一种基于作战环的作战体系效能评估方法

张春华，张小可，邓宏钟

（国防科学技术大学 信息系统与管理学院，湖南 长沙 410073）

未来信息化条件下作战，将是信息主导的陆海空多维一体化、网络化战争。在信息技术高度发达的现代战争中，装备间的配合程度日益增强，作战双方的对抗更加突出双方体系整体的对抗，作战体系的整体效能是决定作战胜负的关键[1]。如何准确评价作战体系是改进作战体系结构的前提。传统的作战效能评估方法通常采用对作战体系各种战技指标层层聚合的方式，这种评价方式体现了装备性能对作战效能的影响，但忽略了装备间的配合关系对作战效能的影响。本文以复杂网络理论为基础，通过抽象核心作战活动和作战系统网络化建模，提出基于作战环的作战能力指标，建立评估优化作战体系网络结构的方法。本问题的研究对于武器装备的发展以及作战应用提供有益借鉴。

1 作战体系网络化建模

节点与节点之间的相互关系作为一个整体就是网络。作战体系是一个典型的复杂网络，它由许多的具有自主特性装备以及各类装备间复杂的关系组成。这种具有特定功能行为的实体相互之间产生的相互作用表现出来就是战争过程中的双方对抗、各方内部的合作和协同、各方之间的联合和协同等。要进行作战行为建模，首先要对纷繁复杂的战场行为进行抽象，提取出具有典型意义的作战装备和作战行为，建立网络模型。按照复杂网络理论，将整个作战体系的结构通过各级指挥机构及其相互之间的信息关系所构成的整体加以描述。在基于复杂网络的作战建模中，把各个作战单元看成是节点，把作战单元之间的相互作用看成是边，这样就形成了一个描述作战系统的复杂网络。图1是一个典型的作战体系网络。

图1 作战体系网Fig.1 Information combat system

1.1 作战节点的抽象

信息技术的发展使得现代武器装备种类繁多，功能复杂。美国战略研究中心主任David S.A.认为作战系统核心中有3种类型的实体：侦察实体、决策实体、攻击实体，整个作战活动也围绕这3类实体展开[2]。澳大利亚国防部科技委员会的Dekker在对C4ISR体系结构的研究中，把指挥控制组织中的实体分为作战实体、情报实体、网络、指挥控制实体[3]。美国Alidade国防咨询公司的Jeff Cares在对信息时代的作战行为建模研究中，也把武器装备分为：传感器实体、决策实体、响应实体、目标实体[4]。基于装备在作战活动中的地位作用，本文把作战体系中的装备抽象为4类：

1）侦察实体（S）：侦察实体的主要功能是对战场空间进行情报收集，为指挥决策部门提供信息支持，包括侦察卫星，雷达，预警机及其他侦察装备。

2）决策实体（C）：表示各级指挥决策中心，它能接受从卫星实体传来的决策支持信息，对战场情况进行分析决策，同时对作战实体发布作战命令，包括战区指挥中心，一体化指挥平台、军师旅团司令部，营连指挥所。

3）打击实体（K）：是指在作战体系中对目标造成直接毁伤的作战单元，包括战机、导弹、坦克、步兵分队等。

4）目标实体（T）：是指在我方攻击范围内的敌方目标。

1.2 作战关系的抽象

现代作战武器装备体系功能强大、结构复杂，作战行为多样，体系中各个装备各司其职。一个战术级的指挥控制过程一般描述如下[5-6]：指挥中心根据侦察卫星等装备获取敌方目标信息，并根据使命任务作出决策，将作战计划、命令下达到部队；部队根据命令以及具体情况完成机动部署和火力打击；战场雷达等侦察侦察装备感知战场打击效果，指挥员据此作出新的决策，形成新的作战流，展开下一轮的指挥控制过程。

现代作战循环理论认为指挥控制是一个观察、定位、决策、行动（OODA）循环过程，即把作战过程简化抽象描述成一个侦察系统发现目标，而后将目标信息传给决策中心，决策中心对形势进行分析后指挥打击实体对敌方目标实施最终军事行动的重复循环过程。借鉴这种思想，并结合对作战单元的抽象，本文在模型中提出了作战环的概念如图2所示。作战环是指为了完成特定的作战任务，武器装备体系中的侦察、指控、打击等武器装备实体与敌方目标实体构成的有作战行为关系的闭合回路。作战环代表了作战体系的最简单基本环节，称作标准作战环（Standard Operation Loop）。作战环数量的多少在一定程度上反应了作战体系可选择最短路径的方案的多少，代表了作战体系的作战能力。

