导弹武器对体系目标毁伤的反向分析方法

康 璞，毕义明，郑 重

( 第二炮兵工程大学，西安 710025)

导弹部队实施有效的体系破击作战，必须要了解和掌握导弹毁伤效果在整个体系层面上对敌造成的影响。目前的研究绝大多数集中在对单个简单目标的毁伤评估和物理域的毁伤评估领域。对于目标系统的毁伤评估以及功能毁伤的评估，也有一些研究方法可以借鉴。但是对于体系的毁伤效果评估问题，目前主要依托作战模拟来实现，还没有一个专门的方法。

毁伤对敌作战体系的影响，是信息化战争时代军事运筹分析人员关心的核心问题之一，也是几乎每一个对抗模拟系统的设计目标之一。然而，什么是武器打击效果对作战体系的影响，如何刻画这一影响，目前学界没有一个明确统一的认识。本文尝试提出一种新的方法——反向分析法，用于体系毁伤效果分析评估。

1 体系毁伤效果分析问题

1.1 什么是体系毁伤效果

传统的目标易损性/杀伤力( V/L) 计算［1-2］针对的是单个目标/武器装备，得到的结论是目标和装备的物理损伤状态，或者进一步，功能损伤状态［3-4］，但是这些结论不能刻画体系整体的毁伤效果。而且由于难以量化分析，针对作战体系的整体毁伤效果一般很少考虑。

体系毁伤是将作战体系视为一个整体，考察主分系统遭到破坏以后整个作战体系受到的影响。主要包括体系使命的完成情况、体系行动方案的数量、行动的顺序关系、时间关系、资源使用关系等作战特征的变化。

1.2 毁伤评估的层次描述

1) 易损性/杀伤力( V/L) 结构框架［1-2］

二次世界大战以后，美国为了系统地研究军事系统的易损性，提出了易损性/杀伤力( V/L) 结构框架。这是第一个系统地描述毁伤的数学框架。所有的军事系统易损性/杀伤力模型都可以用这个框架进行描述。

图1 易损性/杀伤力V/L 空间

这个框架由4 个空间以及空间与空间之间的映射构成。空间1 是弹目交会状态空间，空间中的每一点代表一次可能的弹目交会，可以视为在一次实弹实验或模拟仿真中战斗部命中目标后对目标发生作用之前的全部物理特征，典型的包括战斗部、目标物理参数，命中姿态及弹着点等;空间2 是部件破坏状态空间，其中的每一个点代表部件损伤向量，是系统中一系列部件的损伤状态;空间3 是目标性能度量空间也称为降阶态DSVM( degraded states vulnerability methodology)［3，5］性能空间，代表系统性能的客观状态; 空间4 是目标作战效能空间。其内容一般包括机动能力丧失概率、火力丧失概率等等。

空间1 与空间2 之间通过实弹射击或者物理毁伤仿真模型相联系，空间2 与空间3 之间通过降阶态评估相联系，空间2 也可以直接通过损伤评估表DAL( damage assessment list) 方法［6］或标准损伤评估表相联系。

V/L 结构框架的空间划分实际上将毁伤效果的分析和评估按概念层次组织在一起，体现了毁伤效果的层次性的特征。

2) MMF 框架

在不断推进军事变革的过程中，为了将新的作战概念转化成实际作战能力，保持自身的传统优势，美军提出了一套任务及方法框架MMF ( mission and means framework)［7］，为促进军事人员、技术人员对军事行动的一致理解和实现使命的量化分析提供支持。MMF 框架的目标是阐明各种因素与使命成功之间的关系，促成及时、可信的决策。

MMF 将战争的基本要素分为7 个层次，如图2，分别为:

L7:意图( Purpose) ，使命( Mission)

L6:上下文( Context) ，环境( Environment)

L5:索引( Index) ，地点/时间( Location/Time)

L4:任务( Task) ，行动( Operation)

L3:功能( Functions) ，能力( Capabilities)

