基于復雜網絡的岸艦導彈作戰體系建模*

邵云龍 孫學鋒 苗永昌 鄭恩超

（1.海軍航空大學 煙臺 264001）（2.中國人民解放軍92349部隊 淄博 255178）（3.中國人民解放軍92771部隊 青島 266500）

1 引言

從近期幾場局部戰爭來看，實施以導彈武器為主要打擊兵器的遠程精確打擊，將是未來海上作戰的主要作戰樣式［1］。岸艦導彈作為海軍現役主戰反艦導彈之一，是打擊敵人中型水面艦艇的主要岸防武器。

隨著信息技術的不斷發展，岸艦導彈武器系統在體系結構、功能劃分、指揮流程、作戰方式等方面都發生了巨大變化，信息化、智能化和協同作戰，已逐步成為未來高技術戰場環境下岸艦導彈武器系統的主要發展方向［2］。在網絡中心戰條件下，如何準確分析岸艦導彈作戰體系的結構，建立相應模型，是進行戰法研究的基礎。

2 岸艦導彈作戰體系概況

2.1 作戰體系基本情況

基于信息化的岸艦導彈作戰體系是通過一條類似工業“流水線”式的作戰鏈條，將地理上分散部署的岸艦導彈火力打擊單元、指控中心和預警探測單元集成在一起，通過網絡動態鏈接各功能節點，在信息和信息系統的主導下，發揮各功能單元的戰術技術性能，構成對海上目標“搜索、跟蹤、判斷、決策、攻擊、評估”的作戰流水鏈路，形成能動態、敏捷、靈活對海上艦船實施精確打擊行動的作戰系統，其系統功能如圖1所示。

圖1 岸艦導彈作戰體系功能

2.2 組成結構及功能

岸艦導彈作戰體系結構上是以網絡為中心，將地理上分布配置的預警探測節點、指揮控制節點和火力打擊節點等作戰實體，連接起來并互聯互通，形成具有較高網絡化效能的分布式作戰系統［5］。

1）預警探測節點

目前，岸艦導彈作戰體系的預警探測節點主要有陸、海、空、天四個方向，通過全時空、多維分布、近實時的預警探測，能夠實時掌握戰場環境態勢和敵我雙方的作戰數據。

天基預警探測節點主要有成像偵察、電子偵察和海洋監視衛星等，其具有偵察范圍廣、面積大、速度快、效果好、長期連續監視以及不受國界和地理條件限制等優點，缺點是信息保障反饋周期較長。空基預警探測節點主要有預警機、巡邏機、電子偵察機、艦載直升機和無人機等，其具有探測距離遠、距離盲區小、機動性強、抗干擾能力強等優點。陸、海基預警探測節點。陸基預警探測節點主要由各種陸上固定和機動的偵察設備和系統組成，海基預警探測節點主要包括大型電子偵察艦和單一類型的電子偵察船等。從現有遠程對海監視探測效果看，岸艦導彈作戰體系的預警探測兵力應以空中為主，地面、海上為輔。

2）指揮控制節點

目前，岸艦導彈作戰體系的指揮控制節點實現了通信技術數字化、戰場信息實時化、指揮控制一體化和作戰系統網絡化，能夠在復雜的信息化戰場的環境中，實現戰場信息實時或近實時地傳輸，以保證指揮及時、準確，決策科學。主要由岸基指控中心或預警機擔任，其主要任務是接收遠程預警探測節點提供的戰場信息，進行數據處理和數據融合，為預警探測和火力打擊節點提供統一的戰場感知，進行作戰指揮決策［3］，向火力平臺分發目標指示數據和進行火力分配，指揮武器系統實施快速精確打擊，并對打擊效果進行評估以確定下一次打擊的目標。在武器系統網絡局部受損或失去原有功能時，指揮控制節點能夠迅速通過重組或協同實現系統功能再用。

