張春華，張小可，鄧宏鐘

（國防科學技術大學 信息系統(tǒng)與管理學院，湖南 長沙 410073）

未來信息化條件下作戰(zhàn)，將是信息主導的陸海空多維一體化、網(wǎng)絡化戰(zhàn)爭。在信息技術高度發(fā)達的現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，裝備間的配合程度日益增強，作戰(zhàn)雙方的對抗更加突出雙方體系整體的對抗，作戰(zhàn)體系的整體效能是決定作戰(zhàn)勝負的關鍵[1]。如何準確評價作戰(zhàn)體系是改進作戰(zhàn)體系結構的前提。傳統(tǒng)的作戰(zhàn)效能評估方法通常采用對作戰(zhàn)體系各種戰(zhàn)技指標層層聚合的方式，這種評價方式體現(xiàn)了裝備性能對作戰(zhàn)效能的影響，但忽略了裝備間的配合關系對作戰(zhàn)效能的影響。本文以復雜網(wǎng)絡理論為基礎，通過抽象核心作戰(zhàn)活動和作戰(zhàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡化建模，提出基于作戰(zhàn)環(huán)的作戰(zhàn)能力指標，建立評估優(yōu)化作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡結構的方法。本問題的研究對于武器裝備的發(fā)展以及作戰(zhàn)應用提供有益借鑒。

1 作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡化建模

節(jié)點與節(jié)點之間的相互關系作為一個整體就是網(wǎng)絡。作戰(zhàn)體系是一個典型的復雜網(wǎng)絡，它由許多的具有自主特性裝備以及各類裝備間復雜的關系組成。這種具有特定功能行為的實體相互之間產生的相互作用表現(xiàn)出來就是戰(zhàn)爭過程中的雙方對抗、各方內部的合作和協(xié)同、各方之間的聯(lián)合和協(xié)同等。要進行作戰(zhàn)行為建模，首先要對紛繁復雜的戰(zhàn)場行為進行抽象，提取出具有典型意義的作戰(zhàn)裝備和作戰(zhàn)行為，建立網(wǎng)絡模型。按照復雜網(wǎng)絡理論，將整個作戰(zhàn)體系的結構通過各級指揮機構及其相互之間的信息關系所構成的整體加以描述。在基于復雜網(wǎng)絡的作戰(zhàn)建模中，把各個作戰(zhàn)單元看成是節(jié)點，把作戰(zhàn)單元之間的相互作用看成是邊，這樣就形成了一個描述作戰(zhàn)系統(tǒng)的復雜網(wǎng)絡。圖1是一個典型的作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡。

圖1 作戰(zhàn)體系網(wǎng)Fig.1 Information combat system

1.1 作戰(zhàn)節(jié)點的抽象

信息技術的發(fā)展使得現(xiàn)代武器裝備種類繁多，功能復雜。美國戰(zhàn)略研究中心主任David S.A.認為作戰(zhàn)系統(tǒng)核心中有3種類型的實體：偵察實體、決策實體、攻擊實體，整個作戰(zhàn)活動也圍繞這3類實體展開[2]。澳大利亞國防部科技委員會的Dekker在對C4ISR體系結構的研究中，把指揮控制組織中的實體分為作戰(zhàn)實體、情報實體、網(wǎng)絡、指揮控制實體[3]。美國Alidade國防咨詢公司的Jeff Cares在對信息時代的作戰(zhàn)行為建模研究中，也把武器裝備分為：傳感器實體、決策實體、響應實體、目標實體[4]。基于裝備在作戰(zhàn)活動中的地位作用，本文把作戰(zhàn)體系中的裝備抽象為4類：

1）偵察實體（S）：偵察實體的主要功能是對戰(zhàn)場空間進行情報收集，為指揮決策部門提供信息支持，包括偵察衛(wèi)星，雷達，預警機及其他偵察裝備。

2）決策實體（C）：表示各級指揮決策中心，它能接受從衛(wèi)星實體傳來的決策支持信息，對戰(zhàn)場情況進行分析決策，同時對作戰(zhàn)實體發(fā)布作戰(zhàn)命令，包括戰(zhàn)區(qū)指揮中心，一體化指揮平臺、軍師旅團司令部，營連指揮所。

