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        航空兵裝備映射模擬藍(lán)軍相似度匹配問題研究

        2019-04-29 07:21:00劉艷平
        關(guān)鍵詞:己方藍(lán)軍航空兵

        劉艷平

        (91404部隊(duì),河北秦皇島066000)

        假想敵部隊(duì)被稱之為藍(lán)軍。在航空兵訓(xùn)練中,為了突出訓(xùn)練的對抗性、實(shí)戰(zhàn)性,演習(xí)中,通常采用己方航空兵映射模擬敵航空兵,模擬映射出的航空兵被視為“藍(lán)軍”。模擬出的航空兵“藍(lán)軍”與實(shí)際的敵航空兵是存在一定差異的。因此,引出航空兵藍(lán)軍模擬相似度匹配的問題。在己方航空兵模擬敵航空兵時(shí),是否具備模擬映射條件?具備模擬條件后,相似度又幾何?相似度如何計(jì)算?這些問題在航空兵訓(xùn)練中的藍(lán)軍模擬映射中應(yīng)予以正視。不考慮這些問題,由己方航空兵模擬出來的藍(lán)軍缺乏真實(shí)性和說服力,紅藍(lán)對抗性演習(xí)也就缺乏支撐,不具備科學(xué)性和實(shí)戰(zhàn)性。

        本研究基于實(shí)裝戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)(簡稱戰(zhàn)技指標(biāo))特征提出藍(lán)軍模擬方法、構(gòu)建相似度評價(jià)體系、搭建相似度模型和給出計(jì)算方法,從而可計(jì)算單系統(tǒng)、單平臺(tái)藍(lán)軍模擬過程中兩型裝備的相似度,解決己方裝備與原型裝備(敵軍裝備)“像不像”的問題,為紅藍(lán)對抗演習(xí)藍(lán)軍裝備模擬提供參考依據(jù)。

        1 藍(lán)軍模擬方法

        藍(lán)軍模擬方法主要是基于隔離思想的,將藍(lán)軍裝備分解成若干個(gè)戰(zhàn)技指標(biāo)特征,分別進(jìn)行模擬映射,從而達(dá)到藍(lán)軍模擬的目的。

        1.1 研究現(xiàn)狀分析

        要模擬映射出相似度較高的藍(lán)軍就必須熟悉藍(lán)軍。藍(lán)軍主要包括藍(lán)軍戰(zhàn)術(shù)和藍(lán)軍裝備2個(gè)層面。藍(lán)軍戰(zhàn)術(shù)主要是藍(lán)軍作戰(zhàn)原則、戰(zhàn)術(shù)思想、戰(zhàn)法理論等;藍(lán)軍裝備方面主要是作戰(zhàn)飛機(jī)、航空兵器、電子設(shè)備等。藍(lán)軍戰(zhàn)術(shù)是一些規(guī)律性東西,看不見,摸不著,但可以從藍(lán)軍的作戰(zhàn)案例、戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練以及情報(bào)信息等中總結(jié)歸納出來。目前,國內(nèi)對此研究的較多[1-7],對藍(lán)軍的戰(zhàn)術(shù)思想摸得較為透徹,但如何模擬映射以及相似度計(jì)算等仍需要深入研究;對藍(lán)軍裝備研究的也較多[8-11],有些單位甚至開始研制生產(chǎn)藍(lán)軍裝備,無論是研制生產(chǎn)的藍(lán)軍裝備,還是通過己方裝備模擬映射出的藍(lán)軍裝備,這都需要考慮相似度問題。目前從訓(xùn)練效果評估方面考慮逼真度的較多[12-17],但從裝備平臺(tái)角度方面考慮相似度的少。

        在藍(lán)軍構(gòu)建中,通過仿制、研發(fā)等手段生產(chǎn)出藍(lán)軍裝備,這種藍(lán)軍裝備通常是按照藍(lán)軍裝備的具體參數(shù)進(jìn)行設(shè)置開發(fā)的,相似度較高。由于生產(chǎn)研制藍(lán)軍裝備的成本高、周期長以及對藍(lán)軍裝備的具體信息掌握程度要求較高,使得藍(lán)軍裝備研制受到了極大的限制。在日常訓(xùn)練中,常用辦法是利用裝備性能旗鼓相當(dāng)?shù)募悍窖b備模擬映射藍(lán)軍,這種辦法一定程度上能解決藍(lán)軍裝備短缺、其他方法不能滿足實(shí)戰(zhàn)對抗訓(xùn)練需要的問題,但在相似度上存在較大差異。這種差異有的可以通過一定方法解決,有的是現(xiàn)有條件無法補(bǔ)齊的。在模擬映射藍(lán)軍時(shí),需要解決的就是相似度計(jì)算問題,相似度的大小決定了藍(lán)軍模擬成功與否。

