謝曉陽，陳軼迪，趙曉寧，楊 健，喻 濤

基于作戰(zhàn)環(huán)的綜合型武器裝備體系貢獻度評估方法

謝曉陽，陳軼迪，趙曉寧，楊 健，喻 濤

（中國運載火箭技術(shù)研究院，北京，100076）

針對體系作戰(zhàn)下兼具偵察、指控、火力等多種功能的綜合型武器裝備的發(fā)展論證需求，提出一種面向多種作戰(zhàn)任務基于作戰(zhàn)環(huán)的裝備體系貢獻度評估方法。根據(jù)武器裝備作戰(zhàn)使命與任務，構(gòu)建裝備體系貢獻度評估框架；闡述裝備實體層向裝備模塊功能層的抽象關(guān)系，提出基于作戰(zhàn)環(huán)的裝備模塊功能層作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡(luò)模型與裝備體系貢獻度計算方法；面向多種作戰(zhàn)任務，構(gòu)建綜合型武器裝備體系貢獻度表達形式及綜合評估模型。以察打一體導彈為例進行分析，結(jié)果表明：該方法構(gòu)建的模型可行且有效，可體現(xiàn)綜合型武器裝備多種功能集成的特點，能夠為評估裝備在體系中的貢獻度提供方法支撐。

作戰(zhàn)體系；貢獻度評估；綜合型武器裝備；作戰(zhàn)環(huán)；多任務

0 引 言

隨著體系作戰(zhàn)的發(fā)展，裝備建設(shè)的體系特征更加明顯，必須從體系角度衡量武器裝備對于體系整體作戰(zhàn)能力的貢獻程度和地位髙低，并以此作為武器裝備論證、研制和使用的基本依據(jù)[1,2]。裝備對作戰(zhàn)體系的貢獻度評估正是順應體系化時代要求、推進武器裝備體系化建設(shè)發(fā)展與作戰(zhàn)運用的一項重要舉措，對軍隊武器裝備成體系優(yōu)化發(fā)展具有重大現(xiàn)實意義[3]。

隨著軍事技術(shù)的飛速發(fā)展和不斷應用，作戰(zhàn)體系中的裝備呈現(xiàn)出功能多樣、數(shù)量精簡、實戰(zhàn)應用的趨勢，兼具偵察、指控、火力、干擾等多種功能于一體的綜合型武器裝備建設(shè)需求日益迫切。綜合型武器裝備加入作戰(zhàn)體系后能夠承擔多樣化的作戰(zhàn)任務，利于開展體系協(xié)同作戰(zhàn)[4,5]，同時可以精簡型譜系列構(gòu)成，減少裝備之間不必要的功能重疊，提髙裝備作戰(zhàn)管理和維護保障的效率。

基于作戰(zhàn)環(huán)的裝備體系評估方法[6,7]是裝備體系貢獻度評估方面最具有代表性的研究方法，其結(jié)合OODA（Observation、Orientation、Decision、Action，OODA）理論[8]，充分考慮了武器裝備體系中裝備的多樣性以及裝備之間復雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從作戰(zhàn)能力、體系結(jié)構(gòu)和任務支撐等多個維度對武器裝備體系的貢獻度進行評估和分析，評估的結(jié)果更加科學全面[3]。然而，該方法默認單個裝備的功能是單一不變的[9,10]，并將單個裝備歸類為偵察（S）、決策（D）、影響（I）3類節(jié)點中的某一類進行建模。綜合型武器裝備具備多種典型功能，不再滿足建模的基本條件。文獻中提出當某個裝備具備多種典型功能時，可以將其分別抽象為多個不同類型的節(jié)點，但并沒有給出通用性的建模方法[9]。針對上述問題，考慮到綜合型武器裝備必須適應多種作戰(zhàn)任務的需求，本文提出了一種基于作戰(zhàn)環(huán)、面向多樣化作戰(zhàn)任務的綜合型武器裝備體系貢獻度評估方法。

1 裝備體系貢獻度評估方法

1.1 面向多任務的評估框架

未來戰(zhàn)爭中武器裝備需承擔多樣化的作戰(zhàn)任務，武器裝備論證面向作戰(zhàn)，遵循“任務需求-能力需求-能力指標-任務評估”的論證過程[11~13]。武器裝備體系貢獻度評估就是評估裝備能力滿足多樣化任務的程度，評估框架如圖1所示。