3）打擊實體（K）：是指在作戰(zhàn)體系中對目標造成直接毀傷的作戰(zhàn)單元，包括戰(zhàn)機、導彈、坦克、步兵分隊等。

4）目標實體（T）：是指在我方攻擊范圍內的敵方目標。

1.2 作戰(zhàn)關系的抽象

現(xiàn)代作戰(zhàn)武器裝備體系功能強大、結構復雜，作戰(zhàn)行為多樣，體系中各個裝備各司其職。一個戰(zhàn)術級的指揮控制過程一般描述如下[5-6]：指揮中心根據(jù)偵察衛(wèi)星等裝備獲取敵方目標信息，并根據(jù)使命任務作出決策，將作戰(zhàn)計劃、命令下達到部隊；部隊根據(jù)命令以及具體情況完成機動部署和火力打擊；戰(zhàn)場雷達等偵察偵察裝備感知戰(zhàn)場打擊效果，指揮員據(jù)此作出新的決策，形成新的作戰(zhàn)流，展開下一輪的指揮控制過程。

現(xiàn)代作戰(zhàn)循環(huán)理論認為指揮控制是一個觀察、定位、決策、行動（OODA）循環(huán)過程，即把作戰(zhàn)過程簡化抽象描述成一個偵察系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標，而后將目標信息傳給決策中心，決策中心對形勢進行分析后指揮打擊實體對敵方目標實施最終軍事行動的重復循環(huán)過程。借鑒這種思想，并結合對作戰(zhàn)單元的抽象，本文在模型中提出了作戰(zhàn)環(huán)的概念如圖2所示。作戰(zhàn)環(huán)是指為了完成特定的作戰(zhàn)任務，武器裝備體系中的偵察、指控、打擊等武器裝備實體與敵方目標實體構成的有作戰(zhàn)行為關系的閉合回路。作戰(zhàn)環(huán)代表了作戰(zhàn)體系的最簡單基本環(huán)節(jié)，稱作標準作戰(zhàn)環(huán)（Standard Operation Loop）。作戰(zhàn)環(huán)數(shù)量的多少在一定程度上反應了作戰(zhàn)體系可選擇最短路徑的方案的多少，代表了作戰(zhàn)體系的作戰(zhàn)能力。

圖2 標準作戰(zhàn)環(huán)Fig.2 Standard operation loop

圖3 廣義作戰(zhàn)環(huán)Fig.3 Generalized operation

1.3 作戰(zhàn)網(wǎng)絡參數(shù)

網(wǎng)絡參數(shù)是作戰(zhàn)體系特征的定量體現(xiàn)，描述了網(wǎng)絡拓撲結構的特征。作戰(zhàn)網(wǎng)絡參數(shù)見表1，包括節(jié)點數(shù)量、作戰(zhàn)網(wǎng)絡各類節(jié)點之間的連接概率

1.4 作戰(zhàn)環(huán)的計算

取定 ES-C中的 α1和 ET-S中的 η1，向量 α1*βi表示經過第1個偵察節(jié)點、決策節(jié)點、第i個打擊節(jié)點的鏈接情況，向量α1* βi各分量代表是否有完整的單鏈，其中 i=1，2，…，NK，向量γj*η1表示經過第1個偵察節(jié)點、目標節(jié)點、第j個打擊節(jié)點的鏈接情況，向量γj*η1各分量代表是否有完整的單鏈，其中 j=1，2，…，NK。

表1 作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡參數(shù)Tab.1 Information combat system parameter

那么，向量 α1*βi*γi*η1表示經過第 1個偵察節(jié)點、決策節(jié)點、第i個打擊節(jié)點，目標節(jié)點的作戰(zhàn)閉環(huán)情況，各分量代表是否有完整的作戰(zhàn)環(huán)，其中 i=1，2，…，NK，也即，經過第 1個偵察節(jié)點的作戰(zhàn)環(huán)的數(shù)量為：

