反導裝備體系作戰網絡建模方法研究

蘆　荻

（92941部隊96分隊）

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反導裝備體系作戰網絡建模方法研究

蘆荻

（92941部隊96分隊）

摘要：針對反導作戰過程中反導裝備體系結構網絡化的特征，為了客觀地將反導裝備之間的相互作用關系反映在體系結構建模和能力評估中，基于作戰環的思想建立反導裝備體系作戰網絡模型。

關鍵詞：反導裝備體系；作戰網絡；反導作戰環

0　引言

信息技術的發展使反導裝備之間以一種更加緊密的方式關聯起來，體系特征越發明顯，信息在反導過程中的作用凸顯出來。對于信息化戰爭而言，決定其成敗不止是個別裝備性能的高低，關鍵在于裝備間的協同配合關系，即能否通過系統互聯、信息互通和互操作性將體系的整體能力最大化。反導裝備體系是指面向反導戰略使命，按照建設現代化軍隊、適應新時代戰爭樣式的需求，由多種功能的反導裝備（平臺或系統）通過彼此之間的相互關聯和作用關系結合在一起構成的具有一定層次結構且能夠對來襲導彈進行有效攔截的系統。它不同于普通的系統，而是結構和功能更加復雜的巨系統[1]。

以往對裝備體系的研究是基于美軍所提出的DoDAF體系結構框架[2]，在系統開發方法論的指導下確定體系結構設計流程，據此設計開發出支撐、驗證和應用體系結構建模框架以及體系結構建模方法的軟件工具[1]。然而，隨著對反導裝備體系認識的不斷深入，以往的建模方法已經無法滿足體系研究的需求，定量的研究方法因其科學性和合理性得到更多人的認同。同時，網絡科學的興起和發展為反導裝備體系的研究注入了新的活力，引起了相關研究人員的注意。文獻[3]和[4]中，Jeffery R.Cares運用復雜網絡理論建立了信息時代交戰模型，把戰場中的作戰裝備分類描述成網絡節點，將裝備之間的相互作用關系作為網絡的邊，從而將交戰過程描述為網絡模型，并詳細討論了其結構特征和動態演化方式，提出了基于Agent的建模方法來驗證該模型。文獻[5]-[7]將復雜網絡理論用于體系對抗仿真中，模擬作戰中反導裝備的關系，制定網絡模型生成規則，建立了仿真分析模型，賦予了網絡評價指標在軍事領域的意義，基于此開展了體系評估的一系列研究工作。

基于反導作戰過程，本文研究反導裝備體系作戰網絡建模方法，面向作戰使命，建立反導作戰網絡模型，對各類反導裝備及其之間的協同關系進行定性與定量相結合的描述。

1　反導裝備體系作戰網絡建模

1.1反導作戰網絡

首先，我們對反導作戰網絡給出定義：

定義反導作戰網絡（Missile Defense Operation Network，ON）

面向反導戰略使命任務，考慮相應的敵方導彈群體，為了對這些敵方導彈進行有效攔截，反導裝備體系中各裝備實體之間通過預警、通信、指控、攔截等單向關系，從而將整個反導裝備體系連接成一個網絡，我們稱之為反導作戰網絡。

根據網絡科學的基本理論，構成網絡的最基本要素是節點和邊。作戰網絡是基于反導裝備體系和敵方導彈所抽象出來的網絡，因此我們要對其中各要素進行抽象描述和定義才能得到作戰網絡的節點和邊。

反導作戰網絡的節點：在構建反導作戰網絡的過程中，我們將敵方導彈和反導裝備體系中能夠獨立完成作戰活動的作戰實體（包括反導裝備單元、平臺或者系統）抽象為該網絡的節點。

反導作戰網絡的邊：為了對敵方導彈進行有效攔截，反導裝備體系中的各作戰實體之間由信息流（有時是物質或者能量流，如目標攔截）牽引形成的作戰活動可以抽象成為一條單向邊。例如，預警衛星將所預警到的敵方導彈信息傳輸給反導指控平臺，就是一個由信息流牽引的作戰活動，可以抽象為一條由預警衛星指向反導指控平臺的單向邊。

1.2作戰網絡節點的建模

反導裝備體系作戰網絡由大規模的傳感、作戰、指揮、火力等裝備單元經由各種有線或者無線連接形成。在作戰過程中，能夠保證一次作戰活動有效完成的是各裝備實體及其之間的物質、能量或者信息流的形成，這些裝備實體可能是裝備單元、平臺或者系統。因此，在構建作戰網絡時，首先要將這種裝備實體作為反導作戰網絡中的節點進行建模，如表1所示。

表1　裝備實體分類表

考慮到，作戰網絡建模方法較以往樹狀指標體系建模方法而言，其優勢在于體現了反導裝備在完成各作戰活動時彼此之間的相互作用關系。這里對于作戰網絡節點的建模就必須分析各節點在與其他節點之間完成物質、能量或信息流的時候，有哪些相關的裝備指標對這個過程產生影響。值得注意的是，裝備節點的一個指標可能影響該節點的多項能力，如預警裝備節點的最大探測距離對預警裝備節點的識別、跟蹤及搜索能力都有影響。同一個裝備在完成不同的作戰活動時所發揮的能力也不同，如預警類節點S在對目標進行探測和信息上傳時，所考慮的能力分別是搜索能力和通信能力。分別對作戰網絡中四類節點的指標分解建模過程進行說明，如圖1所示。