L2:组件( Components) 、兵力( Forces)

L1:交互( Interactions) 、效果( Effects)

每一层的概念都用2 个视图描述。第1 个视图是存储视图，展现的是概念的组成元素;第2 个视图是装配视图，展现概念中各组成元素之间的有机组织关系。

上面各层中，L7 ～L5 是使命部分。L7 描述作战的目的和使命，L6，L5 为L7 的使命描述提供环境、时间/地点的概念支持，例如，L5 中的索引是一个全球重要地点的列表，包括美军全球指挥控制系统GCCS 中5 万多个关键地点，可供描述使命时使用。

L1 ～L4 是方法部分。方法包括实现使命的所有行动和资源。

L4( 任务，行动) ，其基本目的是描述任务，以便评估使命有效性( effectiveness) ，L4 是与使命必须任务列表( METL) 相兼容的。在联合能力集成开发系统( joint capability integration and development systems，JCIDS) 中，这一过程( 组织任务，评估使命有效性) 被称为功能域分析( functional area analysis，FAA) ，包括使命必须任务、条件和标准三个内容。

L3( 功能，能力) ，其内容是平台、兵力的能力描述，既包括物理能力如机动、探测、通信、交战和恢复，又包括认知能力如观察、判断、决策、行动;

L2( 组件和兵力) 其内容是提供L3 中所述能力的主体及其联系。这种联系既包括物理的装配关系、通信网络，又包括逻辑上的指控关系和支援关系。

L1( 交互，效果) 的主要目的是描述引起组件和兵力状态变化的各种现象。其内容是行动( L4) 对兵力( L2) 施加的效果。交互按类型可以划分为物理的、化学的、生物的、心理的以及社会的。效果按类型也可以划分为支持、保护、激励、削弱、破坏、压制、干扰和欺骗等作用于己方和敌方的各种效应。

MMF 中L1 ～L4 中的相邻概念之间以及L4 与L7 之间通过映射相联系。

映射表征不同层次之间的动态关系。映射O1，2x 将L1层中的交互映射到L2 层的部件状态，O2，3x 将L2 中的部件状态映射到L3 中的功能水平，O3，4x 将L3 中的功能水平映射到L4 中的任务效能。O4，1x 又将L4 中的任务效能映射到L1 中的交互条件。

映射符号中的后缀符号“x”代表字母“S”或者字母“E”。以S 为后缀的映射是自上而下的规划和决策制定过程，用于创建、定义和设计军事演化过程以满足使命需求; 以E 为后缀的映射是自下而上的执行和调整过程，用于获得实际执行的结果。

图2 红蓝双方对抗的MMF 概念描述

MMF 本质上是一个支持体系作战的作战概念建模框架，MMF 向前兼容FDMS 和V/L 毁伤结构，V/L 结构中的相应损伤概念空间可以对应到MMF 中L1 ～L4 相应各层。具有很广的应用范围。

已有研究［8-10］利用MMF 框架表达毁伤问题，以提供体系使命层级的分析能力。其基本模式如图3: 由使命确定的任务集合与由平台、子系统、部件、条令等因素确定的能力集合之间进行匹配，确定当前毁伤状态是否影响体系使命的实现，以及是否还有其他的手段实现体系使命。

图3 体系毁伤问题的MMF 概念描述

1.3 体系毁伤效果分析的总体框架

基于作战体系的概念描述，针对弹道导弹武器系统这一特定武器，这里把体系毁伤效果定义为弹道导弹对敌作战体系的毁伤交互所引起的敌使命失败和行动变化。体系毁伤效果将打击效果从对平台的物理毁伤和功能毁伤上升到对体系使命的影响。

图4 体系毁伤效果分析框架

体系毁伤分析的基本过程分为4 级。分别是:体系的子系统的物理毁伤分析→功能毁伤分析→可用作战任务分析→使命目标可达性判断。

体系毁伤效果分析首先要解决武器破坏效应对作战兵力的物理杀伤毁伤问题。这需要考虑武器与目标的交会条件，武器、目标特性，并且建立相应的物理毁伤模型来实现。这一阶段的执行结果是兵力的物理毁伤结论，以部件损伤向量或者子目标损伤向量的形式表示。