其中算子＜＞代表向量各元素的代數(shù)和。

分別取定 α2，α3，…，αNS，重復以上步驟，可得作戰(zhàn)體系的作戰(zhàn)環(huán)數(shù)量為 ：

依照上述方法，只要分別增加計算循環(huán)，同樣可以算出廣義作戰(zhàn)環(huán)的數(shù)量。

2 基于作戰(zhàn)環(huán)的作戰(zhàn)體系能力評估

2.1 基于作戰(zhàn)環(huán)的效能指標

作戰(zhàn)環(huán)代表了作戰(zhàn)體系的最簡單基本環(huán)節(jié)，作戰(zhàn)環(huán)數(shù)量的多少反應了作戰(zhàn)體系可選擇的方案的多少，代表了作戰(zhàn)體系的核心能力。在實際的作戰(zhàn)行為中，一個完整作戰(zhàn)活動一般都會經歷多個偵察裝備，經過多個決策實體完成。因此，考慮擴展偵察節(jié)點和和決策節(jié)點的廣義作戰(zhàn)環(huán)，更能體現(xiàn)作戰(zhàn)體系的能力。在廣義作戰(zhàn)環(huán)中存在著同類型節(jié)點間的傳遞（SS間，CC間），而在實際交戰(zhàn)過程中戰(zhàn)機稍縱即逝，信息傳遞步數(shù)越多意味著信息最后的利用率越低，而且在信息傳遞過程中存在著信息的衰減，因而一個有實際作戰(zhàn)意義的廣義作戰(zhàn)環(huán)的長度不能過長，因此，在作戰(zhàn)環(huán)代數(shù)和的基礎上加入環(huán)的權重，定義作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡效能指標M：

其中k為作戰(zhàn)環(huán)的數(shù)量，λi為第i個作戰(zhàn)環(huán)的邊數(shù)。由式（3）可得，若為標準作戰(zhàn)環(huán)的話，則對作戰(zhàn)效能的貢獻增益值為1，當作戰(zhàn)環(huán)邊數(shù)遞增，單個作戰(zhàn)環(huán)對體系的整體效能貢獻值呈對數(shù)的倒數(shù)減緩趨勢。

2.2 基于調整網(wǎng)絡參數(shù)的作戰(zhàn)環(huán)數(shù)量仿真

在作戰(zhàn)環(huán)的4類矩陣中，火力打擊能力更多依賴技術的先進度，對敵方目標態(tài)勢的跟蹤能力基于偵察技術，可以調整的是在有限的偵察系統(tǒng)保障能力的基礎上，調整指揮決策體系結構，增加適當增加作戰(zhàn)環(huán)的數(shù)量，增強作戰(zhàn)網(wǎng)絡的效能。下面設置一組網(wǎng)絡參數(shù):NS=30、NK=200、NC=40、NK=200、NT=400、PSC=0.6、PCK=0.8、PKT=0.7、PTS=0.3、PSS=0.5。 對比作戰(zhàn)體系效能在不同的參數(shù)PCC下的變化趨勢。

圖4 不同PCC下作戰(zhàn)效能M和廣義作戰(zhàn)環(huán)數(shù)量的變化Fig.4 Changes of combat effectiveness M and combat cycle quantity under various PCC

由圖4可以看出，隨著PCC的增長，作戰(zhàn)效能M比廣義作戰(zhàn)環(huán)數(shù)量的增加要緩慢，這符合實際情況。作戰(zhàn)效能值前期增加說明適當增加指揮決策實體間的鏈接可以迅速增加作戰(zhàn)能力，也即意味指揮決策體系應向扁平化網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。然而在后期這種增長趨于飽和，說明無限增加鏈接關系會增加的作戰(zhàn)環(huán)的邊數(shù)，造成指揮信息的冗余，因而要尋求指揮體系結構的最優(yōu)化。

3 結束語

文中以復雜網(wǎng)絡理論為基礎，將作戰(zhàn)體系抽象為由眾多作戰(zhàn)環(huán)構成的網(wǎng)絡體系，提出了用作戰(zhàn)體系中基于作戰(zhàn)環(huán)的效能評估方法。該方法不同于傳統(tǒng)的通過對體系戰(zhàn)技指標層層聚合的評估方法，突出了作戰(zhàn)活動中裝備之間的配合關系對作戰(zhàn)效能的影響。但是本文暫時并未考慮抽象后的網(wǎng)絡中邊的權重取值問題，權重對作戰(zhàn)環(huán)的效能會有較大影響，這也將是本文今后研究的重點。

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