多层观察者模式的对抗训练裁决方法

欧阳志宏,徐英,丁锋

(国防科技大学 电子对抗学院，安徽 合肥 230037)

0 引言

训练效果评估在对抗训练进程中负责训练成绩评判、训练质量检验和训练过程分析等核心工作。对抗裁决作为训练效果评估的重要内容，主要完成对抗训练多源、海量、全方位数据实时收集与处理，并结合裁决任务与要求，完成红蓝对抗行动胜负判定，推动训练进程有序进行。信息化条件下，科学、规范、实时、稳定的对抗裁决对训练质量提升与效益发挥起着重要的支撑和催化作用。

国内外在对抗裁决和训练评估方面的研究主要集中在评估算法[1-11]。固化的训练模式和组训方法使得学者们鲜有对裁决方法、模型规则和系统设计的研究。本文以训练信息系统的全面建设为背景，明确对抗裁决的角色定位，设计了一种多层观察者模式对抗裁决方法，分析了对抗裁决与训练效果评估、训练管理的相互关系，解决了稳定高效的训练数据流转与实时处理问题。具体针对防精确打击对抗裁决，建立了裁决模型和裁决规则，并给出了方法在系统中的应用实例。

1 多层观察者模式对抗裁决

1.1 裁决系统角色定位

对抗训练裁决系统与训练质量评估系统、评估数据支撑系统共同组成训练效果评估系统。专业裁决人员操作裁决系统，在训练开始前根据训练任务、训练计划和红蓝双方主要行动，拟制裁决方案，定制裁决规则。训练开始后，裁决系统依据裁决方案内容收集训练数据，按照不同对抗行动作用机理，执行红蓝对抗胜负裁决，并将裁决结果上报导调控制系统综合处理。图1是裁决系统在训练信息系统中的角色定位。

1.2 观察者模式

观察者模式又称为发布-订阅模式，它定义了对象间的一种一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象。这个主题对象在状态发生变化时，会通知所有观察者对象，而各个观察者对象根据通知信息选择性地对自己的表现形式进行更新[12-15]。

观察者模式的一般结构如图2所示。主题Subject即被观察者，它可以有任意多个观察者，并管理这些观察者，同时提供增加和删除观察者对象的接口。观察者Observer为那些需要在主题相关状态发生改变时获得通知的对象定义一个更新接口，以便在得到主题通知时获得更新。具体主题ConcreteSubject用于存储相关状态，并在状态改变时，负责向它的各个观察者发出通知。具体观察者ConcreteObserver维护一个指向具体主题对象的引用，并实现具体的更新接口，以接收具体主题发送的通知消息，同时还可以根据需要对消息进行特定的处理。

观察者模式的发布-订阅方式有“推”和“拉”2种模型。推模型是当消息产生时，把所有相关信息都通过参数的形式“推给”观察者。不管观察者对这些信息需要与否，目标对象都会把这些信息发送给观察者。拉模型是当消息产生时，通知的函数不带任何相关的信息，由观察者到目标对象取回消息。通过被观察者提供相应的接口，观察者可以有选择地得到所需信息。

1.3 多层观察者模式

大规模的对抗训练参训人员和装备种类多，配套的训练数据采集手段多样，使得训练数据类型丰富且数据量极大。训练信息系统内流转和处理的数据主要包括实装与模拟训练器材工作状态数据、红蓝对抗行动数据、导演调理数据、战场环境数据等，由隶属于导调控制的训练管理系统数据中心统筹存储与分发。显然，观察者模式非常适于训练信息系统。

然而，训练管理系统不能为训练信息系统内众多分系统制定详细的发布-订阅关系，这会带来一定的修改风险和维护成本，也会降低数据分发的效率。因此，在训练管理系统与训练效果评估系统之间可以建立一层推模型观察者模式，即训练管理系统将所有数据发布给注册的观察者，无需做任何筛选处理；而训练效果评估系统向训练管理系统进行注册，根据本系统拟制的发布-订阅关系收集数据。

训练效果评估系统的评估数据支撑分系统负责下一步的数据维护与管理，此时，可再建立一层推、拉混合模型观察者模式，由支撑系统扮演主题角色，而对抗训练裁决系统为观察者。对于通用的、数据量大的训练数据采用推模型发布，对于重要度高或需要人机交互取回的数据，采取拉模型发布。综上所述，围绕训练管理系统、训练效果评估系统、对抗裁决系统建立的多层观察者模式裁决如图3所示。

