基于反馈机制的武器装备体系作战能力聚合方法

何新华，王 琼，郭齐胜，毕学军

(1.装甲兵工程学院信息工程系，北京100072;2.装甲兵工程学院装备指挥与管理系，北京100072)

信息化战争强调体系与体系之间的对抗。体系又称为“系统的系统”，是能够得到进一步涌现性质的关联或联结的独立系统的集合［1］。武器装备体系是在一定的战略指导、作战指挥和保障条件下，为完成一定的作战任务，由功能上互相联系、互相作用的各类武器装备系统组成的更高层次的系统［2］。武器装备体系作战能力聚合的相关研究工作，对未来武器装备体系的发展、规划、研制和综合运用具有举足轻重的作用，是军事研究领域的热点之一。

目前对体系作战能力的研究大多是以“平台”或“系统”为中心进行作战能力分析，忽略了体系内各组分之间“多网联动”，以及在其支撑下的“多域铰链”所带来的“相互影响”和“级联效果”。多个“平台”或“系统”作战能力的线性叠加无法体现体系作战能力的整体涌现性，作战能力聚合无法反映体系作战能力要素的非线性特性。

笔者首先对武器装备体系作战能力聚合的特性进行分析，在此基础上将反馈的概念引入到体系作战能力聚合中，对能力指标之间的反馈机制进行研究，提出一种基于反馈机制的武器装备体系作战能力聚合方法，并进行了算例分析和验证。

1 体系作战能力聚合

1.1 体系作战能力聚合的特性

武器装备体系的作战能力是指武器装备体系为执行一定作战任务所需的“本领”或“潜力”，是武器装备体系的固有属性，由体系的质量特性、数量、作战运用方式等决定［3］。

武器装备体系不同于一般的武器装备系统，体系的整体涌现性和非线性特性决定了传统武器装备系统作战能力聚合的一般方法无法适用于体系作战能力聚合，具体表现如下。

1)武器装备体系具有单一武器系统所不具备的整体涌现性，这就意味着体系作战能力不是各武器装备、系统作战能力的简单叠加，而是综合考虑系统与系统之间的相互关系和互相作用形成的整体作战能力。一般而言，通用武器装备体系的作战能力可由情报侦察能力、防护能力、机动能力、指挥控制能力、火力打击能力和保障能力构成，如情报侦察能力对火力打击能力具有影响作用，防护能力与火力打击能力之间相互影响、相互作用等。

2)体系作战能力要素间的非线性关系，是指作战能力各要素的地位和作用具有非均衡性，并相互作用和制约，它们之间不是简单的加和乘的关系，而是存在着正反馈的倍增效应和负反馈的饱和效应的关系。如大数量的劣质装备的作战能力存在着负反馈的饱和效应，因而在整体作战能力上反而弱于少量的优质装备。

1.2 体系作战能力聚合的研究现状

目前对武器装备体系作战能力的聚合，大多采用构建指标体系的方法，通过层次性的指标体系，反映体系整体作战能力与各系统作战能力之间、上层作战能力与下层作战能力之间的关系，一般采用加权和或加权积模型。传统的作战能力聚合方法忽略了系统与系统之间的“相互影响”和“级联效果”，无法体现整体涌现性和作战能力要素的非线性特性，存在一定的片面性。

相关领域的研究学者和专家们对武器装备体系的作战能力进行了广泛的研究，但大多是针对武器装备体系的某一方面进行研究，如对武器装备体系结构的研究［4］、对武器装备体系连通性的评估研究［5］等，而对武器装备体系演化机理及整体涌现性的研究尚少。

郑建华等［6］采用协同系数来反映海军武器装备体系的对潜能力、对舰能力、对空能力和对岸能力之间的相互影响。罗鹏程等［3］将折合系数引入到体系作战能力聚合模型中，用以解决大量劣质装备的作战能力指数高于较少量优质装备作战能力指数的不合理情况。

笔者将反馈的概念引入到体系作战能力聚合中，对能力指标间的反馈机制进行研究，致力于解决体系作战能力聚合无法反映体系整体涌现性和作战能力要素非线性特性的问题，从而提出一种武器装备体系作战能力聚合的新方法。

2 能力指标间的反馈机制

反馈，原为控制论的基本概念，指将系统的输出返回到输入端并以某种方式改变输入，进而影响系统功能。笔者将反馈的概念引入能力指标之间，用以表征指标与指标之间的相互影响、相互作用，从而建立能力指标间的反馈机制。