圖1 評估框架

武器裝備體系貢獻度評估步驟如下：

a）根據(jù)裝備作戰(zhàn)使命，分解形成裝備具體作戰(zhàn)任務集合；

b）面向單一作戰(zhàn)任務，基于作戰(zhàn)環(huán)進行作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)建模和體系貢獻度計算；

c）針對作戰(zhàn)任務集合中各項作戰(zhàn)任務，逐個計算裝備的體系貢獻度，形成面向多種作戰(zhàn)任務的體系貢獻度集合；

d）分析體系貢獻度集合，進行裝備體系貢獻度綜合評估。

1.2 基于作戰(zhàn)環(huán)的裝備體系貢獻度計算

1.2.1 裝備分層描述

裝備是體系作戰(zhàn)的實體，目前在基于復雜網(wǎng)絡(luò)理論對作戰(zhàn)體系進行建模時，將作戰(zhàn)體系中的裝備抽象為偵察、決策、攻擊3類節(jié)點已經(jīng)基本達成了共識[14~16]。然而，綜合型裝備具備多種功能，如察打一體導彈具有目標偵察、火力打擊等功能；預警機具有偵察、指控等功能；干擾彈具有信息支援、火力打擊等功能。針對綜合型裝備建模，如果簡單地表示為某一類節(jié)點，則對其評價不夠全面；如果表示為二類或三類節(jié)點，則作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)將形成雙向有環(huán)圖，不符合作戰(zhàn)環(huán)通過信息和能量交互相互配合構(gòu)成武器裝備體系這一主要特征。

為適應綜合型武器裝備建模，提出裝備層與實體域向裝備功能層與功能域的抽象方法。裝備層表示裝備實體，可以是單一型武器裝備或綜合型武器裝備；裝備功能層表示裝備模塊，其從功能上屬于且僅屬于偵察、決策、攻擊三類之一。

基于此，單一型武器裝備可直接抽象為該功能對應的裝備模塊；綜合型裝備可抽象為若干虛擬的裝備模塊，若干虛擬的裝備模塊可物化為綜合型裝備，如圖2所示。裝備1是單一型武器裝備，其可抽象為裝備模塊1；裝備2是綜合型武器裝備，可抽象為裝備模塊2、裝備模塊3。

圖2 裝備分層描述

1.2.2 作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)建模

作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)建模主要構(gòu)建裝備體系形式化模型，由于裝備功能層中的功能模塊節(jié)點屬于且僅屬于偵察、決策、攻擊3類中的某一類，適用于基于復雜網(wǎng)絡(luò)的建模方法。用網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點表示裝備模塊，用節(jié)點之間的邊表示裝備模塊之間的關(guān)系。

式中a為裝備節(jié)點的數(shù)目。

式中b為裝備模塊節(jié)點的數(shù)目。

裝備模塊間關(guān)系的集合為ArcW，主要包括T-S、S-D、D-I、I-T、S-S、D-D６種邊，

式中c為裝備模塊間關(guān)系的數(shù)目。

裝備體系網(wǎng)絡(luò)化模型可以表示為

1.2.3 體系貢獻度計算

基于作戰(zhàn)環(huán)建模，目前體系貢獻度評估指標大致可以分為3大類：a）基于對目標的影響能力；b）基于作戰(zhàn)環(huán)的數(shù)量變化；c）基于作戰(zhàn)過程的信息熵。本文采用第3類中的基于自信息量的裝備體系貢獻度評估方法[9]。

為全面分析綜合型武器裝備及裝備各功能的體系貢獻度，記：

1.3 面向多任務的裝備體系貢獻度計算

武器裝備面向多樣化作戰(zhàn)任務，尤其綜合型武器裝備的主要特點是多任務適應性。因此裝備的體系貢獻度并不是單一的數(shù)值，而是一組數(shù)值，即一個裝備在面向每一個任務時都具有其貢獻度。

1.4 裝備體系貢獻度綜合評估

武器裝備體系貢獻度評估的目的是輔助裝備發(fā)展論證。在綜合型武器裝備發(fā)展規(guī)劃中，決策者希望獲取盡可能全面的信息，在了解單個裝備的貢獻度的同時，獲得每項功能的貢獻度。