3）火力打擊節點

岸艦導彈火力單元是整個作戰體系的最后一個環節，也是火力打擊的具體實施環節。其任務是接收指揮控制或預警探測節點指示的海上目標，根據作戰指揮命令，完成導彈攻擊決策信息裝訂，進行射擊諸元解算，在導彈發射車完成導彈射前檢查和發射準備后，控制導彈集中或獨立發射，對海上目標實施攻擊。

4）信息傳輸及處理

信息傳輸系統主要由各型數據鏈組成，各種武器平臺之間依據共同的通信協議，使用自動化的無線電（或有線）收發設備傳遞、交換負載數據信息的通信鏈路，其基本特征是“無縫鏈接”和“實時傳輸”。“無縫鏈接”強調數據鏈的觸角伸向武器系統的各作戰平臺，共享戰場信息資源。“實時傳輸”強調數據鏈傳遞信息速度快、時效高。“預警探測節點至火力打擊節點”的攻擊過程非常迅速，發現目標即意味著目標摧毀。

2.3 作戰特點

相對于平臺中心戰模式下的傳統岸艦導彈武器系統，信息化岸艦導彈作戰體系主要有以下特點：

1）地理分布性。作戰體系中三類節點在地理位置上是廣泛分布的，例如，預警探測單元廣泛分布于陸、海、空、天；根據使命任務，戰略、戰役、戰術層次的指揮控制單元分散配置，提高了系統的魯棒性；按照打擊覆蓋范圍，可靈活配置現有火力打擊單元，可以有效提高火力打擊范圍和精度。

2）功能獨立性。岸艦導彈作戰體系中，作戰鏈條是將具有不同功能的作戰實體連接起來，實現具體的作戰效能。體系中的各作戰實體，實際上是在其相對固定的使命任務框架中獨立運行，其內部的運行狀態不受其他作戰實體的控制，其自身模塊功能的實現不受其他作戰實體的影響，當與其他作戰實體連接構成一個作戰體系時，仍然可以實現其原有模塊功能。

3）信息協同性。在通信設施保障下，岸艦導彈作戰體系內各實體具有交互協同的能力，通過戰場信息共享，其可以為其他作戰實體提供自身能力；也可以根據實現自身功能的需求，使用其他單元提供的能力。例如，預警探測單元為指揮控制單元提供目標艦艇信息，指揮控制單元通過指控火力打擊單元實現打擊目標艦艇的能力。

4）結構重組性。重組性是指，根據戰場環境和作戰任務的變化，通過改變作戰實體間的連接，可以實現作戰體系能力上的變化。這種作戰能力，為岸艦導彈作戰體系提供了自適應能力，在作戰實體或鏈路受損的情況下，可以通過新增作戰實體或改變作戰實體間的拓撲連接，實現模塊化能力的重組，從而產生新的有價值的作戰能力。這種能力可以使作戰體系能夠適應作戰環境的劇變和激烈的體系對抗，最大程度上實現作戰體系的靈活性和魯棒性。

5）機動隱蔽性。機動性使岸艦導彈作戰體系可以快速集結和部署各作戰實體，擴大了作戰范圍，增加了部署選擇。此外機動作戰單元的分布式部署，通過較小的單元組合，提高了整個系統的凝聚能力，降低了作戰單元被發現的概率，而機動性也一定程度上提高了作戰單元的生存能力。

3 復雜網絡基礎

3.1 復雜網絡的基本概念及特性

網絡理論研究中，復雜網絡是指由巨大數量的節點和節點之間復雜的相互關系共同組成的網絡結構。錢學森給出了復雜網絡的一個較為嚴格的定義：具有自組織、自相似、吸引子、小世界、無標度中部分或全部性質的網絡稱為復雜網絡［6］。

復雜網絡的復雜性主要有以下幾個方面：一是結構復雜。主要表現為網絡節點數量大、代表意義多樣、結構特征可變，節點間連接關系復雜。二是連通多樣性。節點間連接有方向性、權重不同，各個連接的重要程度有差異。三是網絡結構可變。在原有拓撲結構上增減節點或連邊，可使網絡結構發生變化，網絡的性能也隨之發生變化。

