徐建國, 李孟軍, 姜 江, 李明浩

(國防科技大學(xué)系統(tǒng)工程學(xué)院, 湖南 長沙 410073)

0 引 言

預(yù)警作戰(zhàn)是一種提高我軍戰(zhàn)略力量的快速反應(yīng)能力和戰(zhàn)略威懾能力的新型作戰(zhàn)方式[1],指在敵方來襲戰(zhàn)略導(dǎo)彈引爆之前,組織導(dǎo)彈發(fā)射并成功完成對敵重要戰(zhàn)略目標(biāo)的打擊和摧毀。從體系角度來看,預(yù)警作戰(zhàn)體系是參與預(yù)警任務(wù)的多武器協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)化功能配系。在天基信息支持下,利用信息鏈路構(gòu)建預(yù)警、監(jiān)視、控制等多種作戰(zhàn)單元,按照任務(wù)流程,實(shí)現(xiàn)偵察預(yù)警、指揮控制、火力攔截的有機(jī)集成。目前對于預(yù)警作戰(zhàn)體系的組成結(jié)構(gòu)和作戰(zhàn)流程描述取得了階段性成果,開發(fā)了作戰(zhàn)視圖、能力視圖、系統(tǒng)視圖等產(chǎn)品模型[2]。但結(jié)構(gòu)合理性和效能的評估等分析有待進(jìn)一步研究。

預(yù)警作戰(zhàn)體系組成要素結(jié)構(gòu)關(guān)系分析需要回答兩個(gè)問題:一是現(xiàn)有的體系結(jié)構(gòu)是否合理,體系中不同類型節(jié)點(diǎn)地位如何;二是當(dāng)前體系關(guān)系結(jié)構(gòu)是否發(fā)揮出武器的最大性能,能否通過調(diào)整關(guān)系結(jié)構(gòu)提高體系作戰(zhàn)效能。

基于多視圖的體系關(guān)系結(jié)構(gòu)描述方法已經(jīng)取得了廣泛的應(yīng)用,具有能夠重用數(shù)據(jù)和模型、提高設(shè)計(jì)效率、減少設(shè)計(jì)成本等優(yōu)點(diǎn)。隨著網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的不斷深入,美國先后發(fā)布指揮信息系統(tǒng)(command, control, communication, computer, intelligence, surveillance and reconnaissance, C4ISR)和美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架(department of defense architecture framework, DoDAF)為體系建模提供了規(guī)范和指導(dǎo)[3]。國內(nèi)借鑒DoDAF設(shè)計(jì)思想進(jìn)行了大量的應(yīng)用研究,并開發(fā)了相應(yīng)的支撐工具[4]。

目前的體系結(jié)構(gòu)分析方法主要包括多指標(biāo)綜合、能力差距分析[5]、體系結(jié)構(gòu)可執(zhí)行分析[6]、仿真分析、網(wǎng)絡(luò)分析[7]等方法。能力差距分析和多指標(biāo)綜合方法都需要對不同量綱的指標(biāo)進(jìn)行去量綱化,并根據(jù)專家給出的權(quán)重進(jìn)行綜合,難以消除分析者主觀影響。“可執(zhí)行分析”主要解決數(shù)據(jù)之間的邏輯一致性和行為正確性校驗(yàn)問題,保證了體系結(jié)構(gòu)的質(zhì)量,是一種基于時(shí)間或事件邏輯分析方法,不涉及對于背景的了解,通俗來說能夠正確執(zhí)行并不能代表模型正確。仿真分析能夠進(jìn)行精確建模和定量分析,分析粒度較細(xì),結(jié)果說明性更強(qiáng),需要在體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化。文獻(xiàn)[8]提出基于作戰(zhàn)環(huán)的分析方法進(jìn)行裝備體系的評價(jià)。作戰(zhàn)環(huán)的本質(zhì)是通過研究網(wǎng)絡(luò)中固定的連接模式進(jìn)行效能評估,屬于一模網(wǎng)絡(luò)分析。以上體系結(jié)構(gòu)分析方法都對應(yīng)于多視圖框架的某一個(gè)階段,沒有分析視圖之間的關(guān)聯(lián)。文獻(xiàn)[9]對包以德循環(huán)(oberve orient decide and act, OODA)環(huán)進(jìn)行了擴(kuò)展,建立了基于動態(tài)仿真數(shù)據(jù)的超網(wǎng)絡(luò)分析算法。文獻(xiàn)[10-11]構(gòu)建了分層粒度下的“兩層四網(wǎng)”超網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),主要涉及信息流的傳遞。超網(wǎng)絡(luò)能夠處理多模式、多鏈路和多時(shí)間周期且節(jié)點(diǎn)和邊的屬性信息有誤或不全的相關(guān)或網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù),這與體系結(jié)構(gòu)抽象出的多類型實(shí)體元模型和多類型關(guān)系元模型有著天然的相似性[12]。