图2 标准作战环Fig.2 Standard operation loop

图3 广义作战环Fig.3 Generalized operation

1.3 作战网络参数

网络参数是作战体系特征的定量体现，描述了网络拓扑结构的特征。作战网络参数见表1，包括节点数量、作战网络各类节点之间的连接概率

1.4 作战环的计算

取定 ES-C中的 α1和 ET-S中的 η1，向量 α1*βi表示经过第1个侦察节点、决策节点、第i个打击节点的链接情况，向量α1* βi各分量代表是否有完整的单链，其中 i=1，2，…，NK，向量γj*η1表示经过第1个侦察节点、目标节点、第j个打击节点的链接情况，向量γj*η1各分量代表是否有完整的单链，其中 j=1，2，…，NK。

表1 作战体系网络参数Tab.1 Information combat system parameter

那么，向量 α1*βi*γi*η1表示经过第 1个侦察节点、决策节点、第i个打击节点，目标节点的作战闭环情况，各分量代表是否有完整的作战环，其中 i=1，2，…，NK，也即，经过第 1个侦察节点的作战环的数量为：

其中算子＜＞代表向量各元素的代数和。

分别取定 α2，α3，…，αNS，重复以上步骤，可得作战体系的作战环数量为 ：

依照上述方法，只要分别增加计算循环，同样可以算出广义作战环的数量。

2 基于作战环的作战体系能力评估

2.1 基于作战环的效能指标

作战环代表了作战体系的最简单基本环节，作战环数量的多少反应了作战体系可选择的方案的多少，代表了作战体系的核心能力。在实际的作战行为中，一个完整作战活动一般都会经历多个侦察装备，经过多个决策实体完成。因此，考虑扩展侦察节点和和决策节点的广义作战环，更能体现作战体系的能力。在广义作战环中存在着同类型节点间的传递（SS间，CC间），而在实际交战过程中战机稍纵即逝，信息传递步数越多意味着信息最后的利用率越低，而且在信息传递过程中存在着信息的衰减，因而一个有实际作战意义的广义作战环的长度不能过长，因此，在作战环代数和的基础上加入环的权重，定义作战体系网络效能指标M：

其中k为作战环的数量，λi为第i个作战环的边数。由式（3）可得，若为标准作战环的话，则对作战效能的贡献增益值为1，当作战环边数递增，单个作战环对体系的整体效能贡献值呈对数的倒数减缓趋势。

2.2 基于调整网络参数的作战环数量仿真

在作战环的4类矩阵中，火力打击能力更多依赖技术的先进度，对敌方目标态势的跟踪能力基于侦察技术，可以调整的是在有限的侦察系统保障能力的基础上，调整指挥决策体系结构，增加适当增加作战环的数量，增强作战网络的效能。下面设置一组网络参数:NS=30、NK=200、NC=40、NK=200、NT=400、PSC=0.6、PCK=0.8、PKT=0.7、PTS=0.3、PSS=0.5。 对比作战体系效能在不同的参数PCC下的变化趋势。

图4 不同PCC下作战效能M和广义作战环数量的变化Fig.4 Changes of combat effectiveness M and combat cycle quantity under various PCC

由图4可以看出，随着PCC的增长，作战效能M比广义作战环数量的增加要缓慢，这符合实际情况。作战效能值前期增加说明适当增加指挥决策实体间的链接可以迅速增加作战能力，也即意味指挥决策体系应向扁平化网络化的方向发展。然而在后期这种增长趋于饱和，说明无限增加链接关系会增加的作战环的边数，造成指挥信息的冗余，因而要寻求指挥体系结构的最优化。

3 结束语

文中以复杂网络理论为基础，将作战体系抽象为由众多作战环构成的网络体系，提出了用作战体系中基于作战环的效能评估方法。该方法不同于传统的通过对体系战技指标层层聚合的评估方法，突出了作战活动中装备之间的配合关系对作战效能的影响。但是本文暂时并未考虑抽象后的网络中边的权重取值问题，权重对作战环的效能会有较大影响，这也将是本文今后研究的重点。

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