羅小明,朱延雷,何　榕

(裝備學(xué)院,北京　101416)

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天基信息支援指揮控制體系運(yùn)行機(jī)制及復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)建模*

羅小明,朱延雷,何榕

(裝備學(xué)院,北京101416)

天基信息支援是當(dāng)前聯(lián)合作戰(zhàn)的主要樣式之一,指揮控制體系是天基信息支援聯(lián)合作戰(zhàn)的核心和神經(jīng)中樞,構(gòu)建天基信息支援指揮控制體系運(yùn)行機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型有助于提升天基信息支援乃至聯(lián)合作戰(zhàn)體系效能。探討了天基信息支援云作戰(zhàn)的基本概念和主要特點(diǎn)、天基信息支援云作戰(zhàn)體系的構(gòu)成和運(yùn)行機(jī)制、以及天基信息支援云作戰(zhàn)指揮控制體系的構(gòu)成和流程,勾畫了天基信息支援云作戰(zhàn)指揮控制的理論框架,并結(jié)合示例構(gòu)建了天基信息支援云作戰(zhàn)指揮控制體系結(jié)構(gòu)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型,并進(jìn)行了主要參量分析,對(duì)開(kāi)展天基信息支援指揮控制體系建設(shè),指導(dǎo)天基信息支援以及聯(lián)合作戰(zhàn)體系需求論證、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、評(píng)估優(yōu)化等具有積極而現(xiàn)實(shí)的參考價(jià)值。

天基信息支援;指揮控制體系;運(yùn)行機(jī)制;云作戰(zhàn);復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)

指揮控制體系是對(duì)各級(jí)作戰(zhàn)部隊(duì)實(shí)施指揮和對(duì)各類武器系統(tǒng)實(shí)施控制的天基、臨基、空基、?；?、陸基信息系統(tǒng)構(gòu)成的有機(jī)整體,它將各種作戰(zhàn)要素、作戰(zhàn)單元、作戰(zhàn)系統(tǒng)綜合集成為功能聯(lián)動(dòng)、結(jié)構(gòu)敏捷、組織協(xié)同、行動(dòng)控制、效能涌現(xiàn)的作戰(zhàn)體系,因而成為提升作戰(zhàn)體系作戰(zhàn)能力的“孵化器”、“黏合劑”或“倍增器”[1]。天基信息支援是指通過(guò)天基信息系統(tǒng)的情報(bào)監(jiān)視與偵察、導(dǎo)彈預(yù)警、環(huán)境監(jiān)測(cè)、衛(wèi)星通信、定位導(dǎo)航與授時(shí)等5項(xiàng)任務(wù),為聯(lián)合作戰(zhàn)提供信息支援的一種作戰(zhàn)行動(dòng)[2]。天基信息支援是當(dāng)前聯(lián)合作戰(zhàn)的主要樣式之一,指揮控制體系是天基信息支援聯(lián)合作戰(zhàn)的核心和神經(jīng)中樞。靈活、適應(yīng)、敏捷的天基信息支援指揮控制體系有助于為聯(lián)合作戰(zhàn)行動(dòng)提供戰(zhàn)場(chǎng)偵察、監(jiān)視、預(yù)警、通信、導(dǎo)航、定位、環(huán)境監(jiān)測(cè)等信息支援,是關(guān)系到聯(lián)合作戰(zhàn)能力生成、結(jié)構(gòu)演化和效能涌現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)。文獻(xiàn)[3-5]研究了“云作戰(zhàn)”(Cloud Operations)的基本概念、制勝機(jī)理、作戰(zhàn)模式、能力生成、運(yùn)行機(jī)制等問(wèn)題,為“云作戰(zhàn)”的實(shí)踐運(yùn)用奠定了理論基礎(chǔ)。本文基于云作戰(zhàn)和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)(Complex Networks)理論,開(kāi)展天基信息支援指揮控制體系運(yùn)行機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型研究,對(duì)創(chuàng)新航天指揮控制理論,推進(jìn)航天指揮控制體系建設(shè),指導(dǎo)天基信息支援以及聯(lián)合作戰(zhàn)體系需求論證、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、評(píng)估優(yōu)化等具有積極而現(xiàn)實(shí)的參考價(jià)值。

1　天基信息支援云作戰(zhàn)的基本理論

1.1基本概念和主要特點(diǎn)

