成的更大的網絡;②每類網絡具有特定任務使命和獨立運行規律;③異質網絡間存在相互依賴關系，即存在相依點或相依邊。通過對比以上特點，發現由通信網、指控網、傳感網、衛星網、計算機網等構成的相互關聯的戰場信息網絡，就是典型的網絡之網絡。基于網絡之網絡理論的戰場信息網絡建模技術重點解決兩個難題，即跨域、異質網絡的關聯依賴建模和網絡拓撲結構的動態演化建模，建模思路如下:

第一步:構建分層分類戰場信息網絡物理拓撲模型。為構建聯合作戰背景下的網電空間環境，首先要構建分層分類的戰場信息網絡物理拓撲模型，主要針對戰場通信網、指控網、傳感網以及計算機網等各類信息網絡，進一步區分骨干、分支，有線、無線，通信、指控、傳感探測、信息分發等不同類型，主要通過對網絡節點(細分通信實體、指控實體、傳感實體、衛星以及戰場計算機實體等)、各型鏈路、網絡協議、業務流量等信息網絡要素進行建模，得到網電空間戰場信息網絡物理拓撲模型。

第二步:構建戰場信息網絡網間、網際甚至跨域的關聯依賴模型。網電空間戰場信息網絡最大的結構特征是網絡化關聯，具有鏈路多網共用、節點多使命歸一(如特定節點既是通信網絡節點，又是戰場計算機網絡節點)等關聯關系，對應在模型上就是有相依點模型和相依邊模型。其中，相依點模型強調對網絡節點狀態依賴的描述;相依邊模型是關聯依賴模型的核心，指根據各類信息網絡內部、網絡之間以及不同域之間的各種依賴關系，抽象而成的特殊的鏈路模型，主要構建物理依賴、信息依賴和邏輯依賴等模型，比如用來描述戰場計算機網絡DDoS 攻擊產生的內部效應，以及其對整個通信網絡通信性能的影響，甚至是對指控網中指揮員認知產生的跨域關聯影響。

第三步:構建戰場信息網絡兩重動態演化模型。戰場信息網絡的動態演化，指的是由于網電空間信息網絡具有自適應性，其鏈接和關聯關系會隨時間在整個聯合作戰過程中發生演化，表現為在結構方面進行的自我調整。戰場信息網絡動態演化結構建模表現為兩個方面:①動態拓撲演化模型，即基于自適應規則的強連接動態性構建，主要構建了通信動態組網機制、指控關系自動接替機制、傳感自動補盲與交替跟蹤機制、衛星網接力機制等模型;②動態關聯演化模型，即弱關系方面的動態性構建，主要源于信息網絡內部或之間發生的各種動態交互，包括協作型、對抗型等交互類型。

3.1.3 新型網電實體以及自適應性網電對抗建模

網電空間中有大量以軟件形式存在且與物理實體關系密切的特殊實體，如戰場計算機網絡病毒、網電一體對抗系統等。與傳統物理實體相比，新型網電實體具有明顯的“虛實結合”結構特征以及更為智能的自適應性行為。而如何描述這些“虛實結合”的網電實體以及自適應行為是網電空間建模的又一大難題。為此，我們提出了虛實映射的網電實體建模方法以及基于規則的自適應性網電對抗行為建模方法。虛實映射的網電實體建模方法［7］，其主要思路是將網電實體模型分為實在模型和虛擬模型。實在模型依據網電實體的客觀存在構建，刻畫物理及能量參數，包括地理位置、自身狀態、幾何外形、機動特性、火力毀傷、物理通信等屬性;虛擬模型是在實在模型基礎上，通過抽象信息域和認知域屬性得到，刻畫網絡探測、感知、決策、控制以及消息、信道等屬性。在此基礎上，重點對實在模型和虛擬模型的映射關系進行建模，主要刻畫依存關系、隨動關系、制約及影響關系等。基于規則的自適應性網電對抗行為建模方法［6］，主要針對探測感知、網絡通信、信息欺騙以及網絡控制、阻塞和防御等網電對抗行為，從分析網電對抗行為的自適應性機理入手，抽象出響應、時序和觸發這三條自適應性行為的內在規則，并進行形式化描述，重點構建了基于規則的網電對抗臨機行為模型。

3.2 太空域建模仿真

太空域建模并不是新課題，目前有STK、SaVi和GaLiLEO 等專業的衛星仿真平臺［7］，同時在FLAMES、NETWARS 等軍用仿真系統中也有涉及。但是，這些建模仿真主要集中在衛星軌道計算分析、衛星通信網性能分析以及簡單的衛星行動仿真等方面，還無法解決聯合作戰層面太空域建模所關注的重點問題，包括大尺度空間信息環境描述以及聯合作戰中太空域相關的信息交互效果建模兩個內容。