以情报侦察能力和火力打击能力为例，情报侦察能力对火力打击能力具有影响作用，如图1所示。

图1 能力指标间的反馈机制

因此，基于能力指标间的反馈机制，火力打击能力可表示为

式中:Δt=f(C1)，为反馈量，表征能力C1对能力C2的影响程度。

2.1 基于阀值的反馈机制

在控制论的反馈原理中，存在正反馈和负反馈，正反馈对输入具有增强作用，负反馈对输入具有衰减作用。仍以情报侦察能力和火力打击能力为例，优越的情报侦察能力对精确火力打击能力具有极大的促进的作用，倘若情报侦察能力达不到要求，不仅对火力打击能力毫无帮助，反而会影响火力打击能力的发挥。因此，在反馈机制中引入阀值的概念，当输入超过阀值时，将对所关联的能力指标具有正反馈的倍增作用，而当输入低于阀值时，将对所关联的能力指标具有负反馈的削弱作用。

以式(1)为基础，基于阀值的反馈机制将火力打击能力表示为

2.2 多能力指标间的反馈机制

在武器装备体系的能力指标体系中，能力指标之间存在着错综复杂的关系，某一个能力指标可能同时关联着多个指标，能力指标在反馈作用于其他能力指标的同时，也接受来自其他能力指标的反馈。由简单到复杂，能力指标间的反馈主要可分为以下3种。

1)单向反馈。仅存在能力指标C1对能力指标C2的影响(如图1)。

2)反馈闭环。能力指标C1和能力指标C2相互影响、相互作用，如图2所示。如防护能力和火力打击能力之间互为依存，好的防护能力有利于火力打击能力的发挥，而好的火力打击能力则有助于防护和生存。

图2 反馈闭环

3)复杂反馈网络。多个能力指标间存在着多个单向反馈和反馈闭环时，多个能力指标和它们之间的反馈弧便连接成一个复杂的反馈网络，如图3所示。

图3 复杂反馈网络

反馈闭环和复杂反馈网络由于存在着从输入到输出、再从输出到输入的闭合回路，因而是一个不断反馈、逐步趋于稳定的过程;反馈闭环和复杂反馈网络依赖于反复的迭代计算，以求得达到稳态后各项能力指标的数值。

3 基于反馈机制的聚合方法

3.1 总体框架

针对武器装备体系的整体涌现性和作战能力要素的非线性特性，笔者将控制论中的反馈概念引入到体系作战能力聚合，提出一种基于反馈机制的聚合方法，其总体思想如下:1)从武器装备体系的能力需求出发，构建层次性的指标体系;2)根据武器装备体系的作战任务、作战效果和作战运用方式，在同层次的指标体系间建立相互关系的反馈网络;3)获取底层指标并进行量化归一化处理;4)对每一层次的能力指标及其反馈网络进行迭代计算，直至该层能力指标值趋于稳定;5)对作战能力逐层聚合，最终获得武器装备体系的整体作战能力。图4显示了多层次的能力指标体系形成的复杂反馈网络。

图4 多层次能力指标体系形成的复杂反馈网络

3.2 主要流程及算法

基于反馈机制的聚合方法是以指标体系评估方法为基础，引入指标间的反馈机制所衍生出的新的体系作战能力聚合方法，对方法的主要流程描述如下。

3.2.1 构建指标体系

构建科学、合理的指标体系是实施体系作战能力聚合的前提。目前构建指标体系的方法很多，常见的有基于任务分析、基于能力需求和基于军事价值等的构建方法。这部分内容不是本文工作的重点，可从武器装备体系的作战能力需求出发，对作战能力逐层分解，从而建立层次性的指标体系。

3.2.2 分析指标间相互关系，建立反馈网络

传统的指标间相互关系主要指“或”关系和“与”关系:前者描述加权和模型，指下层作战能力指标以不同的权重合作聚合到上层作战能力指标;后者描述加权积模型，对于上层作战能力而言，每个下层作战能力指标的权重虽然不同，但都是不可缺少的，只要某个下层作战能力指标为零，都将导致上层作战能力指标为零。

笔者在同层次的能力指标间引入反馈机制，构建指标与指标间的反馈弧，从而形成复杂的反馈网络，如图4所示。建立反馈网络的关键包括以下3个方面。1)分析能力指标间的相互关系。构建反馈弧，可从作战需求的角度或从能力指标间相互依赖关系着手。2)反馈阀值的确定。反馈阀值直接关系到正负反馈的临界点，也是能力指标值优劣的边界值，可从以往的相关数据中分析提炼。3)反馈量的确定。反馈量直接反映能力指标间的关联程度，一定程度上体现武器装备体系结构效应和信息力对体系作战能力的倍增作用，在这里由专家经验给出。

