胡 詩 毛 杰（.武漢市藏龍北路號武漢43005）（.997部隊北京0400）

海上編隊協(xié)同作戰(zhàn)規(guī)則推理技術(shù)研究?

胡 詩1毛 杰2
（1.武漢市藏龍北路1號武漢430205）（2.91917部隊北京102400）

為促進(jìn)水面艦艇編隊的有效協(xié)同，充分發(fā)揮艦艇編隊整體作戰(zhàn)效能，以適應(yīng)信息化時代不斷改變與難以預(yù)測的復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境，針對艦艇編隊協(xié)同作戰(zhàn)決策問題的復(fù)雜性，提出基于作戰(zhàn)規(guī)則和模糊推理的協(xié)同作戰(zhàn)自主決策方法，解決編隊各作戰(zhàn)平臺自主協(xié)同、動態(tài)協(xié)同等方面的問題。

協(xié)同作戰(zhàn)；作戰(zhàn)規(guī)則；模糊推理

Class Num ber TN97

1 引言

未來海上作戰(zhàn)，主宰戰(zhàn)爭勝負(fù)的不再是單個艦艇，而是海上編隊及編隊與其他兵種的協(xié)同作戰(zhàn)能力。編隊協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)是一個復(fù)合系統(tǒng)，隨著作戰(zhàn)節(jié)奏的不斷加快，戰(zhàn)場情況的難以預(yù)測性和不確定性程度的提高，使得戰(zhàn)前作戰(zhàn)協(xié)同計劃的落實(shí)變得越來越困難，編隊作戰(zhàn)協(xié)同的難度也隨之提高［1］。因此，編隊協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)必須滿足能夠根據(jù)戰(zhàn)場情況的變化，實(shí)時、自主的調(diào)整部署和采取相應(yīng)行動的新需求，以適應(yīng)戰(zhàn)爭形態(tài)的需要。

針對戰(zhàn)場態(tài)勢高度變化的信息化戰(zhàn)場條件下編隊協(xié)同作戰(zhàn)的需求，本文基于作戰(zhàn)規(guī)則、模糊推理等技術(shù)，建立統(tǒng)一的編隊作戰(zhàn)規(guī)則數(shù)字化表示方法，構(gòu)建基于實(shí)時戰(zhàn)場態(tài)勢的編隊作戰(zhàn)規(guī)則模糊推理機(jī)制，解決編隊作戰(zhàn)平臺自主協(xié)同、動態(tài)協(xié)同等方面的問題。

2 編隊協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)分析

2.1 編隊作戰(zhàn)協(xié)同原則

編隊作戰(zhàn)協(xié)同包括作戰(zhàn)行動的協(xié)同、作戰(zhàn)空間的協(xié)同、兵力構(gòu)成的協(xié)同和戰(zhàn)法的協(xié)同等。作戰(zhàn)行動的協(xié)同是指海上戰(zhàn)斗進(jìn)攻和防御一體；作戰(zhàn)空間的協(xié)同包括空中、水面、水下和陸上等多維的作戰(zhàn)空間；兵力構(gòu)成的協(xié)同包括海軍兵種內(nèi)部、編隊內(nèi)部、兵種之間和軍種之間戰(zhàn)斗力量的協(xié)同；戰(zhàn)法的協(xié)同包括不同戰(zhàn)法之間的協(xié)調(diào)配合。所以，編隊作戰(zhàn)協(xié)同是編隊與參加海上協(xié)同作戰(zhàn)的戰(zhàn)術(shù)單元以及編隊內(nèi)部各兵力單元之間，為達(dá)成同一戰(zhàn)斗目的，在統(tǒng)一指揮下，運(yùn)用協(xié)同手段達(dá)成的有序的協(xié)調(diào)和配合［2］。基于對編隊協(xié)同系統(tǒng)協(xié)調(diào)的內(nèi)涵、特征和協(xié)同度的分析，編隊作戰(zhàn)協(xié)同應(yīng)遵循如下原則。

