航母编队反潜仿真军事规则研究*

严宗睿，冯伟强，潘宣宏

(海军指挥学院，江苏 南京 210016)

航母编队反潜仿真军事规则研究*

严宗睿，冯伟强，潘宣宏

(海军指挥学院，江苏 南京 210016)

航母编队反潜问题一直是战术研究的前沿热点。通过设计仿真军事规则，实现“人不在回路”的作战仿真实验方式，能够有效的解决上述问题。首先分析了航母编队反潜兵力组成及其在反潜作战过程的主要任务与行动，再构建了航母编队反潜仿真军事规则体系，提出了反潜仿真军事规则的设计方法和原则要求，最后通过实例验证了仿真军事规则对航母编队反潜研究效率提升所起的效果。

航母编队；反潜作战；军事规则；有限状态机；设计原则；体系结构

0 引言

航母编队是海上强国遂行实施海上战役、战斗的主要作战力量，通常由多个水面战斗舰艇、潜艇和航空兵组成。航母编队的反潜作战(ASW)涵盖了水面舰艇反潜、航空兵反潜、潜艇反潜及多兵力合同反潜等诸多问题[1]。研究该问题的一种方法是组织反潜作战实兵演习，如历年的韩美联合反潜演习。在演习活动中，事先需消耗大量物资与人力资源进行组织、协调和保障，过程中极易受周边国际形势、演习海区气象水文条件等影响，事后数据采集处理工作繁杂、复盘分析难度较高，这些都不利于航母编队反潜问题研究人员对问题进行快速研究。

现代作战仿真实验方法[2-4]是另一种更为经济高效的方法，能够提供逼真的反潜作战环境，让研究人员利用各种类型军用仿真系统对反潜作战过程进行推演分析，并获得有用的综合评估结论。根据仿真过程中是否有实验人员参与，可分为“人在回路”和“人不在回路”2种。采用“人在回路”的方式，在实验准备过程中必须组织对参与实验的人员进行系统使用培训并进行明确地责任任务划分；在实验实施过程的仿真推演期间，为等待参与人员进行情况判断和指挥决策，系统的仿真速率则不能过快；进行分析评估时，也必须考虑人为因素对数据结果的影响，加重作战过程分析和作战结果评估的工作。 “人不在回路”的方式可以有效缩短作战实验时间，它与“人在回路”实验方法的主要区别是：使用了层次清晰、逻辑严密、内容确定的仿真军事规则体系，来代替指挥参谋人员在仿真过程中进行快速指挥决策。

本文通过聚焦航母编队反潜行动和分析仿真军事规则理论，构建了一套合理的航母编队反潜仿真军事规则体系及其描述方法，缩减了航母编队反潜问题研究因素范围和研究时长，从而提高了其研究效率。

1 航母编队反潜行动分析

为达到消灭敌潜艇或者阻止其进行各项行动的目的，航母编队主要使用带有舰载搜潜器材和反潜武器的反潜舰艇、反潜型舰载直升机、水下攻击型潜艇以及加强的岸基固定翼反潜巡逻机等组成特定的队形，对水面、水下可疑目标或指定区域实施反潜[5]。其中，各型反潜舰艇具有很好的通用性，是海上立体反潜指挥控制协调的主要平台；直升机和反潜巡逻机受气象条件影响大，但机动速度快、搜索效率高、受潜艇威胁小，是航母编队反潜的重要力量；潜艇反潜最有效，但机动速度慢、不确定性高，一般以单独行动为主。

发现潜艇目标后，航母编队将根据当前任务适当调整编队航线与兵力部署，并派出合适兵力对目标实施识别、跟踪和定位。各型反潜兵力受领编队指挥所下达任务后，将根据上级通报和自身探测发现情况，不断转换自身所执行的搜索、识别、定位、跟踪或攻击等作战行动。文献[6-7]中对美国航母编队配属的反潜兵力作战行动进行了如下描述：

(1) 反潜舰艇负责编队内层防御，通常使用舰壳声呐、被动拖曳式声呐，以单舰、双舰或与舰载直升机协同的方式实施对潜搜索。发现水下目标后，水面舰艇本身保持与目标的持续接触，同时组织、引导舰载反潜直升机前往该区域，使用吊放式声呐进行搜索、识别与定位，并使用鱼雷实施快速攻击。

(2) 舰载反潜直升机一般配置在水面舰艇的侧前方或在甲板等候执行应召反潜任务。接到潜艇情况通报后，立即起飞并前往执行反潜责任区并使用吊放声呐对水下目标进行搜索；一旦发现目标，直升机将继续对其进行定位和识别；确定目标为敌潜艇后，可以持续保持与潜艇接触，也可以引导其他舰艇和飞机进行攻击，或者是自身直接对目标实施鱼雷攻击。