根據(jù)分析，裝備對體系的貢獻度不是單一的值，而是隨不同的任務發(fā)生變化的。為了合理地對裝備體系貢獻度進行排序，將裝備的體系貢獻度表示為

類似的，可計算出綜合型武器裝備火力、偵察、指控等單類功能的貢獻度，進而為功能間的綜合權(quán)衡提供依據(jù)。

2 算例分析

為更加直觀地展示本文提出的基于作戰(zhàn)環(huán)的裝備體系貢獻度評估方法，以察打一體導彈為例，對單任務場景下的體系貢獻度計算和多任務場景下的體系貢獻度綜合評估進行分析。

2.1 單任務場景分析

察打一體導彈是典型的綜合型武器裝備，具備偵察和火力打擊雙重功能，導彈飛行全程通過高精度制導命中并毀傷目標，同時在飛行中段和末段對目標進行偵察定位并將信息回傳至指控中心。

以典型反艦作戰(zhàn)想定進行分析：天波超視距雷達、偵察衛(wèi)星、預警機對敵方目標進行偵察并將目標信息傳回地面指控中心，地面指控中心進行信息處理與分析，分別指揮空中、地面進行反艦作戰(zhàn)；空中由預警機指揮轟炸機發(fā)射空射反艦導彈；地面發(fā)射察打一體導彈，在命中目標前將目標探測信息發(fā)送至地面指控中心，由地面指控中心控制發(fā)射陸基反艦導彈。

根據(jù)作戰(zhàn)想定梳理參戰(zhàn)裝備，共有察打一體導彈和預警機2個綜合型武器裝備、天波超視距雷達等5個單一型武器裝備，建立裝備與裝備模塊的抽象關(guān)系。裝備及功能分解如表1所示。

表1 裝備及功能分解

Tab.1 Equipment and Function Abstraction

裝備裝備模塊 天波超視距雷達SW1_S 偵察衛(wèi)星SW2_S 地面指控中心SW3_D 預警機MW1_S MW1_D 察打一體導彈MW2_S MW2_I 陸基反艦導彈SW5_I 空射反艦導彈SW4_I

在裝備模塊層，根據(jù)作戰(zhàn)信息流和能量流，進行作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)建模，如圖3所示，T1為目標。

圖3 反艦作戰(zhàn)模型

將有無某裝備時作戰(zhàn)體系效能之差與原作戰(zhàn)體系效能的比值作為衡量某裝備體系貢獻度的評估指標。首先計算作戰(zhàn)體系的作戰(zhàn)效能，移除察打一體導彈后，計算其體系貢獻度；逐個移除陸基反艦導彈、空射反艦導彈后，分別計算二者的體系貢獻度，如表2所示。

表2 反艦作戰(zhàn)裝備體系貢獻度

Tab.2 Weapon Equipment Contribution Rate of Anti-ship Task

裝備體系貢獻度裝備模塊體系貢獻度 察打一體導彈12.05%偵察功能3.76% 火力功能8.29% 陸基反艦導彈8.68%火力功能8.68% 空射反艦導彈7.27%火力功能7.27%

由表2可知，相比于陸基反艦導彈和空射反艦導彈等單一火力打擊功能的導彈，察打一體導彈具有更高的體系貢獻度，分別提高了38.82%和65.75%。然而，僅從火力打擊角度來講，三型裝備的貢獻基本相當。這是符合作戰(zhàn)實際的，敵方艦船通常采用電磁靜默、功率管控等手段提高其生存能力，通過導彈近實時探測，可提升探測信息的維度和時效性，為體系作戰(zhàn)提供更多貢獻。

2.2 多任務場景分析

設(shè)想第1波次火力突擊、多波次火力打擊、遭受打擊后的反擊、信息支援作戰(zhàn)4種作戰(zhàn)任務，分析察打一體導彈進行多種作戰(zhàn)任務下的體系貢獻度。計算得到4種作戰(zhàn)任務下的裝備體系貢獻度，如表3所示。

