張世燎 徐粲然 楊春秀

（海軍大連艦艇學(xué)院 大連 116018）

1 引言

水面艦艇編隊(duì)是海上作戰(zhàn)的主要兵力編組形式［1］，防空是其主要的作戰(zhàn)樣式之一［2］。以指揮員為中心執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)為牽引的空中目標(biāo)威脅評(píng)估是抗擊空中目標(biāo)指揮決策的基礎(chǔ)性問(wèn)題?？罩心繕?biāo)威脅評(píng)估的方法主要有層次分析法、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法、多屬性決策法、熵值法、云模型法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、影響網(wǎng)絡(luò)方法［3～5］，以及DBN 和證據(jù)網(wǎng)絡(luò)［6］等方法。傳統(tǒng)的方法基于目標(biāo)屬性及運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行單一目標(biāo)威脅評(píng)估并排序，面向指揮員聚焦完成使命任務(wù)能力不足。這里，從編隊(duì)作戰(zhàn)指揮組織出發(fā)，面向各級(jí)指揮員決策任務(wù)，研究目標(biāo)威脅評(píng)估方法。

2 水面艦艇編隊(duì)防空作戰(zhàn)指揮

2.1 編隊(duì)防空作戰(zhàn)指揮關(guān)系

編隊(duì)防空作戰(zhàn)由編隊(duì)指揮所統(tǒng)一組織，是編隊(duì)指揮員通過(guò)情報(bào)編輯、作戰(zhàn)指揮和輔助指揮相關(guān)人員的協(xié)助，對(duì)編隊(duì)艦艇、直升機(jī)和作戰(zhàn)飛機(jī)等節(jié)點(diǎn)制定計(jì)劃、組織行動(dòng)、指揮控制和統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的活動(dòng)。具體關(guān)系如圖1所示。

圖1 編隊(duì)防空指揮關(guān)系及人員關(guān)系示意圖

2.2 編隊(duì)防空人員作戰(zhàn)職責(zé)

編隊(duì)指揮員，負(fù)責(zé)組織制定編隊(duì)防空作戰(zhàn)方案和作戰(zhàn)飛機(jī)的引導(dǎo)方案，實(shí)施區(qū)域防空作戰(zhàn)及對(duì)作戰(zhàn)飛機(jī)的輔助指揮。編隊(duì)情報(bào)編輯人員，收集各節(jié)點(diǎn)戰(zhàn)場(chǎng)信息，在分析、篩選的基礎(chǔ)上進(jìn)行重要目標(biāo)的判定。編隊(duì)對(duì)空作戰(zhàn)指揮人員，負(fù)責(zé)防空方案的制定，協(xié)調(diào)各艦艇節(jié)點(diǎn)進(jìn)行防空作戰(zhàn)。艦艇單節(jié)點(diǎn)指揮員，基于編隊(duì)空中態(tài)勢(shì)，在編隊(duì)的統(tǒng)一指揮下，負(fù)責(zé)職責(zé)范圍內(nèi)的防空作戰(zhàn)。這里主要研究水面艦艇節(jié)點(diǎn)相關(guān)的威脅評(píng)估。

2.3 編隊(duì)防空責(zé)任扇面的劃分

編隊(duì)防空責(zé)任區(qū)劃分方法的研究不少［7］，這里以典型模式為研究對(duì)象。防空責(zé)任區(qū)的劃分方法為：以編隊(duì)中心為原點(diǎn)，基于編隊(duì)隊(duì)形，從原點(diǎn)向平臺(tái)作射線，相鄰兵力夾角的平分線為區(qū)域邊界；在邊界線的基礎(chǔ)上，分別向相鄰平臺(tái)過(guò)線一定角度為責(zé)任分界線。如圖2所示。Z為編隊(duì)中心，A、B分別表示艦艇節(jié)點(diǎn)，ZC是∠A`ZB`的角平分線，α為重疊扇面角，則∠A`ZA``對(duì)應(yīng)的空域?yàn)榕炌Ч?jié)點(diǎn)A的右側(cè)部分責(zé)任扇面，∠B``ZB`對(duì)應(yīng)的空域?yàn)榕炌Ч?jié)點(diǎn)B的左側(cè)部分責(zé)任扇面。論文中的責(zé)任扇面主要指相臨艦艇責(zé)任區(qū)中線形成的扇面，防空扇面應(yīng)包括向外擴(kuò)展一個(gè)重疊扇面角。

