一種基于虛擬目標的目標網絡攻擊策略

游航航，余敏建，呂 艷，張小強，曹曉劍

(1.空軍工程大學空管領航學院， 西安 710051； 2.中國人民解放軍94563部隊， 山東 威海 264200)

目標攻擊策略是作戰決策的基礎，正確選擇打擊目標是“擇要精打，體系癱瘓”的關鍵。目標選擇的關鍵在于通過正確選擇突擊目標及突擊順序,對敵作戰系統實施有效的打擊。目標攻擊策略的基本理論有“五環攻擊法”、鏈條效應理論、瓶頸效應理論、連累效應理論、層次效應理論、組合理論[1]等，他們分別從不同的側重點對目標攻擊過程進行指導?；诖?，國內外專家學者提出各種目標選擇方法。王長春等提出運用復雜網絡的理論[2]，鄧志宏等[3-5]指出目標的價值取決于目標個體價值和目標網絡價值，將目標的這兩種價值融合在一起，形成了目標的最終價值。雷霆等[6]將目標選擇中的多種約束和多種關聯關系進行探索，得到一種有效的目標選擇建模方法。David Krackhardt等[7]提出了基于5個主要關系的PCANS(Precedence, Commitment of resources, Assignment of individuals to tasks, Networks of relations among personnel)模型的元網絡方法，用“認知載荷”和“任務排他性”兩個指標來衡量網絡中行動者的重要程度。在這些方法中，復雜網絡理論對目標的個體間的差異性體現不夠明顯，綜合價值建模方法對于目標網絡的動態變化考慮不足，多約束多關聯建模方法較為復雜，且沒有體現作戰的階段性特點。隨著信息化技術的發展、武器裝備的革新，交戰雙方目標的體系化特征也越來越明顯[8]。很多情況下，個體價值要依賴于系統得到體現和升華，如預警機的使用等。同時，系統個體之間相互作用，互相協調產生的系統功能涌現，也發揮著重要的作用。

1 目標攻擊策略基礎問題分析

根據研究，給出目標攻擊策略的定義如下：根據目標屬性以及目標之間的聯系性，通過計算，確定在打擊行動中各目標個體的輕重緩急。

在打擊行動中，最終目的是實現目標系統功能的摧毀，通常需要實施多輪次的打擊。傳統方法中，經常采用一次性完全決策，是不符合實際要求的。所以，在實際作戰中，首要目標被打擊之后，次要目標的選取就要根據當前現有的網絡結構來進行判斷，進行實時的決策。在文獻[9]中表述為“利用行動中間結果調整目標”。這一點，對于作戰指揮人員決策具有重要意義。

在一個目標系統中，目標個體之間聯系復雜緊密，相互作用明顯，在很多情況下會涌現出新的特性，特別是在作戰系統中，協同、配合、保障等關系突出，更加具備涌現的基礎。涌現性分為兩種：同質涌現性和異質涌現性[10]。同質涌現性是指，在原有屬性特征基礎上的增強和擴大，如雷達系統探測能力的增大；而異質涌現性是指，系統原本不具備的能力屬性，在系統內部個體之間的相互作用下，產生了新的功能作用,如雷達系統對隱身飛機的探測能力。

本文對目標攻擊策略的研究，就是基于系統學思維，在考慮系統中目標個體被移除的情況下，以目標系統整體價值的變化量來衡量目標個體對系統的價值；同時，根據階段性特征要求，將次要目標的選定放在當前現有的目標系統網絡結構中進行，以克服一次性完全決策帶來的弊端。

2 虛擬目標建模

2.1 區間數的定義與運算法則

定義：

a=[a-,a+]={x|a-≤x≤a+，a+∈R}

(1)

b=[b-,b+]={x|b-≤x≤b+，b+∈R}

(2)

為兩個區間數，并根據其定義，給出如下區間數的運算公式[13]：

[a-,a+]+[b-,b+]=[a-+b-,a++b+]

(3)

[a-,a+]-[b-,b+]=[a--b+,a+-b-]

(4)

0?[b-,b+]

(5)

[a-,a+]×[b-,b+]=[p,q]

(6)

(7)

其中p、q的值分別為

p=min(a-b-,a-b+,a+b-,a+b+)

q=max(a-b-,a-b+,a+b-,a+b+)

2.2 虛擬目標理論

在研究復雜問題時候，有時候直接研究會存在困難，難以表達關聯個體之間復雜的關系，所以通過映射，將問題A1按照一定的映射規則(根據具體問題確定)，轉化為與之具有對應關系且易于考慮的A2，即建立虛擬研究對象，通過對虛擬對象進行研究得到B2，再根據一定的規則，將研究結果映射到研究實體得到B1，從而達到簡化研究過程的目的。

本文對目標系統的研究，通過構造虛擬目標，將目標系統中的個體獨立化，把對目標系統中的復雜關聯個體的研究轉化為對虛擬目標的研究，進而得到目標的攻擊策略，如圖1所示。其中，目標間連線的粗細表示目標之間聯系的緊密程度。