3.2.3 底层指标量化，指标权重计算

底层指标是对武器装备体系各种能力属性的描述。底层指标的量化包括底层指标获取和归一化处理。由于各种能力属性的描述大多是定性的，因此不易给出具体、严谨的量化标准，可根据指标描述对象的不同，分别采用定量方法、定量定性相结合方法和专家经验法给出。

指标权重计算，通常采用层次分析法，即将复杂的指标系统简化为以元素为代表的有序的层次结构，用构造判断矩阵的方法，把专家的经验判断与数学运算结合起来，确定指标的权重。此外也可采用网络分析法、最大方差法、环比系数法等。

3.2.4 反馈网络迭代计算，逐层聚合作战能力

复杂的反馈网络由于存在从输入到输出、再从输出到输入的闭环反馈，故而反馈网络的实际输出是一个不断变化的迭代计算过程;当整个网络的变化量小于某个预设的极小值时，认为网络趋于稳定，此时的输出即为系统的输出。假设某层次能力指标构成反馈网络，第i个能力指标表示为Ci(i=1，2，…，n)，其初始值Ci0由下层能力指标聚合得到，上次迭代计算得到的值为Cilast，预设极小值为ε，反馈网络迭代计算的算法描述如下。

基于反馈机制的体系作战能力聚合方法是逐层聚合的过程，步骤如下:

1)首先获取底层指标值，并进行量化归一化处理，得到底层能力指标的初始值;

2)根据指标间的相互关系，进行反馈的迭代计算，得到该层能力指标的最终值;

3)通过加权和或加权积模型聚合得到上层能力指标值，并以此作为该层能力指标的初始值;

4)重复2)、3)，直到获得体系的整体作战能力值，输出最终结果。

4 算例分析

本文以某侦察情报装备体系为例，对提出的体系作战能力聚合方法进行分析和验证。该侦察情报装备体系的作战能力包括侦察指挥控制能力、侦察监视和目标捕获能力、侦察预警探测能力、情报传输能力、情报综合处理能力和情报分发应用能力，通过对作战能力逐层分解，得到该侦察情报装备体系的作战能力指标体系，部分作战能力指标如图5所示。

图5 某侦察情报装备体系部分作战能力指标

通过分析能力指标间的关系，构建能力指标的反馈网络，部分指标间反馈网络如图6所示。

图6 某侦察情报装备体系部分指标反馈网络

笔者仅考虑第1层作战能力指标间的反馈关系，底层指标量化采用10分制，根据层次分析法确定各能力指标权重，如表1所示。分别采用以下方法对该侦察情报装备体系进行作战能力聚合:

表1 各项能力权重

1)采用传统的指标体系评估方法(层次分析法);

2)采用本文提出的基于反馈机制的聚合方法，设定迭代预设极小值为0.001，反馈阀值为5.0，反馈量为10%。

得到的结果数据如表2所示。

表2 结果数据比较

经过武器装备需求认证和多次模拟对抗演练，该侦察情报装备体系作战能力被专家评定为9.0。采用传统的作战能力聚合方法，由于忽略了能力指标间的相互作用，缺少对作战能力非线性要素的考虑，评估结果为8.486，而笔者提出的聚合方法评定结果为8.990，更加贴切实际。

5 结论

笔者将反馈的概念引入作战能力聚合，对能力指标间的反馈机制进行研究，提出了一种基于反馈机制的武器装备体系作战能力聚合方法。以某侦察情报装备体系为例，对该方法进行分析和验证。算例分析结果表明:笔者提出的方法基本能够反映体系内各组分之间的“相互影响”和“级联效果”，体现了体系整体涌现性和作战能力要素的非线性特性，具有一定的有效性。下一步工作将对构建跨层次能力指标间的复杂反馈网络进行研究，进一步完善武器装备体系作战能力聚合方法。

［1］ 胡晓峰，杨镜宇，司光亚，等.战争复杂系统仿真分析与实验［M］.北京:国防大学出版社，2008:69-71.

［2］ 牛新光.武器装备建设的国防系统分析［M］.北京:国防工业出版社，2007:32.

［3］ 罗鹏程，傅攀峰，周经伦.武器装备体系作战能力评估框架［J］.系统工程与电子技术，2005，27(1):72-75.

［4］ 卜广志.武器装备体系的体系结构与体系效能［J］.系统工程与电子技术，2006，28(10):1544-1548.

［5］ 张会，罗鹏程，赵炤.基于关联矩阵的武器装备体系连通性评估［J］.电光与控制，2009，16(2):88-90.

［6］ 郑建华，黎放，狄鹏，等.海军武器装备体系作战能力评估模型研究［J］.武汉理工大学学报:信息与管理工程版，2009，31(2):314-317.