大型計算機兵棋系統地空交戰綜合建模方法與實踐

中圖分類號：TP391 文獻標志碼：A DOI：10.3969/j.issn.1673-3819.2025.04.021

引用格式：，，.大型計算機兵棋系統地空交戰綜合建模方法與實踐[J].指揮控制與仿真，2025，47（4）：144-148.DS，WANGYZ，WUGJ.Methodologyandimplementationofcomprehensiveground-to-aircombatmodelinginlarge-scale computer wargame system[J].Command Control amp; Simulation，2025，47（4） ：144-148.

Abstract：Ground-to-Air Combat isoneof the key models oflarge-scalecomputer wargame systemandis alsoa highlycritical component in modern warfare.Inresponse to thecurrnt isse that most computer wargamesystems have not well resolved thecontradictoryrelationship between modeling granularityand simulation eficiency，this paperconducts arequirementsanalysis for ground-to-aircombatmodelingofcommanders，systemanalysts，andtechnicalpersonnel.Itproposesanintegated modelingapproachforground-to-aircombatatthreelevels：capability-based，rule-based customization，andactioncontrolbased.Thecomprehensivemodeldesignforground-to-aircombatiscompleted through diferentiatedanalysisof weapon-target assignment.Based onthe simulation experimentalresults of a certain type of computer wargame system，this paper demonstratestattheintegrated model constructedcansupport the decision-making process ofcommandersatthecampaignlevel and above，can truly depictthe processof ground-to-air combatactions，andbalancesthemodelinggranularityand simulation efficiency.

Keywords： ground-to-air combat;computer wargame；modeling amp; simulation;requirements analysis;experimental validation

地空交戰是指發生在陸基防空反導力量與空中進攻力量之間的軍事對抗，旨在保護地面設施、部隊及關鍵區域不受空中打擊，同時削弱敵方空中優勢，維持己方的制空權或局部空中優勢，是現代戰爭中極為重要的一環。武器裝備的發展與作戰概念的迭代，正以前所未有的力度重塑空戰場的面貌。由于目標價值差異大、威脅程度不一，使得目標識別、優先級排序以及火力分配等決策過程變得尤為復雜和困難。大型計算機兵棋系統適用于戰略戰役層次的戰爭推演研究與聯合作戰指揮對抗訓練，尤其關注如何在地空交戰中有效體現目標差異化攔截、解決指揮員認知困境，同時保證系統運行速度。一部分仿真系統基于規則進行火力分配，比如擴展防空仿真系統[1]（EADSIM），系統建模粒度可細化到武器平臺層次，涉及威脅判斷、攔截效率、開火順序、目標價值判斷等大量策略，計算十分復雜，適用于作戰力量分析、作戰方案和系統運行過程的研究，推演速度難以滿足戰役以上聯合推演需求，也不符合戰役以上指揮員關切。另一部分仿真系統使用自動交戰模型進行火力分配，比如聯合戰區級模擬系統[2]（JTLS），其建模粒度較粗，僅對防空交戰開火時機、攔截有效性進行裁決計算，未體現地空交戰中目標的差異化攔截，該類系統推演速度快，但難以為指揮員提供真實決策場景。基于現有研究，本文以大型計算機兵棋系統為研究對象，綜合考慮仿真建模粒度與推演效率，從工程角度探索地空交戰綜合建模方法。

1地空交戰建模需求分析

面向大型兵棋系統的地空交戰建模，是為戰役以上指揮推演反映地空交戰決策細節、呈現態勢的基礎。兵棋系統的建模涉及3類人員：指揮員、系統分析員與技術人員，他們通常從不同視角關注地空交戰模型需求，如圖1所示：指揮員視角，即戰役以上指揮員視角，通常關注地空交戰模型能否如實反映戰役以上指揮決策過程；系統分析員視角，是指系統分析員從兵棋系統整體設計角度出發，關注模型的功能和結構，模型能否準確反映戰術、戰役交戰效果；技術人員視角，通常關注模型的技術實現，以及計算資源的分配。

圖1地空交戰建模需求分析 Fig.1Requirements analysis for ground-to-air combat modeling

1.1指揮員需求：模型能否支撐戰役以上指揮員決策流程

用于戰略、戰役層級的計算機兵棋系統是戰役以上指揮員及其參謀團隊基于敵我態勢的實時推演平臺。戰役以上作戰指揮具有復雜性、綜合性、信息主導、動態決策、大規模協同、戰略戰術結合以及資源統籌等顯著特點，要求指揮員具備卓越的軍事素養、戰略視野以及決策智慧。隨著作戰概念和裝備科技的迅猛發展，敏捷、分布、無人、自主等空戰場新特征愈發明顯，分布式空戰、無人蜂群、混合突擊等新概念正描繪著新時代空戰場的藍圖，在地空交戰領域，戰役以上指揮員、指揮機構將面臨極高作戰壓力下認知負擔帶來的決策困境的挑戰[3]

