（海軍92337部隊 大連 116023）

1 引言

內(nèi)場仿真推演是裝備試驗鑒定活動的重要組成部分。傳統(tǒng)基于指標推演［1～4］的方式在戰(zhàn)役級以上規(guī)模的推演中或許有效，但在戰(zhàn)術(shù)級對抗推演中難以反映交戰(zhàn)進程在行為驅(qū)動下的時變與隨動特性，不能有效評估裝備在任務(wù)下的作戰(zhàn)效能。為更加真實準確地評估“人+裝備”的綜合效能，文獻［5］提出以戰(zhàn)能作為戰(zhàn)斗力的測度，以戰(zhàn)能環(huán)交互模擬交戰(zhàn)各方的真實對抗過程。文獻［6］分析了戰(zhàn)能的組成和層次化關(guān)系，但尚未建立起各戰(zhàn)能分量之間的動態(tài)關(guān)聯(lián)與制約關(guān)系，對紅藍各方戰(zhàn)能交互計算的邏輯還不清晰。本文通過對戰(zhàn)能分量進行梳理分析，基于共享實時變量的方式構(gòu)建戰(zhàn)能分量各自的函數(shù)表達，搭建起各分量之間的關(guān)聯(lián)與制約關(guān)系，在此基礎(chǔ)上將戰(zhàn)能分量與戰(zhàn)能環(huán)階段進行對應(yīng)，形成基于作戰(zhàn)任務(wù)的戰(zhàn)能分量控制與技術(shù)方法，最后通過設(shè)計用于戰(zhàn)能計算的實驗引擎，實現(xiàn)戰(zhàn)能交互對抗的仿真計算。

2 基于共享變量池的綜合戰(zhàn)能表達方法

2.1 行為驅(qū)動綜合戰(zhàn)能的內(nèi)涵

作戰(zhàn)過程本質(zhì)上是能量“積蓄-感知-傳遞-轉(zhuǎn)化”的過程［7～8］，即戰(zhàn)能環(huán)運行過程（如圖1所示）。在感知階段主要運用裝備的探測（識別）能力，對另一方而主要運用其隱蔽能力；在傳遞階段主要運用裝備的攻擊能力，對另一方而言主要運用其防御能力；轉(zhuǎn)化階段是對攻防結(jié)果的效果分析；積蓄階段是在未接觸之前對裝備各能力的優(yōu)化布勢以及對其他各階段的優(yōu)化控制。據(jù)此，將裝備綜合戰(zhàn)能分為探測能、隱蔽能、攻擊能、防御能和保障能五大第一層級的分量。其中，保障能雖在戰(zhàn)能環(huán)運行中不起直接作用，但卻是其他四項戰(zhàn)能分量的運行基礎(chǔ)和總體約束。

圖1 戰(zhàn)能環(huán)運行和轉(zhuǎn)移過程

2.2 行為驅(qū)動的共享變量池構(gòu)建方法

對某一作戰(zhàn)裝備來說，作戰(zhàn)行為包括指揮員的指揮決策行為和戰(zhàn)斗員操作行為，而指揮員與戰(zhàn)斗員的行為之間通過規(guī)程來約束。要實現(xiàn)行為驅(qū)動，需對行為進行建模，并構(gòu)建行為庫［9～11］。

首先，對指揮員的口令等指揮決策行為進行規(guī)范，并拆解為基本口令，建立指揮員口令庫；其次，對各戰(zhàn)位的回令、操控等操作行為進行規(guī)范，建立戰(zhàn)位操作庫；再次，根據(jù)作戰(zhàn)手冊和規(guī)程，構(gòu)建指揮口令到戰(zhàn)位操作之間的組織關(guān)系與時序關(guān)系；最后，將行為劃分為獨立行為和非獨立行為兩種類型。獨立行為的意義明確，不依賴前序行為和裝備狀態(tài)；非獨立行為可能引起多個結(jié)果，需根據(jù)前序行為和裝備狀態(tài)來確定。對行為模型加上使用的條件約束，形成層次化有機關(guān)聯(lián)的可執(zhí)行行為庫。

最底層的戰(zhàn)位操作行為對應(yīng)系統(tǒng)各設(shè)備的響應(yīng)，根據(jù)設(shè)備的機理函數(shù)和響應(yīng)曲線，可構(gòu)建完備的底層變量集以及每個變量在行為驅(qū)動下的響應(yīng)函數(shù)/曲線，形成可用于戰(zhàn)能分量計算的共享變量池。如圖2所示。