圖2 編隊(duì)防空扇面劃分示意圖

2.4 編隊(duì)指揮人員防空目標(biāo)威脅視角分析

編隊(duì)防空作戰(zhàn)時(shí)的目標(biāo)威脅視角主要包括：全局視角，全面掌握防空態(tài)勢(shì)，了解所有空中目標(biāo)對(duì)編隊(duì)的威脅；平臺(tái)節(jié)點(diǎn)視角，重點(diǎn)掌握本平臺(tái)責(zé)任扇面內(nèi)的目標(biāo)威脅，尤其是交叉區(qū)的目標(biāo)威脅；重點(diǎn)目標(biāo)視角，需重點(diǎn)防抗的空中目標(biāo)對(duì)我的威脅。

編隊(duì)指揮戰(zhàn)位需包括全局視角、平臺(tái)節(jié)點(diǎn)視角、重點(diǎn)目標(biāo)視角。編隊(duì)防空情報(bào)編輯戰(zhàn)位需包括全局視角、重點(diǎn)目標(biāo)視角。編隊(duì)防空指揮戰(zhàn)位需包括全局視角、平臺(tái)節(jié)點(diǎn)視角、重點(diǎn)目標(biāo)視角。平臺(tái)節(jié)點(diǎn)指揮戰(zhàn)位需包括節(jié)點(diǎn)平臺(tái)視角、重點(diǎn)目標(biāo)視角。

3 面向視角的威脅評(píng)估

3.1 指揮視角的含義

視角的定義主要有三個(gè)：從物理的角度，是由物體兩端射出的兩條光線在眼球內(nèi)交叉而形成的角；從任務(wù)的角度，攝影鏡頭所能攝取的場(chǎng)面上距離最大的兩點(diǎn)與鏡頭連線的夾角；從主觀的角度，觀察問(wèn)題的角度。

綜合三個(gè)角度，編隊(duì)作戰(zhàn)指揮視角可定義為：指揮員為有效抗擊編隊(duì)防空扇面內(nèi)的空中目標(biāo)，需要掌握的全局、節(jié)點(diǎn)及目標(biāo)的相關(guān)角度。其中，節(jié)點(diǎn)按指揮員的關(guān)注程度，可按重要性進(jìn)行排序。

3.2 編隊(duì)節(jié)點(diǎn)的重要性度量指標(biāo)

基于艦艇節(jié)點(diǎn)在作戰(zhàn)中的指揮角色、防御能力、打擊能力及平臺(tái)的能力狀態(tài)，建立指標(biāo)體系。如圖3所示。

3.3 指標(biāo)權(quán)重的確定

指標(biāo)權(quán)重的確定方法很多，主要包括主客觀以及綜合賦權(quán)等。主觀賦權(quán)法主要有德?tīng)柗品?、層次分析法，客觀賦權(quán)法主要有熵值法、主成分分析法、人工智能法等［8］。

指揮員作為指揮的核心要素，作戰(zhàn)效果受各種因素的影響，既有客觀的，也有主觀的。在進(jìn)行權(quán)重確定時(shí)，應(yīng)采用主客觀、時(shí)變等方法來(lái)綜合確定權(quán)重。

3.4 艦艇平臺(tái)的重要性綜合評(píng)價(jià)

設(shè)有I個(gè)艦艇平臺(tái)，記為SI，分別用i來(lái)表示，t為作戰(zhàn)時(shí)刻，Z表示威脅的綜合評(píng)價(jià)值，T為主觀評(píng)價(jià)值，G為客觀評(píng)價(jià)值。則：

Zi(t)=αβTi(t)+(1-α)Gi(t)

其中，β為指揮員的主觀糾偏因子，α為主客觀選擇因子。

3.5 艦艇平臺(tái)的重要性權(quán)重

設(shè)權(quán)重用ω表示，則：

4 單目標(biāo)威脅評(píng)估

單目標(biāo)威脅是編隊(duì)空中目標(biāo)威脅評(píng)估的基礎(chǔ)，是各視角威脅評(píng)估的基礎(chǔ)。單目標(biāo)威脅評(píng)估方法主要有通過(guò)指標(biāo)量化評(píng)估和解算推理式評(píng)估等。量化法主要有米勒量化法、兩級(jí)比例法、專家打分法［9］、區(qū)間量化法、模糊數(shù)量化法和區(qū)間數(shù)量化法［8］等；解算推理式主要有多屬性決策、基于案例推理、時(shí)空推理，以及貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)［10～13］等理論方法。基于這些方法可構(gòu)建單目標(biāo)的威脅評(píng)估方法，這里不進(jìn)行研究，主要針對(duì)指揮視角進(jìn)行討論。

