海上編隊協同作戰規則推理技術研究?

胡 詩 毛 杰（.武漢市藏龍北路號武漢43005）（.997部隊北京0400）

海上編隊協同作戰規則推理技術研究?

胡 詩1毛 杰2
（1.武漢市藏龍北路1號武漢430205）（2.91917部隊北京102400）

為促進水面艦艇編隊的有效協同，充分發揮艦艇編隊整體作戰效能，以適應信息化時代不斷改變與難以預測的復雜戰場環境，針對艦艇編隊協同作戰決策問題的復雜性，提出基于作戰規則和模糊推理的協同作戰自主決策方法，解決編隊各作戰平臺自主協同、動態協同等方面的問題。

協同作戰；作戰規則；模糊推理

Class Num ber TN97

1 引言

未來海上作戰，主宰戰爭勝負的不再是單個艦艇，而是海上編隊及編隊與其他兵種的協同作戰能力。編隊協同作戰系統是一個復合系統，隨著作戰節奏的不斷加快，戰場情況的難以預測性和不確定性程度的提高，使得戰前作戰協同計劃的落實變得越來越困難，編隊作戰協同的難度也隨之提高［1］。因此，編隊協同作戰系統必須滿足能夠根據戰場情況的變化，實時、自主的調整部署和采取相應行動的新需求，以適應戰爭形態的需要。

針對戰場態勢高度變化的信息化戰場條件下編隊協同作戰的需求，本文基于作戰規則、模糊推理等技術，建立統一的編隊作戰規則數字化表示方法，構建基于實時戰場態勢的編隊作戰規則模糊推理機制，解決編隊作戰平臺自主協同、動態協同等方面的問題。

2 編隊協同作戰系統分析

2.1 編隊作戰協同原則

編隊作戰協同包括作戰行動的協同、作戰空間的協同、兵力構成的協同和戰法的協同等。作戰行動的協同是指海上戰斗進攻和防御一體；作戰空間的協同包括空中、水面、水下和陸上等多維的作戰空間；兵力構成的協同包括海軍兵種內部、編隊內部、兵種之間和軍種之間戰斗力量的協同；戰法的協同包括不同戰法之間的協調配合。所以，編隊作戰協同是編隊與參加海上協同作戰的戰術單元以及編隊內部各兵力單元之間，為達成同一戰斗目的，在統一指揮下，運用協同手段達成的有序的協調和配合［2］。基于對編隊協同系統協調的內涵、特征和協同度的分析，編隊作戰協同應遵循如下原則。

2.1.1 整體協同

在編隊協同作戰時，著眼于總的作戰目標，對參加協同的各戰術單元進行全局性、全方位和全過程的協同。從全局上對編隊作戰協同進行計劃、組織、協調與控制，使編隊協同系統內各戰術單元達成空間、時間、時空、功能上的有序，形成整體合力。

2.1.2 重點協同

在組織編隊作戰協同時，明確協同關系，突出協同重點，重點協同強調的是在決定性的時間和地點最大限度地發揮整體作戰威力，并且重點隨作戰進程適時調整，根據不同的階段、不同的時間、地點和敵情而變化，隨著作戰進程的發展而發展，根據作戰重點優化協同方案。

2.1.3 主動協同

主動協同是指編隊協同系統內各戰術單元主動配合，依據協同目標，相互支援。主動協同強調的是系統的自組織性，但是仍然是以協同計劃為依據，在統一的協同目標下，根據戰場態勢實際情況充分發揮各戰術單元的主觀能動性，并且依靠戰術單元之間實時信息共享，實現行動上的實時協調。

2.1.4 動態協同

在敵我對抗條件下的作戰協同，敵我態勢和作戰行動處于高度的變化之中，必須及時調整協同方式，使實際協同與協同計劃保持動態一致。當戰場態勢發生局部變化時，應在預先協同計劃的基礎上，對各戰術單元的狀態做出相應的調整，保持協同的有序性；當戰場情況發生重大變化時，要以協同計劃為基礎，迅速地組織臨機協同。

2.2 編隊作戰協同模式

根據系統學的觀點，編隊作戰協同是一種“他組織”與“自組織”的統一體。他組織是指在作戰過程中編隊內各兵力單元在編隊指揮員（或上級指揮員）的命令下按照完全確定的方式行動，達到行動的協調統一；自組織是指編隊協同系統在沒有外部命令的情況下，依靠編隊協同系統內各戰術單元的主動和動態協同，保持編隊的聯合作戰。因此，可以將編隊作戰協同劃分為程式化和非程式化兩種協同模式。

2.2.1 程式化協同模式

程式化協同模式強調“他組織”，是指按照預先的協同方案，有規律的協同作戰。按計劃協同與臨機協同，本質上都是“他組織”，是典型的程式化協同模式，然而，隨著戰場信息化程度的不斷提升，戰場透明度不斷提高，作戰節奏不斷加快，使得作戰協同計劃的落實變得越來越困難，各戰術單元不可能再嚴格按照戰前制定的協同計劃和程序行事，而需要根據戰場情況的變化，實時、自主地調整部署和采取相應的行動。