“云作戰(zhàn)”是指將所有分散的相關(guān)作戰(zhàn)資源迅速、靈活地聚焦于一個(gè)(或多個(gè))目標(biāo)實(shí)施攻擊或防御的作戰(zhàn)理論與方法體系?！霸谱鲬?zhàn)”既是一種理念,也是一種戰(zhàn)法,它提供了一種基于作戰(zhàn)目標(biāo)的作戰(zhàn)資源高效組織和實(shí)踐運(yùn)用的具體路徑。

天基信息支援云作戰(zhàn)是指在聯(lián)合指揮機(jī)構(gòu)的統(tǒng)一指揮下,綜合運(yùn)用云作戰(zhàn)聚散、機(jī)變、隱形等原理,利用天基信息獲取系統(tǒng)、天基信息傳輸系統(tǒng)、天基時(shí)空基準(zhǔn)系統(tǒng)和天基資源綜合應(yīng)用管理系統(tǒng)為聯(lián)合作戰(zhàn)行動(dòng)提供信息支援的一種作戰(zhàn)行為。

天基信息支援云作戰(zhàn)具有以下基本特點(diǎn):

1)作戰(zhàn)力量構(gòu)成多元。天基信息支援云作戰(zhàn)力量既包括軍用、民用、商用天基信息支援力量(或常備、后備天基信息支援力量),還包括陸軍、海軍、空軍、導(dǎo)彈部隊(duì)、網(wǎng)絡(luò)部隊(duì)等聯(lián)合作戰(zhàn)力量。陸軍、海軍、空軍、導(dǎo)彈部隊(duì)、網(wǎng)絡(luò)部隊(duì)與天基信息支援部隊(duì)進(jìn)行力量組合,不僅可形成一個(gè)嚴(yán)密、無(wú)縫的作戰(zhàn)力量聯(lián)合體,還能衍生出諸如“天海一體云作戰(zhàn)”、“天網(wǎng)一體云作戰(zhàn)”、“網(wǎng)天空一體云作戰(zhàn)”等新型作戰(zhàn)模式及創(chuàng)新戰(zhàn)法。

2)作戰(zhàn)任務(wù)以信息支援為重點(diǎn)。天基信息支援云作戰(zhàn)主要是為己方陸軍、海軍、空軍、導(dǎo)彈部隊(duì)、網(wǎng)絡(luò)部隊(duì)等聯(lián)合作戰(zhàn)力量提供戰(zhàn)場(chǎng)偵察、監(jiān)視、預(yù)警、通信、導(dǎo)航、定位、環(huán)境監(jiān)測(cè)等信息支援,而且支援行動(dòng)貫穿聯(lián)合作戰(zhàn)全過(guò)程。天基信息支援通過(guò)奪取戰(zhàn)場(chǎng)信息優(yōu)勢(shì)、實(shí)現(xiàn)聯(lián)合作戰(zhàn)指揮控制、以及提供所需的聯(lián)合作戰(zhàn)支持,從而成倍增強(qiáng)聯(lián)合部隊(duì)的體系作戰(zhàn)效能。

3)作戰(zhàn)行動(dòng)聚散、機(jī)變、隱形?！熬凵ⅰ?、“機(jī)變”、“隱形”既是“云作戰(zhàn)”的基本特征和核心思想,也是由航天器(衛(wèi)星)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性,以及天基信息支援作戰(zhàn)時(shí)機(jī)選擇、作戰(zhàn)節(jié)奏把握、作戰(zhàn)指揮控制的精度及其靈活性、適應(yīng)性、敏捷性要求所決定的。只有實(shí)施“尚謀機(jī)變、資源協(xié)同、多維攻防、聚散無(wú)形”的天基信息支援云作戰(zhàn),實(shí)現(xiàn)各種作戰(zhàn)資源的優(yōu)化部署、協(xié)同聚散和能量釋放,才能適應(yīng)天基信息支援作戰(zhàn)的任務(wù)及要求,才能發(fā)揮快出戰(zhàn)力、擴(kuò)大戰(zhàn)域、提升效能、隱蔽意圖、揚(yáng)己所長(zhǎng)等云作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)。

