張東俊, 張 濤, 黎 瀟, 王維平

(1. 中國人民解放軍92337部隊(duì), 遼寧 大連 116023; 2. 國防科技大學(xué)系統(tǒng)工程學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 410073)

0 引 言

作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)是通過探索作戰(zhàn)的因果關(guān)系以深入認(rèn)知戰(zhàn)爭(zhēng)規(guī)律和指導(dǎo)規(guī)律的研究活動(dòng),可為武器裝備快速發(fā)展和作戰(zhàn)運(yùn)用提供有力支撐[1-2]。作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)運(yùn)用是包含多種學(xué)科門類的新興交叉領(lǐng)域,其重難點(diǎn)問題之一是如何科學(xué)動(dòng)態(tài)地表達(dá)作戰(zhàn)進(jìn)程、作戰(zhàn)效果,以有效解析武器裝備、作戰(zhàn)運(yùn)用等與作戰(zhàn)效果之間的因果關(guān)系[3-6]。

傳統(tǒng)的指標(biāo)分析方法是靜態(tài)孤立的,難以反應(yīng)隨著作戰(zhàn)進(jìn)程的推進(jìn),裝備能力隨作戰(zhàn)行為連續(xù)動(dòng)態(tài)變化以及各能力之間所存在的關(guān)聯(lián)制約關(guān)系。對(duì)于交戰(zhàn)結(jié)果與交戰(zhàn)進(jìn)程呈強(qiáng)相關(guān)的作戰(zhàn)類型,需要對(duì)作戰(zhàn)進(jìn)程中的行為以及其引起的作戰(zhàn)能力的變化進(jìn)行深入分析。因此在這里引入作戰(zhàn)能量的觀點(diǎn),將作戰(zhàn)過程看作是戰(zhàn)能積蓄-感知-傳遞-轉(zhuǎn)化的過程。通過能譜來描述作戰(zhàn)行為驅(qū)動(dòng)下裝備作戰(zhàn)能力的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng),以反映作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)推演中裝備(裝備+人)各能力的動(dòng)態(tài)變化和相互影響,從而有效分析評(píng)估某些關(guān)鍵行為或行為方案對(duì)作戰(zhàn)結(jié)果的影響。

戰(zhàn)能感知是作戰(zhàn)實(shí)體通過各種途徑獲取戰(zhàn)場(chǎng)當(dāng)前狀態(tài)以及通過處理分析判斷出戰(zhàn)場(chǎng)變化趨勢(shì)的過程,即通過對(duì)“態(tài)”的感知,給出“勢(shì)”的判斷[7-8]。戰(zhàn)能感知既是戰(zhàn)能環(huán)中的邏輯起點(diǎn),同時(shí)蘊(yùn)含于戰(zhàn)能環(huán)的整個(gè)過程,對(duì)于戰(zhàn)能環(huán)的發(fā)起和運(yùn)轉(zhuǎn)起著至關(guān)重要的作用。

本文在作戰(zhàn)行為譜的基礎(chǔ)上深入研究影響戰(zhàn)能感知的主被動(dòng)因素,構(gòu)建基于行為驅(qū)動(dòng)的戰(zhàn)能感知方程,表征裝備能力隨作戰(zhàn)進(jìn)程發(fā)展所體現(xiàn)出的實(shí)時(shí)性和動(dòng)態(tài)性,通過將戰(zhàn)能感知方程應(yīng)用于作戰(zhàn)行為決策的優(yōu)化控制,實(shí)現(xiàn)基于作戰(zhàn)過程的多階段多目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化。

1 作戰(zhàn)行為譜與戰(zhàn)能環(huán)

定義1作戰(zhàn)行為譜是作戰(zhàn)體系或系統(tǒng)開展作戰(zhàn)活動(dòng)而采取的一套標(biāo)準(zhǔn)的、有意義的作戰(zhàn)行為集合。

定義2能譜是用以表示作戰(zhàn)體系或系統(tǒng)各作戰(zhàn)能量分量所處狀態(tài)及由作戰(zhàn)行為引起的戰(zhàn)能變化關(guān)系的量,與目標(biāo)狀態(tài)、作戰(zhàn)環(huán)境、時(shí)空關(guān)系相關(guān)?？杀硎緸?/p>

E=g(SB,SR,H,K)

(1)