圖1 虛擬目標理論

2.3 攻擊策略生成決策流程

(8)

(9)

步驟2：構造虛擬目標，確定映射規則。將原有系統中所有目標個體進行編號，并分別按照兩兩一組，構造虛擬目標，確保全面性；再根據關聯規則，確定映射比例系數。如圖2所示。

圖2 虛擬目標構造

其中Tci,Tcj表示目標系統中相互聯系的兩個目標個體，Cij表示兩個相關目標之間的關聯性。在此，討論兩個相互關聯的目標個體映射到虛擬目標過程中的映射規則。為了簡化計算，本文將各個目標平均分配到相關虛擬目標之上作為此映射的規則，即確定映射比例系數為：

(10)

其中Di為目標i的節點關聯度，即與目標i相關聯的目標個數。

步驟3：確定虛擬目標的價值。定義虛擬目標Nij價值為VNij，其價值函數為VNij=f(Ti,Tj,Cij)，通過映射比例系數確定虛擬目標價值表達式為：

VNij=kCiVTci+kCjVTcj+VCij

(11)

步驟4：確定目標系統價值VS。其中n為目標系統中目標個體的數量。

(12)

(13)

步驟6：確定目標k對系統的貢獻值Ek。通過目標系統價值變化前后的差值來表示。

(14)

注意：在求目標個體對系統的貢獻值時，如果存在孤立目標(此種情況多出現在目標網絡中被破壞若干目標個體之后)，其貢獻值就等于目標屬性價值，而非零。

步驟7：計算所有目標個體的系統貢獻值，根據Ek的大小，確定當前目標系統中最重要目標K，Ek越大，目標重要度越高。

步驟8：判斷目標K是否毀傷，如果毀傷則進一步判斷任務是否結束，如果沒有，則根據現有系統網絡結構，重復上述步驟2、3、4、5、6、7，判斷當前剩余系統網絡結構中最重要目標K′，進行新一輪的打擊行動。

綜合上述分析，目標攻擊策略流程如圖3所示。

3 案例分析

為了進一步證明該建模方法的有效性，本文針對某區域通信基站組網系統進行驗證，該系統內部個體之間網絡連通系統模型如圖4所示。

圖3 目標攻擊策略流程框圖

圖4 某區域通信基站組網系統模型

為了減少數據誤差，本文所有的數據都使用區間數來表示。區間上下界的相對大小反應相關屬性的重要程度；區間跨度的大小反應區間信息的不確定性，區間跨度越大，不確定性越高。其中必須打擊的目標重要性指標為100，禁止打擊的目標重要性指標為0。本文各通信基站的屬性價值由相關專家根據情報部門的信息直接給出。數據只是為了證明方法的有效性以及相關關系和動態變化，存在人為因素及其他因素的影響，但不影響問題的研究，賦值情況如表1所示。

目標系統中各個個體連接復雜，在定量分析中，要保證分析結果的全面性，需要充分考慮各個個體之間的聯系，通常進行完全的兩兩關聯，分析之間的聯系，然后根據目標屬性及具體任務需求，確定約束關系，篩選后得到目標的虛擬映射需求，構造虛擬目標，并根據情報信息，由專家對聯邊價值指標區間進行賦值，各聯邊價值如表2所示。

表1 各目標個體屬性價值

表2 各聯邊價值

進一步，根據各虛擬目標相應映射規則，對虛擬目標進行研究，并通過式(10)、式(11)確定虛擬目標價值。將問題簡化研究之后，完成了虛擬目標理論的第1步。第2步，將虛擬目標價值通過一定的映射規則，重新映射到各目標實體上，根據式(12)、式(13)、式(14)確定目標個體的系統貢獻值如表3所示。

由此得到目標個體的系統貢獻值的區間數指標，根據文獻[10]中的方法，計算得到區間數大小指標向量如式(15)所示：

δ=(3,9,14,15,5,6,7,13,12,8,10,3,1,10,16,2)

(15)

所以目標攻擊策略結果如下所示：

T15>T4>T3>T8>T9>T11,14>T2>

T10>T7>T6>T5>T12,1>T16>T13

表3 目標個體的系統貢獻值

表4 各類算法目標攻擊策略實驗結果

續表(表4)

4 結論

本文提出的基于虛擬目標的目標網絡攻擊策略，綜合考慮目標屬性與目標系統個體間的關聯，克服以往研究中片面考慮目標屬性或目標關聯的缺陷；考慮系統涌現性，運用目標個體對系統的貢獻值來衡量目標個體在系統中的價值，避免目標屬性與目標關聯的機械結合；根據目標網絡實時結構動態調整行動方案，使結果更加符合實際特征，相比傳統方法更加準確有效。在后續的研究中，將針對目標聯系性的多級層次關系和多樣化的關聯類型進行完善。