本文針對預(yù)警作戰(zhàn)體系節(jié)點(diǎn)類型多、數(shù)目多、影響因素多,且節(jié)點(diǎn)之間還存在影響等問題[13],引入預(yù)警作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)超網(wǎng)絡(luò)模型。該模型充分利用預(yù)警作戰(zhàn)中的各類信息,綜合考慮裝備(系統(tǒng))作戰(zhàn)能力以及作戰(zhàn)任務(wù)(活動)之間的關(guān)系,將多視圖框架中實(shí)體元模型抽象為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),關(guān)系元模型抽象為網(wǎng)絡(luò)的邊,構(gòu)建“兩類六網(wǎng)”3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型。通過對模型中武器系統(tǒng)的重要程度的評價(jià),武器在作戰(zhàn)使用和能力建設(shè)方面的表現(xiàn),評估現(xiàn)有預(yù)警作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣,給出調(diào)整現(xiàn)有結(jié)構(gòu)與武器作戰(zhàn)使用的建議。預(yù)警作戰(zhàn)超網(wǎng)絡(luò)模型是多視圖體系結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步研究,是對預(yù)警作戰(zhàn)體系的高度抽象,能夠克服傳統(tǒng)分析信息丟失嚴(yán)重,不能清晰表征武器、任務(wù)、能力的異質(zhì)性和它們之間的功能聯(lián)系,無法說明體系的整體涌現(xiàn)行為等缺點(diǎn)。

1 預(yù)警作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)與超網(wǎng)絡(luò)建模

1.1 體系結(jié)構(gòu)核心數(shù)據(jù)抽取

預(yù)警作戰(zhàn)多視圖體系組成要素關(guān)系結(jié)構(gòu)通過數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián),從這個(gè)意義上來講,體系結(jié)構(gòu)的模型和體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)在邏輯上是一個(gè)有機(jī)的整體[14]。因此，必須根據(jù)預(yù)警作戰(zhàn)體系的特點(diǎn),按照一定的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則對模型和數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要包括:①針對性原則,在進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),必須明確預(yù)警作戰(zhàn)的目的就是在“盡可能短”的時(shí)間內(nèi)對敵人進(jìn)行先發(fā)制人的軍事打擊;②可擴(kuò)展原則,在設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)時(shí),需要考慮到體系結(jié)構(gòu)方案的可擴(kuò)展性,能夠適應(yīng)快速發(fā)展的預(yù)警裝備的需求,根據(jù)不同的作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行擴(kuò)展,包括裝備、戰(zhàn)法等的靈活性;③簡易性原則,體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成果需要有一種較容易被理解的直觀的方式進(jìn)行展示;④重用性原則,能夠支撐預(yù)警指揮人員、情報(bào)人員、裝備操作人員的互聯(lián)互通互操作,數(shù)據(jù)與情報(bào)能夠及時(shí)共享[15]。

本文主要從武器系統(tǒng)的角度進(jìn)行分析,與武器系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的包括作戰(zhàn)能力、作戰(zhàn)活動、作戰(zhàn)任務(wù)、組織、執(zhí)行者、資源、系統(tǒng)指標(biāo)以及其他相關(guān)元模型。為簡化分析,主要考慮4類,作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)活動、作戰(zhàn)能力和武器系統(tǒng),將資源作為作戰(zhàn)活動的屬性,系統(tǒng)性能指標(biāo)作為武器系統(tǒng)的屬性。關(guān)系類元模型包括任務(wù)到任務(wù)、任務(wù)到系統(tǒng),任務(wù)到能力、能力到能力、能力到系統(tǒng)以及系統(tǒng)到系統(tǒng)這6種關(guān)系元模型。其中任務(wù)到任務(wù)元模型表示任務(wù)之間的依賴關(guān)系,具有可執(zhí)行的時(shí)序邏輯。任務(wù)到系統(tǒng)元模型表示任務(wù)對于武器裝備的分配,制定某項(xiàng)裝備完成具體任務(wù)。任務(wù)到能力表示完成任務(wù)所需要的能力集合,通常來說,完成一項(xiàng)任務(wù)需要多項(xiàng)能力。能力到能力元模型表示能力之間的依賴和包含關(guān)系。系統(tǒng)到系統(tǒng)和系統(tǒng)到能力分別表示系統(tǒng)之間的信息流傳遞關(guān)系和系統(tǒng)能夠提供的能力。