2.1.1 整體協(xié)同

在編隊協(xié)同作戰(zhàn)時，著眼于總的作戰(zhàn)目標(biāo)，對參加協(xié)同的各戰(zhàn)術(shù)單元進(jìn)行全局性、全方位和全過程的協(xié)同。從全局上對編隊作戰(zhàn)協(xié)同進(jìn)行計劃、組織、協(xié)調(diào)與控制，使編隊協(xié)同系統(tǒng)內(nèi)各戰(zhàn)術(shù)單元達(dá)成空間、時間、時空、功能上的有序，形成整體合力。

2.1.2 重點(diǎn)協(xié)同

在組織編隊作戰(zhàn)協(xié)同時，明確協(xié)同關(guān)系，突出協(xié)同重點(diǎn)，重點(diǎn)協(xié)同強(qiáng)調(diào)的是在決定性的時間和地點(diǎn)最大限度地發(fā)揮整體作戰(zhàn)威力，并且重點(diǎn)隨作戰(zhàn)進(jìn)程適時調(diào)整，根據(jù)不同的階段、不同的時間、地點(diǎn)和敵情而變化，隨著作戰(zhàn)進(jìn)程的發(fā)展而發(fā)展，根據(jù)作戰(zhàn)重點(diǎn)優(yōu)化協(xié)同方案。

2.1.3 主動協(xié)同

主動協(xié)同是指編隊協(xié)同系統(tǒng)內(nèi)各戰(zhàn)術(shù)單元主動配合，依據(jù)協(xié)同目標(biāo)，相互支援。主動協(xié)同強(qiáng)調(diào)的是系統(tǒng)的自組織性，但是仍然是以協(xié)同計劃為依據(jù)，在統(tǒng)一的協(xié)同目標(biāo)下，根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢實(shí)際情況充分發(fā)揮各戰(zhàn)術(shù)單元的主觀能動性，并且依靠戰(zhàn)術(shù)單元之間實(shí)時信息共享，實(shí)現(xiàn)行動上的實(shí)時協(xié)調(diào)。

2.1.4 動態(tài)協(xié)同

在敵我對抗條件下的作戰(zhàn)協(xié)同，敵我態(tài)勢和作戰(zhàn)行動處于高度的變化之中，必須及時調(diào)整協(xié)同方式，使實(shí)際協(xié)同與協(xié)同計劃保持動態(tài)一致。當(dāng)戰(zhàn)場態(tài)勢發(fā)生局部變化時，應(yīng)在預(yù)先協(xié)同計劃的基礎(chǔ)上，對各戰(zhàn)術(shù)單元的狀態(tài)做出相應(yīng)的調(diào)整，保持協(xié)同的有序性；當(dāng)戰(zhàn)場情況發(fā)生重大變化時，要以協(xié)同計劃為基礎(chǔ)，迅速地組織臨機(jī)協(xié)同。

2.2 編隊作戰(zhàn)協(xié)同模式

根據(jù)系統(tǒng)學(xué)的觀點(diǎn)，編隊作戰(zhàn)協(xié)同是一種“他組織”與“自組織”的統(tǒng)一體。他組織是指在作戰(zhàn)過程中編隊內(nèi)各兵力單元在編隊指揮員（或上級指揮員）的命令下按照完全確定的方式行動，達(dá)到行動的協(xié)調(diào)統(tǒng)一；自組織是指編隊協(xié)同系統(tǒng)在沒有外部命令的情況下，依靠編隊協(xié)同系統(tǒng)內(nèi)各戰(zhàn)術(shù)單元的主動和動態(tài)協(xié)同，保持編隊的聯(lián)合作戰(zhàn)。因此，可以將編隊作戰(zhàn)協(xié)同劃分為程式化和非程式化兩種協(xié)同模式。