物理毁伤计算之后，下一步是从目标损伤向量到目标的工程性能度量的分析。这一步的输出结果是目标的工程性能状态，反映的是体系的物理毁伤对体系能力造成的影响。

从目标工程性能层向作战效能层的映射是复杂的，评估作战效能时，必须同时考虑地理上分布的多个系统之间的相互作用，还必须明确装备的作战任务和作战环境，装备的相同的功能损害对于不同的任务和作战环境，对效能的影响是不同的。这里采用可执行任务集的概念表示在当前能力状态下，所有可以执行的任务的集合。以此来表示潜在的作战效能。为最终分析体系使命能否完成奠定基础。

第5 层是体系的使命层。代表作战体系的最终作战目的。在体系毁伤效果分析框架中，以使命完成与否作为体系作战效能衡量指标。从第4 层到第5 层的映射同样没有确定性。体系使命的完成通过可用行动来实现，行动是可执行任务的选择和组合。完成同样的使命，可以采用多种不同的作战行动。

2 反向分析基本思想及其概念框架

2.1 反向分析基本思想

反向分析的基本思想是，从体系的使命目标以及现有能力反推作战行动集，从敌方的可能行动方案分析我打击对其作战体系的毁伤效果。

可能行动集合的数量可以反映被打击体系的灵活性:被打击体系实现其使命的方案越多，其在作战中的灵活性就越大。如果被打击体系没有可以实现使命的方案，那么作战体系的使命就无法实现。

同时，作战体系的方案还可以反映作战体系的结构和行为特征，并从中挖掘对后续打击有价值的重要信息。例如，如果所有的作战方案都需要某一个资源，那么该资源就是体系的关键资源。一旦遭到破坏，那么整个体系的使命就无法实现。如果所有的行动都需要某个行动的效果作为前提条件，那么设法扰乱被依赖的行动的执行，延长其执行时间，就将使作战体系在一定时间内无法实现使命。

2.2 反向分析的概念框架

反向分析方法中的主要概念是毁伤、能力、任务、行动和使命，反向分析的概念框架如图5 所示。毁伤是导弹打击对对手作战体系造成的破坏空间。毁伤空间从性质上可以划分为物理毁伤和功能毁伤;能力空间是体系组分系统与实现体系使命有关的能力集合。能力空间中的元素受毁伤空间的影响。

图5 反向分析的概念框架

任务空间和使命空间分别是体系的任务与使命的集合。任务和使命的定义与美军的任务开发术语［11］一致，使命( Mission) 是“为达成特定的目标，上级下达的命令或指示，由军事行动组成”。军事行动( Operation) 是为支持使命而在军事上采取的活动。而任务( Task) 是“为完成军事行动，基于条令、战术、技术与程序及标准操作程序而开展的各项活动”。

图6 使命、行动和任务的关系

使命受行动支持，而行动又分解为一系列任务。体系使命是否可达，关键要看组成行动的任务是否能够完成。而任务又受到体系组分系统能力的制约，归根到底受毁伤空间影响。

在这一概念框架中，从毁伤到能力的映射关系是明显的。对于任务，由于在通用联合任务清单UJTL［11］中已经预先定义，任务的种类是有限的，在给定能力集合的情况下，获得可实现的任务的集合也并不困难。而从任务到行动则没有一个确切的映射关系。因为一个任务可以支持多个行动，虽然任务是有限的，但是作战中的军事行动却无规律可循。事实上，军事行动最集中地体现了指挥员的谋略，是战争双方“斗智斗勇”的战场，因此，无法用简单的手段实现从任务到行动，进而到使命的映射。