1.2 預(yù)警作戰(zhàn)體系超網(wǎng)絡(luò)模型

數(shù)據(jù)元模型是驅(qū)動體系結(jié)構(gòu)分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。將預(yù)警作戰(zhàn)的數(shù)據(jù)核心元模型抽象為節(jié)點(diǎn),系統(tǒng)指標(biāo)、活動資源抽象為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)屬性,關(guān)系元模型抽象為邊,它的直接展現(xiàn)形式是具有多層多級特征的超網(wǎng)絡(luò)模型。一個(gè)具體網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)有點(diǎn)集V和邊集E組成的圖G=(V,E)。如果存在節(jié)點(diǎn)i指向節(jié)點(diǎn)j的邊(i,j),并不意味著存在邊(j,i),那么稱為網(wǎng)絡(luò)有向。同時(shí),如果網(wǎng)絡(luò)G的節(jié)點(diǎn)集V可分為互不相交的兩個(gè)非空集合X和Y,并且每條邊(i，j)分別屬于兩個(gè)集合,那么稱該網(wǎng)絡(luò)為二模網(wǎng)絡(luò)。

定義1預(yù)警作戰(zhàn)超網(wǎng)絡(luò)

描述完成指定預(yù)警作戰(zhàn)過程中作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)能力、武器系統(tǒng)等多類型要素節(jié)點(diǎn),以及要素之間多重復(fù)雜關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)集。包含“兩類六網(wǎng)”,包括3個(gè)一模網(wǎng)絡(luò)和3個(gè)二模網(wǎng)絡(luò),如表1所示。

將節(jié)點(diǎn)集合分別用武器系統(tǒng)(system)、作戰(zhàn)能力(capability)和作戰(zhàn)任務(wù)(task)表示。節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系定義如下。

(1) 系統(tǒng)信息流網(wǎng)(system network),GS以武器系統(tǒng)作為節(jié)點(diǎn),武器系統(tǒng)直接的信息流關(guān)系作為連邊,建立武器系統(tǒng)信息流網(wǎng)絡(luò),如中繼衛(wèi)星系統(tǒng)受到中繼衛(wèi)星管控中心的控制,同時(shí)也為中繼衛(wèi)星管控中心提供情報(bào)信息,GS=(S,ES-S),其中S代表武器系統(tǒng)集合,ES-S={(si,sj)|si,sj∈S}表示信息流集合,當(dāng)系統(tǒng)i和系統(tǒng)j之間存在信息流時(shí)(si,sj)=1,否則為0,其鄰接矩陣用AS表示。

(2) 系統(tǒng)能力網(wǎng)(system-capability network),GSC以武器系統(tǒng)和作戰(zhàn)能力為節(jié)點(diǎn),系統(tǒng)提供的能力關(guān)系作為連邊。這里所指的提供的能力是指可以提供的能力,并不一定系統(tǒng)的所有能力都能在預(yù)警作戰(zhàn)中發(fā)揮作用。如預(yù)警衛(wèi)星除了具備探測敵方來襲戰(zhàn)略導(dǎo)彈的能力以外還能夠提供數(shù)據(jù)通信,偵查戰(zhàn)場態(tài)勢等能力。用GSC=(S,C,ES-C)表示,其中S表示武器系統(tǒng)集合,C表示作戰(zhàn)能力的集合,ES-C表示武器系統(tǒng)到作戰(zhàn)能力的映射集合,鄰接矩陣為ASC。

(3) 能力關(guān)聯(lián)網(wǎng)(capability network),GC側(cè)重描述能力的相互關(guān)聯(lián)關(guān)系,確定能力的邏輯分組。主要包括能力依賴關(guān)系和能力包含關(guān)系,用GC=(C,EC-C)表示,鄰接矩陣為AC。