圖3 節(jié)點(diǎn)重要性度量指標(biāo)體系

5 威脅的相關(guān)定義

威脅評(píng)估值多用威脅等級(jí)來(lái)描述，是通過(guò)對(duì)威脅衡量指標(biāo)的運(yùn)算值進(jìn)行區(qū)間化分級(jí)獲得的?；诘燃?jí)描述的威脅評(píng)估框架，定義如下：

設(shè)目標(biāo)威脅、衡量指標(biāo)個(gè)數(shù)、每個(gè)指標(biāo)因素?cái)?shù)分別用為E、K和Bk來(lái)表示，則：

第k個(gè)指標(biāo)的初始值定義為Oek=fk(b1，b2，…，bBk)；

威脅綜合評(píng)估值定義為E=tr(Oe1，Oe2，…，OeK)，E＞0。

若Oek為效益型指標(biāo)，記為OPek；若Oek為成本型指標(biāo)，記為ONek。則：

6 全局視角目標(biāo)威脅及排序規(guī)則

6.1 編隊(duì)全局防空目標(biāo)威脅排序規(guī)則

設(shè)有空中目標(biāo)M個(gè)，K個(gè)威脅指標(biāo)的排序優(yōu)先序?yàn)椋篟1?R2?…?RK，Dmrk為第m個(gè)目標(biāo)的第k個(gè)指標(biāo)值，則排序規(guī)則如下。

1）以威脅綜合評(píng)估值進(jìn)行排序

如果Em＞Em+1，則第m個(gè)目標(biāo)排在前；如果Em＜Em+1第m+1 個(gè)目標(biāo)排在前；如果Em=Em+1，以指標(biāo)優(yōu)先序進(jìn)行排序。

2）依指標(biāo)優(yōu)先序進(jìn)行排序

這里以效益性進(jìn)行說(shuō)明，如果Dmrk＞D(m+1)rk，則第m個(gè)目標(biāo)排在前，如果Dmrk＜D(m+1)rk，第m+1個(gè)目標(biāo)排在前，如果Dmrk=D(m+1)rk，以及出現(xiàn)時(shí)機(jī)排序。

3）依據(jù)目標(biāo)出現(xiàn)的先后排序。

6.2 防空指揮節(jié)點(diǎn)威脅排序規(guī)則

設(shè)節(jié)點(diǎn)i的總威脅為WiE(t)。節(jié)點(diǎn)威脅排序時(shí)，首先以各節(jié)點(diǎn)的總威脅進(jìn)行排序。在總威脅相同時(shí)，基于各目標(biāo)的威脅評(píng)估指標(biāo)值的和，以威脅評(píng)估指標(biāo)優(yōu)先序進(jìn)行排序。

1）以節(jié)點(diǎn)總威脅值進(jìn)行排序

若WiE(t)≠Wi+1E(t)，總威脅值大的排在前，否則以指標(biāo)優(yōu)先序進(jìn)行排序。

2）依各指標(biāo)優(yōu)先序進(jìn)行排序

3）依據(jù)節(jié)點(diǎn)的重要性排序。

7 平臺(tái)節(jié)點(diǎn)視角威脅評(píng)估與排序

平臺(tái)節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)責(zé)任扇面的防空任務(wù)。責(zé)任扇面包括獨(dú)立扇面和交叉扇面。為全面地應(yīng)對(duì)本平臺(tái)節(jié)點(diǎn)的完全作戰(zhàn)任務(wù)和全部防空目標(biāo)，將兩個(gè)扇面綜合考慮。在交叉扇面內(nèi)，目標(biāo)的處理根據(jù)戰(zhàn)術(shù)、編隊(duì)指揮員授權(quán)進(jìn)行目標(biāo)抗擊。

設(shè)目標(biāo)M中，在第i個(gè)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立扇面內(nèi)的威脅目標(biāo)有MIl個(gè)，記為