2.2.1 程式化協(xié)同模式

程式化協(xié)同模式強(qiáng)調(diào)“他組織”，是指按照預(yù)先的協(xié)同方案，有規(guī)律的協(xié)同作戰(zhàn)。按計劃協(xié)同與臨機(jī)協(xié)同，本質(zhì)上都是“他組織”，是典型的程式化協(xié)同模式，然而，隨著戰(zhàn)場信息化程度的不斷提升，戰(zhàn)場透明度不斷提高，作戰(zhàn)節(jié)奏不斷加快，使得作戰(zhàn)協(xié)同計劃的落實(shí)變得越來越困難，各戰(zhàn)術(shù)單元不可能再嚴(yán)格按照戰(zhàn)前制定的協(xié)同計劃和程序行事，而需要根據(jù)戰(zhàn)場情況的變化，實(shí)時、自主地調(diào)整部署和采取相應(yīng)的行動。

2.2.2 非程式化協(xié)同模式

非程式化協(xié)同模式強(qiáng)調(diào)“他組織”與“自組織”的有機(jī)結(jié)合，是指編隊協(xié)同系統(tǒng)內(nèi)各戰(zhàn)術(shù)單元之間，依托協(xié)同計劃，根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢的演化，通過自組織達(dá)成有效的信息協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)行動協(xié)同的協(xié)同方式，是信息化條件下的主要協(xié)同模式。非程式化協(xié)同模式主要可以分為互動式協(xié)同、默契協(xié)同和基于狀態(tài)的協(xié)同三種方式。

1）互動式協(xié)同

互動式協(xié)同是指編隊協(xié)同系統(tǒng)內(nèi)各戰(zhàn)術(shù)單元之間，為了達(dá)成同一作戰(zhàn)目標(biāo)，依據(jù)協(xié)同計劃，在有效信息溝通的情況下，為適應(yīng)戰(zhàn)場態(tài)勢的演化通過自組織而達(dá)成的協(xié)調(diào)和配合。該方式強(qiáng)調(diào)協(xié)同內(nèi)部各戰(zhàn)術(shù)單元間的協(xié)作關(guān)系，淡化隸屬關(guān)系。

2）默契協(xié)同

默契協(xié)同是指編隊協(xié)同系統(tǒng)內(nèi)各戰(zhàn)術(shù)單元內(nèi)部各兵力單元之間，在不完全信息溝通的情況下，為適應(yīng)戰(zhàn)場環(huán)境演變通過自組織而達(dá)成的行動協(xié)調(diào)。

3）基于狀態(tài)的協(xié)同

基于狀態(tài)的協(xié)同是指，編隊協(xié)同系統(tǒng)內(nèi)各戰(zhàn)術(shù)單元或戰(zhàn)術(shù)單元內(nèi)各兵力單元之間，為了達(dá)成同一作戰(zhàn)目標(biāo)，在作戰(zhàn)進(jìn)程中根據(jù)不同時刻系統(tǒng)的要求，依據(jù)協(xié)同計劃，主動調(diào)整狀態(tài)空間參數(shù)，通過自組織而達(dá)成的協(xié)調(diào)和配合。

2.3 編隊協(xié)同作戰(zhàn)決策規(guī)則

為了提高水面艦艇編隊?wèi)?yīng)對戰(zhàn)場態(tài)勢變化和自組織協(xié)同作戰(zhàn)的能力，本文基于作戰(zhàn)規(guī)則、模糊推理等技術(shù)，通過提取、規(guī)范和學(xué)習(xí)作戰(zhàn)規(guī)則，建立統(tǒng)一的編隊作戰(zhàn)規(guī)則數(shù)字化表示方法，構(gòu)建基于實(shí)時戰(zhàn)場態(tài)勢的編隊作戰(zhàn)規(guī)則模糊推理機(jī)，解決復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下保持編隊作戰(zhàn)行動協(xié)調(diào)有序的問題。