(3) 编队中的岸基反潜巡逻机负责在编队外层的广泛空域，使用反潜雷达、目力等非声搜索器材对水面状态、半潜状态、潜望镜或通气管状态的潜艇目标实施大范围搜索。发现潜艇后，即使用携带的声呐浮标和磁探仪等对其进一步识别、定位，在得到上级指示后对其进行攻击。

(4) 如果编队中还有反潜潜艇，则应部署在具有严格限制、远离其他兵力的独立反潜任务区中，独自使用被动的艇壳声呐对水下潜艇目标进行搜索。一旦发现潜艇目标，不需经过上级批准，可直接使用潜射反潜导弹和鱼雷进行紧急攻击。

与之相对，敌方潜艇可在水面舰艇声呐作用距离之外先发现航母编队，然后根据作战任务和当前态势，决策是对航母编队远距离使用潜射导弹攻击，还是突破航母编队防御并使用鱼雷贴近攻击，抑或是直接规避远离航母编队[8]。

2 航母编队反潜仿真军事规则

2.1 仿真军事规则理论

仿真军事规则是现代人工智能和军事辅助决策技术发展的产物。它是作战仿真军事概念模型的重要组成部分，也是在作战模拟过程中的指挥实体和作战兵力实体执行特定作战任务时，为进行合理的决策或对自身行为进行合理控制，所依据的结构化的军事原则[9-10]。仿真军事规则由军事人员依据作战仿真系统能够接受的格式所创建，是军事知识和军事经验的准逻辑化或数学化体现。其最常见的描述是if…else…或者多个if…else…相互嵌套的形式。

仿真军事规则主要用于实现对没有接收到外来指令(即系统操作人员指挥)的作战实体行为和作战指挥过程的控制。这种控制主要受各实体当前面临的任务、所感知的虚拟战场态势情况进行触发。与兵力行动计划的指定时间必定触发不同，仿真军事规则的触发条件是军事专家根据初始战场态势判断，可能发生的一系列对象、目标、位置、状态等条件集合。并且，触发条件参数必然包含只有在仿真过程中才能确定产生的数据。这些数据都需要开始仿真后，才能根据系统不断推演运算获取。一旦触发条件得到满足，仿真军事规则将驱动对应仿真实体按照预先制定的动作进行行动。触发动作可能是实体自身行为的改变，或者是多个其他实体作战任务、作战方法、作战行动的调整，甚至是实体所关联规则项的变化。动作输入参数也与兵力行动计划不同，可以是确定参数，也可以是相对仿真过程参数。

仿真军事规则的作用对象主要是指挥所实体和各作战兵力实体。根据不同作用目的，仿真军事规则可以分为：指挥决策规则、行动决策规则和行动执行规则。

(1) 指挥决策规则是对指挥所领导能力的模拟，主要实现情报信息的接收与处理，科学合理的指挥决策；

(2) 行动决策规则是对作战兵力指挥员应变能力的模拟，主要实现作战行动过程中兵力层次的决策判断以及多个作战行动之间的转换；

(3) 行动执行规则是对具体类型作战兵力行为控制能力的模拟，主要实现单个作战兵力执行各项作战行动、动作的详细步骤和方法。

2.2 反潜仿真军事规则体系

通过对上述航母编队反潜行动和仿真军事规则理论的分析，可以发现航母编队反潜仿真军事规则体系主要由反潜仿真指挥决策规则、反潜仿真行动决策规则和反潜仿真行动执行规则构成。

(1) 反潜仿真指挥决策规则，主要代替航母编队指挥所进行编队层次的反潜行动决策控制，包括：威胁评估、任务区分、兵力指挥、态势监控和效果评估等5项内容。具体为：①威胁评估规则，实现基于敌目标作战能力和我编队各兵力价值的综合威胁评估分析；②任务区分规则，负责设定反潜作战目标、反潜作战区域和反潜作战任务清单；③兵力指挥规则，依据作战任务清单和兵力调整需求，为下属反潜兵力进行任务分配；④态势监控规则，随着仿真运行而监控战场态势、各反潜兵力行动情况与协同作战需求，并形成兵力行动调整需求；⑤效果评估规则，能够基于任务预期结果和兵力实际行动情况，判断作战任务的真实执行效果，为编队指挥所对战场态势进行再次威胁评估提供支持。