3.2.1 大尺度空間信息環境描述

面向聯合作戰的太空信息環境主要描述衛星信息網絡、衛星節點、地面控制站節點和太空自然環境四部分內容。其中，衛星信息網絡主要描述涉及的衛星和地面控制站、鏈路以及信息交互內容與規則等組網信息;衛星節點則主要描述通信衛星、光學偵察衛星、電子偵察衛星、合成孔徑衛星、海洋監視衛星、導彈預警衛星、中繼衛星、干擾衛星等實體的核心參數信息;地面控制站節點描述信息處理節點、信息融合節點、衛星控制節點等實體的參數;太空自然環境描述光電環境、空間碎片、太陽光照環境、輻射環境等信息。

太空信息環境描述的主要目的是支撐面向聯合作戰的多維空間態勢表現，要讓指揮員能看得懂、看得清。面向戰略戰役兵棋演習需求，重點探索了針對天基信息支援體系信息支援行動的多維空間態勢建模仿真。演習過程中，以天基信息支援體系對作戰區域的過境覆蓋為重點，為支持多種表現樣式，通過二、三維顯示直觀地了解航天偵察力量的部署、分布，以及與演示時間同步顯示各方衛星在軌運行的情況，并表現各參演方天基信息支援體系的整體運行情況，也可以聚焦到某類、某顆衛星表現其工作運行情況;通過設置不同的空間環境、氣象和云圖等展示天基信息支援體系中各種類型偵察衛星在不同天氣、氣候條件下，晝夜之間偵察的效果及其差別;通過統計圖表了解各方天基信息支援體系的類型、構成和數量;通過空間態勢表現反映當前或未來參演各作戰方航天偵察的能力;支持多模式態勢控制機制，包括同步模式和異步模式的態勢控制機制。同步機制可以與演習時間同步反映天基信息支援體系對作戰區域偵察覆蓋的時變特性;異步模式可以回放過去時間或“預覽”未來時間內的天基信息支援體系的運行情況。

腦卒中患者一般首選CT平掃檢查，可除外腦出血，超急性期梗塞CT往往顯示陰性，CT平掃價值不大，臨床上CT平掃大片狀梗塞易診斷，而較多碰到的是單發或多發點、片狀及小圓形低密度灶，點狀影一般為擴大腦腔隙，小片狀及類圓形灶影大小在1.5cm左右，以腔隙性梗塞多見，這些低密度影可以是陳舊性梗塞灶，也可以是急性、亞急性期梗塞，或者合并存在，急性梗塞存在擴大、出血轉化，甚至腦疝可能，如何在CT平掃后能夠給予臨床提供急性梗塞診斷，引起臨床重視進行一定干預，有重要意義。

3.2.2 天基信息支援行動與信息交互效果建模

按照聯合作戰中天基信息支援的具體功能，對天基信息網絡進行抽象，主要描述衛星、地面控制站和嵌入導航、定位、偵察、通信等衛星使用模塊的聯合作戰平臺之間的各型信息鏈路模型，以及在這些網絡上產生、傳輸、處理的各類聯合作戰信息模型和相關網絡規則模型。在天基信息網絡建模基礎上，重點對信息支援行動和行動過程中產生的信息交互效果進行建模。為了支撐聯合作戰背景下戰略戰役兵棋演習，主要研究了衛星偵察預警行動、衛星通信行動、衛星導航定位行動以及相關的天基信息處理與融合模型構建的方法。在具體信息支援行動與信息交互建模過程中，借鑒已有的成熟衛星軌道計算模型和空間自然環境仿真基礎，重點研究了基于規則的天基信息支援行動建模以及天基信息支援行動與聯合作戰行動間的信息交互計算，比如衛星網偵察預警信息產生的時機、信息傳輸和處理的機制、聯合作戰行動對衛星預警信息的依賴條件、關鍵預警信息對聯合作戰態勢的影響等。

3.3 社會域建模仿真

現代戰爭已從國家間軍事力量的對抗轉變為整個國家綜合實力的較量，包括政治、軍事、經濟、文化、外交等多個方面。因此，現代戰爭的研究也要跳出單純的軍事視角，進行全方位的綜合研究。這就要求建模仿真從軍事域拓展到包含政治、經濟、文化等領域的社會域。社會域建模仿真就是解決這個問題的一條有效途徑，相關研究主要集中在關鍵基礎設施建模和社會群體行為建模兩方面。

