海上编队协同作战规则推理技术研究∗

胡 诗 毛 杰（.武汉市藏龙北路号武汉43005）（.997部队北京0400）

海上编队协同作战规则推理技术研究∗

胡 诗1毛 杰2
（1.武汉市藏龙北路1号武汉430205）（2.91917部队北京102400）

为促进水面舰艇编队的有效协同，充分发挥舰艇编队整体作战效能，以适应信息化时代不断改变与难以预测的复杂战场环境，针对舰艇编队协同作战决策问题的复杂性，提出基于作战规则和模糊推理的协同作战自主决策方法，解决编队各作战平台自主协同、动态协同等方面的问题。

协同作战；作战规则；模糊推理

Class Num ber TN97

1 引言

未来海上作战，主宰战争胜负的不再是单个舰艇，而是海上编队及编队与其他兵种的协同作战能力。编队协同作战系统是一个复合系统，随着作战节奏的不断加快，战场情况的难以预测性和不确定性程度的提高，使得战前作战协同计划的落实变得越来越困难，编队作战协同的难度也随之提高［1］。因此，编队协同作战系统必须满足能够根据战场情况的变化，实时、自主的调整部署和采取相应行动的新需求，以适应战争形态的需要。

针对战场态势高度变化的信息化战场条件下编队协同作战的需求，本文基于作战规则、模糊推理等技术，建立统一的编队作战规则数字化表示方法，构建基于实时战场态势的编队作战规则模糊推理机制，解决编队作战平台自主协同、动态协同等方面的问题。

2 编队协同作战系统分析

2.1 编队作战协同原则

编队作战协同包括作战行动的协同、作战空间的协同、兵力构成的协同和战法的协同等。作战行动的协同是指海上战斗进攻和防御一体；作战空间的协同包括空中、水面、水下和陆上等多维的作战空间；兵力构成的协同包括海军兵种内部、编队内部、兵种之间和军种之间战斗力量的协同；战法的协同包括不同战法之间的协调配合。所以，编队作战协同是编队与参加海上协同作战的战术单元以及编队内部各兵力单元之间，为达成同一战斗目的，在统一指挥下，运用协同手段达成的有序的协调和配合［2］。基于对编队协同系统协调的内涵、特征和协同度的分析，编队作战协同应遵循如下原则。

2.1.1 整体协同

在编队协同作战时，着眼于总的作战目标，对参加协同的各战术单元进行全局性、全方位和全过程的协同。从全局上对编队作战协同进行计划、组织、协调与控制，使编队协同系统内各战术单元达成空间、时间、时空、功能上的有序，形成整体合力。

2.1.2 重点协同

在组织编队作战协同时，明确协同关系，突出协同重点，重点协同强调的是在决定性的时间和地点最大限度地发挥整体作战威力，并且重点随作战进程适时调整，根据不同的阶段、不同的时间、地点和敌情而变化，随着作战进程的发展而发展，根据作战重点优化协同方案。

2.1.3 主动协同

主动协同是指编队协同系统内各战术单元主动配合，依据协同目标，相互支援。主动协同强调的是系统的自组织性，但是仍然是以协同计划为依据，在统一的协同目标下，根据战场态势实际情况充分发挥各战术单元的主观能动性，并且依靠战术单元之间实时信息共享，实现行动上的实时协调。

2.1.4 动态协同

在敌我对抗条件下的作战协同，敌我态势和作战行动处于高度的变化之中，必须及时调整协同方式，使实际协同与协同计划保持动态一致。当战场态势发生局部变化时，应在预先协同计划的基础上，对各战术单元的状态做出相应的调整，保持协同的有序性；当战场情况发生重大变化时，要以协同计划为基础，迅速地组织临机协同。

2.2 编队作战协同模式

根据系统学的观点，编队作战协同是一种“他组织”与“自组织”的统一体。他组织是指在作战过程中编队内各兵力单元在编队指挥员（或上级指挥员）的命令下按照完全确定的方式行动，达到行动的协调统一；自组织是指编队协同系统在没有外部命令的情况下，依靠编队协同系统内各战术单元的主动和动态协同，保持编队的联合作战。因此，可以将编队作战协同划分为程式化和非程式化两种协同模式。

2.2.1 程式化协同模式

程式化协同模式强调“他组织”，是指按照预先的协同方案，有规律的协同作战。按计划协同与临机协同，本质上都是“他组织”，是典型的程式化协同模式，然而，随着战场信息化程度的不断提升，战场透明度不断提高，作战节奏不断加快，使得作战协同计划的落实变得越来越困难，各战术单元不可能再严格按照战前制定的协同计划和程序行事，而需要根据战场情况的变化，实时、自主地调整部署和采取相应的行动。