3 編隊協(xié)同作戰(zhàn)規(guī)則庫構(gòu)建

3.1 規(guī)則表示方法

在編隊主動協(xié)同、動態(tài)協(xié)同系統(tǒng)中，一組合理的規(guī)則表示方法必不可少。本文采用面向?qū)ο蟮闹R表示方法［3］，按照編隊作戰(zhàn)平臺類型和作戰(zhàn)任務(wù)分別建立類知識描述對象，采用以下六元組表示作戰(zhàn)規(guī)則：

<標(biāo)識，屬性集，關(guān)系集，觸發(fā)條件集，方法集，規(guī)則集>

其中，屬性集包括屬性名、類型、值，由我方兵力和目標(biāo)的基本信息、運(yùn)動要素、任務(wù)要素等組成；

關(guān)系集包括關(guān)系名、類型、表達(dá)式，由我方編隊指揮關(guān)系和協(xié)同關(guān)系組成；

觸發(fā)條件集建立在方法集和規(guī)則集基礎(chǔ)上，由條件名、條件描述、條件類型、觸發(fā)規(guī)則等組成，包括我方兵力狀態(tài)、敵方機(jī)動情況、通信條件、氣象和海況條件等；

方法集和規(guī)則集描述動態(tài)知識，它們是建立在模型庫、規(guī)則庫之上的有限集合，表示滿足觸發(fā)條件集的方法和規(guī)則組合。

3.2 作戰(zhàn)規(guī)則文件模型

建立規(guī)則文件模型以指導(dǎo)規(guī)則語言的定義，此規(guī)則文件模型是通過定義規(guī)則文件的文檔規(guī)范來實(shí)現(xiàn)，所定義的文檔滿足W 3C標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示。

作戰(zhàn)規(guī)則文件規(guī)范定義了規(guī)則文件應(yīng)該具有的元素：規(guī)范、規(guī)則集、規(guī)則頭、規(guī)則屬性、規(guī)則體（規(guī)則的條件和動作）等，規(guī)則各個部分的定義都必須嚴(yán)格遵循這個規(guī)范。這樣由規(guī)則引擎解析的規(guī)則文件可保證所有的數(shù)據(jù)操作的定義都是有效的。

3.3 規(guī)則庫構(gòu)建

編隊作戰(zhàn)規(guī)則知識庫是基于編隊協(xié)同作戰(zhàn)的需求而建立的形式化的編隊及平臺作戰(zhàn)規(guī)則庫的集合，其分類及構(gòu)成如圖2所示。

4 編隊協(xié)同作戰(zhàn)規(guī)則推理機(jī)設(shè)計

4.1 總體框架設(shè)計

編隊協(xié)同作戰(zhàn)推理總體框架由態(tài)勢感知接口、態(tài)勢信息存儲器、決策推理機(jī)、規(guī)則庫、模塊庫、綜合數(shù)據(jù)庫、事實(shí)庫組成，如圖3所示。

其中規(guī)則庫中存放一組對作戰(zhàn)規(guī)則的一般描述，全局?jǐn)?shù)據(jù)庫和事實(shí)庫包括初始任務(wù)計劃數(shù)據(jù)、兵力狀態(tài)、通信狀態(tài)、敵方情況、武器狀態(tài)以及規(guī)則推理的中間狀態(tài)、最后結(jié)果等，其內(nèi)容動態(tài)變化，是實(shí)時反映系統(tǒng)狀態(tài)的事實(shí)數(shù)據(jù)。

決策推理機(jī)是總體框架的核心部件，其依據(jù)規(guī)則庫、模型庫、綜合數(shù)據(jù)庫和事實(shí)庫進(jìn)行自動推理，輸出與當(dāng)前態(tài)勢相匹配的決策結(jié)果，可接受人工干預(yù)命令。

