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基于效果的空戰(zhàn)訓(xùn)練過程評估方法研究*

耿振余，張寒松，李德龍，陳治湘

(空軍指揮學(xué)院，北京100097)

摘要：針對目前空戰(zhàn)對抗訓(xùn)練過程評估缺乏定量評估手段的現(xiàn)狀，研究探討訓(xùn)練過程詳細(xì)評估方法。提出了基于效果的評估方法，以“訓(xùn)練過程中的戰(zhàn)術(shù)運用效果和武器操作效果”作為評判依據(jù)，建立了基于效果的訓(xùn)練過程評估指標(biāo)體系，并依據(jù)實時記錄的狀態(tài)、操控、態(tài)勢等各種數(shù)據(jù)給出評估指標(biāo)值的計算和表示方法。通過在嵌入式空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)中的實踐應(yīng)用，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：效果；訓(xùn)練；過程；評估

0引言

近年來，空軍在訓(xùn)練領(lǐng)域圍繞轉(zhuǎn)型建設(shè)需要，不斷深化拓展改革，大力向?qū)崙?zhàn)化訓(xùn)練的方向邁進(jìn)[1-2]。訓(xùn)練評估作為軍事訓(xùn)練活動一個不可或缺的重要環(huán)節(jié)，已成為當(dāng)前我軍推進(jìn)軍事訓(xùn)練科學(xué)化、精細(xì)化的一個重要抓手[3-4]。根據(jù)訓(xùn)練評估的目的，目前主要有2種類型的評估：一種是訓(xùn)練考核，主要是訓(xùn)練結(jié)果的評估，這種評估主要通過對抗雙方的勝負(fù)，檢驗總體訓(xùn)練水平，用于從總的指導(dǎo)思想去指導(dǎo)部隊訓(xùn)練，或為決策機(jī)關(guān)制定規(guī)劃、決策提供依據(jù)[5]；另一種是訓(xùn)練評估，主要是對訓(xùn)練過程的詳細(xì)評估，是貫穿于對抗訓(xùn)練整個過程的信息收集、處理、分析、解算等的活動，這種評估主要用于分析訓(xùn)練中存在的問題和不足，形成反饋以指導(dǎo)部隊的訓(xùn)練[6-7]。

由于空戰(zhàn)對抗活動的極其復(fù)雜性，對空戰(zhàn)對抗的訓(xùn)練評估雖然已經(jīng)開展了不少探索性的研究，但目前仍缺乏行之有效的定量評估方法，極大制約了航空兵部隊訓(xùn)練的健康、可持續(xù)發(fā)展，因此，大力開展空戰(zhàn)對抗訓(xùn)練的評估研究迫在眉睫。本文在借鑒國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，針對訓(xùn)練過程評估，研究探討航空兵空戰(zhàn)對抗訓(xùn)練過程評估的定量方法，以求對每次訓(xùn)練都具有實際指導(dǎo)價值。

1訓(xùn)練過程評估原則

以航空兵自由空戰(zhàn)中單機(jī)或編隊為評估對象，以訓(xùn)練中發(fā)現(xiàn)問題、糾錯與提出意見為目的，按照單機(jī)由“局部到整體”和編隊由“整體到個體”的辯證方法[8]，綜合考慮對抗過程中戰(zhàn)術(shù)運用和武器運用效果，依據(jù)訓(xùn)練過程中記錄的狀態(tài)、操控、態(tài)勢等各種數(shù)據(jù)，建立量化、規(guī)范、操作性強(qiáng)的評估指標(biāo)體系。

單機(jī)訓(xùn)練評估，采取從單項指標(biāo)求解到整體指標(biāo)綜合的評估方法。

編隊訓(xùn)練評估，首先將編隊視為一個整體進(jìn)行綜合評估，然后根據(jù)個體對整體的貢獻(xiàn)程度得出對個體的評估。根據(jù)復(fù)雜系統(tǒng)理論，只有從整體角度去評估才能符合作戰(zhàn)實際；根據(jù)評估目的，整體評估要落到每個個體上，才能具有指導(dǎo)性。

2基于效果的訓(xùn)練過程評估方法

基于效果的評估，是指在訓(xùn)練過程評估中，將評估的關(guān)注點放在訓(xùn)練對象達(dá)到的效果上，以“訓(xùn)練過程中的戰(zhàn)術(shù)運用效果和武器操作效果”為評判依據(jù)，來構(gòu)建評估指標(biāo)體系的方法[9-10]。

