基于“效率”的反舰导弹作战效能评估方法

于德新，武志东，张 平

(海军潜艇学院，青岛 266042)

由于战场环境的复杂性和不确定性，水面舰艇反舰作战具有多变性和对抗性，反舰导弹的作战效能评估问题正成为一个复杂的系统工程。由于在作战仿真过程中，能够对作战过程进行多次仿真推演，因此，通常将反舰导弹对目标的毁伤概率或者在达成作战任务的前提下需要消耗的导弹数量(即作战成本)作为反舰导弹作战效能的评估指标，虽然这种方法较为简单，但是不可避免地损失了反舰导弹作战过程的各种信息，难以较为综合全面地对作战效能进行评估。本文通过分析作战过程中各种因素对反舰导弹作战效能影响，逐步建立基于“效率”的作战效能评估模型，最后实例分析其计算方法和步骤，旨在为反舰导弹作战效能评估提供一种更加有效的途径。

1 舰艇反舰作战流程

水面舰艇作战系统是由人、探测器材、指控系统和各型武器及发射装置构成的有机整体［1］。依据功能，可将该作战系统分成四个子系统:信息获取系统、通信系统、指挥控制系统和火力打击系统。其作战过程为:目标搜索探测、跟踪识别、威胁判断、攻防决策、武器发射和规避机动等环节，如图1 所示。

由图1 可见，反舰作战是一个由信息获取、信息融合进行目标识别、威胁判断和攻防决策、实施对目标舰艇攻击和防御的过程。对水面舰艇作战系统而言，系统输入的是信息流，输出的是能量流，信息流贯穿舰艇反舰作战的全过程，引导能量流摧毁对方。从信息学的角度看，不管水面舰艇反舰作战样式如何演化，不管反舰作战信息流向和信息网结构如何演化，其作战过程中始终贯穿着一个基本的信息流程，即信息获取、信息处理、信息利用、信息分发和信息反馈的过程，而信息在获取、传输和处理过程中各种不确定性为水面舰艇反舰作战效能的发挥带来了极大地困扰，以下围绕不确定性进行分析，以建立舰艇反舰作战效能评估的“效率”指标模型。

图1 舰艇反舰作战流程

2 舰艇反舰作战效能评估模型

舰艇反舰作战的复杂性和不确定性是舰艇反舰作战效能难以衡量的主要原因，通过分析舰艇反舰作战流程，我们认为衡量舰艇反舰作战的效能归根结底就在于“效率”两字，其根本出发点是不确定性，即减少目标的不确定性，提高我方的确定性。“效”关乎效果，其核心是信息，信息的不确定性减少必然导致作战效果确定性的增大，从而提高战果;“率”关乎舰艇作战的反应速度，反应速度越快，则敌可能采取的应对必然不足，从而减少目标的不确定性，提高我方的作战效能。在舰艇反舰作战实际中，信息流的获取和分析非常复杂和困难，因为难以获取真实的目标信息进行解算和比较，而在仿真中由于能够获取仿真中的目标信息，因此可以获得舰艇反舰作战过程中的各种需要信息，例如目标的运动要素，反舰武器的射击诸元等，这些信息都可以作为舰艇反舰作战效能评估的有效和重要的指标，并且其显然比单一的毁伤概率或者作战成本指标显得更为具体和丰富。

2.1 舰艇反舰作战过程中的不确定性

2.1.1 作战目标行动的不确定性

反舰作战是一个不确定条件下的高度对抗的作战过程。反舰作战过程中，目标是智能体，能够利用环境的有利条件，隐蔽自身，针对舰艇不同行动而采取不同的对抗措施，或者采取规避措施逃脱舰艇的跟踪，或者采用鱼雷或者导弹攻击舰艇目标，甚至布设水雷阻滞舰艇的行动;当舰艇发起攻击时，目标有可能进行机动规避，有可能施放干扰器材，甚至还有可能发射武器干扰舰艇的攻击行动，目标作战行动的不同，显然会影响舰艇反舰作战效能的高低，因此减少作战目标行动的不确定性，就可以使舰艇有针对性地采取作战措施，提高舰艇反舰作战效能。实际上，作战目标行动的不确定性本质是对目标作战行动的理解和预测，是指挥员根据获取的战场方面信息，对目标意图进行综合判断的问题。