        當(dāng)前的演習(xí)中,常采用等效模擬的方法,利用己方的裝備映射模擬敵軍裝備。在航空兵實(shí)裝方面,等效模擬就是同類型裝備模擬,基本采用的機(jī)型對機(jī)型的原則,己方預(yù)警機(jī)模擬敵預(yù)警機(jī)、己方戰(zhàn)斗機(jī)模擬敵戰(zhàn)斗機(jī)等。該辦法的缺點(diǎn)是沒有建立計(jì)算兩者之間相似度的模型,也沒有計(jì)算相似度方法,從而沒有解決兩型裝備“像不像”的根本性問題。因而,在航空兵實(shí)裝映射中采用等效模擬的方法是缺乏科學(xué)依據(jù)的,雖然能夠滿足“紅藍(lán)對抗”的基本需要,但是扮演的“藍(lán)軍”與真實(shí)藍(lán)軍像不像的問題沒有根本性解決。

        1.2 基于特征映射的模擬方法

        航空兵裝備主要指作戰(zhàn)飛機(jī)、武器裝備、機(jī)載吊艙等,根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)需要,可能需要模擬映射某一裝備,也可能只需要模擬映射該裝備上的某一項(xiàng)功能或特征。對此,采用隔離思想,將需要模擬映射的藍(lán)軍裝備所具備的功能拆解成若干戰(zhàn)技指標(biāo)特征,針對每一項(xiàng)戰(zhàn)技指標(biāo)特征分別模擬映射,或者采取一對多的方法映射,具體模擬映射方法如下。

        用于映射模擬藍(lán)軍的己方裝備被稱之為構(gòu)設(shè)裝備。如圖1所示,構(gòu)設(shè)裝備作為輸入端,通過模擬原型裝備的相似度匹配,系統(tǒng)的輸出端為藍(lán)軍裝備。在藍(lán)軍裝備模擬映射中,首先要選準(zhǔn)模擬映射對象(原型裝備),深入研究分析,運(yùn)用隔離思想,將其作戰(zhàn)性能分解成n個(gè)單元,例如戰(zhàn)技指標(biāo)特征b1、b2、…、bn;其次,選取可模擬的己方裝備作為構(gòu)設(shè)裝備,被選取的裝備應(yīng)當(dāng)與原型裝備或者原型裝備的某一戰(zhàn)技指標(biāo)特征性能基本相當(dāng)。構(gòu)設(shè)裝備戰(zhàn)技指標(biāo)特征a1模擬原型裝備戰(zhàn)技指標(biāo)特征b1,相似度δ1;構(gòu)設(shè)裝備戰(zhàn)技指標(biāo)特征a2模擬原型裝備戰(zhàn)技指標(biāo)特征b2,相似度δ2;以此類推,構(gòu)設(shè)裝備戰(zhàn)技指標(biāo)特征an模擬原型裝備戰(zhàn)技指標(biāo)特征bn,相似度δn。系統(tǒng)的相似度匹配過程中,計(jì)算出系統(tǒng)的整體相似度δ,通過對相似度的大小判斷構(gòu)設(shè)裝備是否具備模擬原型裝備的條件,是否能夠成為真正的藍(lán)軍裝備。

        圖1 基于隔離思想的藍(lán)軍裝備模擬映射示意圖Fig.1 Ketch map of blue army equipment simulation based on isolation thought

        2 構(gòu)建相似度評價(jià)體系

        相似度評價(jià)體系基于平臺(tái)下各系統(tǒng)戰(zhàn)技指標(biāo)之上,平臺(tái)不一樣,平臺(tái)下的二級子系統(tǒng)也不一樣,因而在構(gòu)建相似度評價(jià)體系中不具體到每一項(xiàng)分系統(tǒng),也不具體每一項(xiàng)戰(zhàn)技指標(biāo),見圖2,采用模糊化處理。