4)作戰(zhàn)結(jié)果影響大。太空既是軍事上的“制高點(diǎn)”,又是國(guó)家安全的“高邊疆”。一方面參戰(zhàn)各方對(duì)天基信息支援作戰(zhàn)行動(dòng)高度敏感;另一方面天基信息系統(tǒng)在聯(lián)合作戰(zhàn)的情報(bào)偵察、導(dǎo)彈預(yù)警、指揮控制、戰(zhàn)場(chǎng)機(jī)動(dòng)、火力打擊、綜合保障等各個(gè)環(huán)節(jié)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。離開(kāi)天基信息支援,將在很大程度上削弱參戰(zhàn)各方作戰(zhàn)體系的作戰(zhàn)效能。因此,實(shí)施天基信息支援云作戰(zhàn),一要知天、用天、控天、防天并充分考慮到可能的作戰(zhàn)后果,二是采取協(xié)同打擊或全效防御的方式方法,實(shí)現(xiàn)毀點(diǎn)破網(wǎng)的作戰(zhàn)功效。

1.2天基信息支援云作戰(zhàn)體系構(gòu)成

按照基于SCAS(Sensor—Controller—Actuator-Supporter)的柔性建模方法,天基信息支援云作戰(zhàn)體系可分解為信息系統(tǒng)(傳感器類(Sensor),即天基信息獲取系統(tǒng)、天基信息傳輸系統(tǒng)、天基時(shí)空基準(zhǔn)系統(tǒng)和天基資源綜合應(yīng)用管理系統(tǒng))、指揮控制系統(tǒng)(控制器類(Controller),包括聯(lián)合指揮機(jī)構(gòu)和指揮信息系統(tǒng))、武器系統(tǒng)(執(zhí)行器類(Actuator),主要指聯(lián)合作戰(zhàn)力量的火力打擊平臺(tái)和主戰(zhàn)武器系統(tǒng))、航天工程支持與保障系統(tǒng)(支持器類(Supporter),包括航天運(yùn)輸系統(tǒng)、航天發(fā)射系統(tǒng)、航天測(cè)控系統(tǒng)、太空服務(wù)系統(tǒng)、以及作戰(zhàn)綜合保障系統(tǒng)(作戰(zhàn)保障、裝備保障、后勤保障系統(tǒng))[6-8],如圖1所示。

圖1　天基信息支援云作戰(zhàn)體系構(gòu)成

1.3天基信息支援云作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制

從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的角度看,“云作戰(zhàn)”體系可視為一個(gè)以各種作戰(zhàn)資源和作戰(zhàn)力量為節(jié)點(diǎn),各種指控關(guān)系、組織關(guān)系和運(yùn)行機(jī)制為邊,并由這些節(jié)點(diǎn)和邊鏈接而成的“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”,是具有多層次(multi-level)、多維度(multi-dimension)、多準(zhǔn)則(multi-criterion)、多指標(biāo)(multiple index)、多方案(multi-plan)等“5多”或“5M”特征的超網(wǎng)絡(luò)。具體而言,“云作戰(zhàn)”體系是由具有自適應(yīng)/自協(xié)同特性的聯(lián)合指揮部、天基信息系統(tǒng)能力綜合分析/天基信息需求綜合分析/天基信息產(chǎn)品整編集成/云偵察與監(jiān)視/云導(dǎo)彈預(yù)警/云環(huán)境監(jiān)測(cè)/云導(dǎo)航定位/云衛(wèi)星通信/太空態(tài)勢(shì)感知及顯示/指控信息管理及協(xié)同、作戰(zhàn)(目標(biāo)/方案)設(shè)計(jì)部、戰(zhàn)力生成部、戰(zhàn)效評(píng)估平臺(tái)等多個(gè)功能系統(tǒng),按照一定的指控關(guān)系、組織關(guān)系和運(yùn)行機(jī)制組成的有機(jī)整體,如圖2所示。