表3 多任務下的裝備體系貢獻度

Tab.3 Weapon Equipment Contribution Rate of Mulit-tasks

作戰(zhàn)任務裝備體系貢獻度火力功能體系貢獻度偵察功能體系貢獻度 第1波次火力突擊9.87%9.87%0% 多波次火力打擊11.02%8.65%2.37% 遭受打擊后的反擊13.54%8.784.76% 信息支援作戰(zhàn)12.63%3.87%8.76% 平均值11.77%7.79%3.97% 最大值13.54%9.87%8.76% 最小值9.87%3.87%0%

從表3可看出：a）在外部信息保障弱的情況下，如遭受打擊后的反擊作戰(zhàn)，察打一體導彈具有較高的貢獻度，因為其同時具備偵察和打擊功能，僅需要較少的外部信息支持，即可實現(xiàn)作戰(zhàn)閉環(huán)；b）執(zhí)行第1波次火力突擊任務時，目標信息可以由偵察系統(tǒng)較好地保障，察打一體導彈偵察功能并不進入作戰(zhàn)環(huán)路，存在偵察功能貢獻度為0的情況；c）火力功能在所有任務中都能發(fā)揮一定效能，因為導彈只要能夠命中目標，均能起到一定的對敵毀傷效果。

3 結(jié) 論

為全面合理評估綜合型武器裝備對作戰(zhàn)體系的貢獻程度，提出基于作戰(zhàn)環(huán)的面向多樣化作戰(zhàn)任務的裝備體系貢獻度評估方法。闡述了綜合型武器裝備的評估框架，為裝備體系貢獻度評估提供了通用性的指導；基于作戰(zhàn)環(huán)思想，分析了裝備實體向裝備功能的抽象關(guān)系，建立了作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)模型和體系貢獻度計算方法，可實現(xiàn)具體作戰(zhàn)任務下的裝備整體及裝備單項功能的體系貢獻度評估；針對綜合型武器裝備實施多樣化任務的作戰(zhàn)應用需求，建立了面向多任務的綜合評估模型，通過更加全面、精細的評估數(shù)據(jù)，可為裝備規(guī)劃提供依據(jù)。實例分析結(jié)果表明：該方法構(gòu)建的模型可用且有效，可體現(xiàn)綜合型武器裝備多種功能集成的特點，具有良好的實用性。在后續(xù)工作中，將考慮多樣化任務的差異化特點，優(yōu)化面向多任務的評估模型，研究綜合型武器裝備各功能對體系貢獻度的影響機理與綜合權(quán)衡方法，更好地為裝備發(fā)展提供決策支持。

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Evaluation Method of Integrated Weapon Equipment’s Contribution Rate to System-of-Systems Based on Operation Loop

Xie Xiao-yang, Chen Yi-di, Zhao Xiao-ning, Yang Jian, Yu Tao

(China Academy of Launch Vehicle Technology, Beijing, 100076)

The need of integrated weapon equipment with multiple functions, such as reconnaissance, control and firepower, is urgent in operation system-of-systems. An evaluation method of integrated weapon equipment’s contribution rate under multi-tasks is proposed to solve the problem of building and developing it. Firstly, the evaluation framework is constructed based on the combat mission. Secondly, the abstract relationship between the physical layer of weapon equipment and the functional layer of equipment module is described, and the network model in the equipment module function layer based on operation loop and the method of calculating the contribution rate are proposed. Then, the evaluation form and the comprehensive model are introduced for multi-tasks. Finally, taking the missile with both reconnaissance and firepower as an example, the result shows that the method is feasible and effective, which can reflect the characteristics of multi-functions integrated weapon equipment, and can provide methodological support for evaluating the contribution rate in the system-of-systems.

operation system-of-systems; evaluation of contribution rate; integrated weapon equipment; operation loop; multi-tasks

1004-7182(2020)03-0122-05

10.7654/j.issn.1004-7182.20200323

N936

A

謝曉陽（1985-），男，高級工程師，主要研究方向為體系總體設(shè)計、體系仿真。

陳軼迪（1978-），男，研究員，主要研究方向為導彈總體設(shè)計。

趙曉寧（1982-），男，高級工程師，主要研究方向為導彈總體設(shè)計、體系總體設(shè)計。

楊 ?。?986-），男，博士，高級工程師，主要研究方向為體系總體設(shè)計、體系仿真。

喻 濤（1992-），男，高級工程師，主要研究方向為體系總體設(shè)計、信息網(wǎng)絡(luò)。

2020-03-13；

2020-04-28