圖1　反導作戰網絡中四類節點“能力—指標”分解

另外，敵方導彈節點作為作戰網絡節點的一部分，也要考慮其具備的相關指標以對抗反導裝備體系對它采取的作戰活動。

1.3作戰網絡的邊建模

根據作戰網絡中邊代表的主要作戰活動，可以分為以下四類進行分析：

（1）通信邊

通信邊是由具有相互通信能力的兩個裝備節點傳遞信息（如預警衛星將探測到的敵方來襲導彈信息傳達給指控中心）所形成的作戰活動抽象形成的邊，可以建模表示為式（1）。根據節點指標的描述，影響通信能力強弱的主要因素可以用這兩個節點的相應指標來定量描述，分別為通信連接性、通信速率、通信質量、通信容量和通信延遲：

（2）預警邊

預警是發現、跟蹤和識別目標的過程。因此，對預警邊建模表達式為式（3），分別考慮這條邊所代表的作戰活動進行發現、跟蹤和識別目標的能力，即和：

（3）信息處理邊

在實際的作戰過程中，指揮控制類節點根據從預警類節點處獲取的目標信息進行指揮決策，有時還包含了對信息處理過程，這一類邊我們按照其特點將其稱為信息處理邊。在相應的作戰活動中，主要影響因素就是信息處理能力的相關指標，即精確度、吞吐率和響應時間。基于這些指標，我們對作戰網絡中的信息處理邊進行建模表示：

（4）攔截邊

攔截邊是裝備節點對敵方導彈進行火力攔截的作戰活動而抽象形成的網絡邊。攔截邊的形式化建模為式（6），其作戰能力主要考慮命中能力、單發殺傷概率（SSPK）：

1.4基于作戰環的反導作戰網絡建模流程

基于已有的作戰環概念[8]，首先我們給出反導作戰環的定義：

定義反導作戰環（Anti-Missile Operation Loops，AMOL）

為了對來襲的敵方導彈進行攔截，由反導裝備體系中預警裝備、指控裝備和攔截武器發揮各自功能，完成預警、信息處理和傳輸、指控和攔截這一系列作戰活動而形成的循環稱為反導作戰環。在反導作戰網絡中，作戰環就是反導裝備體系中的節點與敵方導彈節點通過作戰活動所抽象成的邊連接形成的閉合回路[8]。

基于反導作戰環的概念對裝備體系進行作戰網絡建模的流程如下：

步驟1:確定敵方導彈為目標：對未來戰場的使命任務分析，確定來襲敵方目標，所有的來襲目標導彈節點構成敵方目標集合。

步驟2:網絡節點建模：以敵方導彈集合為中心，對軍隊現有的、在研、預研的反導裝備進行分析找出相關的反導裝備集合，對裝備進行抽象建模，提取裝備單元所具有的指標。

步驟3:網絡邊建模：確定裝備節點之后，分析裝備節點間物質、能量或信息流的流向，作為作戰網絡中的連接邊，根據裝備指標對反導裝備體系作戰網絡邊進行建模描述。

步驟4:作戰網絡模型構建：根據節點和邊的模型，找到所有能夠構成的作戰環，這些作戰環交織在一起，將反導裝備體系及需要攔截的敵方目標導彈集合構成一個反導作戰網絡模型。

2　結語

本文采用基于網絡的思想，將目標導彈及裝備體系中的武器裝備（平臺或系統）抽象成網絡中的節點，將反導作戰過程中的作戰活動抽象描述成網絡中的邊，通過反導作戰環的思想，將反導裝備體系構建成一個包含敵方導彈集合的反導作戰網絡。在此基礎上，可以更深入地開展對反導作戰網絡中節點和邊的進一步建模，并提出基于這種模型上的體系評價方法，從而不斷完善對于反導裝備體系的研究。

參考文獻：

[1]舒宇.基于效能需求的反導裝備體系結構建模方法與應用研究[D].長沙:國防科學技術大學博士論文,2009.

[2]DoD Architecture Working Group. DoD Architecture Framework Version2.0 Volume 1: Introduction, Overview, and Concepts[R]. Washington: US DoD Chief Information Officer, 2009.

[3]Jeffrey R. Cares. An Information Age Combat Model [M]，2004: 85-90.

[4]Jeffrey R. Cares. Distributed Networked Operations: The Foundations of Network Centric Warfare[M]，2005: 63-69.

[5]李進軍.基于復雜網絡理論的體系作戰結構分析模型與方法[J].系統仿真學報, 2008.

[6]胡曉峰，李志強，賀筱媛，徐旭林.復雜網絡:戰爭復雜系統建模仿真新途徑[J].裝備學院學報, 2009.

[7]金偉新.體系對抗復雜網絡建模與仿真[M]，2010.

[8]譚躍進，張小可，楊克巍.武器裝備體系網絡化描述與建模方法研究[J].系統管理雜志，2012.

蘆荻（1983-），黑齊齊哈爾人，本科，助理工程師，測控專業

Research on Anti-Missile Armament System-of-Systems Operation Network Modeling

LU Di

Abstract：Considering the network characteristics of Armament System-of-Systems Architecture，the models of operation networks are built up based on the thought of operation loops so as to objectively reflect the interactions between armaments in the process of architecture modeling and capability evaluation.

Keywords：Anti-Missile Armament System-of-Systems; Operation Networks; Anti-Missile Operation Loops

收稿日期：2016-01-15修稿日期：2016-02-25

作者簡介：

文章編號：1007-1423（2016）09-0013-05

DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2016.09.003