2.2.2 非程式化協同模式

非程式化協同模式強調“他組織”與“自組織”的有機結合，是指編隊協同系統內各戰術單元之間，依托協同計劃，根據戰場態勢的演化，通過自組織達成有效的信息協調，實現行動協同的協同方式，是信息化條件下的主要協同模式。非程式化協同模式主要可以分為互動式協同、默契協同和基于狀態的協同三種方式。

1）互動式協同

互動式協同是指編隊協同系統內各戰術單元之間，為了達成同一作戰目標，依據協同計劃，在有效信息溝通的情況下，為適應戰場態勢的演化通過自組織而達成的協調和配合。該方式強調協同內部各戰術單元間的協作關系，淡化隸屬關系。

2）默契協同

默契協同是指編隊協同系統內各戰術單元內部各兵力單元之間，在不完全信息溝通的情況下，為適應戰場環境演變通過自組織而達成的行動協調。

3）基于狀態的協同

基于狀態的協同是指，編隊協同系統內各戰術單元或戰術單元內各兵力單元之間，為了達成同一作戰目標，在作戰進程中根據不同時刻系統的要求，依據協同計劃，主動調整狀態空間參數，通過自組織而達成的協調和配合。

2.3 編隊協同作戰決策規則

為了提高水面艦艇編隊應對戰場態勢變化和自組織協同作戰的能力，本文基于作戰規則、模糊推理等技術，通過提取、規范和學習作戰規則，建立統一的編隊作戰規則數字化表示方法，構建基于實時戰場態勢的編隊作戰規則模糊推理機，解決復雜戰場環境下保持編隊作戰行動協調有序的問題。

3 編隊協同作戰規則庫構建

3.1 規則表示方法

在編隊主動協同、動態協同系統中，一組合理的規則表示方法必不可少。本文采用面向對象的知識表示方法［3］，按照編隊作戰平臺類型和作戰任務分別建立類知識描述對象，采用以下六元組表示作戰規則：

<標識，屬性集，關系集，觸發條件集，方法集，規則集>

其中，屬性集包括屬性名、類型、值，由我方兵力和目標的基本信息、運動要素、任務要素等組成；

關系集包括關系名、類型、表達式，由我方編隊指揮關系和協同關系組成；

觸發條件集建立在方法集和規則集基礎上，由條件名、條件描述、條件類型、觸發規則等組成，包括我方兵力狀態、敵方機動情況、通信條件、氣象和海況條件等；

方法集和規則集描述動態知識，它們是建立在模型庫、規則庫之上的有限集合，表示滿足觸發條件集的方法和規則組合。

3.2 作戰規則文件模型

建立規則文件模型以指導規則語言的定義，此規則文件模型是通過定義規則文件的文檔規范來實現，所定義的文檔滿足W 3C標準，如圖1所示。

作戰規則文件規范定義了規則文件應該具有的元素：規范、規則集、規則頭、規則屬性、規則體（規則的條件和動作）等，規則各個部分的定義都必須嚴格遵循這個規范。這樣由規則引擎解析的規則文件可保證所有的數據操作的定義都是有效的。

3.3 規則庫構建

編隊作戰規則知識庫是基于編隊協同作戰的需求而建立的形式化的編隊及平臺作戰規則庫的集合，其分類及構成如圖2所示。

4 編隊協同作戰規則推理機設計

4.1 總體框架設計

編隊協同作戰推理總體框架由態勢感知接口、態勢信息存儲器、決策推理機、規則庫、模塊庫、綜合數據庫、事實庫組成，如圖3所示。

其中規則庫中存放一組對作戰規則的一般描述，全局數據庫和事實庫包括初始任務計劃數據、兵力狀態、通信狀態、敵方情況、武器狀態以及規則推理的中間狀態、最后結果等，其內容動態變化，是實時反映系統狀態的事實數據。

決策推理機是總體框架的核心部件，其依據規則庫、模型庫、綜合數據庫和事實庫進行自動推理，輸出與當前態勢相匹配的決策結果，可接受人工干預命令。

4.2 模糊分類方法

在編隊作戰過程，可能面臨同一種戰場態勢，由于作戰任務的不同或者編隊實時作戰能力和作戰資源的不同而匹配多個作戰方案，這種戰場態勢、作戰資源和作戰能力與作戰行動方案之間的不確定性，給推理帶來了困難，模糊分類方法為此提供了解決途徑。下面以編隊戰場態勢分析為例說明其基本過程。

1）建立一組標準樣本｛Si｝，i=1，2，…，n；

2）計算一組實際態勢描述數據T與標準樣本｛Si｝的貼近度｛N（Si，T）｝，其中N（Si，T）的大小反映了實際態勢描述數據與第i組樣本的接近程度，而

Max｛N（S1，T），N（S2，T），…，N（Sn，T）｝

則反映了實際態勢描述數據與標準樣本中哪一組最接近，并把其歸入這一類；

3）選取態勢譜型中關鍵參數的標準化值作為特征值，并將譜圖分為小于正常威脅，正常威脅和大于正常威脅三個區間，設小于正常威脅區間最大幅值的比例為A，正常威脅區間最大幅值的比例為R，大于正常威脅區間最大幅值的比例為S，MA，MR，MS分別為三個區間中的最大值。