3.2 復雜網絡的圖表示

網絡是把個體抽象為節點，把個體與個體之間的相互關系抽象為邊的系統。一個具體的網絡可以抽象為一個由節點集合V和邊集合E組成的圖G={V，E}［7］。V是n個節點v1，v2，…，vn的集合，E∈V×V是連接V中兩個元素的邊的集合，節點數記為N=|V|，邊數記為M={E}。E中每條邊都V有中一對節點與之相對應。如果任意節點對(i，j)與(j，i)對應同一條邊，則該網絡稱為無向網絡，否則稱為有向網絡。如果給每條邊都賦予相應的權值，那么該網絡就稱為加權網絡，否則稱為無權網絡。

圖3 復雜網絡的圖表示示例

3.3 復雜網絡的基本模型

目前，比較成熟的復雜網絡模型有規則網絡模型、隨機網絡模型、層次網絡模型、確定網絡模型、自相似網絡模型等幾種［9］。

規則網絡模型是最簡單的復雜網絡拓撲結構，它是指網絡中任意兩個節點之間按照一些既定的規則進行連接。隨機網絡是指節點不按照確定的規則進行連線，而是按完全的隨機方式連線，由此產生的網絡就是隨機網絡。小世界網絡模型就是盡管復雜網絡規模較大，但網絡內任意兩點卻有一條相對短的路徑。目前常用的小世界網絡模型有WS和NW小世界模型。無標度網絡的特性，主要反映了復雜網絡度分布存在不均勻特性，只有少數的節點與其他節點有很多的連接，成為“中心節點”，而大多數節點度很小。在具有層次模塊性的網絡中，很多內部關聯密集的小規模節點組之間松散關聯，從而形成更大規模的拓撲模塊。這種拓撲模塊按照層次組織起來的網絡稱為層次網絡。對于作戰網絡的拓撲特征，不同作戰網絡的功能各異，其拓撲結構特征應該與其功能相關，目前研究的主要觀點認為作戰網絡同時具有樹狀層次性、無標度性和小世界性［10］。

4 基于復雜網絡的岸艦導彈作戰體系建模

4.1 復雜網絡建模可行性分析

岸艦導彈作戰體系作為一個作戰實體種類多樣、體系繁雜、內部交互密切的大系統，其整體作戰效能的實現，不是簡單地將各個子系統效能疊加，要充分考慮子系統和子系統之間連接的動態變化引起的整體效能的變化。因此，利用復雜網絡理論對岸艦導彈作戰體系進行體系結構建模分析，有其合理性和有效性。復雜網絡和岸艦導彈作戰體系結構映射關系如圖5所示。

圖5 指揮信息系統與復雜網絡特性映射關系

1）復雜網絡由節點和鏈路構成，如果把岸艦導彈作戰體系的各組成單元抽象為節點，各單元之間的信息交互抽象為邊，復雜網絡理論就為解決岸艦導彈作戰體系建模提供了可能。

2）岸艦導彈作戰體系由預警探測、指揮控制和火力打擊子系統組成，系統內部結構復雜，且系統的運行與戰場環境和具體任務密切相關，這與復雜網絡理論的復雜結構和動態演化特性相一致。

3）岸艦導彈作戰體系之間連接和信息交互關系復雜，不同作戰單元之間的連接關系不同，信息流內容不同。例如預警探測單元與指揮控制單元之間的情報流和指揮控制單元與火力打擊單元之間的命令流是完全不同的信息流。

4）岸艦導彈作戰體系由大量作戰單元組成，各單元之間類型不同，根據主要屬性可將其大致分為預警探測節點、指揮控制節點和火力打擊節點三種類型。

5）岸艦導彈作戰體系不是一個靜態系統，隨著戰場環境、戰斗損耗和作戰任務的變化，會出現節點失效、內部交互關系變化等現象，這與復雜網絡的動態特性相吻合。

6）作為擁有大量作戰實體的系統，岸艦導彈作戰體系要實現網絡化效能的最大化，就需要盡可能多地讓作戰實體直接相連，或者通過很少的跳數實現信息交互，這就是復雜網絡理論的小世界特性。