(4) 任務(wù)分配網(wǎng)(system task network),GST用于描述武器系統(tǒng)與作戰(zhàn)任務(wù)之間的映射關(guān)系,裝備被分配到相應(yīng)的任務(wù)后,需要與其他裝備進(jìn)行配合,發(fā)射導(dǎo)彈的活動必須發(fā)射系統(tǒng)、導(dǎo)彈系統(tǒng)、通信系統(tǒng)一起合作才能夠完成。用GST=(S,T,ES-T)表示,鄰接矩陣為AST。

(5) 任務(wù)能力網(wǎng)(task capability network),GCT任務(wù)能力網(wǎng)描述作戰(zhàn)任務(wù)與作戰(zhàn)能力之間的關(guān)系,指作戰(zhàn)任務(wù)的實(shí)際能力需求,即必須具備什么能力才能完成作戰(zhàn)任務(wù)。用GCT=(C,T,EC-T)表示,鄰接矩陣為ACT。

(6) 任務(wù)關(guān)聯(lián)網(wǎng)(task network),GT任務(wù)關(guān)聯(lián)網(wǎng)指作戰(zhàn)任務(wù)之間的時(shí)序依賴關(guān)系,即活動的先后順序。用GT=(T,ET-T)表示,鄰接矩陣為AT。

以上預(yù)警作戰(zhàn)體系超網(wǎng)絡(luò)模型可以進(jìn)行擴(kuò)展,如需要分析預(yù)警作戰(zhàn)的技術(shù)特性可加入技術(shù)網(wǎng)絡(luò),構(gòu)成四模網(wǎng)絡(luò);需要分析組織的實(shí)際能力水平或?qū)τ陬A(yù)警作戰(zhàn)的貢獻(xiàn)程度可以引入組織網(wǎng)絡(luò)等。

2 預(yù)警作戰(zhàn)關(guān)系結(jié)構(gòu)和能力分析

網(wǎng)絡(luò)科學(xué)中評價(jià)節(jié)點(diǎn)的重要程度可以使用節(jié)點(diǎn)的影響力、地位或者其他因素的綜合[16]。重要的武器系統(tǒng)指能夠提供多樣化作戰(zhàn)能力,執(zhí)行不同作戰(zhàn)任務(wù),并且掌握網(wǎng)絡(luò)中的重要信息資源的武器系統(tǒng)。對于一模網(wǎng)絡(luò)來說,可以分別使用節(jié)點(diǎn)度中心性和介數(shù)中心性來評價(jià)[16]。對于網(wǎng)絡(luò)G=(V,E),節(jié)點(diǎn)i的度表示為

(1)

式中,aij表示節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的關(guān)系。介數(shù)用來衡量對于信息的控制能力,具體含義為網(wǎng)絡(luò)中所有最短路徑中經(jīng)過節(jié)點(diǎn)的數(shù)量,記為

(2)

網(wǎng)絡(luò)聚類能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的劃分,常用模塊度[16]作為衡量網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)劃分的標(biāo)準(zhǔn),能夠得到組內(nèi)關(guān)系密切,組間關(guān)系稀疏的社團(tuán)結(jié)構(gòu)。根據(jù)預(yù)警作戰(zhàn)超網(wǎng)絡(luò)模型的有向無權(quán)特征,選取模塊度Q作為評價(jià)指標(biāo)。Q值越大,結(jié)構(gòu)劃分越明顯,效果越好。

(3)

對于二模網(wǎng)絡(luò)或者更高維度的網(wǎng)絡(luò),度和介數(shù)等局部信息指標(biāo)意義已經(jīng)不大,因此本文引入以下超網(wǎng)絡(luò)評價(jià)指標(biāo)。

(1) 系統(tǒng)能力水平

指系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)具備的能力的大小(包括預(yù)警作戰(zhàn)中使用到的能力和沒有使用的能力),使用“系統(tǒng)能力網(wǎng)”中與該系統(tǒng)具有連接關(guān)系的能力的數(shù)量來衡量。則武器系統(tǒng)i的系統(tǒng)能力水平為

(4)

式中,ASC(i,j)表示系統(tǒng)能力網(wǎng)中系統(tǒng)i到能力j的映射關(guān)系;NC為能力的總數(shù)。

(2)系統(tǒng)實(shí)際能力水平

(5)

(3) 系統(tǒng)能力缺失

(6)