式中,SB為藍(lán)方作戰(zhàn)體系或系統(tǒng);SR為紅方作戰(zhàn)體系或系統(tǒng);H為作戰(zhàn)環(huán)境;K為作戰(zhàn)實(shí)體與目標(biāo)之間的時(shí)間和空間關(guān)系。

定義3勢(shì)譜是描述作戰(zhàn)實(shí)體的當(dāng)前能譜在某種作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)下對(duì)一定對(duì)手所具備作戰(zhàn)潛能的量,與作戰(zhàn)行為密切相關(guān),受作戰(zhàn)行為驅(qū)動(dòng),是戰(zhàn)能優(yōu)化控制的工具,可表示為

ξ=f(E,C)

(2)

式中,C為作戰(zhàn)行為。

定義4戰(zhàn)能環(huán)是以“觀察-判斷-決策-行動(dòng)(observe-orient-decide-act,OODA)”作戰(zhàn)回路模型為參考[9-12],著重考慮作戰(zhàn)行動(dòng)的并行性問題而提出的戰(zhàn)能積蓄-感知-傳遞-轉(zhuǎn)化的循環(huán)過程,如圖1所示。

圖1 戰(zhàn)能環(huán)Fig.1 Combat energy loop

與OODA環(huán)的區(qū)別在于,戰(zhàn)能環(huán)并不是必須積蓄、感知、傳遞、轉(zhuǎn)化全部齊備才是一個(gè)環(huán)。感知-傳遞(目標(biāo)搜索)、感知-傳遞-轉(zhuǎn)化(攻防對(duì)抗)、傳遞-轉(zhuǎn)化(攻擊/防御)都可以構(gòu)成戰(zhàn)能環(huán)。

2 作戰(zhàn)行為譜構(gòu)建

武器裝備的發(fā)展進(jìn)步尚不能改變?nèi)藢?duì)戰(zhàn)爭(zhēng)的決定性作用。對(duì)于探索作戰(zhàn)因果關(guān)系的作戰(zhàn)仿真實(shí)驗(yàn),迫切需要深入研究與作戰(zhàn)裝備關(guān)聯(lián)的作戰(zhàn)行為,以實(shí)現(xiàn)對(duì)裝備和人作戰(zhàn)效能的客觀準(zhǔn)確評(píng)估[13-15]。

2.1 作戰(zhàn)行為解析

作戰(zhàn)行為是指在一定作戰(zhàn)環(huán)境下,作戰(zhàn)人員為了完成攻擊、防御、保障等作戰(zhàn)任務(wù)而以一定組織形式完成的一系列動(dòng)作[16-17]。行為有3個(gè)要素:作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)、部署和指揮操縱(如圖2所示),分別定義如下。

圖2 作戰(zhàn)行為的三要素Fig.2 Three components of combat behavior

(1)作戰(zhàn)態(tài)勢(shì):作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)是行為產(chǎn)生的背景,包括內(nèi)部態(tài)勢(shì)和外部態(tài)勢(shì)。例如,作戰(zhàn)環(huán)境以及對(duì)手情況等外部態(tài)勢(shì)決定作戰(zhàn)單元的行動(dòng)路線和作戰(zhàn)準(zhǔn)備。

(2)部署:指作戰(zhàn)單元在一定時(shí)間內(nèi),作戰(zhàn)人員按照任務(wù)分工形成一定的組織結(jié)構(gòu)和響應(yīng)關(guān)系。

(3)指揮操縱:指在較短時(shí)間內(nèi),作戰(zhàn)人員采取某些動(dòng)作使得作戰(zhàn)單元改變狀態(tài)、獲得能力及產(chǎn)生效果。指揮操縱通常發(fā)生在較短時(shí)間內(nèi),且僅涉及到一部分系統(tǒng)設(shè)備。

作戰(zhàn)行為是部署與指揮操縱的集合,具有明顯的作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)適應(yīng)機(jī)能,通常是在一定作戰(zhàn)部署基礎(chǔ)上完成的具有一定映射關(guān)系的指揮操縱。不同作戰(zhàn)單元因裝備、組織結(jié)構(gòu)的差異而具有不同的部署和指揮操縱。作戰(zhàn)行為是作戰(zhàn)單元與作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)相互影響作用的結(jié)果。部署決定作戰(zhàn)行為的基本框架、指向和目的;指揮操縱除了決定作戰(zhàn)行為的指向與目的外,還決定作戰(zhàn)行為的節(jié)奏和強(qiáng)度。部署、指揮操縱和作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)因子相組合,形成了各種各樣的作戰(zhàn)行為。