圖2 共享變量池構(gòu)建方法

共享變量池由與裝備各分系統(tǒng)對應(yīng)的若干組基本變量組成P=[A;B;C;…]，如指控系統(tǒng)基本變量A=[a1;a2;a3;…]、動力系統(tǒng)基本變量B=[b1;b2;b3;…]、信息系統(tǒng)基本變量C=[c1;c2;c3;…]等。

2.3 基于共享變量池的綜合戰(zhàn)能關(guān)聯(lián)表達方法

在裝備作戰(zhàn)實驗仿真推演過程中，變量池中的基本變量在行為驅(qū)動下是實時響應(yīng)和動態(tài)變化的。這些基本變量是計算戰(zhàn)能分量的必要參數(shù)，另外戰(zhàn)能分量計算還與作戰(zhàn)環(huán)境和交戰(zhàn)對手基本變量的響應(yīng)情況相關(guān)。綜合戰(zhàn)能的表達通常以五個一級戰(zhàn)能分量各自計算與表達為主，僅在戰(zhàn)能環(huán)的積蓄階段構(gòu)建優(yōu)化布勢的目標函數(shù)，以實現(xiàn)戰(zhàn)能分量在總體約束下的優(yōu)化配置時計算綜合戰(zhàn)能。綜合戰(zhàn)能計算表達的原理框架如圖3所示。

圖3 基于共享變量池的綜合戰(zhàn)能表達方法

對于紅藍對抗的仿真推演來說，戰(zhàn)能分量的計算需要實時獲取紅方的共享變量池數(shù)據(jù)、藍方共享變量池數(shù)據(jù)以及作戰(zhàn)環(huán)境的參變量，如紅方探測能分量EhT=fhT(bi，cj，hk，…，b′m)與紅方信息系統(tǒng)基本變量、動力系統(tǒng)基本變量（產(chǎn)生噪聲）、作戰(zhàn)環(huán)境參變量、藍方動力系統(tǒng)基本變量等有關(guān)。綜合戰(zhàn)能的計算需根據(jù)不同的作戰(zhàn)任務(wù)構(gòu)建相應(yīng)的目標優(yōu)化函數(shù)，通過改變戰(zhàn)能分量的取值以求得綜合戰(zhàn)能最優(yōu)，實現(xiàn)在戰(zhàn)能環(huán)積蓄階段的優(yōu)化布勢。

3 基于戰(zhàn)能分量的計算邏輯構(gòu)建方法

3.1 戰(zhàn)能分量與戰(zhàn)能環(huán)的對應(yīng)關(guān)系

戰(zhàn)能環(huán)是對交戰(zhàn)過程的描述，在不同的戰(zhàn)能環(huán)階段所需運用的戰(zhàn)能分量是存在主次差異的，如表1所示。

表1 戰(zhàn)能分量與戰(zhàn)能環(huán)的對應(yīng)關(guān)系

在戰(zhàn)能積蓄階段，需要根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)對手、作戰(zhàn)環(huán)境對五個一級戰(zhàn)能分量進行合理分配，綜合考慮；在戰(zhàn)能感知階段，主要考慮充分利用己方探測能和隱蔽能，在進攻態(tài)勢下偏重探測能的運用，在防御態(tài)勢下偏重隱蔽能的運用；在戰(zhàn)能傳遞階段，主要考慮充分利用己方的攻擊能；在戰(zhàn)能轉(zhuǎn)化階段，主要考利如何有效利用己方防御能。保障能是作戰(zhàn)裝備的動力（如油料、電池等）、載彈量、人員自持力等方面的綜合考量，是戰(zhàn)能對抗的基礎(chǔ)支撐，是戰(zhàn)能環(huán)各階段戰(zhàn)能分量的運用起著約束條件。

3.2 基于任務(wù)的戰(zhàn)能分量計算邏輯

在戰(zhàn)能分量設(shè)計中，探測能和隱蔽能是一個事物的兩個方面，對己方是探測能，對另一方就是隱蔽能；對己方是隱蔽能，對另一方即是探測能。兩者的計算方式和采用的共享變量都是一致的，不同的是建立在共享變量基礎(chǔ)上的優(yōu)化目標函數(shù)不一樣，如此便可以根據(jù)紅藍各方的不同任務(wù)來對各自的戰(zhàn)能分量采取對應(yīng)的優(yōu)化策略。攻擊能和防御能亦是如此。

在仿真推演過程中，僅需要計算探測能或隱蔽能中的一個，攻擊能和防御能中的一個。選擇哪一個進行計算的判據(jù)是根據(jù)當時的作戰(zhàn)態(tài)勢確定的：在進攻態(tài)勢下，計算探測能和攻擊能；在防御態(tài)勢下計算隱蔽能和防御能。