1.2系統分析員需求：模型能否真實描繪地空交戰行動過程

地空交戰是一種資源有限的非完全信息博弈[4]空中目標在時間和空間上的不同組合會引發地面力量不同的攔截序列，地面力量的不同攔截規則會導致不同的資源消耗。地面部隊會優化攔截方案，盡可能用有限的資源對不同類型目標實施高效攔截，模型需要盡可能符合地空交戰差異化攔截過程。

1.3技術人員需求：模型如何平衡仿真建模粒度與推演效率

兵棋系統仿真建模的粒度是指兵棋模型在模擬真實戰場環境和作戰行動時，對各種作戰單元、武器系統、地理空間以及時間等要素所劃分的最小模擬單位或精度[5]，在地空交戰模型中主要體現在目標的差異化攔截。仿真建模粒度影響著兵棋推演系統的運行效率和穩定性，需要在滿足戰役以上指揮員訓練需求的基礎上，保證推演效率的同時提高仿真建模粒度。

綜上所述，地空交戰模型需要在滿足推演效率基礎上，模擬真實決策環境，向指揮員呈現地空交戰的各決策環節，對于指揮員不關注的細節交由計算機后臺處理。

2地空交戰綜合模型建模思路

地空交戰是典型的OODA閉環場景，包括目標發現、威脅判斷、指揮決策、攔截打擊等環節。由于武器的指揮權限不同，在戰役、戰術和戰斗層面存在不同的OODA閉環過程。比如以近程武器為主的野戰防空，指揮權限低，由自己決定，發現即打擊；以中遠程武器為主的要地防空，指揮權限在戰術級指揮機構，由戰術級指揮員調配有限資源來組織地空交戰；以超遠程武器為主的遠域作戰，指揮權限在戰役級以上指揮機構，行動對戰役全局影響巨大、成本極高，需要戰役級指揮員決策。

通過上述分析可以得出，戰役級以上指揮員在不同層級的OODA閉環過程中處在環路的不同位置。對不同層級地空交戰分別構建模型有利于平衡建模粒度與推演效率。本文提出構建地空交戰綜合模型，包括基于能力的地空交戰、基于規則定制的地空交戰和基于行動控制的地空交戰。

2.1典型地空交戰概念示例

本文在聯合作戰背景下，設計了一種典型的地空交戰作戰概念一“多層拒止”作戰概念，以紅方戰役級指揮員組織所屬部隊，拒止藍方來自空中和太空的來襲武器為作戰目標，分析了地空交戰流程，突出了戰役級指揮員在不同地空交戰場景下的指揮位置。

“多層拒止”作戰過程的概念視圖如圖2所示，以可視化方式描述了基本作戰要素與過程。

在該視圖中，紅方的防空反導裝備區分近、中、遠、超遠程武器分散部署，分別擔負野戰防空、要地防空、遠域拒止任務。近程武器對發現的敵方目標自主射擊；中遠程武器根據目標威脅等級和允射條件按照盡遠攔截的要求射擊；超遠程武器在戰役級指揮員的決策下擇機射擊。藍方使用彈道導彈、高超聲速武器、隱身飛機、小型無人機對一方實施穿透打擊，預警機位當面提供信息支援。

圖2地空交戰概念視圖Fig.2 Conceptual view of ground-to-aircombat

2.2基于能力的交戰

在近程地空交戰場景中，戰役以上指揮員不關注交戰的細節，指揮員處在作戰回路之外。系統在沒有指揮員干預的情況下基于能力自動交戰。比如便攜式導彈抗擊小型無人機，當目標進入射程內即打擊。

2.3基于規則定制的交戰

在中遠程地空交戰場景中，戰役級以上指揮員關注不同抗擊策略產生的整體作戰效果和效費比，不關注每一次交戰的成功與否，指揮員處在作戰回路之上。比如多型地空武器抗擊不同價值空戰場目標，針對不同的作戰場景，指揮員可制定不同交戰規則，比如威脅等級高的優先、目標價值高的優先、飛近時間短的優先等，系統根據規則集自動開展地空交戰行動。

2.4基于行動控制的交戰

在超遠程地空交戰場景中，由戰役級以上指揮員確定打擊時機和打擊目標，指揮員處在作戰回路之中。比如使用超遠程防空導彈打擊高價值空中目標，系統為指揮員提供態勢信息，在指揮員的決策下實施地空交戰。

3地空交戰綜合模型設計

3.1 基本框架

依據以上建模思路，綜合考慮地空交戰過程、要素以及行動目標與要求，構建融目標、武器等多要素為一

體的地空交戰綜合模型，包括目標分類、武器分類和武器-目標分配3個功能模塊，具體如圖3所示。

圖3地空交戰綜合建模框架 Fig.3Integrated ground-to-air combat modelingframework

3.2 功能設計

3.2.1 目標分類

目標分類的目的是對目標威脅進行分析評估，給出目標優先級排序[6。目標分類分為靜態分類和動態分類。靜態分類是指根據目標的戰術性能、技術指標等進行分類，比如隱身目標、非隱身目標；動態分類是指在實時態勢中，根據目標運動特征進行分類，比如切向飛行、遠離飛行、抵近飛行。在目標靜態分類和動態分類的基礎上進行目標優先級排序。