2.1.2 作战信息获取和处理的不确定性

舰艇作战系统是一个开放系统，系统发挥自身的功能主要靠从环境和其它系统交换信息、物质和能量。舰艇反舰作战过程中，探测系统要发挥自身的功能，主要是从环境中获取敌方目标的信息，随后利用目标信息融合处理获得武器发射可用的射击诸元信息，在这个过程中，信息的不确定性越小，则舰艇作战决策行动的把握越大，舰艇的作战效能越高。由于在仿真中，对于每一次仿真运行，通常目标信息的真实值是可以获得的，我们可以将其分解为信息准确性、信息相关性和信息完备性等几个指标，提高信息不确定性衡量的可操作性。例如信息准确性就是指任务区域内战场态势感知和计算中目标要素属性与真实目标要素属性相吻合的程度，其包含了测量准确性指标、融合准确性指标和武器发控准确性指标，测量准确性是对舰艇作战系统传感器原始测量信息的准确性度量，融合准确性指标是舰艇指控系统对信息融合后准确性的度量，而武器发控准确性指标是舰艇武器射击诸元的准确性度量，三者对于信息质量的度量都有十分重要的作用［2］。

2. 1. 3 作战行动执行的不确定性

在实际的舰艇反舰作战中，由于不可避免地受到环境因素、人员的训练水平和人员心理因素等诸多因素的影响，作战命令并不能得到完全有效的执行，受舰艇指挥员和操作员实际水平的影响，即使是舰艇执行同一反舰作战任务，不同舰艇指挥员的战术行动也会有所差异，而舰员执行命令的反应速度也会有所差异，这些都影响实际舰艇反舰作战任务的完成。因此，舰艇反舰作战行动的不确定性，可以用于表征舰艇的作战水平的高低和作战能力的大小。舰艇指挥员对面临的各种情况进行准确的判断，反应迅速，措施得当，各战位的执行人员能根据命令迅速采取操作行动，则舰艇作战行动的不确定性就越小，就能够立即进入有序的状态。否则，舰艇作战行动的不确定性越大，作战行动越无序，就有可能是指挥忙乱，舰员反应慢，操作不熟练，执行命令拖沓，迟迟不能按照指挥员的意愿进行机动和使用武器，降低了舰艇反舰作战效能。

2.1.4 武器发射使用的不确定性

舰艇发射武器后，武器按照所设定的射击诸元进行目标的搜索、发现和攻击，由于武器装备的性能以及环境的影响，例如陀螺导航精度随时间的漂移和风、流等因素的影响，导致武器发射出去后会出现一定的航向散布和航程散布，影响武器搜索发现和攻击目标的达成，武器发射出去后有可能发现目标并摧毁目标，也可能丢失目标;射击诸元和作战目标的行动措施也会影响到武器发射使用的不确定性，很明显，射击诸元要素解算越准确，武器发射使用的不确定性越小，则武器发射出去后毁伤目标，达到既定作战效果的可能性越大，舰艇反舰作战的效能越高。此外，舰艇反舰作战中目标行动的不确定性和舰艇作战过程中作战信息融合处理的不确定性、作战行动的不确定性与武器发射的不确定性并不是相互割裂独立的，而是相互影响，并且人、环境和装备的因素贯穿各种不确定性中间。

2.2 舰艇作战反应时间

现代水面舰艇反舰作战中，目标信息流经过舰载作战系统中传感器系统、指控系统、通信系统、武器系统的各个环节之间需要一定的时间，从而形成了舰艇反舰作战的反应时间。反应时间过长，会引起作战决策生成时刻决策效用的降低，影响到舰艇反舰作战的效能。按照舰艇反舰作战过程，舰艇反舰作战反应时间可以分为以下几部分:

发现时间Tf:水面舰艇通过传感器发现目标或者上级目标指示获得目标信息的时间。在编队条件下，当编队中任一个成员发现目标舰艇应当等同于整个编队发现目标，这对于全体舰艇编队成员而言无疑于扩大了探测范围缩短了发现时间。

有效等待时间Tl:当舰艇所属编队发现目标舰艇后，必然充分利用编队可共享的信息处理和决策生成资源，在编队范围内进行对目标运动要素解算、做出攻击决策和分配攻击任务，这些步骤构成了编队有效等待过程。

攻击准备时间Tb:当舰艇接受指挥舰的任务决策后，舰艇成员将进行反舰导弹武器备便，同时依据当前敌我态势进行占位机动、火力分配和导弹航路规划，这两项工作可以并行完成，而总耗时就是编队成员准备时间。

武器发射Ts:舰载反舰武器发射时间指从武器备便结束到武器发射所需时间。一般这个时间量比较小，主要涉及武器参数的装定。

则舰艇反舰作战反应时间为发现时间、有效等待时间、攻击准备时间和反舰导弹发射时间之和，即

其中发现时间Tf是舰艇所属编队中各成员发现时间的最小值;有效等待时间Tl体现了舰艇编队指挥决策的特点，编队信息协作程度越高则编队解算和生成攻击决策的耗时就越少;准备攻击时间Tb中的攻击占位时间采用的是舰艇接近到反舰导弹武器有效射程的最短时间，对于武器发射后命中目标时间，其与武器装备性能、武器弹道方式和发射前的作战态势有关，而与舰艇作战系统不再关联，因此无需计入。

2.3 舰艇反舰作战效能评估的“效率”指标

以“效率”为核心的舰艇反舰作战效能度量中，信息质量和反应时间是度量的两方面，两者都能从不同的角度反映舰艇反舰作战效能的大小，很显然信息质量越高，反应时间越短，则舰艇反舰作战效能越高。但是信息质量与反应时间两者之间却不是相互独立，而是紧密联系，作战反应时间的长短会影响信息质量的高低，以效率为核心衡量舰艇反舰作战效能，就应该将这两方面联系起来，进行合理分析，其表达式如下:

其中Q 表示舰艇反舰作战的信息质量，T 表示舰艇反舰作战的反应时间。信息质量Q 可以按照上文，根据信息的准确性、完备性和相关性几个方面进行综合评估，反应时间按照公式(1)计算。度量所有信息的质量非常复杂，一个较为简单的方法是取武器发射控制的信息准确性作为信息质量与反应时间进行比较。这是因为通常舰艇反舰作战最为关心的就是反舰导弹发射后能否命中目标的问题，反舰导弹命中概率与射击诸元、武器自身技术性能以及作战环境有关，由于射击诸元计算环节在指控系统要素解算之后和武器发射之前，因此取武器射击诸元作为信息质量计算效率以衡量舰艇反舰作战效能，能够综合考虑舰艇发现目标、攻击目标的能力以及对目标毁伤能力的大小，并结合了作战反应时间，易于判断和掌握。

当舰艇通过信息融合处理得到目标舰艇要素后，可以根据反舰导弹型号和攻击方式，进行反舰导弹发射前的射击诸元解算，反舰导弹型号的选择和攻击方式的确定与当前的敌我态势和战场环境有关，简化起见以前置点攻击方法［3］作为反舰导弹攻击方式，则反舰导弹发射航向HL和所需航程DL为:

其中VQ和HQ为目标的航速和航向;B 和D 分别为目标的方位和距离。由于反舰导弹的航程通常取武器极限射程，因此导弹武器的发射航向成为射击诸元最为重要的指标，仿真中由于能够获取目标信息的真值参与评估运算，因此可以按照上式计算真实的武器射击诸元值，从而较为便捷地评估武器射击诸元信息的信息质量并计算效率值。

3 模型分析和计算

计算反舰导弹作战效能指标通常采取以下步骤:

①开始采样时刻T1

采样的开始时刻取指控系统解算目标运动要素后且满足武器发射条件的时刻，实际上只有此时才开始计算武器的射击诸元，在不满足武器发射条件之前的计算没有意义。在到达开始采样时间后，系统获取武器射击诸元信息(例如反舰导弹的射向、航程，通常取最为关键的射向)，并根据目标位置和运动要素的真值信息和舰艇的运动要素信息，计算理想的无偏差的武器射击诸元，反应时间取武器发射之前的时间之和。

②结束采样时刻T2

采样的结束时刻取武器发射的时刻，武器发射出去后能否命中目标与射击诸元和武器性能有关系，由于武器的战技性能在舰艇反舰作战时是无法控制的，能够把握的只有根据武器战技性能计算的武器射击诸元，因此取武器发射时刻为采样的结束时间。

③武器射击诸元信息的质量Q

取采样得到多个武器射击诸元采样值与真值进行比较，计算两者的距离则信息质量为因此为了提高射击诸元信息质量评估的准确性，应适当减小采样时间间隔，以取得尽可能多的采样信息进行比较。

④计算效率E

取反应时间为武器发射之前的时间之和，计算效率E=Q/T的大小。仿真从舰艇可以发射反舰导弹时刻起对射向要素进行采样，获得射向与真实射向的偏差，其中采样间隔时间为30 秒，反舰导弹按前置点攻击方法发射，图2 对一定态势下舰艇反舰作战仿真中的导弹射向偏差的采样进行了说明，可见反舰导弹射向的偏差随着时间的增大而逐渐减小。

图2 一次采样中的射向误差

图2中的采样点大约为10 个，采样时间大约为600 秒，该时间持续较长，这是因为对舰艇反舰导弹发射进行了干预的缘故，实际中射向要素的采集时间可能很短，其时间大小与具体的仿真态势有关，通常可以减小采样时间的间隔，或者对舰艇武器使用进行干预，以获取需要的射向要素偏差，进而得到效率值。图3是某一态势下，按照不同的仿真次数，采样获得的武器射向误差与时间的比较值，即效率值，并且对于效率值，作战态势的不同和舰艇反舰作战行动方法的不同，都可能导致效率值的变化。通过多次仿真就可以建立舰艇反舰作战的效率表，从而每次仿真结束后，都可以将此次仿真的效率与此前专家认可的战法战术下的反舰作战仿真的效率值进行比较，以评估此次仿真的反舰导弹作战效能和检验反舰战法战术的效能。较为理想的是通过多次仿真实验建立舰艇反舰作战效能的效率指标数据库，得到不同作战态势、战法战术、环境和武器参数以及不同命中概率下的效率最小值、最大值和平均值，并将其作为阈值，通过与当前仿真效率指标的比对，评估当前仿真条件下的舰艇反舰作战效能，甚至还可以在仿真进行时通过效率指标的比对预测此次仿真的战果。

图3 不同仿真次数下效率值

4 结束语

本文从舰艇反舰作战的实际过程入手，建立了反舰导弹作战效能评估的“效率”指标模型，给出了“效率”指标计算的使用方法并进行了仿真计算。由于“效率”指标不仅反映了信息的准确性即不确定性的大小，还反映了舰艇反舰作战速度的快慢，因此本文所建立的“效率”指标不仅能让人关注于作战的结果，还可以让人关注于作战的过程，并能够研究作战环节或细节对整体作战效能的影响，相对仅采用命中概率和作战成本作为舰艇反舰作战效能的传统方法“效率”指标显得更为科学，为舰艇反舰作战仿真和实际中的效能评估提供了有益思路。

［1］谭安胜.水面舰艇编队作战运筹分析［M］.北京:国防工业出版社，2009.

［2］陈立新，殷兴良，陈万春. 网络中心化作战体系信息域效能分析［J］.系统工程与电子技术，2004，26(7):918 -920.

［3］赵正业，王冰.潜艇武器系统运用基础理论［M］.北京:兵器工业出版社，2002.

［4］金斌，宋贵宝，袁洪武. 面向效能评估的反舰导弹作战仿真模型框架［J］. 海军航空工程学院学报，2011(4):453-456.