2.2 作戰(zhàn)行為采集

作戰(zhàn)行為因作戰(zhàn)環(huán)境、作戰(zhàn)樣式以及作戰(zhàn)裝備的不同而表現(xiàn)出各自特點(diǎn),采集的對(duì)象和方法也各有不同,本文以潛艇為對(duì)象,研究與潛艇裝備相關(guān)的作戰(zhàn)行為采集方法。

(1)建立作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)子集S。從潛艇使命任務(wù)、作戰(zhàn)空間及潛在作戰(zhàn)對(duì)手出發(fā),分解細(xì)化為潛艇作戰(zhàn)任務(wù)剖面、典型作戰(zhàn)環(huán)境及典型作戰(zhàn)對(duì)手,建立作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)子集(見表1)。

(2)建立作戰(zhàn)部署子集B。根據(jù)潛艇作戰(zhàn)條令,采集進(jìn)出港部署、航行部署、戰(zhàn)斗部署等作戰(zhàn)部署,并按照典型作戰(zhàn)次序進(jìn)行編碼,建立作戰(zhàn)部署子集。

(3)建立指揮操縱子集C。首先,建立指揮員標(biāo)準(zhǔn)口令集。在不同的任務(wù)鏈路中記錄指揮員口令,根據(jù)口令產(chǎn)生結(jié)果的效用和意義篩選出有效口令,并規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)口令,納入指揮員標(biāo)準(zhǔn)口令集進(jìn)行編碼管理,用ΩC={C1,C2,…,Cnc}表示,并在戰(zhàn)備遠(yuǎn)航、訓(xùn)練演習(xí)等任務(wù)中不斷豐富和完善。其次,建立全艇戰(zhàn)位的標(biāo)準(zhǔn)操縱子集。根據(jù)各戰(zhàn)位的職能以及各系統(tǒng)設(shè)備的操縱規(guī)程,以作戰(zhàn)任務(wù)剖面、作戰(zhàn)鏈路、作戰(zhàn)部署為線索,梳理全艇各戰(zhàn)位操縱、口(回)令等行為,并進(jìn)行編碼管理,用ΩO={O1,O2,…,Ono}表示。最后,構(gòu)建指揮員標(biāo)準(zhǔn)口令集與各戰(zhàn)位標(biāo)準(zhǔn)操縱集之間的映射關(guān)系(見圖3)。

表1 作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)子集

圖3 指揮與操縱之間的映射關(guān)系Fig.3 Map of command and control

指揮員口令通常涉及到若干個(gè)戰(zhàn)位對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的操縱,而達(dá)到指揮員口令要求可能存在主觀和客觀上的多態(tài)性,以至于指揮員口令與操縱行為之間存在多種映射關(guān)系(例:指揮員口令為主航進(jìn)一,操縱行為客觀上存在熟練度差異,主觀上存在直調(diào)和逐調(diào)的選擇,因而構(gòu)成了一對(duì)多的映射關(guān)系)。

2.3 作戰(zhàn)行為譜構(gòu)建

針對(duì)作戰(zhàn)行為的3個(gè)要素,提出作戰(zhàn)行為譜編碼系統(tǒng):按照作戰(zhàn)行為的作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)、部署和指揮操縱三要素建立S碼、B碼和C碼。對(duì)于一種特定行為,按照在某種作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)下,根據(jù)所處的作戰(zhàn)部署而產(chǎn)生的指揮操縱動(dòng)作的順序建立SBC編碼。

設(shè)A,S,B,C分別為所研究作戰(zhàn)對(duì)象的作戰(zhàn)行為、部署、指揮操縱和作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)的集合,ai,si,bi及ci分別是集合A,S,B,C的元素或子集。

作戰(zhàn)行為ai定義為ai=(sj,bk,cm)。其中,si?S,表示某種作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)下;bk?B,表示指揮操縱處于何種作戰(zhàn)部署;cm?C,表示具體某種指揮操縱。