7）岸艦導彈作戰體系是一個指揮關系明確的作戰體系，作為整個體系的中心，指揮控制與預警探測和火力打擊節點之間的關系是一對多的關系，一個指揮控制節點可同時受理多個預警探測節點的探測信息，也可同時向多個火力打擊節點下發作戰任務，這樣的體系結構決定了其具有復雜網絡的無標度特性。

4.2 網絡結構模型映射定義

如前所述，岸艦導彈作戰體系由預警探測、指揮控制和火力打擊節點組成，體系結構主要體現于各節點間的信息交互，包括由預警探測節點向指揮控制節點或火力打擊節點提供的目標信息，由指揮控制節點向預警探測節點和火力打擊節點提供的指揮控制信息等。為了研究岸艦導彈作戰體系拓撲結構特性，使用復雜網絡的圖表示，將作戰網絡中的預警探測、指揮控制和火力打擊實體，與拓撲網絡中的節點一一對應；作戰網絡中的三類作戰實體之間的通信和交互關系，與拓撲網絡節點之間的連接關系一一映射。預警探測、指揮控制、火力打擊、目標等作戰實體，分別對應網絡拓撲結構中中的S、D、I、T節點。［11］圖6描述了一個簡單的岸艦導彈攻擊過程和其復雜網絡拓撲結構的映射關系。

圖6 岸艦導彈作戰體系到復雜網絡拓撲模型映射

4.3 網絡結構交互定義

作戰特點進行分析研究，現對作戰體系網絡內部各節點之間信息交互的抽象關系作如下規定：

1）初始狀態下，網絡中不存在孤立的節點，即各節點均處于連通的網絡中。預警探測節點和火力打擊節點必須在指揮控制節點的控制下，各指控節點都存在上下級關系。

2）一個指揮控制節點可以與多個預警探測節點和火力打擊節點互連，即一個指揮控制單元可以同時控制多個預警探測節點和火力打擊節點。不同的指揮控制節點之間可以連邊，即指揮控制節點之間可進行組織協同，提高信息處理和指控效率。

3）一個預警探測節點可以與多個指揮控制節點互連，即一個預警探測節點可以為多個指揮控制節點提供預警探測到的信息，實現目標艦艇信息的共享。預警探測節點之間可以進行互連，表示探測信息的共享程度。即預警探測節點之間可以共享目標信息，這樣可以縮短自身獲取目標信息的時間，也可以提高預警探測的精度，提高探測信息質量。當所有的預警探測節點均彼此相連時，此時的信息共享程度達到最高，但是通信成本也最高。

4）預警探測節點可以與火力打擊節點單向連接，由預警探測節點指向火力打擊節點。在特殊情況下，允許預警探測節點指引火力打擊節點對目標艦艇進行打擊［12］。

4.4 實例分析

假設某岸艦導彈作戰體系結構由4個預警探測單元、1個一級指揮控制單元、2個二級指揮控制單元和9個火力打擊單元組成，共有2搜目標艦艇。根據復雜網絡和岸艦導彈作戰體系的映射關系，構建其一種作戰網絡拓撲結構如圖7所示。

圖7 岸艦導彈作戰體系結構網絡拓撲圖示例

通過所建模型可以看出，岸艦導彈作戰體系網絡結構符合樹狀層次性、無標度性和小世界性等特性。在實際作戰使用中，可以根據編制體制、戰場環境變化和作戰任務，調整節點之間的連接，改變岸艦導彈作戰體系的網絡拓撲結構，更好地完成作戰任務。

5 結語

本文主要介紹了岸艦導彈作戰體系的概念、結構和功能，討論了復雜網絡的概念和兩種表示方式，概述了規則模型、隨機模型、小世界模型、無標度模型和層次模型的基本特點。最后，基于復雜網絡對岸艦導彈作戰體系網絡中各作戰實體和實體之間的聯系進行抽象，構建基于復雜網絡的岸艦導彈作戰體系模型，為進一步探索信息化條件下岸艦導彈作戰體系形成、演化的特點和規律打下基礎。