4.2 模糊分類方法

在編隊作戰(zhàn)過程，可能面臨同一種戰(zhàn)場態(tài)勢，由于作戰(zhàn)任務(wù)的不同或者編隊實(shí)時作戰(zhàn)能力和作戰(zhàn)資源的不同而匹配多個作戰(zhàn)方案，這種戰(zhàn)場態(tài)勢、作戰(zhàn)資源和作戰(zhàn)能力與作戰(zhàn)行動方案之間的不確定性，給推理帶來了困難，模糊分類方法為此提供了解決途徑。下面以編隊?wèi)?zhàn)場態(tài)勢分析為例說明其基本過程。

1）建立一組標(biāo)準(zhǔn)樣本｛Si｝，i=1，2，…，n；

2）計算一組實(shí)際態(tài)勢描述數(shù)據(jù)T與標(biāo)準(zhǔn)樣本｛Si｝的貼近度｛N（Si，T）｝，其中N（Si，T）的大小反映了實(shí)際態(tài)勢描述數(shù)據(jù)與第i組樣本的接近程度，而

Max｛N（S1，T），N（S2，T），…，N（Sn，T）｝

則反映了實(shí)際態(tài)勢描述數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)樣本中哪一組最接近，并把其歸入這一類；

3）選取態(tài)勢譜型中關(guān)鍵參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化值作為特征值，并將譜圖分為小于正常威脅，正常威脅和大于正常威脅三個區(qū)間，設(shè)小于正常威脅區(qū)間最大幅值的比例為A，正常威脅區(qū)間最大幅值的比例為R，大于正常威脅區(qū)間最大幅值的比例為S，MA，MR，MS分別為三個區(qū)間中的最大值。

4.3 模型樣本的建立

由于編隊作戰(zhàn)行動計劃受到多種因素的影響，在采用模糊技術(shù)建立樣本時，應(yīng)對各相關(guān)因素做綜合分析和處理。

1）行動計劃類型集。在編隊行動計劃生成方法中，行動計劃種類組成的集合用大寫字母A表示，即：A=｛a1，a2，…，am｝；

2）權(quán)重集。編隊不同的作戰(zhàn)行動計劃在面臨不同的任務(wù)背景時其重要程度不盡相同，對起關(guān)鍵作用的行動計劃應(yīng)特別重視。為了說明各種行動計劃的重要程度，對各種行動計劃ai（i=1，2，…，m）應(yīng)賦予相應(yīng)的權(quán)數(shù)ki（i=1，2，…，m），各種行動計劃權(quán)數(shù)組成的集合為K=｛k1，k2，…，km｝；

3）態(tài)勢集。態(tài)勢集是由戰(zhàn)場敵我雙方行動計劃引起的各種不同態(tài)勢所組成的集合，可用大寫字母S表示，即S=｛s1，s2，…，sn｝。

4.4 模糊匹配

在規(guī)則系統(tǒng)中，一般利用一個解釋程序以匹配-沖突消解-執(zhí)行的方式來運(yùn)用產(chǎn)生式知識。在基于模糊理論的產(chǎn)生式系統(tǒng)中也是如此，但“匹配”不是完全精確地，而是某種意義上的“模糊匹配”。對于模糊產(chǎn)生式規(guī)則P←Q，CF，t，當(dāng)Q為模糊邏輯公式時，則模糊匹配采用如下逐層匹配方式：

1）先檢查整個Q能否與已知知識匹配，若存在匹配，則將與之匹配的已知知識的置信度為前提Q與知識的匹配程度，否則進(jìn)一步將Q分解為子式；

2）檢查各子式能否與已知知識匹配，若存在匹配，則以與之匹配的已知知識的置信度為該子式的置信度。并按邏輯公式運(yùn)算出整個邏輯式的置信度，作為前提Q與知識的匹配程度，否則再進(jìn)一步分解子式。繼續(xù)逐項進(jìn)行匹配，直至子式不能再被分解。