設(shè)目標(biāo)M中，第m個(gè)目標(biāo)屬于第i個(gè)節(jié)點(diǎn)交叉區(qū)，數(shù)量為MIc：

獨(dú)立扇面與交叉扇面總目標(biāo)記為

SMi=SMic∪SMil

7.1 扇面內(nèi)目標(biāo)總威脅評(píng)估

Emi(t)∈SMic，i當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的排序。

7.2 目標(biāo)威脅排序

目標(biāo)威脅排序首先以各目標(biāo)的威脅值進(jìn)行排序，當(dāng)威脅值相同時(shí)，再以目標(biāo)威脅指標(biāo)優(yōu)先序進(jìn)行排序。具體排序規(guī)則如6.1。

8 目標(biāo)視角威脅評(píng)估與排序

設(shè)目標(biāo)m，對(duì)I個(gè)艦艇節(jié)點(diǎn)中的IM個(gè)有威脅，記為

SmI={Emi|Emi＞0，1 ≤i≤I}，|SmI|≤IM

8.1 目標(biāo)對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)的總威脅

8.2 目標(biāo)威脅關(guān)鍵點(diǎn)的排序

單空中目標(biāo)對(duì)各關(guān)鍵點(diǎn)的威脅排序，采用6.2的邏輯進(jìn)行解算。解算過(guò)程中，以一個(gè)空中目標(biāo)進(jìn)行處理。

9 案例分析

設(shè)編隊(duì)包含3 個(gè)平臺(tái)節(jié)點(diǎn)，分別記為I1，I2，I3，其中I1為編隊(duì)指揮艦，其余為協(xié)同節(jié)點(diǎn)；責(zé)任扇面分別為[0°，120°)、[120°，240°)、[240°，360°)，交叉扇面角15°。重要性權(quán)重分別為0.450，0.331，0.219；來(lái)襲空中目標(biāo)6個(gè)，威脅指標(biāo)2個(gè)，優(yōu)先序?yàn)榈竭_(dá)時(shí)間（Kt）、目標(biāo)類型（Kf）。時(shí)刻t時(shí)刻目標(biāo)的位置、運(yùn)動(dòng)參數(shù)如表1所示。

表1 目標(biāo)威脅評(píng)估態(tài)勢(shì)想定

9.1 平臺(tái)節(jié)點(diǎn)視角威脅評(píng)估與排序

根據(jù)威脅扇面視角計(jì)算模型，以威脅等級(jí)，到達(dá)時(shí)間、目標(biāo)類型等指標(biāo)進(jìn)行3 個(gè)節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)威脅及排序。這里以扇面I1進(jìn)行說(shuō)明。具體如表2、表3所示。

9.1.1 獨(dú)立扇面及交叉區(qū)目標(biāo)威脅及排序

表2 獨(dú)立扇面及交叉區(qū)目標(biāo)威脅及排序

9.1.1 獨(dú)立扇面及交叉區(qū)目標(biāo)威脅及排序

表3 平臺(tái)責(zé)任目標(biāo)總威脅

9.2 目標(biāo)視角威脅評(píng)估與排序

這里以重點(diǎn)導(dǎo)彈目標(biāo)M1XX01為例，總威脅為6.25，排序?yàn)镮1(3.6)、I3(2.65)、I2(-)。

9.3 全局視角威脅評(píng)估與排序

以全局視角模型計(jì)算目標(biāo)總威脅及排序，各關(guān)鍵點(diǎn)威脅及排序如表4。

9.3.1 目標(biāo)對(duì)各節(jié)點(diǎn)的威脅及排序

表4 目標(biāo)對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)的總威脅及排序

9.3.2 各節(jié)點(diǎn)威脅及排序

各節(jié)點(diǎn)的威脅排序?yàn)镮1(14.4)、I2(1.986)、I3(1.752)。

10 結(jié)語(yǔ)

面向任務(wù)的水面艦艇編隊(duì)多視角防空目標(biāo)威脅評(píng)估方法適用于海上方向各種艦艇編隊(duì)的防空作戰(zhàn)。方法不是單純計(jì)算單個(gè)目標(biāo)的威脅后排序，而是以指揮員履行人員職責(zé)和完成賦予任務(wù)為目標(biāo)，具有針對(duì)性地從三種視角進(jìn)行了威脅評(píng)估，具有系統(tǒng)性、整體性、針對(duì)性等特點(diǎn)。方法是水面艦艇編隊(duì)防空指揮決策的重要基礎(chǔ)，對(duì)防空作戰(zhàn)威脅評(píng)估具有直接的指導(dǎo)意義，對(duì)反潛、對(duì)海、對(duì)岸等其他方面作戰(zhàn)的目標(biāo)威脅評(píng)估具有借鑒意義。