式中,～ASC(i,j)表示系統(tǒng)能力矩陣元素取反,當(dāng)ASC(i,j)=1時(shí)，～ASC(i,j)=0,反之亦然。

(4) 系統(tǒng)能力冗余

(7)

式中,Bool函數(shù)條件滿足時(shí)值為1,否則為0。

(5) 系統(tǒng)潛在水平

系統(tǒng)能力冗余也可以理解為系統(tǒng)具有繼續(xù)使用的潛力,在預(yù)警作戰(zhàn)體系中還可以開發(fā)出新的戰(zhàn)法來充分的使用系統(tǒng)的性能。因此引入系統(tǒng)可能作戰(zhàn)應(yīng)用評價(jià)指標(biāo)系統(tǒng)潛在能力水平為

(8)

式中,NT表示作戰(zhàn)任務(wù)總數(shù)；sum[ACT]表示能力任務(wù)網(wǎng)絡(luò)的邊的個(gè)數(shù)。

(6) 系統(tǒng)協(xié)同需求

由于武器系統(tǒng)通常不能單獨(dú)執(zhí)行某項(xiàng)任務(wù),因此需要考慮與別的武器的配合。系統(tǒng)協(xié)同需求衡量為成功執(zhí)行所分配的任務(wù)活動,需要與其他系統(tǒng)進(jìn)行配合的需求程度的大小。則武器系統(tǒng)i完成任務(wù)需要協(xié)同的需求大小為

(9)

3 實(shí)例分析

3.1 預(yù)警作戰(zhàn)體系體系結(jié)構(gòu)建模

預(yù)警作戰(zhàn)體系是指通過互聯(lián)互通互操作的信息通信網(wǎng)絡(luò),使用多種類型、多件裝備、多個(gè)平臺、多個(gè)單元構(gòu)建的一個(gè)無縫連接、橫向一體化的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)體系[17],如圖1所示。

圖1 預(yù)警作戰(zhàn)體系高級概念圖Fig.1 High-level operational concept graphic of warning combat system

本文構(gòu)建了以下元模型,用于預(yù)警作戰(zhàn)體系的任務(wù)、能力、系統(tǒng)3個(gè)維度的分析,如表2所示。通過在相關(guān)的視圖進(jìn)行信息收集,構(gòu)建包含13個(gè)任務(wù)、40個(gè)能力、36個(gè)系統(tǒng)以及它們之間關(guān)聯(lián)的預(yù)警作戰(zhàn)體系框架。

表2 預(yù)警作戰(zhàn)體系元模型列表

3.2 預(yù)警作戰(zhàn)體系超網(wǎng)絡(luò)分析

根據(jù)預(yù)警作戰(zhàn)體系超網(wǎng)絡(luò)模型,武器系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通過信息流進(jìn)行連接。根據(jù)式(1)和式(2),系統(tǒng)度數(shù)中心性和介數(shù)中心性結(jié)果如圖2所示。圖中,橫坐標(biāo)表示節(jié)點(diǎn)度,縱坐標(biāo)表示介數(shù),從數(shù)據(jù)可見,中繼衛(wèi)星地面站等雖然具有較高的節(jié)點(diǎn)度,與多項(xiàng)系統(tǒng)存在關(guān)聯(lián),但是對于信息的控制能力卻不是很強(qiáng),低于指揮與決策系統(tǒng)等節(jié)點(diǎn)。

圖2 武器系統(tǒng)重要度排名Fig.2 Ranking of the importance of the weapon systems

系統(tǒng)、能力以及系統(tǒng)與能力的關(guān)系構(gòu)成了系統(tǒng)能力網(wǎng)絡(luò),通過對網(wǎng)絡(luò)的聚類計(jì)算可以發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)能力網(wǎng)具有3個(gè)明顯特征：①系統(tǒng)根據(jù)提供的能力明顯分成了4個(gè)簇類,除了傳統(tǒng)的探測、指控和打擊以外,中繼衛(wèi)星系統(tǒng)以及配套設(shè)備形成了一個(gè)衛(wèi)星簇;②網(wǎng)絡(luò)通過現(xiàn)有能力需求和預(yù)警能力需求形成一個(gè)極大的連通子圖,大部分裝備并不直接提供戰(zhàn)略預(yù)警能力,而是提供現(xiàn)有作戰(zhàn)能力和預(yù)警作戰(zhàn)能力,因此在負(fù)責(zé)體系設(shè)計(jì)和溝通協(xié)調(diào)的部門必須高度關(guān)注這兩項(xiàng)能力;③各導(dǎo)彈本身并不直接提供作戰(zhàn)能力,而是由其他設(shè)施進(jìn)行保障。將系統(tǒng)之間的協(xié)作關(guān)系加入考慮,很直觀地發(fā)現(xiàn)孤立節(jié)點(diǎn)消失,系統(tǒng)的總體的聚類結(jié)構(gòu)沒有變化,之前并不直接提供能力的各類導(dǎo)彈通過與發(fā)射系統(tǒng)的結(jié)合形成實(shí)際的作戰(zhàn)能力,如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)-能力二模網(wǎng)絡(luò)Fig.3 Bipartite network between system and capability