3.3 基于戰(zhàn)能環(huán)的戰(zhàn)能分量優(yōu)化方法

在交戰(zhàn)過程中，各方通過不斷獲取的戰(zhàn)場信息由指揮員決策和戰(zhàn)斗員操縱驅(qū)動戰(zhàn)能環(huán)運轉(zhuǎn)、控制戰(zhàn)能分量進行動態(tài)博弈以達成作戰(zhàn)目標。

對己方戰(zhàn)能控制主要有兩種方式，一種是由于作戰(zhàn)行為、戰(zhàn)能交互等引起戰(zhàn)能的急劇變化，而改變了作戰(zhàn)進程的走向；另一種是通過戰(zhàn)能在時間上的積累效應(yīng)達成某種作戰(zhàn)效果。對關(guān)鍵時間點上瞬態(tài)變化的處理以及對作戰(zhàn)鏈路進行時間積累，即是戰(zhàn)能函數(shù)的“微/積分”問題。

1）建立行為驅(qū)動戰(zhàn)能函數(shù)。建立以行為驅(qū)動模型為頂層、控制模型為中間層、實體狀態(tài)模型為底層的逐層驅(qū)動戰(zhàn)能的函數(shù)關(guān)系，實現(xiàn)戰(zhàn)能函數(shù)在作戰(zhàn)行為的驅(qū)動下實時動態(tài)變化。

2）構(gòu)建戰(zhàn)能函數(shù)微分觸發(fā)框架。對作戰(zhàn)行為、戰(zhàn)場環(huán)境變化、戰(zhàn)能交互結(jié)果等多種觸發(fā)因素進行邏輯組合，建立完備的戰(zhàn)能函數(shù)微分觸發(fā)框架。

3）確定微分點與積分線。根據(jù)戰(zhàn)能函數(shù)微分觸發(fā)框架確定微分點；以戰(zhàn)能分量為線索，根據(jù)微分點對作戰(zhàn)進程的影響情況，選擇能夠影響或改變作戰(zhàn)進程的微分點作為起始點和結(jié)束點，確定各自分量的，具有不同時長的積分線。

以戰(zhàn)能函數(shù)的“微/積分”處理為基礎(chǔ)，通過對微分點、積分線、戰(zhàn)能函數(shù)的控制，在總體約束下對作戰(zhàn)鏈路、信息鏈路及毀傷鏈路進行優(yōu)化，在動態(tài)博弈中輸出優(yōu)化的應(yīng)對策略，提高交戰(zhàn)勢能。

4 基于戰(zhàn)能環(huán)交互對抗的計算引擎設(shè)計

以戰(zhàn)能函數(shù)“微/積分”處理為技術(shù)支撐，通過對作戰(zhàn)鏈路的組裝與評估，根據(jù)掌握的戰(zhàn)場態(tài)勢優(yōu)選出作戰(zhàn)鏈路作為下步應(yīng)對策略，驅(qū)動多層結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)能函數(shù)，實現(xiàn)其動態(tài)變化。

以戰(zhàn)能的感知、傳遞、轉(zhuǎn)化為線索建立戰(zhàn)能交互的微分判據(jù)及積分判據(jù)。通過交戰(zhàn)雙方戰(zhàn)能實時變化情況與當前的時空狀態(tài)計算兩者之間的邏輯關(guān)系，與交互判據(jù)進行比對，確定交戰(zhàn)雙方戰(zhàn)能感知、傳遞及轉(zhuǎn)化的情況，反饋給戰(zhàn)能控制引擎，觸發(fā)下一個對抗進程。戰(zhàn)能交互計算引擎有兩種應(yīng)用模式。

1）人在回路紅藍實時背靠背對抗推演模式，如圖4所示。紅藍單個指揮員采用口令驅(qū)動及指揮員加若干主要戰(zhàn)位使用戰(zhàn)位驅(qū)動的推演方式。在試驗想定的約束下，驅(qū)動行為/口令自動封裝為單條數(shù)據(jù)表頁式行為，并進行類型判別，對獨立行為采用搜索引擎調(diào)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)真值類戰(zhàn)能模型，對非獨立行為調(diào)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)增量類戰(zhàn)能模型使用計算引擎進行計算。戰(zhàn)能環(huán)判據(jù)模塊根據(jù)實時輸入的紅方戰(zhàn)能和藍方戰(zhàn)能進行計算和判別，控制戰(zhàn)能環(huán)的運行，并將戰(zhàn)能相互作用結(jié)果反饋至雙方相應(yīng)戰(zhàn)位。AI智能決策模塊與戰(zhàn)能環(huán)判據(jù)模塊相接，提取決策網(wǎng)絡(luò)和價值網(wǎng)絡(luò)相關(guān)信息，形成對當前態(tài)勢的判斷，并優(yōu)選出下一步行為方案，推送給紅方（或藍方）指揮員輔助其進行下步?jīng)Q策［12］。如此循環(huán)遞進，不斷驅(qū)動交戰(zhàn)進程實時向前發(fā)展。