對(duì)于指揮操縱集合C,是由指揮員標(biāo)準(zhǔn)口令集ΩC、全艇戰(zhàn)位標(biāo)準(zhǔn)操縱集ΩO兩個(gè)子集以及它們之間的映射關(guān)系組成。對(duì)于集合C中的某一元素cm,可表示為cm=(Ci,Oj,M),其中,Ci?ΩC,Oj?ΩO,M為指揮口令Ci向具體操縱子集Oj的映射關(guān)系。Oj是完成指揮口令Ci所需要的K個(gè)具體操縱的集合,每一個(gè)操縱包含操縱對(duì)象(設(shè)備、閥門、按鈕、戰(zhàn)位等)、操縱形式(辨識(shí)、輸入、開關(guān)、旋轉(zhuǎn)等)、操縱時(shí)間及操縱效果4個(gè)參數(shù)。M是為完成指揮口令Ci,操縱子集Oj中每個(gè)操縱的組織關(guān)系(并行、串行、交叉等)和運(yùn)行時(shí)序。

3 行為驅(qū)動(dòng)的戰(zhàn)能感知方程構(gòu)建

戰(zhàn)能感知方程有別于雷達(dá)、聲納等方程主要用于對(duì)機(jī)理的靜態(tài)描述,是對(duì)交戰(zhàn)各方戰(zhàn)能的動(dòng)態(tài)感知,與作戰(zhàn)對(duì)手、環(huán)境以及己方的決策控制密切相關(guān)。

3.1 感知能力方程

戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知是作戰(zhàn)的必要條件,作戰(zhàn)實(shí)體綜合利用各種探測(cè)感知手段獲取戰(zhàn)場(chǎng)信息,探測(cè)感知手段包括作戰(zhàn)裝備自身的探測(cè)感知手段和通過通信手段接收己方體系獲取的戰(zhàn)場(chǎng)信息。

對(duì)于作戰(zhàn)裝備自身的探測(cè)感知手段,各探測(cè)感知手段有其領(lǐng)域的一套描述感知能力的方程。對(duì)于通過電磁波探測(cè)目標(biāo)的雷達(dá)裝備,是用雷達(dá)方程來進(jìn)行描述[18]。雷達(dá)方程是根據(jù)雷達(dá)的作用過程描述雷達(dá)探測(cè)距離與各影響因素之間的關(guān)系。

Pr=PtA2λ2σ/(4π)3R4

(3)

式中,Pr為接收機(jī)接收的信號(hào)功率;Pt為發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率;A為天線的有效面積;λ為電磁波波長(zhǎng);σ為目標(biāo)反射截面積;R為目標(biāo)相對(duì)與雷達(dá)的徑向距離。

對(duì)于通過水聲探測(cè)目標(biāo)的聲納裝備,是用聲納方程來進(jìn)行描述。聲納方程是與雷達(dá)方程類似,但由于水介質(zhì)的復(fù)雜性,不能用傳播距離來描述能量的衰減情況,而用傳播損失來代替[19]。

(4)

式中,(S/N)為信噪比;(S/R)為信干比;SL為聲源級(jí)強(qiáng)度;TL為傳播損失;TS為目標(biāo)回聲強(qiáng)度;NL為噪聲級(jí)強(qiáng)度;DI為接收指向性指數(shù);RL為混響級(jí)功率;DT為檢測(cè)閥功率。

通過對(duì)雷達(dá)方程、聲納方程的原理進(jìn)行分析,作戰(zhàn)實(shí)體自身的感知能力可統(tǒng)一用探測(cè)方程(式3)進(jìn)行表達(dá)。

PZ=f(D,E,T,Rde,Rdt,Ret)

(5)

式中,D為探測(cè)能力子集;E為環(huán)境參數(shù)子集;T為目標(biāo)可觀測(cè)特性子集;Rde為探測(cè)能力與環(huán)境的相關(guān)性;Rdt為探測(cè)能力與目標(biāo)特性的匹配度(相關(guān)性);Ret為目標(biāo)特性與環(huán)境的相關(guān)性。

此外,對(duì)于通過通信手段獲取己方體系感知的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息的能力,用式(6)表示。

PT=f(DS∩DR,Cm,E)

(6)

式中,DS為體系感知能力子集;DR為作戰(zhàn)實(shí)體的感知需求;Cm={cm1,cm2,cm3,…}為作戰(zhàn)實(shí)體與體系之間的聯(lián)通能力,包括通信速率、通信穩(wěn)定性、通信抗干擾能力等因素;E為環(huán)境參數(shù)子集。

綜上所述,作戰(zhàn)實(shí)體的感知能力為作戰(zhàn)裝備自身的感知能力與從己方體系獲取的感知能力之和,綜合感知能力方程可表達(dá)為

ED t=PZ∪PT

(7)