以“多層拒止”作戰概念為例，目標分類和優先級排序如表1所示。

表1目標分類和優先級排序表

Tab.1Classification and prioritization of objectives

3.2.2 武器分類

本文進行武器分類的原因如下：一是不同防空反導武器的作戰對象不同，比如中遠程防空反導武器的作戰對象包括空氣動力自標和彈道目標，超遠程防空武器的作戰對象為空氣動力目標；二是不同防空反導武器在戰役級以上規模作戰中，由于指揮權限不同，處在不同的作戰回路，比如便攜式導彈與高炮處在戰斗級作戰回路、中遠程防空反導武器處在戰術級作戰回路、超遠程防空武器等[7]處在戰役級作戰回路。

以“多層拒止”作戰概念為例，陸基防空反導武器分類如表2所示。

表2陸基防空反導武器分類表

Tab.2 Classification of land-based airdefenseand anti-missileweapons

3.2.3 武器-目標分配

武器-目標分配（WTA）是地空交戰指揮控制決策的核心環節之一[8]，其目的是將多種作戰武器分配給多個打擊目標，最優化實現指揮員作戰意圖[9]。本文在對武器系統和目標進行分類的基礎上，形成“目標-火力”關聯矩陣[]，指揮員綜合考慮攔截成功概率、資源調度等因素，從攔截彈發射數量、攔截距離等方面對關聯規則進行定制，比如對某型自標發射攔截彈設置為兩枚、攔截距離設置為最大攔截距離的 75% 。

地空交戰WTA模型的BNF范式可以表示為

：： TargetList gt;lt; WeaponList gt; lt; RuleListgt;

： ： τ=τ ：：

lt; WeaponList gt;： ： Weapon _ Idgt;lt; Weapon _ Authoritygt; lt; Weapon_Surplusgt; lt; Weapon PHgt;lt; Weapon_ Rangegt;

： ：

TargetList為目標列表。Target_Id是目標編號，每個目標的編號是唯一的，Target_Order是綜合目標靜態分類Target_Type和動態分類Target_Behavior后的優先級排序結果。

WeaponList為地空武器列表。Weapon_Id是武器編號，每個武器的編號是唯一的，Weapon_Authority是武器的指揮權限，Weapon_Surplus是該武器的剩余彈量，Weapon_PH是該武器的命中概率，Weapon_Range是該武器的最大射程。

RuleList是武器-目標分配的規則。包括攔截彈發射數量 Num 、攔截距離Range等。

4模型檢驗分析

為評估本文提出的地空交戰綜合建模方法的有效性，基于計算機兵棋系統設計系列地空交戰場景開展實驗，并對結果進行分析。

4.1 實驗設計

4.1.1 實驗問題設計

地空交戰模型在戰役級以上規模兵棋推演中，能否實現防空反導武器對不同空戰場目標進行差異化攔截，能否為指揮員提供真實決策環境。

4.1.2 實驗想定設計

基于某型兵棋系統，紅藍雙方進行戰役級規模對抗，在實驗區域開展“多層拒止”地空交戰實驗，如圖4所示。紅方防空反導裝備分散部署，實施多層拒止作戰。藍方使用彈道導彈、高超聲速武器、隱身飛機、小型無人機，從2個方向對紅方實施穿透打擊，預警機位當面提供信息支援。

圖4地空交戰想定場景

Fig.4Scenarios for ground-to-air combat

紅方指揮編配某型便攜式導彈戰斗力系統的防空營級部隊1個，3型中遠程防空反導武器30套，超遠程防空武器2套，配置如表3所示。

表3紅方兵力配置表Tab.3Red Force Configuration

藍方指揮預警機2架、隱身飛機30架、彈道導彈5枚、高超聲速武器5枚、大型無人機2架、小型無人機20架，配置如表4所示。

表4藍方兵力配置表Tab.4Blue Force Configuration

4.2 實驗分析

基于某型計算機兵棋系統進行了10輪超實時推演，系統運行正常。超遠程防空武器未經指揮員授權時未發射，授權后成功發射；中遠程防空反導武器在發現目標后，根據規則進行任務分配，彈藥消耗量的 70% 針對1級目標 ，30% 針對2級目標；近程防空武器對進入威力區的目標自動攔截，彈藥消耗量的 80% 為小型無人機 ，20% 為穿透進來的2級目標。

實驗結果表明：地空交戰綜合建模方法可有效支撐戰役以上規模兵棋推演，模型體現了差異化攔截理念，打擊遠程目標時發揮了戰役以上指揮員的決策作用。

5 結束語

針對大部分仿真推演系統將超遠程防空、近距防空和近距反無人機混為一談，未體現地空交戰目標差異化攔截、難以為指揮員提供真實決策環境的問題，本文提出了面向大型計算機兵棋系統的地空交戰綜合建模方法，在保證推演效率的基礎上為用戶提供了真實的決策環境。最后通過實驗驗證了所提方法和模型的合理性與有效性。該方法同樣適用于海空交戰。

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（責任編輯：胡前進）