基于OODA循環的反艦導彈作戰效能評估研究*

卜曉東，張軍

(南京航空航天大學 航空學院，江蘇 南京 210016)

0 引言

當前，以現代通信、網絡、數據庫技術為基礎的信息化系統正在向智能化方向飛速發展，新一代作戰裝備接連推出，新型作戰樣式不斷涌現，未來戰爭必定處于陸、海、空、天、電、磁、網一體化的復雜空間中。隨著美國“重返亞太”戰略的提出，我國因日益增長的海外貿易和能源需求，正逐漸感受到島鏈對國家安全和海洋權益的現實影響與潛在威脅。由于強敵具有體系化作戰能力，為了捍衛國家安全利益，快速提升我軍聯合體系下的協同作戰能力顯得極為緊迫。因此，我國亟需發展并達到一系列“不對稱”優勢，強化一體化防御作戰系統。本文從偵察預警、指揮控制和火力打擊等多個方面研究體系中武器裝備的特性，建立作戰體系能力指標體系，考慮導彈在攻防中的顯著作用，借助觀察-判斷-決策-行動(observe，orient，decide，act，OODA)循環[1]構建作戰網絡，論證其在協同作戰中的作用，并結合改進信息熵方法對反艦導彈作戰效能開展評估研究，這對我國降低裝備與技術發展風險，提高軍事效益具有重要意義。

1 作戰效能評估研究

對于武器裝備體系的作戰效能評估而言，目前常用的評估方法有解析法[2-5]、專家評估法[6-8]、作戰模擬法[9-10]等，評估中常面臨需要獲取大量的、真實可信的基礎數據，并且涉及的知識領域多、層次跨度大以及結構不確定因素多等問題，使得評估工作進展緩慢、評估結果可信性不高。針對上述問題，本文建立全面系統的能力指標體系，結合行業專家的經驗指導，采用改進信息熵法開展作戰效能評估工作。

1.1 能力指標體系構建

基于使命和方法框架(missions and means framework，MMF)對體系結構進行建模[11]，對軍事使命進行明確的層層分解，并從武器裝備出發向上或者向下探索裝備變化對體系作戰的影響，評估分析裝備系統的作戰行為及能力表現。基于我軍使命任務，結合反艦作戰特點[12-13]，開展體系能力需求分析以及功能需求分析。

(1) 能力需求分析

基于使命任務確定的作戰能力需求及其分解如圖1所示。

圖1 能力需求分析圖

(2) 能力指標劃分

實現能力需求的系統功能主要有：偵察預警功能、指揮控制功能、作戰功能、通信功能、機動功能、保障功能等。這些功能需要各種裝備下的多樣化指標進行支撐，下面以偵察預警能力為例，建立能力指標體系，實現偵察預警功能。

偵察預警能力著重于對戰場的偵察和預警，同時包含對目標的監視，將劃分為戰略偵察能力、戰略預警能力和戰場偵察監視能力。

1) 戰略偵察能力

戰略偵察能力是指對藍方的戰爭意圖、戰爭能力和戰爭動向等戰略情報以及戰斗機和彈道導彈等戰略目標的偵察能力，其主要分為戰略情報獲取能力和戰略目標偵察能力，如圖2所示。

圖2 戰略偵察能力劃分

2) 戰略預警能力

戰略預警能力指對導彈、戰斗機以及臨近空間進攻武器的攻擊行為預先警報能力，其劃分如圖3所示。

圖3 戰略預警能力劃分

3) 戰場偵察監視能力

軍事行動中，考慮在電磁輻射或靜默狀態下考察戰場偵察監視能力，對其劃分如圖4所示。

圖4 戰場偵察監視能力劃分

1.2 OODA循環作戰模型分析

基于OODA循環理論，本文將體系作戰視為動態周期循環過程，周期長短與作戰兵力規模、空間范圍、作戰樣式有關。OODA循環模型[14]的基本內容如圖5所示。

圖5 OODA循環模型圖

作戰過程中，軍隊戰斗力的形成很大程度上是多武器、多裝備在作戰人員的指揮調配下協同作用的結果。綜合電子信息系統作為所有信息化軍隊的神經中樞，將武器裝備體系中的各個系統和單元連接起來，形成一個以物質、能量和信息流向為推動力的網絡，用來對作戰過程進行描述分析。下面給出節點、作戰邊和作戰環的定義。

(1) 節點

節點作為作戰網絡的基本單元，根據其功能屬性可劃分為四大類：偵察預警節點(S)、指揮控制節點(D)、火力打擊節點(I)、目標節點(T)。以偵察預警節點為例，是OODA的O環節，這類節點主要是在戰場中偵察、預警或者監視藍方目標的實體，如衛星、偵察機、雷達等，并將獲取的信息發送到指揮控制中心。

(2) 作戰邊

構建網絡結構最重要的部分就是確定節點間的單向邊，這也是影響網絡整體特性的關鍵。為了對藍方目標形成戰斗力，體系中的各作戰實體之間由信息流牽引形成的作戰活動抽象為一條單向邊，即作戰邊。根據作戰邊所連接的2個節點的能力指標以及二者相互作用特征，實現對作戰邊的能力建模。

作為衡量信息量的基本單位，信息熵表示隨機變量取值不確定性程度。假設X是離散隨機變量，它的不確定性程度用信息熵表示如下：

(1)

式中：p(x)為X的概率分布函數。本文取b=e，量綱為納特。

發現概率Pf為

Pf=1-(1-fi)tg,

(2)

式中：fi為S在第i次探測中能夠發現藍方T的概率；tg為持續掌握時長下的態勢更新率。

(3)