4.5 模糊推理模型構(gòu)建

在作戰(zhàn)指揮過程中，行動計劃與戰(zhàn)場態(tài)勢及作戰(zhàn)任務(wù)之間往往并不是一一對應(yīng)關(guān)系，特別是水面艦艇編隊協(xié)同作戰(zhàn)，這種不確定性就顯得更加明顯，利用模糊推理的方法來解決編隊自主協(xié)同作戰(zhàn)的決策過程中戰(zhàn)場態(tài)勢及作戰(zhàn)任務(wù)與行動計劃之間的這種不確定性的問題是一種比較可行的方式。模糊推理模型主要由以下八個部分組成，推理流程如圖4所示。

1）人機(jī)接口：指揮員、業(yè)務(wù)人員、領(lǐng)域?qū)＜?、系統(tǒng)管理員對系統(tǒng)進(jìn)行操作的界面；

2）作戰(zhàn)規(guī)則管理：主要是對作戰(zhàn)規(guī)則庫的管理，包括對規(guī)則的增、刪、改以及驗證規(guī)則一致性的模型和算法；

3）作戰(zhàn)規(guī)則庫：按照標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)形成的做作規(guī)則知識庫，包含編隊級、平臺級、武器平臺級等作戰(zhàn)規(guī)則，另外，還包括面向任務(wù)的關(guān)聯(lián)作戰(zhàn)規(guī)則等；

4）作戰(zhàn)任務(wù)模糊化接口：根據(jù)當(dāng)前所承擔(dān)的作戰(zhàn)任務(wù)，進(jìn)行模糊化處理；

5）戰(zhàn)場態(tài)勢模糊化接口：根據(jù)態(tài)勢分析結(jié)果和指揮員判斷對戰(zhàn)場態(tài)勢進(jìn)行模糊化處理；

6）模糊推理機(jī)：根據(jù)作戰(zhàn)環(huán)境和作戰(zhàn)資源運(yùn)用相關(guān)模糊推理算法進(jìn)行推理；

7）綜合數(shù)據(jù)庫：作戰(zhàn)資源與作戰(zhàn)環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)；

8）解釋模塊：對模糊推理的結(jié)果進(jìn)行理解并去模糊化處理得到精確地作戰(zhàn)行動方案。

5 結(jié)語

本文應(yīng)用系統(tǒng)學(xué)和協(xié)同論的觀點(diǎn)，對編隊協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)進(jìn)行分析，提出了基于作戰(zhàn)規(guī)則和模糊推理的編隊協(xié)同作戰(zhàn)決策推理方法，解決復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下編隊自組織協(xié)同作戰(zhàn)問題。然而，編隊協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)是一個復(fù)雜系統(tǒng)，不同的作戰(zhàn)任務(wù)、不同的協(xié)同平臺其作戰(zhàn)規(guī)則是不同的，如何有效地獲取、組織、描述作戰(zhàn)規(guī)則，還需要進(jìn)行大量的試驗不斷完善。

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Research on the Collaborative OperationalRulesof Surface W arship Formation

HU Shi1M AO Jie2
（1.No.1 Canglong North Road，Wuhan 430205）（2.No.91917 Troopsof PLA，Beijing 102400）

To promote effective coordination of surface warship formation，give full p lay to the overall combat effectiveness of warship formation，and adapt to the information age and the changing unpredictable comp lex battlefield environment，and for the complexity of decision problem of warship formation collaborative combat，the paper proposes a collaborative operational deci?sion-makingmethod based on the operational rule and fuzzy reasoningmethod，to solve autonomous cooperation and dynamic coor?dination problemsof various platform of the formation.

collaborative combat，operational rules，fuzzy reasoning

TN97 DO I：10.3969/j.issn.1672-9730.2017.05.026

2016年11月7日，

2016年12月28日

胡詩，男，工程師，研究方向：艦船指控。毛杰，女，工程師，研究方向：艦船指控。