3.2 行為驅(qū)動(dòng)的戰(zhàn)能感知方程

對(duì)于某一作戰(zhàn)實(shí)體來說,作戰(zhàn)過程是通過不斷決策控制己方作戰(zhàn)單元的能力、狀態(tài)以適應(yīng)對(duì)抗所帶來的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的變化。指戰(zhàn)員的指揮操縱等作戰(zhàn)行為將引起探測(cè)靈敏度、指向性發(fā)生變化從而導(dǎo)致感知能力發(fā)生變化,同時(shí)目標(biāo)狀態(tài)、敵我相對(duì)空間關(guān)系以及對(duì)抗結(jié)果的變化亦將導(dǎo)致感知能力發(fā)生變化。指揮操縱等作戰(zhàn)行為通過作用于系統(tǒng)設(shè)備,是控制、調(diào)節(jié)戰(zhàn)能感知的主要驅(qū)動(dòng)力量。

根據(jù)作戰(zhàn)能量的觀點(diǎn),行為驅(qū)動(dòng)的戰(zhàn)能感知方程可表示為

(8)

式中,nD t表示影響戰(zhàn)能感知能力的作戰(zhàn)行為的個(gè)數(shù);ξD t表示行為驅(qū)動(dòng)下的戰(zhàn)能感知能力集合;ED t表示感知能力集合。

感知能力ED t在行為驅(qū)動(dòng)函數(shù)fi的作用下變?yōu)閼?zhàn)能感知能力fi(ED t),行為驅(qū)動(dòng)函數(shù)是由于指揮操縱等作戰(zhàn)行為通過改變作戰(zhàn)平臺(tái)各系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)、對(duì)抗雙方相對(duì)空間關(guān)系以及產(chǎn)生對(duì)抗結(jié)果等因素來實(shí)現(xiàn)對(duì)戰(zhàn)能感知的驅(qū)動(dòng),因此

fi(ED(t))=ED(t)?ai([t,t+Δt])

(9)

式中,ai={sj,bk,cm}表示某一個(gè)具體作戰(zhàn)行為;Δt表示從指揮口令Ci下達(dá)后,其對(duì)應(yīng)的操縱子集Oj全部完成的時(shí)間。

每個(gè)用于感知能力調(diào)整的作戰(zhàn)行為都會(huì)影響其他能力,如潛艇為追求探測(cè)能力而采用低航速工況,將影響遭遇魚雷攻擊時(shí)的防御能力。通過采集作戰(zhàn)實(shí)體在該行為實(shí)施后的系統(tǒng)設(shè)備參數(shù),結(jié)合作戰(zhàn)人員的部署情況進(jìn)行綜合處理,計(jì)算出該作戰(zhàn)行為驅(qū)動(dòng)后作戰(zhàn)實(shí)體的能譜。

fi(Ej(t))=Ej(t)?ai([t,t+Δt]),j=1,…,nj

(10)

式中,Ej(t)為作戰(zhàn)裝備固有的能力,是一個(gè)受作戰(zhàn)行為影響具有一定動(dòng)態(tài)范圍的量,如潛艇的機(jī)動(dòng)能力、聲隱蔽能力等。將具體的能譜聚合處理后得到當(dāng)前勢(shì)譜Fi(ξk)(作戰(zhàn)潛能)。對(duì)潛艇來說,勢(shì)譜主要包括隱蔽勢(shì)能、探測(cè)勢(shì)能、攻擊勢(shì)能、防御勢(shì)能、保障勢(shì)能等。

4 基于戰(zhàn)能感知方程的優(yōu)化控制

戰(zhàn)能感知方程是通過探測(cè)感知手段和途徑獲取敵、我以及環(huán)境信息,并經(jīng)過處理分析得到當(dāng)前戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)。戰(zhàn)能感知的目的是為了在作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)仿真推演中給下一步作戰(zhàn)行動(dòng)(口令+操縱)提供指向性。具體的作用過程如圖4所示。