圖2　天基信息支援云作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制

具體過(guò)程為:1)聯(lián)合指揮部作為天基信息支援云作戰(zhàn)的核心機(jī)構(gòu),它負(fù)責(zé)匯聚天基信息系統(tǒng)提供的目標(biāo)(毀傷)偵察信息、導(dǎo)航定位信息、氣象信息、測(cè)繪信息、預(yù)警信息以及敵方衛(wèi)星過(guò)頂預(yù)報(bào)信息,提供信息傳輸(通信保障)服務(wù),確定作戰(zhàn)任務(wù),并通過(guò)在技術(shù)層面上建立天基信息系統(tǒng)能力綜合分析、天基信息需求綜合分析、天基偵察與監(jiān)視、天基導(dǎo)彈預(yù)警、天基環(huán)境監(jiān)測(cè)、天基導(dǎo)航定位、天基信息產(chǎn)品整編集成、太空態(tài)勢(shì)感知及顯示、衛(wèi)星通信保障、指控信息管理及協(xié)同等業(yè)務(wù)平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)連接,實(shí)現(xiàn)對(duì)天基信息系統(tǒng)的統(tǒng)一任務(wù)管理[9];2)天基信息支援云作戰(zhàn)設(shè)計(jì)部根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù),設(shè)計(jì)作戰(zhàn)目標(biāo)和作戰(zhàn)方案(包括原案和變案),詳細(xì)規(guī)劃偵察與監(jiān)視云、導(dǎo)彈預(yù)警云、環(huán)境監(jiān)測(cè)云、衛(wèi)星通信云、導(dǎo)航定位云、天基資源綜合管理云、太空態(tài)勢(shì)感知云、聯(lián)合指揮控制云以及航天工程支持云的功能配置、任務(wù)部署和分散消隱途徑及步驟,最終提交天基信息支援云作戰(zhàn)聯(lián)合指揮部定下決心,下達(dá)作戰(zhàn)命令和調(diào)控戰(zhàn)局;3)天基信息支援云作戰(zhàn)戰(zhàn)力生成部領(lǐng)受聯(lián)合指揮部下達(dá)的作戰(zhàn)目標(biāo)和作戰(zhàn)方案后,依據(jù)編成的陸軍、海軍、空軍、導(dǎo)彈部隊(duì)、網(wǎng)絡(luò)部隊(duì)等聯(lián)合作戰(zhàn)力量、主戰(zhàn)裝備及作戰(zhàn)綜合保障體系,融合生成多種類型的作戰(zhàn)云以適應(yīng)聯(lián)合作戰(zhàn)需求,并反饋至聯(lián)合指揮部;4)經(jīng)綜合分析與決策,通過(guò)天基信息支援云作戰(zhàn)指控信息管理及協(xié)同平臺(tái)執(zhí)行作戰(zhàn)方案,實(shí)時(shí)(近實(shí)時(shí))指揮控制各類型作戰(zhàn)云實(shí)施協(xié)同打擊和全效防御,并經(jīng)天基信息支援云作戰(zhàn)戰(zhàn)效評(píng)估平臺(tái)向聯(lián)合指揮部和設(shè)計(jì)部反饋?zhàn)鲬?zhàn)態(tài)勢(shì),由天基信息支援云作戰(zhàn)設(shè)計(jì)部和戰(zhàn)力生成部實(shí)時(shí)修訂原定方案或啟用新生變案,動(dòng)態(tài)調(diào)整作戰(zhàn)力量及指揮方式或手段,再經(jīng)指控協(xié)同平臺(tái)完成天基信息支援云作戰(zhàn)的實(shí)施。

2　天基信息支援云作戰(zhàn)指揮控制體系的構(gòu)建

根據(jù)聯(lián)合作戰(zhàn)的特點(diǎn)以及天基信息支援力量運(yùn)用的使命任務(wù),天基信息支援云作戰(zhàn)指揮控制體系的主要功能是對(duì)天基信息支援力量所參與的聯(lián)合作戰(zhàn)行動(dòng)進(jìn)行掌握和制約。從目前指揮控制體系的使命任務(wù)和主要功能來(lái)看,天基信息支援云作戰(zhàn)指揮控制體系主要由指揮決策系統(tǒng)、武器控制系統(tǒng)、作戰(zhàn)管理系統(tǒng)、信息處理與服務(wù)系統(tǒng)、通信保障系統(tǒng)、指揮監(jiān)控系統(tǒng)、文電支持系統(tǒng)、時(shí)統(tǒng)支持系統(tǒng)、數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)等組成[1,8]。按照職責(zé)任務(wù)劃分,天基信息支援云作戰(zhàn)指揮控制體系的指揮機(jī)構(gòu)主要由國(guó)家最高統(tǒng)帥部(國(guó)家戰(zhàn)略航天指揮機(jī)構(gòu))、(戰(zhàn)區(qū))聯(lián)合指揮部、戰(zhàn)略支援部隊(duì)(天基信息支援部隊(duì))基本指揮所、天基偵察與監(jiān)視部隊(duì)指揮所、天基預(yù)警部隊(duì)指揮所、天基通信部隊(duì)指揮所、天基導(dǎo)航定位部隊(duì)指揮所、天基環(huán)境監(jiān)測(cè)部隊(duì)指揮所、太空態(tài)勢(shì)感知部隊(duì)指揮所、綜合保障部隊(duì)指揮所等組成[10]。從指揮活動(dòng)和指揮控制流程來(lái)看,天基信息支援云作戰(zhàn)指揮控制體系的主要任務(wù)有情況判斷、作戰(zhàn)決策、任務(wù)計(jì)劃(作戰(zhàn)設(shè)計(jì))、協(xié)同組織、行動(dòng)控制、戰(zhàn)效評(píng)估等[11]。天基信息支援云作戰(zhàn)指揮控制體系構(gòu)成如圖3所示。