2 防精确打击对抗裁决模型与规则

2.1 裁决模型

裁决模型是对抗裁决系统的核心，直接决定裁决的科学性、准确性、合理性，以及对抗裁决系统运行的实时性与稳定性。为实现通用设计，构建裁决模型数据库，需要将裁决模型标准化并独立封装，同时模型参数可修改。

现阶段，蓝军精确打击行动通常采取数字模拟的方法，即采用推送数字报文的形式描述武器发射、寻的跟踪、受扰致偏、爆炸等各阶段状态。因此，建立基于炸点预测的防精确打击裁决模型，运用对抗裁决计算机接收模拟导弹当前位置、飞行姿态、工作模式、瞄准情况等信息，同步监控红军遂行区域防护和要点防护电子干扰参数，在干扰有效性判决的基础上预测武器炸点。裁决方法的流程如图4所示。受扰致偏和炸点预测也可由蓝军模拟计算，对抗裁决计算机只需接收最终的炸点信息，结合红军目标的分布情况，以及现地人员采集的重点目标所在地域和隐蔽防护情况，计算得出武器爆炸瞬时红军主要目标的毁伤数量和受损程度，从而为部队重点目标防护能力裁定提供依据。

在干扰效能分析的基础上计算红方部队针对性实施的光电干扰、雷达干扰、无线电引信干扰等对抗手段对目标命中概率的影响，并充分考虑红方部队施放干扰的及时性和干扰样式选择的准确性，因此，命中概率P(Z)为

P(Z)=(1-P(J|T))(1-P(J|M))·

P(Z|J)P(Z0)

(1)

式中:P(J|T)，P(J|M)为当前干扰时机和干扰样式条件下的干扰成功率;P(Z|J)为干扰效能分析模型根据武器性能参数、干扰参数、传播因素等计算得出的干扰条件下的武器命中概率;P(Z0)为武器典型发射后命中概率。

命中概率的变化直接反映到模拟导弹弹道和瞄准情况的变化，最终结合地形数据生成炸点位置。假设武器对目标的毁伤是破片毁伤，对特定目标的毁伤半径为Rh，Rh与武器战斗部携带的炸药类型等因素有关，那么精确制导武器对目标的毁伤概率为

(2)

式中:CEP为武器撞击目标时偏离目标中心的误差，这里用炸点与目标的距离误差代替;σ为现地人员采集的爆炸瞬时重点目标所在地域和隐蔽防护情况影响因子，利用坑洞或运用器材等防护措施越好，σ越小，从而毁伤概率越小。

定义毁伤程度裁决指标Ih，将毁伤概率Ph按数值区间分级处理，并建立对应关系。Ih为

(3)

2.2 裁决规则

裁决规则是形成裁决结果的基本依据和准则，也是确保自主和公平对抗的基本条件，反映着对抗训练的刚性要求和约束。裁决规则一般以战术数据和装备性能为基础，依据影响对抗结果的各要素制定。裁决规则的拟制注重指标量化和科学计算，对可能存在模糊争议、难以评判的对抗行动要在训练前经权威专家评议确定，重点是规则内容、要素权重和裁决结果的分级方法，最终形成红、蓝、白三方确认的裁决规则体系。以精确打击与防护对抗裁决为例，建立的退出型和迟滞型裁决规则如表1所示。

裁决规则体系是随着作战训练背景的变化和训练条件的改善逐步调整完善的，针对不同的训练层次和考核对象，裁决规则应能够灵活定制，体现不同的对抗要求。表1中“**”(目标类型、参考数值、迟滞时间等)和比较运算符为裁决规则可定制内容。

表1 退出型和迟滞型裁决规则Table 1 Exit-type and delay-type arbitrament rules

3 系统实现与应用

研制的对抗裁决系统已投入训练使用，在精确打击与防护对抗训练阶段，对抗裁决计算机实时采集红军重点目标位置信息，另一方面监控蓝军精确制导武器发射与瞄准情况。武器在飞行过程中受到红军多手段干扰，模型实时计算武器受扰后的致偏情况，并推算最终落点，如图5所示。

精确制导武器爆炸后，按模型计算红军特定对象瞬时毁伤概率和毁伤程度，得出裁决结果。图6为红军重点目标毁伤情况示意图。

4 结束语

随着对抗训练内容与要求的不断拓展，以及训练信息化建设的深入推进，对抗裁决必然要从传统人工现地裁决向人机交互式裁决、内外场综合裁决转型。本文设计了一种多层观察者模式对抗裁决方法，为海量训练数据流转与处理、对抗裁决系统框架设计、裁决规则与裁决模型设计、裁决系统研制与应用等问题提供了思路。