2.2.2 非程式化协同模式

非程式化协同模式强调“他组织”与“自组织”的有机结合，是指编队协同系统内各战术单元之间，依托协同计划，根据战场态势的演化，通过自组织达成有效的信息协调，实现行动协同的协同方式，是信息化条件下的主要协同模式。非程式化协同模式主要可以分为互动式协同、默契协同和基于状态的协同三种方式。

1）互动式协同

互动式协同是指编队协同系统内各战术单元之间，为了达成同一作战目标，依据协同计划，在有效信息沟通的情况下，为适应战场态势的演化通过自组织而达成的协调和配合。该方式强调协同内部各战术单元间的协作关系，淡化隶属关系。

2）默契协同

默契协同是指编队协同系统内各战术单元内部各兵力单元之间，在不完全信息沟通的情况下，为适应战场环境演变通过自组织而达成的行动协调。

3）基于状态的协同

基于状态的协同是指，编队协同系统内各战术单元或战术单元内各兵力单元之间，为了达成同一作战目标，在作战进程中根据不同时刻系统的要求，依据协同计划，主动调整状态空间参数，通过自组织而达成的协调和配合。

2.3 编队协同作战决策规则

为了提高水面舰艇编队应对战场态势变化和自组织协同作战的能力，本文基于作战规则、模糊推理等技术，通过提取、规范和学习作战规则，建立统一的编队作战规则数字化表示方法，构建基于实时战场态势的编队作战规则模糊推理机，解决复杂战场环境下保持编队作战行动协调有序的问题。

3 编队协同作战规则库构建

3.1 规则表示方法

在编队主动协同、动态协同系统中，一组合理的规则表示方法必不可少。本文采用面向对象的知识表示方法［3］，按照编队作战平台类型和作战任务分别建立类知识描述对象，采用以下六元组表示作战规则：

<标识，属性集，关系集，触发条件集，方法集，规则集>

其中，属性集包括属性名、类型、值，由我方兵力和目标的基本信息、运动要素、任务要素等组成；

关系集包括关系名、类型、表达式，由我方编队指挥关系和协同关系组成；

触发条件集建立在方法集和规则集基础上，由条件名、条件描述、条件类型、触发规则等组成，包括我方兵力状态、敌方机动情况、通信条件、气象和海况条件等；

方法集和规则集描述动态知识，它们是建立在模型库、规则库之上的有限集合，表示满足触发条件集的方法和规则组合。

3.2 作战规则文件模型

建立规则文件模型以指导规则语言的定义，此规则文件模型是通过定义规则文件的文档规范来实现，所定义的文档满足W 3C标准，如图1所示。

作战规则文件规范定义了规则文件应该具有的元素：规范、规则集、规则头、规则属性、规则体（规则的条件和动作）等，规则各个部分的定义都必须严格遵循这个规范。这样由规则引擎解析的规则文件可保证所有的数据操作的定义都是有效的。

3.3 规则库构建

编队作战规则知识库是基于编队协同作战的需求而建立的形式化的编队及平台作战规则库的集合，其分类及构成如图2所示。

4 编队协同作战规则推理机设计

4.1 总体框架设计

编队协同作战推理总体框架由态势感知接口、态势信息存储器、决策推理机、规则库、模块库、综合数据库、事实库组成，如图3所示。

其中规则库中存放一组对作战规则的一般描述，全局数据库和事实库包括初始任务计划数据、兵力状态、通信状态、敌方情况、武器状态以及规则推理的中间状态、最后结果等，其内容动态变化，是实时反映系统状态的事实数据。

决策推理机是总体框架的核心部件，其依据规则库、模型库、综合数据库和事实库进行自动推理，输出与当前态势相匹配的决策结果，可接受人工干预命令。

4.2 模糊分类方法

在编队作战过程，可能面临同一种战场态势，由于作战任务的不同或者编队实时作战能力和作战资源的不同而匹配多个作战方案，这种战场态势、作战资源和作战能力与作战行动方案之间的不确定性，给推理带来了困难，模糊分类方法为此提供了解决途径。下面以编队战场态势分析为例说明其基本过程。

1）建立一组标准样本｛Si｝，i=1，2，…，n；

2）计算一组实际态势描述数据T与标准样本｛Si｝的贴近度｛N（Si，T）｝，其中N（Si，T）的大小反映了实际态势描述数据与第i组样本的接近程度，而

Max｛N（S1，T），N（S2，T），…，N（Sn，T）｝

则反映了实际态势描述数据与标准样本中哪一组最接近，并把其归入这一类；

3）选取态势谱型中关键参数的标准化值作为特征值，并将谱图分为小于正常威胁，正常威胁和大于正常威胁三个区间，设小于正常威胁区间最大幅值的比例为A，正常威胁区间最大幅值的比例为R，大于正常威胁区间最大幅值的比例为S，MA，MR，MS分别为三个区间中的最大值。