        圖2 相似度評價(jià)體系示意圖Fig.2 Similarity evaluation system

        在裝備平臺(tái)下,通常有若干個(gè)二級子系統(tǒng),二級子系統(tǒng)下通常還有若干三級子系統(tǒng),而作戰(zhàn)平臺(tái)的使命任務(wù)決定了各子系統(tǒng)的重要性不一樣,因而可對子系統(tǒng)按關(guān)鍵、重要、一般進(jìn)行區(qū)分。對于戰(zhàn)技指標(biāo)特征,按照在作戰(zhàn)效能發(fā)揮或基于受體的體驗(yàn)感中的作用,可分為關(guān)鍵、重要、一般戰(zhàn)技指標(biāo)特征。

        在構(gòu)建相似度評價(jià)體系中,需要對裝備平臺(tái)分系統(tǒng)、戰(zhàn)技指標(biāo)等分層次分步構(gòu)建,關(guān)鍵子系統(tǒng)或戰(zhàn)技指標(biāo)在藍(lán)軍模擬過程中優(yōu)先考慮,相似度計(jì)算時(shí)重點(diǎn)考慮;重要子系統(tǒng)或戰(zhàn)技指標(biāo)則需要根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)要求在藍(lán)軍模擬中進(jìn)行體現(xiàn),相似度計(jì)算時(shí)適當(dāng)考慮;一般子系統(tǒng)或戰(zhàn)技指標(biāo)在藍(lán)軍模擬過程中視情況而定,相似度計(jì)算時(shí)選擇性考慮。

        在相似度計(jì)算時(shí),注重對應(yīng)關(guān)系,比如己方載機(jī)性能對敵方載機(jī)性能,己方預(yù)警雷達(dá)對敵方預(yù)警雷達(dá),己方掛載武器對敵方掛載武器。在系統(tǒng)中,最底層為戰(zhàn)技指標(biāo),考慮其相似度時(shí),也應(yīng)遵循對應(yīng)關(guān)系。

        3 相似度模型

        3.1 單特征相似度模型

        設(shè)A為構(gòu)設(shè)裝備,B為原型裝備,二者為模擬和被模擬的關(guān)系。根據(jù)相似度原理可以建立如下相似度模型。

        1)精確值相似度模型。A與B裝備性能相似度第i個(gè)特征所對應(yīng)的裝備性能參數(shù)值分別為ai、bi,則相似度模型為:

        這類模型可以計(jì)算兩軍作戰(zhàn)飛機(jī)的實(shí)用升限、上升性能等特征的相似度。

        2)區(qū)間值相似度模型。A與B裝備性能相似度第i個(gè)特征所對應(yīng)的裝備性能參數(shù)取值范圍分別為[ai,bi]和[a′i,b′i],則相似度模型為:

        式中,L為區(qū)間的長度。

        這類模型可用于計(jì)算兩軍作戰(zhàn)飛機(jī)的M數(shù)、機(jī)載雷達(dá)天線掃描范圍等特征的相似度。

        3)枚舉值相似度模型。A與B裝備性能相似度第i個(gè)特征所對應(yīng)的裝備性能參數(shù)取值范圍分別為A[ai1,ai2,…,ain],B[bi1,bi2,…,bij],則相似度模型為:

        式中,N為裝備性能參數(shù)值的個(gè)數(shù)。

        這類模型可用于計(jì)算兩軍作戰(zhàn)飛機(jī)機(jī)載雷達(dá)掃描寬度選擇中的俯仰、方位等特征的相似度。

        4)是非值相似度模型。A與B裝備性能相似度第i個(gè)特征取值屬性分別為A′i、B′i,則相似度模型為:

        這類模型可用于計(jì)算兩軍作戰(zhàn)飛機(jī)是否有空中加油等參數(shù)的相似度。

        3.2 系統(tǒng)級相似度模型

        系統(tǒng)級相似度就是指構(gòu)設(shè)裝備模擬映射的藍(lán)軍裝備與敵實(shí)際的裝備(原型裝備)之間的相似度。通過單特征相似度模型可以計(jì)算出N個(gè)特征的相似度,由于N個(gè)特征的相似度與系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性,建立系統(tǒng)的相似度模型為:

        系統(tǒng)級相似度模型依據(jù)餅圖原理建立的。系統(tǒng)級相似度不是多個(gè)單特征相似度的線性疊加,而是引入了權(quán)重變量,從而使得相似度的精度更高。

        4 權(quán)重確定方法

        敵軍裝備作戰(zhàn)性能涉及到多個(gè)方面,根據(jù)這些性能分解成了n個(gè)戰(zhàn)技指標(biāo)特征,b1、b2、…、bn,例如在模擬映射藍(lán)軍的殲擊機(jī)時(shí),可以將其分解為實(shí)用升限、飛行速度、盤旋性能、水平加速度、上升性能、最大作戰(zhàn)半徑等多個(gè)戰(zhàn)技指標(biāo)特征。根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)的不一樣,每一項(xiàng)特征在整個(gè)作戰(zhàn)系統(tǒng)中的重要性是不一樣的,從而其所占的權(quán)重也就不一樣。權(quán)重的計(jì)算可以通過一致性排序方法確定。

        4.1 一致性排序原理

        同一上級系統(tǒng)中任意2個(gè)子系統(tǒng)Ci,Ck∈C(C為該上級系統(tǒng)所屬的下一級子系統(tǒng)集合)關(guān)于模糊概念“重要性”做兩兩比較,規(guī)定:①若Ci比Ck重要,則aik=1,aki=0;②若Ci與Ck同樣重要,則aik=aki=0.5;③若Ck比Ci重要,則aik=0,aki=1。這里aik用于評價(jià)系統(tǒng)C關(guān)于重要性的定性排序,稱為定性排序標(biāo)度[18]。于是構(gòu)成二元定性排序度矩陣:

        這里,aik僅在0,0.5與1中取值且滿足:

        a為二元對比定性排序一致性標(biāo)度矩陣的充分必要條件是:

        a的各行元素值之和Si由大到小排列可確定出屬性集C關(guān)于重要性的一致性排序。

        4.2 一致性排序方法

        邀請專家X1,X2,…,XQ對系統(tǒng)集C={C1,C2,…,Cm}

        將a中的各行元素值之和記為:的同一上級系統(tǒng)下任意2個(gè)同層子系統(tǒng)進(jìn)行兩兩評價(jià),按照一致性排序原理分別給出各自的二元對比定性排序一致性標(biāo)度矩陣Ek(k=1,2,…,Q),假定專家對排序的重要性相同,從而可以確定各專家Xk(k=1,2,…,Q)對目標(biāo)集C的一致性排序。設(shè)φk(Ci)表示專家Xk(k=1,2,…,Q)對目標(biāo)集C的一致性排序中位于目標(biāo)Ci后的目標(biāo)數(shù)目。記:

        則分系統(tǒng)C(ii=1,2,…,m)的對上一層系統(tǒng)的權(quán)重為:

        5 用例分析

        以日本F-4EJKAI戰(zhàn)斗機(jī)和中國臺(tái)灣F-5F“虎II”戰(zhàn)斗機(jī)為例,用中國臺(tái)灣F-5F“虎II”戰(zhàn)斗機(jī)映射模擬日本F-4EJKAI戰(zhàn)斗機(jī),計(jì)算兩者之間的相似度。主要考察載機(jī)性能、主要武器、機(jī)載雷達(dá)、機(jī)載通信、敵我識別器5個(gè)二級子系統(tǒng),最大飛行速度、作戰(zhàn)半徑、轉(zhuǎn)戰(zhàn)航程等15個(gè)三級戰(zhàn)技指標(biāo)特征(或子系統(tǒng))以及若干個(gè)四級戰(zhàn)技指標(biāo)特征。根據(jù)相似度評價(jià)體系的劃分,主要武器、機(jī)載雷達(dá)為關(guān)鍵子系統(tǒng),敵我識別器為重要子系統(tǒng),載機(jī)性能和機(jī)載通信為一般子系統(tǒng)。機(jī)載雷達(dá)的作用距離、主要武器的射程等為關(guān)鍵戰(zhàn)技指標(biāo),主要武器的最大速度、載機(jī)的最大飛行速度等為重要戰(zhàn)技指標(biāo),機(jī)載雷達(dá)、敵我識別器的工作頻率等為一般戰(zhàn)技指標(biāo)。