(2) 反潜仿真行动决策规则，主要代替各反潜兵力指挥官进行兵力行动决策，包括：反潜任务解析、兵力行为决策和兵力行动控制等3项内容。具体为：①任务解析规则，将上级下达的反潜作战任务解析为反潜作战兵力能够执行一系列作战行动集合；②兵力决策规则，为单个兵力实现基于感知态势和作战任务的战术行动决策与战场情况判断；③行动控制规则，对单个兵力的战术行动进行监控，并根据作战任务和战场情况判断适时切换各作战行动。

(3) 反潜仿真行动执行规则，主要代替各反潜兵力控制人员指导反潜兵力如何展开战术行动。主要是：水面舰艇、航空兵、潜艇等兵力在反潜过程中最主要搜潜和攻潜战术行动的动作描述。具体为：①水面舰艇搜潜行动规则；②水面舰艇攻潜行动规则；③航空搜潜行动规则；④航空攻潜行动规则；⑤潜艇搜潜行动规则；⑥潜艇攻潜行动规则。上述各类规则描述内容包括战术行动实施方法、执行步骤、判断条件和动作指令。

(4) 敌方潜艇仿真行动规则，主要代替敌方潜艇指挥员和兵力控制人员进行潜艇战术行动决策和兵力控制。包括：潜艇行动决策、潜艇搜索行动描述、潜艇规避行动描述、潜艇攻击行动描述四项内容。具体为：①潜艇行动决策规则，根据潜艇当前发现情报信息，决定潜艇将采取何种行动(搜索、规避或者直接攻击)；②潜艇搜索行动规则，规定敌潜艇搜索海上目标所采取的战术；③潜艇规避行动规则，指导潜艇如何应对威胁目标并进行进行规避或突破；④潜艇攻击行动规则，说明潜艇对指定目标进行攻击的方法步骤。

2.3 基于FSM的描述方法

有限状态机(finite state machine，FSM)[11-12]是一种在人工智能行为建模方面较为成熟的语言分析工具。应用到仿真军事规则描述中，可以保证规则的结构清晰、逻辑明确，避免规则间的优先级设置难题且在方便仿真系统实现基础上降低了军事专家设计难度。应用FSM设计编队反潜仿真规则时，主要是通过将规则所要表现的行为过程分解为有限数量的状态(state)以及这些状态间的转移条件(condition)来实现对该过程的描述。

图1描述了一个由21个状态，27个条件所构成的航母编队指挥所反潜仿真指挥决策规则。该规则确定了编队根据针对不同的发现目标情报，分别派出外层反潜巡逻机、中层反潜舰艇、内层舰艇以及在空中及舰上待命的反潜直升机进行反潜行动的详细决策方案。

规则中由六角形所代表的状态，既可以是一系列的动作指令，也可以是某条行动决策规则或行动执行规则。图1中左侧虚线框定的“命令反潜巡逻机305前出反潜”这一状态，就可对应为图2所示的反潜仿真行动决策规则。依据该规则，反潜巡逻机305将根据预先设置的触发条件，在初始状态、搜潜状态、跟踪状态、攻潜状态、判明效果和返航状态间进行转换，从而实现对反潜巡逻机反潜作战行动全过程的仿真[13-14]。

行动决策规则层面的状态基本都是由动作指令组合而成的行动执行规则表示。表1中列出了反潜巡逻机305在搜潜状态中所执行的仿真行动执行规则。

所有规则最后作用于仿真实体的形式都是明确的动作指令(action)。这些指令都是由静态的通用任务指令格式加仿真战场态势提供的动态任务参数所构成，如图3。

2.4 规则设计原则与要求

《辞海》中对规则有3种解释：一是规范；二是整齐，合乎一定的方式；三是就某一或某些事项所制定的书面文件。因此，设计航母编队反潜仿真军事规则时，也应满足其格式规范、目的明确、灵活兼容的要求：

图1 编队反潜仿真指挥决策规则Fig.1 Decision rules of formation antisubmarine simulation command

序号判断条件执行动作1 ①到达目标点;②燃料充足;③浮标充足 以经纬度(X°,XX°)为中心,设置长XXnmle(1nmile=1.852km),宽XXnmile的反潜搜索区A12完成区域设置生成覆盖A1区且覆盖率为XX的浮标布设方案3完成方案生成①开始沿布设浮标航线飞行;②在指定位投放浮标4完成布设浮标①报告完成布设浮标;②切换监听浮标任务5接收监听任务生成监听航线L16完成航线生成①开始沿L1飞行;②监听浮标阵探测信号7 ①发现潜艇;②燃料不足;③浮标不足;④上级其他指令 退出搜潜状态

