基于貝葉斯網絡的常規導彈反艦作戰效能評估

舒健生，姚 群，武 健，劉 暢，張斌偉

（火箭軍工程大學初級指揮學院，西安 710025）

0 引言

常規導彈反艦作戰是信息化條件下新興的作戰樣式，整個作戰體系在機械化、信息化浪潮的推動下，呈現出組織結構多元化、戰場態勢實時化、指揮流程高效化、部隊行動迅速化、火力打擊精準化等一系列特點，逐漸形成了一體化指揮平臺下的多軍種聯合作戰樣式，對海上來襲艦艇構成了強大的威懾力。然而，在缺乏實戰基礎的情況下，僅僅通過裝備測試和實兵演練對常規導彈反艦作戰效能進行評估和論證，不僅耗時耗力，而且整個作戰過程的復雜性和不確定性因素太多，基于小樣本的實驗根本不能夠給出科學合理的結果。因此，開展常規導彈反艦作戰效能的評估對優化作戰流程、提升裝備性能以及提高我軍對海作戰的實戰化水平將顯得意義重大。

分析已有的文獻，主要集中在對反艦作戰突防和毀傷方面進行的研究［1-2］，對常規導彈反艦作戰總體作戰效能進行評估的研究還比較少。為此，本文圍繞常規導彈反艦作戰效能評估展開分析研究，通過分析作戰流程，構建評估指標體系，建立基于貝葉斯網絡的效能評估模型，在滿足時效性要求的前提下，利用貝葉斯網絡評估模型的評估結果對作戰體系的作戰效能進行分析評估。

1 常規導彈反艦作戰的體系構成

反艦武器種類繁多，依靠單一平臺獨立完成作戰任務的武器不在少數。當前，使用常規導彈進行反艦作戰已悄然興起，其武器裝備的發展和作戰理論的研究還處于評估論證階段，其作為一種新興的作戰樣式，發展前景備受好評，在未來的海空天一體化防御系統中將占據重要的位置。

1.1 作戰力量分析

我們理解的傳統意義上的反艦作戰就是海岸上火炮對臨岸敵艦的轟炸，望遠鏡和大炮是主要的裝備。而現代意義上的反艦作戰是非接觸性的，衛星臨空全時段偵察，精導武器千里之外命中。完成這一系列工作主要由4個部分構成——情報保障、指揮控制、部隊行動和火力打擊。

情報保障指的是情報部門對艦船目標的全時段偵搜、發現目標后的精準定位、鎖定目標后的信息融合處理和打擊后的目標態勢及時反饋。其主要由衛星探測裝備、信息傳輸系統和信息處理系統等完成，為指揮機構決策部署提供詳盡數據情報，為火力單元提供精準目標信息，為整個作戰行動提供信息支撐和情報保障。

指揮控制指的是指揮機關的決策部署、任務規劃、作戰籌劃、方案計劃以及各級指揮機構之間的目標信息傳達、指揮命令下達和反饋。其主要由通信衛星、通信網絡和一體化指揮平臺等系統完成，為整個信息流的閉環提供強有力的保障。作為整個作戰體系的中心和大腦，在作戰行動中占據著不可替代的位置。

部隊行動指的是部隊從接到上級作戰命令至完成導彈發射準備這一階段的所有工作，主要包括部隊集結、機動、偽裝以及發射準備工作，是將上級指示命令落實到任務執行環節的重要層級，是作戰行動的直接組織和參與者，在整個作戰行動中起著舉足輕重的作用。

火力打擊指常規導彈發射裝備從點火發射至完成打擊任務的整個過程，主要由火力單元和武器平臺完成，包括導彈飛行、制導、突防、命中及摧毀，是整個作戰行動的最終執行者，是能否順利實施打擊和完成作戰目標的關鍵環節。

1.2 作戰流程分析

常規導彈反艦作戰基本作戰流程分為作戰準備和作戰實施兩個階段，本文主要對作戰實施階段的作戰效能評估進行分析研究。這一階段指的是情報保障部門進行目標偵察至導彈發射單元實施發射，最終完成作戰任務的整個過程，簡要流程如圖1所示。主要作戰行動包括：