4.3 模型樣本的建立

由于編隊作戰行動計劃受到多種因素的影響，在采用模糊技術建立樣本時，應對各相關因素做綜合分析和處理。

1）行動計劃類型集。在編隊行動計劃生成方法中，行動計劃種類組成的集合用大寫字母A表示，即：A=｛a1，a2，…，am｝；

2）權重集。編隊不同的作戰行動計劃在面臨不同的任務背景時其重要程度不盡相同，對起關鍵作用的行動計劃應特別重視。為了說明各種行動計劃的重要程度，對各種行動計劃ai（i=1，2，…，m）應賦予相應的權數ki（i=1，2，…，m），各種行動計劃權數組成的集合為K=｛k1，k2，…，km｝；

3）態勢集。態勢集是由戰場敵我雙方行動計劃引起的各種不同態勢所組成的集合，可用大寫字母S表示，即S=｛s1，s2，…，sn｝。

4.4 模糊匹配

在規則系統中，一般利用一個解釋程序以匹配-沖突消解-執行的方式來運用產生式知識。在基于模糊理論的產生式系統中也是如此，但“匹配”不是完全精確地，而是某種意義上的“模糊匹配”。對于模糊產生式規則P←Q，CF，t，當Q為模糊邏輯公式時，則模糊匹配采用如下逐層匹配方式：

1）先檢查整個Q能否與已知知識匹配，若存在匹配，則將與之匹配的已知知識的置信度為前提Q與知識的匹配程度，否則進一步將Q分解為子式；

2）檢查各子式能否與已知知識匹配，若存在匹配，則以與之匹配的已知知識的置信度為該子式的置信度。并按邏輯公式運算出整個邏輯式的置信度，作為前提Q與知識的匹配程度，否則再進一步分解子式。繼續逐項進行匹配，直至子式不能再被分解。

4.5 模糊推理模型構建

在作戰指揮過程中，行動計劃與戰場態勢及作戰任務之間往往并不是一一對應關系，特別是水面艦艇編隊協同作戰，這種不確定性就顯得更加明顯，利用模糊推理的方法來解決編隊自主協同作戰的決策過程中戰場態勢及作戰任務與行動計劃之間的這種不確定性的問題是一種比較可行的方式。模糊推理模型主要由以下八個部分組成，推理流程如圖4所示。

1）人機接口：指揮員、業務人員、領域專家、系統管理員對系統進行操作的界面；

2）作戰規則管理：主要是對作戰規則庫的管理，包括對規則的增、刪、改以及驗證規則一致性的模型和算法；

3）作戰規則庫：按照標準化的結構形成的做作規則知識庫，包含編隊級、平臺級、武器平臺級等作戰規則，另外，還包括面向任務的關聯作戰規則等；

4）作戰任務模糊化接口：根據當前所承擔的作戰任務，進行模糊化處理；

5）戰場態勢模糊化接口：根據態勢分析結果和指揮員判斷對戰場態勢進行模糊化處理；

6）模糊推理機：根據作戰環境和作戰資源運用相關模糊推理算法進行推理；

7）綜合數據庫：作戰資源與作戰環境相關數據；

8）解釋模塊：對模糊推理的結果進行理解并去模糊化處理得到精確地作戰行動方案。

5 結語

本文應用系統學和協同論的觀點，對編隊協同作戰系統進行分析，提出了基于作戰規則和模糊推理的編隊協同作戰決策推理方法，解決復雜戰場環境下編隊自組織協同作戰問題。然而，編隊協同作戰系統是一個復雜系統，不同的作戰任務、不同的協同平臺其作戰規則是不同的，如何有效地獲取、組織、描述作戰規則，還需要進行大量的試驗不斷完善。

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Research on the Collaborative OperationalRulesof Surface W arship Formation

HU Shi1M AO Jie2
（1.No.1 Canglong North Road，Wuhan 430205）（2.No.91917 Troopsof PLA，Beijing 102400）

To promote effective coordination of surface warship formation，give full p lay to the overall combat effectiveness of warship formation，and adapt to the information age and the changing unpredictable comp lex battlefield environment，and for the complexity of decision problem of warship formation collaborative combat，the paper proposes a collaborative operational deci?sion-makingmethod based on the operational rule and fuzzy reasoningmethod，to solve autonomous cooperation and dynamic coor?dination problemsof various platform of the formation.

collaborative combat，operational rules，fuzzy reasoning

TN97 DO I：10.3969/j.issn.1672-9730.2017.05.026

2016年11月7日，

2016年12月28日

胡詩，男，工程師，研究方向：艦船指控。毛杰，女，工程師，研究方向：艦船指控。