式中：Psearch為紅方S用隨機搜索方式下的探索概率;Phide為藍方反偵察概率;k為環境調節參數;st為藍方T的隱身系數。

(4)

(5)

式中：fg，ts，A，xj和tx分別是S的偵察范圍覆蓋率、預警時間、目標容量、虛警率和時效性；Rh,Rl和Rg分別是T的抗紅外系數、抗雷達系數和抗光學系數的隸屬函數。

利用S探測概率的表達式，跟蹤能力可以表示為

Ptr=(Psearchi)tg,

(6)

考慮藍方T的反跟蹤能力，表示為

Pz=exp(-wvdlnRvd-wstlnRst)，

(7)

式中：vd為T機動速度。因此，對藍方T的監視概率Pt可表示為

(8)

式中：kz為環境調節參數，范圍0

辨別概率Pr即為S的識別正確率sb。

分別用Rf，Rt和Rr表示S類節點發現、監視和辨別T類節點能力的功效函數，即

(9)

(10)

(11)

(3) 作戰環

利用改進信息熵評估作戰環的作戰效能，第i個作戰環的各個邊帶來的不確定性的自信息量之和Ii，則

(12)

式中：ISj表示第j個邊的自信息量；m表示作戰任務中所包含的邊數。

自信息量之和Ii可以衡量該作戰環對相應藍方目標所形成的作戰效能Pi，計算公式為

(13)

1.3 體系作戰效能評估

通過作戰過程中構建不同的作戰環組合，武器裝備體系可以對T采取不同的軍事行動，其作戰效能就是所有這些作戰環的綜合作戰效能。本文類比物理學中并聯電路電阻的計算方法，將環之間的關系看作電路之間的并聯關系，將每個作戰環的不確定性看作該電路的電阻。設紅方武器裝備體系對藍方目標T可制定M種作戰任務，即可形成M個協同環，這些環的總體不確定性可以定義為

(14)

那么，這些協同環所構成的軍事行動對藍方目標T的作戰效能P為

(15)

因此，裝備Xi的體系貢獻度QXi為

(16)

式中：PO表示原來體系的整體作戰效能；PN表示改進后新的體系整體作戰效能。并定義體系貢獻度值在[0，10%]為有較小提升；(10%，30%]為有較大提升；(30%，60%]為有顯著提升；(60%，100%]為有巨大提升；大于100%為有突破性提升。

2 案例設計與仿真分析

基于OODA循環建模方法，以反艦作戰想定為例，驗證體系作戰評估機制的可行性。

2.1 作戰體系建模

(1) 使命任務分析

某時期內，紅藍雙方爆發沖突。紅方體系作戰網絡武器裝備分別有S：衛星S1、偵察機S2和雷達車S3；D：作戰指控中心D1和通信指控車D2；I：新型反艦導彈I1(攜帶多彈頭I2)和常規導彈I3。由于藍方艦艇T1侵入紅方領土，將對其展開火力打擊。作戰使命：維護國家主權、統一和領土完整。作戰任務：紅方計劃用導彈攻擊藍方艦艇，使其喪失作戰能力，處于癱瘓狀態。

(2) 作戰模型構建

基于典型作戰想定，立足武器裝備間的物質能量和信息流通關系，各作戰裝備以及藍方目標構成基本的體系作戰網絡[15]，如圖6,7所示。

圖6 包含I1的作戰網絡模型圖

圖7 包含I3的作戰網絡模型圖

2.2 作戰能力指標評估

基于作戰體系網絡模型，結合實際作戰和專家經驗，評估各節點的能力指標值。以導彈為例，新型反艦導彈是一款具備偵察能力的近程彈道導彈，在定位精度、機動過載等方面有較大提升，能增強對戰場態勢感知能力和反應速度。作為偵察打擊一體化利器，其在打擊對手目標時，可以實時將結果傳回指揮部，可對后續作戰計劃的制定提供重要的現場實時數據支持，其指標參數評估結果如表1所示。

表1 導彈能力指標參數評估表

從表1可以看出，新型反艦導彈I1具有良好的突防、毀傷能力，綜合性能提升10%以上，能高效完成作戰任務。

2.3 效能評估及結果分析

基于節點能力指標評估值，采用改進信息熵度量各作戰邊的作戰能力，評估結果匯總如表2所示。

將各作戰邊能力評估值代入作戰效能公式計算，評估每個作戰任務的完成情況，作戰環效能如表3所示。

表2 作戰邊能力評估值統計表

表3 基于改進信息熵方法的體系作戰效能值

由表3可知，環數越多，效能降低，驗證了本評估方法在作戰中度量不確定程度的準確性。包含I3的作戰環效能范圍為[0.261，0.294]，而包含I1則為[0.351，0.425]，對比發現新型反艦導彈的優良性能提升體系的戰斗力，確保了作戰行動的可靠性，提高了作戰任務的完成度。

基于上述作戰環效能的評估結果，計算出新型反艦導彈I1的體系貢獻度QI1為

因此，針對同一目標T1而言，2種作戰體系作戰帶來的差距較為明顯，新型反艦導彈的體系貢獻度為16.2%，結果表明：新型反艦導彈I1對體系作戰效能的提升貢獻較大，可以改善體系的協同性和威懾力，能帶來較高的應用價值。

3 結束語

現代化戰爭歸根結底是武器裝備體系對抗，本文以反艦作戰為背景，立足武器裝備之間的物質能量和信息流通關系，建立武器裝備體系的作戰網絡模型。基于改進信息熵評估作戰邊能力和作戰效能，準確評估了新型反艦導彈的體系貢獻度，該方法為武器裝備體系的設計和優化提供了有力的理論支撐。