圖1 常規導彈反艦作戰實施階段流程圖

1）海洋監視衛星系統偵察到艦艇目標，獲取目標實時位置數據，處理生成艦艇目標指示信息，并傳送給指揮機構。

2）指揮機構接收到目標指示信息后，迅速進行決策部署和任務規劃并向作戰部隊下達發射命令。

3）作戰部隊根據上級命令和任務規劃進行發射規劃，同時迅速反應，組織部隊機動，到達發射陣地后進行偽裝隱蔽和發射前的準備工作，等待指揮所下達點火命令。

4）發射單元接收到點火命令后，導彈發射升空，經過飛行、制導、突防，最后命中目標，完成作戰任務。

2 常規導彈反艦作戰效能評估指標體系

為了能夠科學合理地對常規導彈反艦作戰效能進行評估，就需要采用一些定性和定量的尺度對其作戰能力進行度量，這種尺度就稱為指標。通過對常規導彈反艦作戰體系基本的力量構成，以及作戰實施階段的流程進行分析，梳理總結出能夠對常規導彈反艦作戰進行效能評估的指標體系。首先，結合作戰特點和流程分析，對評估指標的選取進行分析考慮；然后，再根據分析結果，對效能指標體系進行具體構建。

2.1 指標體系選取的種類

本文研究的作戰行動是一個包含多種要素和環節的作戰行動，其作戰能力的最終體現是能否成功完成打擊，命中來襲目標。通過對體系作戰特點和流程的具體分析，其體現出的時效性和穩定性是整個作戰體系效能發揮影響最大的兩個特性，基于此，在指標選取上分為時間性指標和功能性指標兩大類。

2.1.1 時間性指標

這一類指標遵循的是整個作戰流程的聯通閉環，針對艦艇這一類時敏目標，滿足時間窗口是作戰成功的前提，對時間的把握就是對戰機的把握，所體現的時效性尤為突出。在時間類指標的選取上，根據作戰流程，梳理各環節時間指標，建立時間集合。

2.1.2 功能性指標

這一類指標就是通常用來描述武器裝備性能的指標，由于作戰系統過于龐大，整個作戰過程涉及要素較多，影響最終作戰效能的指標也相對繁雜。因此，在指標的選取上，遵循指標選取的系統性、全面性、客觀性、獨立性及簡明性等原則，構建科學精細、合理實用的指標體系。

2.2 構建評估指標體系

通過對指標選取種類的分析，結合作戰流程和作戰特點，在征求了常規導彈反艦作戰領域專家教授的基礎上，建立了常規導彈反艦作戰效能評估指標體系。該指標體系從情報保障效能、指揮控制效能、部隊行動效能以及火力打擊效能4個一級指標分16個二級功能性指標和12個時間性指標對常規導彈反艦作戰效能進行評估［3-10］，具體如圖2所示。

圖2 常規導彈反艦作戰效能評估指標體系

3 基于貝葉斯網絡的常規導彈反艦作戰效能評估模型

3.1 貝葉斯網絡模型

貝葉斯網絡［11-12］是用于不確定環境建模和推理的圖形結構。其主要是由N個節點構成的一個有向無環圖，通常可以用 N=〈〈V，E〉，P〉來表示。其中，〈V，E〉指的就是構成貝葉斯網絡的這樣一個有向無環圖G，V={V1，V2，…，Vn}表示的是圖G中的節點變量，E表示變量對應節點之間的有向邊集合，P表示的是一個節點與每個相關節點的條件概率分布。在一個有向無環圖中，節點Vi到節點Vj為一條有向邊，用（Vi，Vj）來表示，則稱Vi為Vj的父節點，Vj為Vi的子節點，沒有父節點的節點稱為根節點，沒有子節點的節點稱為葉節點。

結合貝葉斯網絡的特點和構建的指標體系，對常規導彈反艦作戰效能評估進行模型的建立，結果如圖3所示。

圖3 作戰效能評估貝葉斯網絡模型

3.2 節點參數的確定

通過學習貝葉斯網絡的知識，總結出貝葉斯網絡模型主要由貝葉斯網絡結構和節點之間的概率分布。因此，在確定貝葉斯網絡結構之后，就需要給出貝葉斯網絡的概率分布，其中，貝葉斯網絡的概率分布包括根節點的先驗概率和子節點的條件概率。具體求解步驟如下所示。

3.2.1 根節點先驗概率

貝葉斯網絡根節點的先驗概率是進行最終評估的基礎，通過對常規導彈反艦作戰效能評估指標體系進行分析研究，本文提出了基于隸屬度加權的根節點先驗概率方法，具體分3步進行求解。