理解基于效果評估的內(nèi)涵，要準(zhǔn)確把握2點：①效果指標(biāo)貫穿于評估活動的全過程，評估活動各個環(huán)節(jié)的關(guān)注點都是行動的效果，對各項效果指標(biāo)進(jìn)行精確評估。②基于效果的評估不以效能為直接依據(jù)，但最終反應(yīng)效能。效果是人員行動實踐的客觀結(jié)果，是與實踐過程直接相關(guān)聯(lián)的評估指標(biāo)；效能是指達(dá)到系統(tǒng)目標(biāo)的程度，是與操作過程間接關(guān)聯(lián)的、更為綜合性的指標(biāo)[11]。因此，基于效果的評估更能直接揭示人員實踐活動的規(guī)律。

戰(zhàn)術(shù)運用效果主要反映在飛行員作戰(zhàn)過程中通過戰(zhàn)術(shù)運用使空戰(zhàn)態(tài)勢是否向有利的一面轉(zhuǎn)換；武器使用效果主要反映在武器運用時機(jī)、運用方式等造成的影響效果環(huán)節(jié)上。

3基于效果的空戰(zhàn)對抗訓(xùn)練過程評估指標(biāo)體系的建立

訓(xùn)練過程評估的目的是不以得出一個綜合評估數(shù)值成績?yōu)樽罱K目的，而是為訓(xùn)練提供準(zhǔn)確的、對提高訓(xùn)練質(zhì)量有幫助的、與訓(xùn)練效果相關(guān)的豐富的數(shù)據(jù)信息，通過數(shù)據(jù)信息可分析得出訓(xùn)練存在的問題和不足。因此評估指標(biāo)的建立是在追求全面、靈敏、可測、物理意義明顯等要求的同時[12]，允許存在冗余指標(biāo)。如處于敵雷達(dá)探測波束內(nèi)和處于敵導(dǎo)彈攻擊包線內(nèi)2個指標(biāo)不是完全獨立，但提供的信息卻大不相同，因此這2個指標(biāo)同時存在對反饋訓(xùn)練問題是有意義的。

圍繞航空兵單機(jī)或編隊自由空戰(zhàn)，建立單機(jī)或編隊的訓(xùn)練過程評估指標(biāo)體系，如圖1所示，圖中只列了三級指標(biāo)(部分指標(biāo)還可以劃分四級指標(biāo))。對于單機(jī)1對1空戰(zhàn)對抗訓(xùn)練，主要考慮各武器設(shè)備的使用和戰(zhàn)術(shù)選擇指標(biāo)，如火控雷達(dá)的使用效果主要考慮先敵發(fā)現(xiàn)、先敵跟蹤、以及紅藍(lán)雙方位于對方雷達(dá)探測/跟蹤波束內(nèi)的時間比。對于編隊空戰(zhàn)對抗訓(xùn)練，戰(zhàn)術(shù)運用效果除了考慮戰(zhàn)術(shù)選擇指標(biāo)外，還需考慮編隊?wèi)?zhàn)術(shù)決策、編隊指揮協(xié)同等指標(biāo)；武器使用效果主要從編隊整體去考慮雷達(dá)、武器、電子對抗以及數(shù)據(jù)鏈等的使用情況，得出戰(zhàn)術(shù)運用和武器運用的評估結(jié)果后，再來分析編隊中長、僚機(jī)之間的貢獻(xiàn)關(guān)系。

空戰(zhàn)訓(xùn)練的可量化評估指標(biāo)的建立是十分困難的。本文在建立指標(biāo)時大都采用了時間因素指標(biāo)，既避免了不同量綱的歸一化問題，又能在很大程度上反映訓(xùn)練效果。而且空戰(zhàn)訓(xùn)練是對抗、博弈的過程，不能撇開對手因素來進(jìn)行評估，因此在戰(zhàn)術(shù)運用和武器運用效果中很多都采用了雙方指標(biāo)值比。