        表1、2分別為計(jì)算近距空空彈和機(jī)載雷達(dá)作用距離三級子系統(tǒng)相似度,計(jì)算結(jié)果分別用于和服務(wù)于主要武器和機(jī)載雷達(dá)2個(gè)二級系統(tǒng)相似度的計(jì)算。

        表3為系統(tǒng)計(jì)算日本F-4EJKAI和中國臺(tái)灣F-5F“虎II”兩型戰(zhàn)斗機(jī)的二級系統(tǒng)的相似度,邀請5位專家對載機(jī)性能、主要武器、機(jī)載雷達(dá)、機(jī)載通信、敵我識別器5個(gè)二級子系統(tǒng)的重要性進(jìn)行兩兩比較,按照一致性排序的方法,確定其權(quán)重,如表4所示。

        表1 兩型戰(zhàn)斗機(jī)近距空空彈相似度計(jì)算表Tab.1 Similarity calculation table for short range air to air missile of two type fighter

        表2 兩型戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)載雷達(dá)作用距離相似度計(jì)算表Tab.2 Similarity calculation table for range of airborne radar of two type fighter

        表3 F-4EJKAI與F-5F“虎II”戰(zhàn)斗機(jī)二級子系統(tǒng)相似度計(jì)算表Tab.3 Similarity calculation table for two level subsystem of two type fighter

        表4 F-4EJKAI與F-5F“虎II”戰(zhàn)斗機(jī)相似度計(jì)算表Tab.4 Similarity calculation table of two type fighter

        本文中是從平臺(tái)角度上考慮兩型飛機(jī)的相似度,而不是根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)角度,因而在權(quán)重確定上沒有偏向性。根據(jù)系統(tǒng)級相似度模型,可計(jì)算出兩型號戰(zhàn)斗機(jī)的相似度。根據(jù)系統(tǒng)級相似度模型式(5)可計(jì)算出日本F-4EJKAI與中國臺(tái)灣F-5F“虎II”戰(zhàn)斗機(jī)相似度δ=72.0%。該計(jì)算是基于載機(jī)性能、主要武器、機(jī)載雷達(dá)、機(jī)載通信、敵我識別器5個(gè)二級子系統(tǒng),以及若干個(gè)3級子系統(tǒng)(或戰(zhàn)技指標(biāo)特征)和若干4級戰(zhàn)技指標(biāo)特征,沒有全部考慮兩型飛機(jī)的戰(zhàn)技指標(biāo)特征,加之權(quán)重的確定中人為因素影響,因而F-4EJKAI和F-5F“虎II”兩型戰(zhàn)斗機(jī)的實(shí)際相似度應(yīng)小于計(jì)算值。但在對抗演習(xí)任務(wù)中,映射模擬藍(lán)軍裝備時(shí),只需要考察其主要戰(zhàn)技指標(biāo),這涉及不同任務(wù)時(shí)實(shí)裝映射模擬戰(zhàn)技指標(biāo)優(yōu)化問題,也就是說不同任務(wù)中,各項(xiàng)戰(zhàn)技指標(biāo)在系統(tǒng)中所占權(quán)重不一樣,權(quán)重小的戰(zhàn)技指標(biāo)可以忽略不計(jì)。在系統(tǒng)相似度式(5)中,權(quán)重小的可以近似為0,這樣可以突出重要戰(zhàn)技指標(biāo),簡化訓(xùn)練問題。因此,雖然相似度的計(jì)算值高于實(shí)際值,但仍可以作為判定兩型機(jī)是否相似的依據(jù),對藍(lán)軍裝備映射模擬具有重要的指導(dǎo)意義。

        6 結(jié)束語

        在使用己方航空兵裝備模擬映射假想敵的裝備時(shí),首先考慮的是相似度。本文提出了模擬映射敵航空兵藍(lán)軍的方法,建立了相似度評價(jià)體系,設(shè)置了兩級相似度模型,確定了單指標(biāo)特征在系統(tǒng)中的權(quán)重,從而求得精度較高的系統(tǒng)相似度,解決了藍(lán)軍模擬過程中“像不像”的問題,為航空兵裝備是否能模擬映射藍(lán)軍找到了依據(jù),并為構(gòu)建藍(lán)軍的思路奠定了基礎(chǔ)。

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