3 反向分析方法的模型体系及支撑技术

体系毁伤的反向分析模型包括: 物理毁伤模型群、功能毁伤模型群和领域描述模型。关键的支撑技术包括:毁伤评估技术和行动推理技术。

图7 反向分析方法的模型体系及支撑技术

反向分析是根据一定的分析目的开展的。分析人员首先提出感兴趣的体系毁伤问题，例如使用某种武器打击某个目标能否阻止敌作战体系实现某个预定的使命，使用某种武器打击某个目标敌作战体系为了实现某个预定的使命将会采取哪些行动等。

反向分析方法的前提是体系中目标的物理毁伤和功能毁伤计算。物理毁伤的计算是通过物理毁伤模型实现的。其输入是体系中作战力量特别是武器装备系统的基本属性、攻击武器的威力、弹目交会条件等，输出是作战力量的毁伤向量。功能毁伤的计算建立在物理毁伤的基础上，使用降阶态评估方法从作战力量的毁伤向量获得当前体系中兵力的剩余能力。

反向分析的关键是根据当前体系中作战力量的剩余能力判断体系的使命是否可达以及获得实现体系使命的行动方案集。该过程具体包括3 大部分: ①当前兵力的能力描述、②根据分析目的预先确定的使命描述、③通用任务模板描述。

根据所关心的体系毁伤问题，使用具有严格语义的逻辑语言对体系的使命目标以及现有能力进行描述。可以通过规划生成由现有能力实现作战使命的作战行动的集合。

如果进一步保证推理的完备性，那么当且仅当目标使命不可达时作战行动的集合为空集。作战行动集合中元素的数量可以反映敌作战体系在现有条件下实现预定使命的可选方案的数量;作战行动执行时序和资源依赖关系可以反映敌作战行动可选方案的特点。

在反向分析的实施过程中，目标现有能力状况到可完成任务的映射是通过使用任务模板结构匹配来实现的。类似于UJTL［11］，军事行动中的任务可以归入若干固定的类型，这里，把每一类任务作为一个模板，用形式化的逻辑语言清晰地描述模板的前提条件和效果。模板的前提条件是此类任务执行时所必须的条件，包括环境条件、武器装备的性能参数等。而模板的效果是此类任务执行之后所达到的预期结果。这样，就可以表达武器装备在一定技术条件下和环境条件下，能够完成某一任务这一概念。目标的能力参数与任务效能之间就通过任务模板联系起来了。

3.1 物理毁伤与功能毁伤

物理毁伤和功能毁伤模型以系统的观点来看待目标。目标具有若干功能，组成上被划分为若干子目标。目标的功能是被毁伤子目标的函数，每个子目标都对目标的功能有一定贡献。

为了便于对体系兵力的剩余能力进行结构化表示，目标的功能毁伤的评估采用降阶态评估方法。先通过物理毁伤模型计算子目标的物理毁伤，然后使用降阶态评估方法评估目标功能毁伤。

子目标的物理毁伤模型考虑的因素包括目标特性、弹药威力、弹目交会状态。模型输出的结果是子目标的毁伤向量。这是一个由子目标毁伤状态变量组成的向量，其元素个数是子目标的个数，毁伤状态变量只能取2 个值:0 -未毁伤，1 -毁伤。

目标的功能毁伤评估的输入是子目标毁伤状态向量，输出是目标当前的功能。目标的功能划分为若干功能类型，每一类型中的功能根据需要划分为若干功能水平，目标的功能水平与子目标的毁伤状态有关。各功能类型的功能水平的组合就代表了目标的当前能力。

3.2 行动推理

体系使命可达性判定和行动方案生成是反向分析的核心内容。其实现依赖于行动推理算法。

本文采用自动规划技术实现行动推理。自动规划又称为智能规划，是与动作推理相关的人工智能研究领域，是一门涵盖知识表示、自动推理、非单调逻辑、人机交互和认知科学等方面的多领域交叉性学科。

自动规划的历史最早可以追溯到1956 年Newell 等设计的Logic Theorist。目前已经在危机处置［11］、作战计划生成［12，军事应急行动规划［11］、军事后勤规划等领域得到了广泛应用。