圖4 人在回路紅藍實時背靠背對抗推演模式

2）超實時閉環(huán)仿真模式，如圖5所示。超實時閉環(huán)仿真是基于規(guī)則構(gòu)建方案空間，通過對每一個方案進行仿真推演評估，探索指揮員認知外的交戰(zhàn)涌現(xiàn)性問題。

圖5 超實時閉環(huán)仿真模式

5 應(yīng)用示例

對任意兵力，可用AFX，Y表示，其中X表示交戰(zhàn)中的某一方，如我方（S）、敵方（E）、友方（F）、中立方（N）；Y表示兵力類型，如陸上兵力（L）、水下兵力（Q）、水面兵力（S）、航空兵力（K）、航天兵力（T）。

圖6 兵力的數(shù)學(xué)表示

對任意兵力，可將其戰(zhàn)能描述為探測能、隱蔽能、攻擊能、防御能、保障能，分別用ET、EY、EG、EF、EB表示。上述各能力又可細化為對陸上目標、水下目標、對水面目標、對航空目標以及對航天目標的探測能、攻擊能、防御能、保障能，前三項能力為對敵方，后一項能力為對己方。

圖7 兵力戰(zhàn)能的數(shù)學(xué)表示

對某一兵力在戰(zhàn)場上的勢，可用其所在的位置、戰(zhàn)能來表示，其位置和戰(zhàn)能是隨時間動態(tài)變化。AFX，Y·Location表示兵力所在位置，對于不確定信息，其位置是在空間上的概率分布，并隨時間變化，PAFX，Y·Location=P(M，N，t)為在某一空間單元中兵力存在的概率，且對任意時刻t0，有∑P(M，N，t0)=1。

對任意兵力，其戰(zhàn)能分布在以其所在位置為中心的一定空間內(nèi)，并隨著時間動態(tài)變化。

注：戰(zhàn)能的具體數(shù)據(jù)來源于作戰(zhàn)試驗數(shù)據(jù)與作戰(zhàn)實驗仿真推演數(shù)據(jù)。

圖8 兵力位置的概率分布

1）單個兵力的戰(zhàn)能，可用AFX，Y·ET=E([M0，N0]，x，y，t)表達，x，y表示與中心位置點的距離，若為三維空間，上述表達式應(yīng)修正為AFX，Y·ET=E([M0，N0]，x，y，z，t)。

2）多個兵力的整體戰(zhàn)能，由于兵力之間信息的聯(lián)通，各兵力戰(zhàn)能可進行融合，達到協(xié)同作戰(zhàn)效果。戰(zhàn)能融合并不是簡單的相加，對不同的戰(zhàn)能特點，計算方式各異。如兩個兵力戰(zhàn)能融合有：（1）取較大值；（2）取較小值；（3）相加（k1·E1+k2·E2，其中 0≤k1≤1 ，0≤k2≤1）；（4）延時相加 (k1·E1+k2·E2(Δt))等方式。

圖9 多兵力戰(zhàn)能分布

6 結(jié)語

交戰(zhàn)對抗級仿真推演重在準確反映各種細節(jié)，才能在“人+裝備”相結(jié)合的過程中評估裝備的作戰(zhàn)效能。通過構(gòu)建行為驅(qū)動綜合戰(zhàn)能進行交互的計算的方式能夠很好地實現(xiàn)基于進程的分析評估。

本文通過對綜合戰(zhàn)能進行分解和溯源，從指揮員到戰(zhàn)位驅(qū)動的角度入手構(gòu)建共享變量池，各戰(zhàn)能分量在聚合計算中交叉利用了己方、對方、環(huán)境的參變量，從而實現(xiàn)了戰(zhàn)能分量之間的動態(tài)關(guān)聯(lián)表達。在綜合戰(zhàn)能關(guān)聯(lián)表達的基礎(chǔ)上，針對推演過程提出了計算邏輯構(gòu)建方法，并設(shè)計了用于仿真驅(qū)動的戰(zhàn)能計算引擎，建立了一套完整的戰(zhàn)能仿真推演方法，為后續(xù)仿真推演軟件平臺開發(fā)提供了技術(shù)方案。