圖3　天基信息支援云作戰(zhàn)指揮控制體系構(gòu)成

“結(jié)構(gòu)決定功能”是系統(tǒng)工程和系統(tǒng)論的基本認(rèn)識(shí)。指揮控制結(jié)構(gòu)是作戰(zhàn)體系中的指揮控制實(shí)體及實(shí)體的屬性所形成的實(shí)體之間的關(guān)系(數(shù)量關(guān)系、空間關(guān)系、時(shí)間關(guān)系、信息連通關(guān)系、協(xié)同組織關(guān)系、行動(dòng)控制關(guān)系)和實(shí)體行動(dòng)關(guān)系的規(guī)則[12]。信息時(shí)代由于通信手段和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)達(dá),各個(gè)指揮控制實(shí)體之間的“距離”大大縮短,指揮員能夠指揮控制的部隊(duì)和武器系統(tǒng)數(shù)量大大增加,縱向的指揮層級(jí)被壓縮,橫向的指揮跨度趨于合理,整體指揮效能得到提升。文獻(xiàn)[10]將指揮控制體系的結(jié)構(gòu)分為三級(jí)、二級(jí)和一級(jí)3種形式,如圖4所示。無(wú)論哪一種指揮結(jié)構(gòu)形式,都必需經(jīng)歷“情況判斷、作戰(zhàn)決策、任務(wù)計(jì)劃、協(xié)同組織、行動(dòng)控制、戰(zhàn)效評(píng)估”循環(huán)(即觀察(Observe)、判斷(Orient)、決策(Decide)、行動(dòng)(Act)或偵(察)、控(制)、打(擊)、評(píng)(估)的過(guò)程,簡(jiǎn)稱OODA環(huán))。因此,天基信息支援云作戰(zhàn)指揮控制的流程可用圖5進(jìn)行描述。

圖4　天基信息支援云作戰(zhàn)指揮控制體系的3種結(jié)構(gòu)形式

圖5　天基信息支援云作戰(zhàn)指揮控制流程

3　基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的天基信息支援云作戰(zhàn)指揮控制體系建模

3.1復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)基本理論

基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論,將天基信息支援云作戰(zhàn)指揮控制體系各指揮控制實(shí)體抽象成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),實(shí)體之間的交互關(guān)系抽象成網(wǎng)絡(luò)邊?？紤]到指揮控制效能對(duì)完整性(Completeness)、準(zhǔn)確性(Correctness)和時(shí)效性(Currency)的要求,本文所研究的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)為有向加權(quán)網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建原則,天基信息支援云作戰(zhàn)指揮控制體系的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型可描述為[13]

G=

式中，V={ν1,ν2,…,νN}表示指揮控制實(shí)體(聯(lián)合指揮機(jī)構(gòu)、指揮信息系統(tǒng))的集合;E={e1,e2,…,eM}表示指揮控制實(shí)體之間指控關(guān)系、組織關(guān)系和運(yùn)行機(jī)制的集合,V、E為非空有限集,令|G|表示G的節(jié)點(diǎn)數(shù)(|G|=N),e(G)表示G中邊的數(shù)目(e(G)=M);Q=[qij]n×n為加權(quán)信息矩陣,qij表示相鄰節(jié)點(diǎn)之間的邊的權(quán)值,它可以是各節(jié)點(diǎn)之間的信息保障時(shí)效性(信息處理與服務(wù)時(shí)效性、信息傳輸(通信保障)時(shí)效性)，也可以是信息連通質(zhì)量(文字、語(yǔ)音、圖像的互聯(lián)互通能力),還可以是作戰(zhàn)協(xié)同能力(指揮控制周期(OODA環(huán)時(shí)長(zhǎng))、指揮容量、武器協(xié)同控制能力、作戰(zhàn)控制成功率),qij>0(i,j=1,2,…,n)。