進(jìn)一步,分析加入作戰(zhàn)任務(wù)后的三模網(wǎng)絡(luò)。中繼衛(wèi)星以及相關(guān)設(shè)施不再是一個(gè)單獨(dú)的簇,而是連接探測、指控和打擊網(wǎng)絡(luò)的連接單元。也就是說,網(wǎng)絡(luò)化預(yù)警作戰(zhàn)可分為探測跟蹤網(wǎng)、指揮控制網(wǎng)和反擊作戰(zhàn)網(wǎng)3層邏輯網(wǎng)結(jié)構(gòu),3層邏輯網(wǎng)建立在戰(zhàn)場通信網(wǎng)絡(luò)之上。通信是預(yù)警的核心,也是預(yù)警體系的“神經(jīng)”。通過路徑的追蹤可以具體追溯系統(tǒng),如圖4所示。中繼衛(wèi)星系統(tǒng)通過提供監(jiān)控、通信能力、監(jiān)控導(dǎo)彈飛行能力,對于指揮決策能力和通信能力提供支撐,進(jìn)而完成指揮中心融合、處理判斷目標(biāo)的任務(wù)。

任務(wù)與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)直接具有很好的對應(yīng)關(guān)系,大部分任務(wù)雖然需要多個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同,一般是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的協(xié)同。但是對于導(dǎo)彈自毀任務(wù),必須發(fā)射、探測、指控網(wǎng)絡(luò)的共同協(xié)同作戰(zhàn),具有最多的連接節(jié)點(diǎn),如圖4左部分所示。在作戰(zhàn)的流程和指揮權(quán)限必須設(shè)計(jì)的非常清晰,以保證任務(wù)的順利完成。通常會認(rèn)為決策打擊任務(wù)是比較困難的,通過分析可以看到導(dǎo)彈發(fā)射后自毀才是協(xié)同程度最高,要求最復(fù)雜的。

圖4 三模網(wǎng)絡(luò)分析Fig.4 Three-mode network analysis

進(jìn)一步定量分析,根據(jù)式(5)計(jì)算系統(tǒng)的實(shí)際能力水平,如圖5所示。系統(tǒng)實(shí)際能力水平越高,代表對于預(yù)警作戰(zhàn)的需求更強(qiáng)烈,更加不可替代。戰(zhàn)略指控系統(tǒng)具有最高的實(shí)際能力水平,其次是戰(zhàn)略預(yù)警探測系統(tǒng)。指控與調(diào)度系統(tǒng)雖然度中心性和介數(shù)中心性較高,實(shí)際運(yùn)用的能力分別排名第10和15。這是因?yàn)樘綔y系統(tǒng)的每一個(gè)功能都被充分的應(yīng)用于預(yù)警作戰(zhàn),而指揮系統(tǒng)不僅能夠用于預(yù)警作戰(zhàn),同時(shí)還具備其他方面的各種能力。

戰(zhàn)略指控系統(tǒng)本身能力水平高,還有繼續(xù)開發(fā)新戰(zhàn)法的潛力,更加說明了戰(zhàn)略指控系統(tǒng)的重要性。與系統(tǒng)實(shí)際能力水平不同,決策支持分系統(tǒng)A等系統(tǒng)具有相對較高的潛在能力水平,可以重點(diǎn)進(jìn)行作戰(zhàn)應(yīng)用研究。