圖4 戰(zhàn)能感知優(yōu)化框架Fig.4 Optimize frame of combat energy perception

(1)戰(zhàn)能感知需求分析。通常戰(zhàn)能感知階段需要不斷進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)的探測(cè)感知效果,首先立足已獲取的當(dāng)前態(tài)勢(shì),經(jīng)過基于指揮員經(jīng)驗(yàn)、支撐數(shù)據(jù)庫等先驗(yàn)信息進(jìn)行目標(biāo)預(yù)測(cè),判斷目標(biāo)(快變)和環(huán)境(慢變)的變化趨勢(shì)以及意圖,并結(jié)合當(dāng)前作戰(zhàn)任務(wù),分析完成作戰(zhàn)任務(wù)或應(yīng)對(duì)態(tài)勢(shì)變化所需要的戰(zhàn)能環(huán)狀態(tài)及目標(biāo)函數(shù)參數(shù)θk。

(2)獲取當(dāng)前勢(shì)譜。根據(jù)作戰(zhàn)實(shí)體當(dāng)前各系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)以及作戰(zhàn)人員的部署狀態(tài),計(jì)算當(dāng)前能譜,并聚合出當(dāng)前勢(shì)譜F0(ξk)。

(3)感知任務(wù)滿足度評(píng)估。根據(jù)當(dāng)前戰(zhàn)能環(huán)當(dāng)前狀態(tài),確定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)

(11)

(4)在構(gòu)建作戰(zhàn)行為方案空間的基礎(chǔ)上構(gòu)建勢(shì)譜空間。根據(jù)作戰(zhàn)實(shí)體當(dāng)前所處的狀態(tài),選擇可以用于調(diào)整戰(zhàn)能感知能力的作戰(zhàn)行為單元ai,形成當(dāng)前可用的作戰(zhàn)行為子集Anow,并將中的作戰(zhàn)行為單元進(jìn)行排列組合,剔除違反操縱規(guī)程和作戰(zhàn)條令的行為方案,形成作戰(zhàn)行為方案空間RA。根據(jù)每個(gè)行為方案ra,按照第3.2節(jié)中的方法計(jì)算其勢(shì)譜,構(gòu)建勢(shì)譜空間ΩF。

(5)戰(zhàn)能優(yōu)化控制,構(gòu)建期望勢(shì)譜。對(duì)勢(shì)譜空間進(jìn)行搜索,將滿足目標(biāo)優(yōu)化系數(shù)γ(如優(yōu)化系數(shù)為0.8,則保留最優(yōu)20%)的勢(shì)譜保存起來,形成優(yōu)勢(shì)種群。對(duì)優(yōu)勢(shì)種群中的勢(shì)譜,按照式(11)的目標(biāo)函數(shù)計(jì)算其滿意系數(shù),同時(shí)根據(jù)式(12)的代價(jià)函數(shù)計(jì)算其代價(jià)。

(12)

式中,F(ξk(t))為優(yōu)勢(shì)種群中各行為方案的平均勢(shì)譜;i為該階段所需要優(yōu)化的勢(shì)譜分量序號(hào)。選取滿意度μ大于所設(shè)定的滿意系數(shù)η且其代價(jià)L最小的勢(shì)譜作為期望勢(shì)譜Fnew(ξ(t))。

(6)獲取作戰(zhàn)行為方案。將期望勢(shì)譜經(jīng)反變換得到新的能譜曲線

Enew(t)=F-1(Fnew(ξ(t)))

(13)

每個(gè)能譜曲線的變化都可以找到其對(duì)應(yīng)的作戰(zhàn)行為方案(指揮口令+戰(zhàn)位操縱),實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)能感知控制的優(yōu)化。

5 實(shí)例分析

5.1 想定設(shè)置

紅方作戰(zhàn)平臺(tái)A、作戰(zhàn)平臺(tái)B接收作戰(zhàn)任務(wù),協(xié)同對(duì)已知概略位置的藍(lán)方作戰(zhàn)平臺(tái)C進(jìn)行搜索攻擊。在搜索(戰(zhàn)能感知)階段,作戰(zhàn)平臺(tái)A、B的探測(cè)方式為{Rd1,Rd2},搜索方式為{Rs1,Rs2,Rs3},機(jī)動(dòng)方式為{Rm1,Rm2},深度選擇為{Rh1,Rh2,Rh3,Rh4,Rh5};藍(lán)方作戰(zhàn)平臺(tái)C機(jī)動(dòng)方式為Bs1,規(guī)避策略為Bg1,探測(cè)方式為Bd1。藍(lán)方作戰(zhàn)平臺(tái)C在探測(cè)方式Bd1下的感知能力EBd1要大于紅方作戰(zhàn)平臺(tái)A、B的感知能力ERd1。