3.3.1 國家關鍵基礎設施建模仿真

國家關鍵基礎設施是戰爭潛力目標體系的重要組成部分，是支撐和穩定戰爭體系的重要基礎。對這些目標實施打擊，將可能達到癱瘓或削弱敵戰爭潛力，破壞其持續作戰能力，摧毀其民眾戰爭意志和凝聚力的目的。基于對國家關鍵基礎設施重要性的認識，我們以戰略戰役兵棋演習中目標體系建模研究為牽引，針對電力網［8，9］、通信網［10］、交通網［11］、天然氣管網四類國家關鍵基礎設施，重點研究了國家關鍵基礎設施構建，主要表現國家關鍵基礎設施的復雜行為特征(如自適應性、級聯效應等)和宏觀整體特性(如魯棒性、脆弱性)，以反映國家關鍵基礎設施對聯合作戰的影響效果。借鑒網絡之網絡理論，基于關聯依賴構建國家關鍵基礎設施網絡模型。其中，電力網CPS 關聯建模，分別構建了電力物理設施網絡和考慮人的因素的電力監控網絡，在此基礎上進一步對物理依賴、信息依賴和認知依賴進行了建模，能夠仿真描述電力物理設施毀壞或監控網絡失效后，電力網絡的級聯失效現象;同時，對電力網、交通網、通信網和天然氣管網四類網絡間的關聯依賴進行了詳細建模，并重點研究了四類網絡間的基本故障傳播動力學特征和傳播機制，網絡拓撲結構對連鎖故障傳播的影響作用，網絡節點和鏈路的動態Agent 模型表示和連鎖故障的傳播機制，以及局部擾動在整個網絡體系的跨層次級聯傳播算法等內容。

3.3.2 社會群體行為建模仿真

4 幾點體會

4.1 網絡化的空間環境建模是新型作戰空間建模仿真的基礎

信息網絡是新型作戰空間的模型基礎，信息網絡之間又有相互的關聯依賴關系模型，因此，這種網絡化的空間環境建模成了新型作戰空間建模仿真的基礎。之所以說是新型作戰空間的建模，是因為在建模仿真過程中強調的是空間環境的建模，而非單純的新型作戰力量及作戰行動建模。面向聯合作戰仿真需求，網絡化的空間環境建模是首要基礎，其核心就是相互關聯的信息網絡環境建模，包括通信網絡、指控網絡、傳感網絡、戰場計算機網絡甚至是社會域國家關鍵基礎設施網絡，以及網絡間由依賴關系構建的關聯網絡等網絡之網絡模型。這樣的網絡化空間環境模型能夠反映戰爭復雜系統的自適應性、關聯性和涌現性等本質特征，同時還可以揭示信息化條件下聯合作戰中的跨域聯合、級聯失效、體系癱瘓等特殊現象和機理。

4.2 信息域的實體和行為建模是新型作戰空間建模仿真的關鍵

傳統作戰空間強調對飛機、大炮等物理實體以及火力戰行動的建模，而對于網電、太空等新型作戰空間來講，主要關注計算機病毒、信息指揮系統、天基信息支援平臺等信息化程度更高的新型實體。相對于飛機、大炮而言，這些實體以及實體行為有更多的信息域屬性特征，需要重點考慮對它們的信息域能力和行為進行建模，而這些信息域建模要素正是新型作戰空間建模的關鍵，體現新型作戰空間的本質特征。新型作戰空間信息域實體與行為建模，要劃分好建模邊界，即首先確定信息域的建模要素，應該包括通信、指控、導航、傳感與探測等內容，以信息產生、傳輸、處理等能力和行為建模為重點;同時，要處理好與物理域模型的關系。重視信息域建模并非不考慮與物理域模型的關系，應基于已有的物理域模型，建立信息域實體模型相對于物理域實體模型的依存、隨動等關聯關系模型，以及物理域模型相對于信息域模型的行為依賴模型，這樣構建出來的模型可以反映出體系對抗所具有的物理依賴和信息驅動等跨域聯合的作戰特點。

4.3 體系化的戰爭綜合效果建模是新型作戰空間建模仿真的目標

新型作戰空間建模仿真的目的不是為了構建非常逼真的戰場網絡環境模型以及新型作戰行動模型，而是以戰略戰役指揮訓練為目的，將體系化的戰爭綜合效果作為建模目標。體系化的戰爭綜合效果建模更多地體現在兩個方面:①在模型粒度上，應在戰略戰役指揮訓練層次而非戰術和技術層面，對新型作戰空間的實體和行為進行適度抽象，多選取關鍵性實體、指標性屬性和重要行動環節等建模要素;②在交互效果計算方面，盡量回避同一層次的實體交互計算，多采用網間交互甚至是跨域交互來描述作戰效果，比如，有時可以回避病毒造成的戰場計算機網絡局部阻塞效應，而直接計算由病毒發作間接影響的指揮員認知層面的體驗效果。

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