中繼衛(wèi)星系統(tǒng)以及相關(guān)配套設(shè)施具有較高的能力缺失率,如圖6所示。換句話說,衛(wèi)星系統(tǒng)被賦予了多項(xiàng)任務(wù),但是只能支撐任務(wù)某一個(gè)方面。以中繼衛(wèi)星系統(tǒng)為例,中繼衛(wèi)星系統(tǒng)被賦予預(yù)警衛(wèi)星偵察目標(biāo)、導(dǎo)彈自毀等4項(xiàng)作戰(zhàn)任務(wù),然而中繼衛(wèi)星系統(tǒng)本身只具備通信能力、監(jiān)控能力和信息傳輸能力。戰(zhàn)略通信系統(tǒng)、調(diào)度分系統(tǒng)A、調(diào)度分系統(tǒng)C等具有較高的能力冗余率。戰(zhàn)略通信系統(tǒng)本身還具備預(yù)警和指控能力,而在實(shí)例的設(shè)計(jì)中只分配了戰(zhàn)略通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。中繼衛(wèi)星系統(tǒng)能力缺失較大,能力冗余為零,這說明了系統(tǒng)具有的4項(xiàng)能力都有效利用。在真正的作戰(zhàn)中,如果戰(zhàn)略通信系統(tǒng)受到打擊,是否能夠直接應(yīng)用戰(zhàn)略指控系統(tǒng)進(jìn)行信息傳輸,可以進(jìn)一步研究。

圖5 系統(tǒng)能力水平Fig.5 Capability level of systems

圖6 系統(tǒng)能力缺失率和冗余率Fig.6 Capability need and waste of systems

系統(tǒng)協(xié)同需求表示了系統(tǒng)運(yùn)用時(shí)與其他裝備的配合需求程度,如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)協(xié)同需求Fig.7 System negotiation

組網(wǎng)衛(wèi)星、中繼衛(wèi)星地面站和中繼衛(wèi)星控管中心協(xié)同的需求最高,同時(shí)也是運(yùn)用的難度最大,設(shè)計(jì)時(shí)必須保障這些設(shè)備具有較高的可靠性和良好的接口設(shè)計(jì)。

根據(jù)三模網(wǎng)絡(luò)的分析可以識別出每一個(gè)武器系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用情況,以及評價(jià)整個(gè)預(yù)警作戰(zhàn)體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理。從實(shí)際的作戰(zhàn)應(yīng)用來看,傳統(tǒng)的三網(wǎng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足體系作戰(zhàn)的需要,傳統(tǒng)的預(yù)警系統(tǒng)、戰(zhàn)略指控系統(tǒng)固然重要,以衛(wèi)星通信系統(tǒng)為代表的戰(zhàn)略支援力量應(yīng)該被更加重視。就預(yù)警作戰(zhàn)體系作戰(zhàn)任務(wù)而言,導(dǎo)彈能發(fā)射固然重要,同時(shí)也應(yīng)該重視保障導(dǎo)彈自毀程序的可靠性?？傮w來說,預(yù)警作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮單個(gè)武器性能的局限性,綜合集成各種預(yù)警作戰(zhàn)資源,形成一個(gè)體系配套且多武器協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)化預(yù)警作戰(zhàn)體系。

4 結(jié)束語

本文提出了包含6個(gè)網(wǎng)絡(luò)組成的預(yù)警作戰(zhàn)體系超網(wǎng)絡(luò)模型。并分別使用一模、二模、三模3個(gè)角度以及網(wǎng)絡(luò)可視化技術(shù)對預(yù)警作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全方位的分析。實(shí)例分析證明,該框架與現(xiàn)實(shí)作戰(zhàn)相符合,能夠指導(dǎo)作戰(zhàn)體系的設(shè)計(jì)。針對特定應(yīng)用背景,可以擴(kuò)展現(xiàn)有實(shí)體元模型類型,構(gòu)建更高維度的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。然而,以上分析均處于靜態(tài)層面,預(yù)警作戰(zhàn)體系對于時(shí)間窗的要求非常嚴(yán)格,進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行系統(tǒng)的演化分析。具體到武器系統(tǒng)在作戰(zhàn)中的應(yīng)用,本文缺少考慮裝備數(shù)量的影響,實(shí)例分析中簡化了系統(tǒng)組織、位置等體系結(jié)構(gòu)要素。下一步的研究中將引入動態(tài)多維網(wǎng)絡(luò)對預(yù)警作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,以度量作戰(zhàn)的時(shí)間特性。

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