5.2 戰(zhàn)能感知優(yōu)化控制

首先,設(shè)置優(yōu)化參數(shù),感知任務(wù)滿足系數(shù)為0.8,優(yōu)化目標(biāo)系數(shù)為0.9,迭代次數(shù)為勢(shì)譜空間數(shù)量。

其次,根據(jù)兩艇協(xié)同搜潛的探測(cè)感知任務(wù),確定戰(zhàn)能環(huán)為感知階段及目標(biāo)函數(shù)參數(shù)[θ1,θ2,θ3,θ4,θ5],并提取兩艇的作戰(zhàn)行為子集。

A艇(協(xié)同艇)作戰(zhàn)行為子集為:Aa={aa1,aa2,…,aan1},其中,n1=12。包括:①航深調(diào)節(jié);②航速調(diào)節(jié);③機(jī)動(dòng)方式選擇;④感知模式選擇;……。B艇(指揮艇)指揮行為集合為:Ab={ab1,ab2,…,abn2},其中,n2=11。包括:①航深調(diào)節(jié);②航速調(diào)節(jié);③航向調(diào)節(jié);④感知模式選擇;……。

將子集Aa、Ab中的作戰(zhàn)行為分別進(jìn)行排序、拼裝、篩選,形成作戰(zhàn)行為方案空間RA1、RA2。

RA1=[aa1→aa2→aa5→aa10;aa1→aa4→aa5;

aa1→aa9→aa3→aa7→aa8;…,

aa12→aa8→aa6→aa11]

(14)

對(duì)每一個(gè)作戰(zhàn)行為方案ra,利用行為驅(qū)動(dòng)的戰(zhàn)能感知方程式(9)計(jì)算在該方案后作戰(zhàn)實(shí)體所呈現(xiàn)的能譜,并對(duì)該能譜作聚合處理得到勢(shì)譜,構(gòu)建勢(shì)譜空間ΩFa、ΩFb。通過目標(biāo)函數(shù)式(11)和代價(jià)函數(shù)式(12)對(duì)勢(shì)譜空間進(jìn)行優(yōu)化搜索,選取滿足優(yōu)化目標(biāo)同時(shí)代價(jià)函數(shù)最小的勢(shì)譜Fanew(ξ(t))、Fbnew(ξ(t))作為期望勢(shì)譜。將期望勢(shì)譜所對(duì)應(yīng)的作戰(zhàn)行為方案作為最優(yōu)決策控制方案。

根據(jù)設(shè)定參數(shù)采用本文的方法(Method1)和傳統(tǒng)基于分布估計(jì)算法(Method2)進(jìn)行1 000次蒙特卡羅優(yōu)化控制仿真,求均值[20-21]。結(jié)果如表2所示。

表2 戰(zhàn)能感知優(yōu)化結(jié)果

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,基于行為驅(qū)動(dòng)的戰(zhàn)能感知方程用于優(yōu)化控制可有效提升對(duì)目標(biāo)的感知效果,同時(shí)增強(qiáng)了行為方案探索的時(shí)效性。兩艇協(xié)同采用如圖5方式搜潛可得到最優(yōu)感知效果。紅方作戰(zhàn)平臺(tái)A采用Rd1探測(cè)方式、Rs3搜索方式、Rm3機(jī)動(dòng)方式以及Rh4深度;紅方作戰(zhàn)平臺(tái)B采用Rd1探測(cè)方式、Rs2搜索方式、Rm1機(jī)動(dòng)方式以及Rh3深度。

圖5 兩艇優(yōu)化搜潛方式Fig.5 Optimize detection method of two submarines

6 結(jié) 論

戰(zhàn)能感知是戰(zhàn)能環(huán)發(fā)起和調(diào)整的條件,受作戰(zhàn)行為驅(qū)動(dòng)。通過研究作戰(zhàn)行為與戰(zhàn)能感知的關(guān)系,構(gòu)建戰(zhàn)能感知方程,可實(shí)現(xiàn)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知的動(dòng)態(tài)和定量描述,為考察評(píng)估作戰(zhàn)指揮等人因影響作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)提供有效途徑。

本文提出的基于戰(zhàn)能感知方程的優(yōu)化控制流程和方法相比傳統(tǒng)的分布估計(jì)算法從感知效果和搜索效率上皆有不同程度的提升。有利于快速有效地獲取滿意的行動(dòng)方式,為戰(zhàn)法訓(xùn)法創(chuàng)新提供可量化評(píng)估的有效途徑。