图2 反潜机反潜行动决策规则Fig.2 Decision rules for antisubmarine action of antisubmarine aircraft

图3 机动和攻击指令结构Fig.3 Command structure of maneuverand attack actions

(1) 必须保证规则应用前后状态一致。编写反潜仿真军事规则时，如有对编队中兵力行动调整的内容，应当事先保存该兵力执行规则前的状态信息，并在执行规则规定内容完毕后引导其根据原状态信息恢复执行先前中断的任务和状态；

(2) 必须明确指令动作的格式和参数。与军事理论不同，所有在实际作战中需要参谋人员领会执行的作战指令，在仿真规则中都需转化为由一个或多个简单的action。尽管规则本身可以灵活多样，但这些action必须数量有限、格式明确、参数唯一；

(3) 必须合理设置规则触发条件。航母编队反潜不再是由搜潜、识别、定位、跟踪或攻击等行动串联而成的线型结构，而是由多种兵力、多种作战行动构成的网状结构。设计规则触发条件，应从编队状态变化出发，寻找尽可能完善且唯一的表示方法；

(4) 必须要求规则结构离散简洁。编写完成的航母编队反潜规则，应只通过仿真系统运行后数据接口输入的动态参数来与执行对象绑定，并且在规则间不存在任何相互间的直接数据与状态调用，以降低其关联性与耦合性；

(5) 必须坚持规则集合的适当优化完善。根据军事需求发展和实验经验提高，各项规则也将得到不断扩充和完善。但是，在新增仿真规则、修正不恰当规则及归并重复或相近规则时，也应充分考虑规则集合对以往实验方式、内容的支持。

3 规则应用效果实例分析

假设欲对某航母编队航渡过程中的反潜作战方案进行评估。该编队由7艘不同用途的舰艇、2架反潜巡逻机以及部署在各艘舰艇上的反潜直升机组成。根据上级要求，编队需在指定时间内到达作战区域。由于编队在航渡过程中可能遭到与航线附近伏击的潜艇伏击，因此必须拟制航渡过程反潜作战方案并对其效能进行分析和评估。

结合上述想定，分别采用以下方式进行作战实验研究[15-17]：

(1) 实兵演习(M1)

(2) “人在回路”仿真实验(M2)

(3) 加入反潜仿真行动执行规则的“半人在回路”仿真实验(M3)

(4) 加入反潜仿真行动决策规则和反潜仿真行动执行规则的“半人在回路”仿真实验(M4)

(5) 加入全部规则，完全人不干涉仿真过程的“人不在回路”仿真实验(M5)

通过对比图4所示5种不同实验方式在实验准备、实验和分析评估阶段的花费时间，可以发现：随着反潜仿真军事规则的完善，运用“人不在回路”仿真实验方式将能极大提升对航母编队反潜问题的研究效率。

图4 不同方式的反潜研究时间Fig.4 Time taken by each ASW research method

4 结束语

近些年，随着计算机技术和人工智能技术的不断发展，构建一套反潜仿真军事规则以支持军事人员利用“人不在回路”的仿真实验手段对航母编队反潜问题进行研究，已逐渐为军事研究人员所重视和思考。本文从实践角度，对航母编队反潜仿真军事规则的体系和描述方法进行了探索，后续将继续完善并对仿真规则在航母编队对岸对舰打击、防空反导等其他方面的应用展开进一步的研究。

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Military Rules for ASW Simulation of Aircraft Carrier Formation

YAN Zong-rui，FENG Wei-qiang，PAN Xuan-hong

(Naval Command College，Jiangsu Nanjing 210016，China)

Antisubmarine warfare (ASW) of aircraft carrier formation has been the hot spot of tactical research. By designing simulated military rules, the combat simulation experimental method of man not in the loop can be achieved. Firstly, the composition of antisubmarine force and its main tasks and actions in antisubmarine warfare are analyzed; secondly,the military rules of antisubmarine simulation system for aircraft carrier formation are constructed; thirdly, the design method and principle of military rules for antisubmarine simulation are put forward; finally, the effectiveness of the simulated military rules on the efficiency improvement of the aircraft carrier formation is verified through a case study.

aircraft carrier fleet；antisubmarine warfare(ASW)；military rule；finite state machine(FSM)；design principle；architecture

2016-07-25；

2016-08-31

严宗睿(1981-)，男，江苏盐城人。讲师，博士生，主要从事作战仿真技术。

通信地址：210016 南京市玄武区半山园21号70栋405室 E-mail：11366652@qq.com

10.3969/j.issn.1009-086x.2017.03.029

U694.771；TP391.9

A

1009-086X(2017)-03-0186-07