自动规划的基本思想是，给定初始状态、目标状态和一组可选的动作，通过推理，制定从初始状态实现目标状态的动作序列。McDermott［11］指出，“规划就是设计某个( 组) 实体( Entity) 的动作序列”;Deepak Kumar 形象地把规划描述为“Planning=How do 1 get from here to there?";姜云飞等人将智能规划阐述为“对周围环境进行认识与分析，根据预定实现的目标，对若干可供选择的动作及所提供的资源限制施行推理，综合制定出实现目标的动作序列”。

一般认为规划解实际上是一个以实现某一目标为目的的动作序列。规划就是寻找这一动作序列的过程。一般在经典规划中，假设动作的前提条件和结果是确定的。规划问题可以用一个3 元组表示:( init，goal，O) 。其中，init 是初始状态，goal 是目标状态，O 是操作的集合。

1) 体系使命的可达性判定

使命的可达性判定问题是指:对于一个给定的态势和体系的能力状态，体系使命的实现与否是否可以在有限的时间步内获知。要对体系使命任务的可达性进行分析，必须要求规划算法是可判定的。即:规划算法必须在有限的时间步内给出体系的使命任务是否可以实现的结论。

体系使命的可达性判定可以通过在有限时间步内终止的完备的规划算法来保证。完备的规划算法具有这样的特点:对于存在规划解的规划问题，该算法一定可以找到规划解。完备的规划算法可以保证使命的可达性问题是可判定的。

2) 体系行动方案的生成

体系行动方案可以了解体系毁伤之后的行为，对分析体系的关键节点和关键环节有很重要的作用。完备的规划算法是生成完整的体系行动方案的保证。

4 反向分析的特点

4.1 适用范围广

反向分析可以将毁伤效果的分析从物理域扩展到信息域和认知域。反向分析使用自动规划方法，其领域描述采用规范化的逻辑语言，表达能力强。可以对包括信息域、认知域在内的体系能力、使命和任务进行描述以及推理。具有分析物理毁伤之外的信息域和认知域效果的能力。

4.2 模型易于验证

模型结构简单，表述直观，可以基于军事经验和直观认识建立和验证模型。反向分析方法的基本概念是环境、能力、任务、使命。体系的使命是通过行动实现的，而行动的基础是任务。任务用带有前提条件和任务效果的任务模板描述，建模人员只需要关注环境、能力与任务结果之间的关系。即在何种条件下，什么样的能力可以完成指定的任务，任务完成之后会有什么效果。这种基于规则的模型是反向分析模型的核心和主体，直观而且便于验证。

4.3 分析结论可靠

反向分析方法的分析结论是体系使命的可达性以及实现体系使命的行动方案集。这些结论是在模型的基础上通过运行规划算法得出来的。只要规划算法是可靠、完备的，而且模型描述符合客观情况，那么分析的结果就必然是可靠的。

4.4 可以与对策论结合运用，进行辅助决策

反向分析的结论是敌体系的行动方案集，信息丰富，结果直观，可用性强。有助于我指挥员掌握敌作战体系的可能动向。此外，由于行动方案集是敌作战体系遭受毁伤以后可能采取的行动集合，因此可以将其用于博弈搜索，采用类似棋类程序中的回合制方法对我方打击方案进行推演和研究，提供对战争规律的更深层的认识。

5 结束语

反向分析方法为导弹武器对体系目标毁伤效果分析评估提供了一种新的思路和方法。本文介绍了反向分析方法的概念及总体框架，给出了反向分析方法的模型体系和反向分析方法的特点。

体系目标的毁伤效果分析总体上可以分为两大部分:毁伤评估与行动推理，而毁伤评估包括物理毁伤评估和功能毁伤评估。物理毁伤与功能毁伤评估根据武器威力、目标特性描述以及弹目交会关系，生成体系的兵力能力。以上这几方面将是反向分析下一研究的重点和方向。

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