圖1　訓(xùn)練過程評估指標(biāo)體系Fig.1　Index system of effects-based training evaluation

4指標(biāo)值的表示和求解

評估指標(biāo)體系的量化計算是實現(xiàn)對訓(xùn)練效果量化評估的基礎(chǔ)，訓(xùn)練效果的評估指標(biāo)是由空戰(zhàn)對抗過程中多個環(huán)節(jié)的效果因素所決定的，指標(biāo)值的量化計算又必須對這些環(huán)節(jié)的效果因素做適當(dāng)?shù)暮喕c量化處理，并依靠訓(xùn)練過程中實時記錄的各種狀態(tài)、操控、態(tài)勢等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析和量化計算來實現(xiàn)。對于大多數(shù)時間指標(biāo)，很容易求得各項指標(biāo)值；但對于戰(zhàn)術(shù)運用效果指標(biāo)，需建立軍事理論知識庫模型來進(jìn)行求解。此外，除指標(biāo)值正確、合理的求解外，各項指標(biāo)值還需要用清晰、直觀的方式表示出來，這樣才能便于飛行員從大量的數(shù)據(jù)中獲取有用的信息。

4.1指標(biāo)值的表示

本文以建立的訓(xùn)練過程評估指標(biāo)體系為依據(jù)，圍繞空戰(zhàn)對抗過程時間主線，可以畫出紅藍(lán)雙方在各指標(biāo)評估點上的優(yōu)勢圖，如圖2所示，可以直觀表示紅藍(lán)雙方在各個效果評估點上的優(yōu)勢關(guān)系，從圖中還可以得出武器使用的時機(jī)、運用的方式、使用的效果(如先敵發(fā)現(xiàn)、先敵跟蹤、先敵發(fā)射、位于對方雷達(dá)探測波束內(nèi)的時間比等)。此外，還可以用柱狀圖表示紅藍(lán)雙方在各個指標(biāo)上的時間比。

4.2戰(zhàn)術(shù)運用指標(biāo)的求解方法

戰(zhàn)術(shù)運用效果指標(biāo)的評估是對一段時間戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢變化的統(tǒng)計分析，每一個時刻點的戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢評估不能用數(shù)理統(tǒng)計和簡單的計算來進(jìn)行求解，必須建立相應(yīng)的指標(biāo)評估求解模型[11]。每一個時刻點的戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢是從無序的、不確定的、復(fù)雜的空戰(zhàn)環(huán)境中獲取與敵方意圖和能力相關(guān)的信息并通過評估判斷或推理計算而來的，這些判斷推理具有很大的模糊性和不確定性，必須采用人工智能等不確定性推理的方法。由于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模仿了人的推理機(jī)制，能很好地表達(dá)知識的不確定性，并且能夠?qū)崿F(xiàn)快速的雙向推理(預(yù)測和診斷)，因此本文采用動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理和模糊邏輯技術(shù)，并運用專家知識和案例分析方法，來構(gòu)建戰(zhàn)術(shù)運用指標(biāo)的評估求解模型。

以單機(jī)空戰(zhàn)的超視距戰(zhàn)術(shù)運用效果為例，首先提取與超視距戰(zhàn)術(shù)運用相關(guān)的態(tài)勢變量，如：方位角、進(jìn)入角、距離、高度、速度、空戰(zhàn)能力(火控雷達(dá)、空空武器能力)、事件(如：雷達(dá)探測、雷達(dá)跟蹤、導(dǎo)彈發(fā)射)等，依靠領(lǐng)域?qū)＜业闹R來建立貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)；通過案例庫的分析確定網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)(邊緣概率和條件概率)。模型的邊緣概率表現(xiàn)為超視距戰(zhàn)術(shù)先前的運用特點；而條件概率表現(xiàn)為各節(jié)點變量之間的依賴關(guān)系。建立的超視距戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢評估的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。

圖2　紅藍(lán)雙方的優(yōu)勢圖Fig.2　Advantage plot of red and blue sides

圖3　超視距戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢評估的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)圖Fig.3　Bayesian network model of beyond visual range tactical situation evaluation

圖3中，帶虛線弧的節(jié)點成為持久節(jié)點，表示該節(jié)點在前一時間片與后一時間片之間具有因果關(guān)系；虛線弧表示時間因素的瞬時的因果關(guān)系。然后根據(jù)專家知識劃分各變量節(jié)點的屬性狀態(tài)。以距離屬性狀態(tài)為例，通過模糊劃分構(gòu)成為模糊集，對距離屬性的各模糊集建立隸屬度函數(shù)，如表1所示。其中，DRmax表示機(jī)載雷達(dá)最大搜索距離；DMmax表示中距彈最大攻擊距離；DMEmax表示中距彈不可逃逸區(qū)最大距離；DMEmin表示中距彈不可逃逸區(qū)最小距離。

表1　距離屬性的隸屬度表

上述建立的隸屬度就等同于距離屬性的觀測值屬于各個狀態(tài)的概率。

對于圖3的網(wǎng)絡(luò)模型，貝葉斯網(wǎng)給出的聯(lián)合概率分布的分解為

ξ={P(O),P(I),P(D),P(H),P(V),P(P|H,V),P(R),P(W),P(C|R,W),P(E),P(T|O,I,D,P,C,E)}.