4.3 模型样本的建立

由于编队作战行动计划受到多种因素的影响，在采用模糊技术建立样本时，应对各相关因素做综合分析和处理。

1）行动计划类型集。在编队行动计划生成方法中，行动计划种类组成的集合用大写字母A表示，即：A=｛a1，a2，…，am｝；

2）权重集。编队不同的作战行动计划在面临不同的任务背景时其重要程度不尽相同，对起关键作用的行动计划应特别重视。为了说明各种行动计划的重要程度，对各种行动计划ai（i=1，2，…，m）应赋予相应的权数ki（i=1，2，…，m），各种行动计划权数组成的集合为K=｛k1，k2，…，km｝；

3）态势集。态势集是由战场敌我双方行动计划引起的各种不同态势所组成的集合，可用大写字母S表示，即S=｛s1，s2，…，sn｝。

4.4 模糊匹配

在规则系统中，一般利用一个解释程序以匹配-冲突消解-执行的方式来运用产生式知识。在基于模糊理论的产生式系统中也是如此，但“匹配”不是完全精确地，而是某种意义上的“模糊匹配”。对于模糊产生式规则P←Q，CF，t，当Q为模糊逻辑公式时，则模糊匹配采用如下逐层匹配方式：

1）先检查整个Q能否与已知知识匹配，若存在匹配，则将与之匹配的已知知识的置信度为前提Q与知识的匹配程度，否则进一步将Q分解为子式；

2）检查各子式能否与已知知识匹配，若存在匹配，则以与之匹配的已知知识的置信度为该子式的置信度。并按逻辑公式运算出整个逻辑式的置信度，作为前提Q与知识的匹配程度，否则再进一步分解子式。继续逐项进行匹配，直至子式不能再被分解。

4.5 模糊推理模型构建

在作战指挥过程中，行动计划与战场态势及作战任务之间往往并不是一一对应关系，特别是水面舰艇编队协同作战，这种不确定性就显得更加明显，利用模糊推理的方法来解决编队自主协同作战的决策过程中战场态势及作战任务与行动计划之间的这种不确定性的问题是一种比较可行的方式。模糊推理模型主要由以下八个部分组成，推理流程如图4所示。

1）人机接口：指挥员、业务人员、领域专家、系统管理员对系统进行操作的界面；

2）作战规则管理：主要是对作战规则库的管理，包括对规则的增、删、改以及验证规则一致性的模型和算法；

3）作战规则库：按照标准化的结构形成的做作规则知识库，包含编队级、平台级、武器平台级等作战规则，另外，还包括面向任务的关联作战规则等；

4）作战任务模糊化接口：根据当前所承担的作战任务，进行模糊化处理；

5）战场态势模糊化接口：根据态势分析结果和指挥员判断对战场态势进行模糊化处理；

6）模糊推理机：根据作战环境和作战资源运用相关模糊推理算法进行推理；

7）综合数据库：作战资源与作战环境相关数据；

8）解释模块：对模糊推理的结果进行理解并去模糊化处理得到精确地作战行动方案。

5 结语

本文应用系统学和协同论的观点，对编队协同作战系统进行分析，提出了基于作战规则和模糊推理的编队协同作战决策推理方法，解决复杂战场环境下编队自组织协同作战问题。然而，编队协同作战系统是一个复杂系统，不同的作战任务、不同的协同平台其作战规则是不同的，如何有效地获取、组织、描述作战规则，还需要进行大量的试验不断完善。

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Research on the Collaborative OperationalRulesof Surface W arship Formation

HU Shi1M AO Jie2
（1.No.1 Canglong North Road，Wuhan 430205）（2.No.91917 Troopsof PLA，Beijing 102400）

To promote effective coordination of surface warship formation，give full p lay to the overall combat effectiveness of warship formation，and adapt to the information age and the changing unpredictable comp lex battlefield environment，and for the complexity of decision problem of warship formation collaborative combat，the paper proposes a collaborative operational deci⁃sion-makingmethod based on the operational rule and fuzzy reasoningmethod，to solve autonomous cooperation and dynamic coor⁃dination problemsof various platform of the formation.

collaborative combat，operational rules，fuzzy reasoning

TN97 DO I：10.3969/j.issn.1672-9730.2017.05.026

2016年11月7日，

2016年12月28日

胡诗，男，工程师，研究方向：舰船指控。毛杰，女，工程师，研究方向：舰船指控。