Step 1：細化根節點指標，分析根節點具體影響因素，選取可量化的子指標，最后構建根節點的分化指標體系。

Step 2：采用熵權法［13］確定根節點子指標的權重。

而后，計算各子指標的熵，令第i個子指標的熵為 Hi，則

最后，計算各子指標的權重，令第i個子指標的權重為 ωi，則

3.2.2 子節點條件概率

在確定貝葉斯網絡子節點條件概率上，本文采用專家經驗打分和統計分析的方法，最終形成子節點的條件概率（CPT）。具體的確定方法通過舉例來說明，如圖4所示。

圖4 三節點的貝葉斯網絡結構圖

在A、B、C 3個節點所構成的貝葉斯網絡中，A、B為根節點，C為子節點。首先，設父節點A、B的屬性等級V={好，差}，子節點C的屬性等級V={好，一般，差}；而后，邀請專家評定打分，對C在A、B各自屬性等級發生的情況下的屬性等級進行評定打分；最后，統計專家打分結果，如表1所示，n11為A、B屬性等級均為好的情況下，有n11個專家評定C的屬性等級為好，同理可得其他情況下的條件概率，最終確定子節點C的CPT。

3.3 基于Netica軟件的作戰效能評估模型仿真

本文采用貝葉斯網絡仿真軟件Netica對所建立的評估模型進行仿真實驗，通過對評估網絡模型和相關節點的學習，本節主要是利用Netica軟件實現最終的評估結果。首先，結合指標體系和貝葉斯網絡模型，在Netica中進行模型的建立；而后，輸入所有根節點的先驗概率以及子節點的CPT；最后，運行軟件進行效能評估仿真，由此得到最終的評估結果。

表1 節點C的CPT

4 實例解算與分析評估

對于常規導彈反艦作戰效能評估問題，首先是應當整個體系進行時效性的評估，而后對作戰體系進行功能性的評估，最后，綜合兩方面特性進行總體評估。

4.1 常規導彈反艦作戰效能的時效性評估

常規導彈反艦作戰面對的是海上大中型慢速移動目標，屬于時敏性目標，從目標的發現到最后的實施打擊，整個作戰過程對時間的掌控和要求都特別嚴格，這也是作戰體系完成作戰任務的基本前提和保證。通常，設定作戰體系在作戰過程允許使用的時間為“時間窗口”，在本文中，時間窗口m與導彈的末制導范圍和艦艇的最大航速有關，即m=S/v，S為導彈的末制導范圍，v為艦艇的最大航速。同時，設定作戰體系從目標發現到導彈完成前段飛行實際使用時間為作戰體系的實際能力，稱為“殺傷鏈長度l”。具體關系如圖5所示。在常規導彈反艦作戰效能評估中，首先必須判明l與m的大小，只有當l≤m時，才會進行下一步的功能性評估，否則將認定此次作戰在時間上失敗的可能性極大。本文設定l≤m，作戰行動滿足時效性要求。

圖5 時間窗口和殺傷鏈關系示意圖

4.2 常規導彈反艦作戰效能的功能性評估

按照整個仿真實驗的步驟，利用Netica進行仿真的具體流程如下所示。

圖6 常規導彈反艦作戰效能評估網絡圖

Step 1：構建貝葉斯網絡模型。

結合2.2節構建的指標體系和3.1節建立的貝葉斯網絡模型，利用Netica構造貝葉斯網絡模型，如圖6所示。

Step 2：輸入根節點先驗概率和子節點CPT。

由于篇幅原因，不一一列舉先驗概率和CPT的計算過程以及所有參數的輸入過程，本文列舉節點E1的CPT輸入過程，如圖7所示。

Step 3：實現評估結果。

完成所有參數輸入后，運行仿真軟件，即可得到評估結果，如圖8所示。通過仿真實驗，可以看出，整體作戰效能評估結果為好。在情報保障效能中，目標信息處理能力最強，而目標探測能力還有待提高；在指揮控制效能中，態勢感知能力最強，而指揮決策的效率還需要加強；在部隊行動效能中，實裝操作能力很強，而部隊機動能力還存在短板；在火力打擊效能中，發射裝置的穩定性很高，而導彈突防能力還比較弱，嚴重影響了總體的作戰效能。

圖7 節點E1的CPT輸入

5 結論

本文通過分析作戰體系結構和基本作戰流程，建立了具備時效性和功能性的常規導彈反艦作戰效能評估指標體系，并分別從時效性和功能性對作戰效能進行評估。以時效性為前提，在滿足時效性的基礎上，提出了基于貝葉斯網絡的評估方法，給出了具體的評估過程，通過算例，利用Netica仿真軟件，對評估方法的有效性和實用性進行了論證，并結合評估結果進行了簡單的分析。但是，在常規導彈反艦作戰過程中，不確定因素和不可控因素太多，因此，對于評估模型的有效性還需要進一步結合實踐的具體數據進行檢驗，整個評估體系還需要不斷的更新和優化。

圖8 仿真結果