(1)

動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)第2個時間片的聯(lián)合概率是在第1個時間片基礎(chǔ)上，增加了第1時間片節(jié)點對當(dāng)前時間片節(jié)點的影響關(guān)系，它的聯(lián)合概率分布的分解為

ξ1={P(O1|O),P(I1|I),P(D1|D),P(H1|H),P(V1|V),P(E1|E),P(P1|H1,V1),P(C|R,W),P(T1|O1,I1,D1,P1,E1,C,T)}.

(2)

在第1個時間片中，從各節(jié)點的狀態(tài)劃分和式(1)可以得出，圖1所示的動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)共需確定的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)有：8個邊緣概率分布和1 800個條件概率分布。通過大量的案例數(shù)據(jù)訓(xùn)練，可以確定網(wǎng)絡(luò)中的各個條件概率分布，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)確定后即可進(jìn)行判斷推理，從而得出戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢優(yōu)劣的模糊隸屬值。

5應(yīng)用示例

上述建立的訓(xùn)練過程評估方法已經(jīng)應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)嵌入式戰(zhàn)術(shù)對抗訓(xùn)練仿真論證平臺中。仿真論證平臺的地面任務(wù)支撐環(huán)境系統(tǒng)由訓(xùn)練想定制定、二/三維態(tài)勢監(jiān)控、訓(xùn)練成績評估和作戰(zhàn)過程回放等模塊組成，其中訓(xùn)練成績評估的目的是用于總結(jié)分析訓(xùn)練中存在的問題和不足，為真正達(dá)到練一次進(jìn)步一次、以評促訓(xùn)的目的提供科學(xué)的技術(shù)支撐。通過大量的實踐檢驗，該方法準(zhǔn)確合理，各項指標(biāo)符合客觀實際。訓(xùn)練評估的運行畫面如圖4所示。

圖4　訓(xùn)練過程評估的程序畫面Fig.4　Realization of the effects-based　　　training evaluation

6結(jié)束語

訓(xùn)練過程評估是部隊?wèi)?zhàn)術(shù)訓(xùn)練中不可或缺的一個重要組成部分，直接影響到訓(xùn)練效果的提升。隨著空戰(zhàn)對抗訓(xùn)練向?qū)崙?zhàn)化的大力邁進(jìn)，訓(xùn)練成績評估手段嚴(yán)重滯后的矛盾越來越突出，急需科學(xué)有效的訓(xùn)練評估手段的大力支撐。針對目前缺少全面詳細(xì)的過程定量評估的現(xiàn)狀，本文做了大量的探索性研究，提出了基于效果的訓(xùn)練過程評估方法，為訓(xùn)練過程評估的研究起到了拋磚引玉的作用。

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Study on Method of Effects-Based Evaluation of Air Combat Training Course

GENG Zhen-yu, ZHANG Han-song, LI De-long, CHEN Zhi-xiang

(Air Force Command Collage, Beijing 100097，China)

Abstract:Aiming at the fact thatthe air combat training lacks quantitative evaluation, the method of training evaluation in detail isstudied. The method of training evaluation based on effects isput forward. The effects of using tactics and weapon operating in training aretaken as evaluation basis to set upthe index system of effects-based training evaluation. The method of calculating and showing index values isgiven based on recording data of states, operating and situation.When used in the embedded air combat training system, theeffects-based evaluation method can achieve good results.

Key words:effect; training; course; evaluation

中圖分類號：TP391.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-086X(2015)-02-0185-06

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2015.02.030

通信地址：100097北京市海淀區(qū)北四環(huán)西路88號E-mail：gengzhenyu@sina.com

作者簡介：耿振余(1973-)，男，山西太谷人。講師，博士，主要研究方向為系統(tǒng)建模與仿真、作戰(zhàn)效能評估。

基金項目：空軍武器裝備軍內(nèi)科研重點項目(KJ2011116)

* 收稿日期：2014-03-12；
修回日期：2014-05-05