表征復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特性的特征參數(shù)有很多,其中最重要的參數(shù)是聚集系數(shù)、度分布、平均路徑長(zhǎng)度、網(wǎng)絡(luò)效率等[14-16],這些參數(shù)在當(dāng)前復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的研究過(guò)程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

1)聚集系數(shù)

(1)

(2)

網(wǎng)絡(luò)G的聚集系數(shù)C：

(3)

式中,N為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù);且0≤C≤1,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)均為孤立節(jié)點(diǎn),即沒(méi)有任何連接邊時(shí),C=0;當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都直接相連時(shí),C=1。

2)度分布

網(wǎng)絡(luò)G的平均度,記為〈k〉,即

(4)

式中,入度kiin表示從其他節(jié)點(diǎn)指向該節(jié)點(diǎn)的邊數(shù),出度kiout表示從該節(jié)點(diǎn)指向其他節(jié)點(diǎn)的邊數(shù);網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)入度和出度分布情況可分別用分布函數(shù)P(k)in和P(k)out來(lái)表示,表示網(wǎng)絡(luò)中其入度值和出度值剛好等于k的節(jié)點(diǎn)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中所占的比例。

3)平均路徑長(zhǎng)度

網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離的最大值稱為網(wǎng)絡(luò)的直徑,記為D,即

(5)

網(wǎng)絡(luò)G的平均路徑長(zhǎng)度L定義為任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間距離的平均值,即

(6)

式中,dij定義為連接兩個(gè)節(jié)點(diǎn)vi和vj之間的最短路徑上的邊數(shù)。一般地,平均路徑長(zhǎng)度越大,說(shuō)明該體系層次越多,體系中信息的流動(dòng)、共享、同步將會(huì)越困難和低效。

4)網(wǎng)絡(luò)效率

網(wǎng)絡(luò)G的全局效能(網(wǎng)絡(luò)效率)的計(jì)算公式為

(7)

3.2天基信息支援云作戰(zhàn)指揮控制體系結(jié)構(gòu)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型

以天基信息支援彈道導(dǎo)彈反航母作戰(zhàn)為示例,對(duì)其指揮控制體系結(jié)構(gòu)、指揮關(guān)系、信息流程及作戰(zhàn)過(guò)程進(jìn)行分析,其復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型如圖6所示[17-19]。其中,21個(gè)系統(tǒng)單元組成了節(jié)點(diǎn)集V={ν1,ν2,…,ν21},31條有關(guān)目標(biāo)與環(huán)境、指控協(xié)同、支援保障等的信息交互關(guān)系組成了邊集E={e1,e2,…,e31}。

假設(shè)示例GA為圖6所示的天基信息支援彈道導(dǎo)彈反航母作戰(zhàn)體系,示例GB為無(wú)天基信息支援的彈道導(dǎo)彈反航母作戰(zhàn)體系,示例GC為去掉導(dǎo)彈旅2指揮所的天基信息支援彈道導(dǎo)彈反航母作戰(zhàn)體系(模擬作戰(zhàn)時(shí)敵方對(duì)己方指揮機(jī)構(gòu)的指向性攻擊),示例GD為去掉發(fā)射點(diǎn)(車)6的天基信息支援彈道導(dǎo)彈反航母作戰(zhàn)體系(模擬作戰(zhàn)時(shí)敵方對(duì)基層作戰(zhàn)單元的指向性攻擊)。通過(guò)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)各參量的計(jì)算方法,計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的直徑、聚集系數(shù)、平均路徑長(zhǎng)度和網(wǎng)絡(luò)效率,得到如表1所示的分析結(jié)果。

圖6　天基信息支援彈道導(dǎo)彈反航母作戰(zhàn)指揮控制體系結(jié)構(gòu)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型

節(jié)點(diǎn)數(shù)邊數(shù)直徑聚集系數(shù)平均路徑長(zhǎng)度網(wǎng)絡(luò)效率GA213160.2043.1860.472GB141960.1433.3680.387GC162270.1253.4950.347GD203060.2043.1370.461

從表1的計(jì)算結(jié)果可以看出:

1)對(duì)比GA和GB。GA較GB具有更明顯的“扁平化”結(jié)構(gòu)、較小的平均路徑長(zhǎng)度、較高的聚集系數(shù)和網(wǎng)絡(luò)效率,因而GA比GB呈現(xiàn)出更好的靈活性、高效性和健壯性。從提升網(wǎng)絡(luò)效率的角度來(lái)講,天基信息支援系統(tǒng)對(duì)彈道導(dǎo)彈反航母作戰(zhàn)體系的結(jié)構(gòu)相對(duì)貢獻(xiàn)度為

2)對(duì)比GA和GC。假若戰(zhàn)時(shí)己方作戰(zhàn)體系的指揮機(jī)構(gòu)遭受攻擊,導(dǎo)致降能或失能,將造成己方作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡(luò)直徑和平均路徑長(zhǎng)度的增加,聚集系數(shù)和網(wǎng)絡(luò)效率的降低,極有可能造成整個(gè)作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。因而,加強(qiáng)對(duì)戰(zhàn)時(shí)指揮機(jī)構(gòu)的防護(hù)或加固是提升整個(gè)作戰(zhàn)體系效能的核心環(huán)節(jié)。這也驗(yàn)證了戰(zhàn)時(shí)開(kāi)展云作戰(zhàn)的必要性和高效性。

3)對(duì)比GA和GD。假若戰(zhàn)時(shí)己方作戰(zhàn)體系的基層作戰(zhàn)單元遭受攻擊,導(dǎo)致降能或失能,此時(shí)整個(gè)作戰(zhàn)體系的網(wǎng)絡(luò)效率雖有降低,但效果不太明顯。這也驗(yàn)證了加強(qiáng)戰(zhàn)時(shí)作戰(zhàn)設(shè)計(jì)和戰(zhàn)效評(píng)估工作,提升作戰(zhàn)體系協(xié)同組織和行動(dòng)控制能力的重要性。

4　結(jié)束語(yǔ)

指揮控制體系是天基信息支援聯(lián)合作戰(zhàn)的核心和神經(jīng)中樞,構(gòu)建天基信息支援指揮控制體系運(yùn)行機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型是提升天基信息支援乃至聯(lián)合作戰(zhàn)體系效能的重要舉措。本文將云作戰(zhàn)和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的基本理論運(yùn)用到天基信息支援指揮控制體系建模研究中,并對(duì)天基信息支援云作戰(zhàn)的基本概念和主要特點(diǎn)、天基信息支援云作戰(zhàn)體系的構(gòu)成和運(yùn)行機(jī)制、以及天基信息支援云作戰(zhàn)指揮控制體系的構(gòu)成和流程等進(jìn)行了初步探討。下一步需要重點(diǎn)研究航天云作戰(zhàn)模式、航天云作戰(zhàn)指揮控制機(jī)制、航天云作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)信息體系結(jié)構(gòu)建模及評(píng)估方法等問(wèn)題,充分發(fā)揮航天指揮控制理論在未來(lái)航天作戰(zhàn)和聯(lián)合作戰(zhàn)中的先導(dǎo)作用。

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Command and Control System’s Operating Mechanism of Space-based Information Support and Complex Network Model

LUO Xiao-ming,ZHU Yan-lei,HE Rong

(Academy of Equipment,Beijing 101416,China)

Space-based information support is one of the main joint operation style.Command and control system is the core and nerve center of the Space-based information support’s joint operation.Constructing operating mechanism of command and control system and network structure model can help improving the operational effectiveness of the Space-based information support’s joint operation.The paper discusses the some key problems of the Space-based information support’s cloud battle including the basic concept and main features,operational system construction and operating mechanism,the construction and the process of command and control system.It also delineates the command and control theoretical framework of the cloud battle,and then,it builds the complex network model of command and control system’s architecture with examples.Finally,the paper analyzes the main parameters.It has positive and realistic reference value for command and control system of Space-based information support and guiding system requirement demonstration,structural design and evaluation optimization of Space-based information support’s joint operation.

space-based information support; command and control system; operating mechanism; cloud battle; complex network

1673-3819(2016)05-0001-07

2016-04-26

2016-06-20

總裝武器裝備軍內(nèi)科研重點(diǎn)項(xiàng)目

羅小明(1966-),男,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)檐娛逻\(yùn)籌、作戰(zhàn)模擬。

朱延雷(1983-),男,博士研究生,工程師。

何榕(1983-),女,博士研究生,講師。

E072

ADOI:10.3969/j.issn.1673-3819.2016.05.001