作战方案全要素仿真推演技术研究∗

胡 诗

（海军装备部驻武汉地区第四军事代表室 武汉 430000）

1 引言

作战方案推演是在作战行动实施前或者实施过程中，按照作战方案规定的作战意图、顺序和进程，对作战方案中不同作战阶段的部署、行动所达成的态势、目标或结果进行演练分析的过程，其本质是一种实验活动［1］。考虑到联合作战方案筹划的系统性和复杂性，为提升精确筹划、精细筹划的能力，迫切需要对联合作战方案进行推演论证，为战略战役作战决策提供辅助手段，辅助决策机关解决联合战役层次带有全局性的重难点问题，确保在未来信息化作战中夺取决策优势，赢得制胜先机。从实践效果来看，联合作战方案推演最直接的办法就是严格按照方案的实施步骤和具体内容，以时间为基本参照轴线，基于作战模型、交战规则和基础数据，对作战中涉及的各类行动进行仿真，用战斗结果来评价衡量作战方案的优劣［2］。

目前我军在作战方案推演辅助优化技术、方案在线调整技术等方面研究，与国外还有比较大的差距，尤其是在海军方向的研究与应用比较突出，并且还存在着推演引擎要素不全、评估手段简单等原因带来的方案执行效能低、方案不优等诸多问题。因此，亟需加大作战方案的推演优选优化以及在线修正技术等方面的研究，提高作战方案的作战效能。

2 作战方案全要素仿真推演架构

本文以多编队作战指挥为背景，针对编队作战方案在线评估、优选、优化能力弱的问题，从要素分析及建模、推演过程控制、效能评估分析、在线优化调整等方面开展技术研究，具体研究思路如图1所示。

图1 研究思路图

3 关键技术研究

3.1 编队作战方案要素分析及建模技术

本研究内容为全面形成编队方案推演决策支持能力提供模型数据支撑，具体研究分为如下步骤开展。一是全面分析编队作战体系与作战方案的要素构成；二是从敌我地等角度、从设备/平台/群组等层次、从属性/行为/规则等方面开展建模研究，形成推演模型体系；三是从属性参数、仿真模型、规则知识、历史案例等方案完善构建方案推演基础数据支撑框架。

本文将从使命、环境、意图、约束、计划、资源、实体、组织、过程、行动、团队、消息等方面构建编队作战方案概念元模型，如图2所示，为编队作战方案要素分析与建模提供支撑。

图2 作战方案的概念元模型

编队作战方案要素建模重点围绕对空作战、对海对陆作战、对潜作战等典型作战任务，从作战任务、兵力编成、打击目标、兵力行动、航线信息等方面开展作战方案要素建模，如图3所示。

图3 编队作战方案要素分析示意图

对于海上兵力实体及其装备模型，本文按照BSE模型建立其物理属性模型和其行为模型，对于体系中指挥机构建立其指挥信息模型和指挥行为模型［3～4］，具体如图4～6所示。海上兵力实体及其各级指挥机构按照OODA环模型组织起行为建模［5］。

图4 战场实体模型静态框架结构

图5 战场指挥机构指挥行为模型示意图

3.2 人在回路式作战方案推演控制技术

编队作战方案推演需要基于敌我双方全要素体系对抗模拟的背景下进行。本文采用体系对抗模拟的思路开展作战方案推演控制研究，具体如图7所示。基于战场实体的体系对抗仿真是建立在战场实体模型的基础上。其核心思想是将由敌我双方指挥兵力组成的对抗体系逐层分解为一些基本单元，并通过对各“基本单元”进行建模来完成对整个复杂大系统的建模，从而大大降低建模的难度［6］。仿真运行过程中，敌我双方的各类指挥机构以及各类作战单元之间的对抗过程是通过代表敌我双方的相应实体模型之间的信息交互来完成的。

体系对抗背景下的方案推演主要研究对参演的敌我双方实体节点进行综合控制，以自动、半自动或人工方式干预作战意图和战术行为，生成实战背景下的对抗态势［7］。一个完整的敌我双方体系对抗仿真系统不仅应能对整个作战指挥体系中各个功能域和各个层次的指挥自动化系统及其对抗行动进行仿真，而且还应将各功能域，包括各功能域系统及其作战行动之间的关系和相互影响仿真出来。

图6 战场实体动态行为模型框架结构

图7 基于体系对抗模拟的作战方案推演

图8 多任务并行推演方案

图9 人在回路式作战方案推演研究思路

图10 方案探索式推演流程

3.3 作战方案及效能综合评估分析研究

本研究内容为全面形成方案推演决策支持能力提供优选方法支撑，具体研究分为如下步骤开展：一是依据对空、对海对陆、对潜等方面作战任务和综合作战任务特点，研究各类任务作战效能的指标及评估算法；二是以作战效能指标为核心，从协同性、安全性、适应性等方面构建方案综合评价指标体系，形成作战方案多目标函数综合评价算法；三是从编队作战指挥人员的决策心理出发，提出作战方案优选原则，形成作战方案评估优选方法。

图11 方案评估式推演流程

图12 方案修正式推演流程

各类任务的作战效能主要从侦察探测能力、指挥控制能力、火力打击能力、通信保障能力、生存能力、信息保障能力、电子对抗能力等几个方面来分析；编队作战方案的作战效能需要综合考虑对空、对海、对陆、对潜各方面作战任务的效能，其指标体系如图13所示。

本文将在指标体系分析基础上，建立各层指标的评估模型，提出整体效能指标的评估算法，并根据算法要求确定推演过程中所需记录和分析的推演数据。

在编队作战方案的优选评价方面，本文在方案作战效能的基础上，从任务完成度、协同难易度、自身安全性、灵活适应性和资源占用度等方面进行综合考量。

任务完成度是指作战任务的完成情况，具体包含任务完成时间符合度、任务完成概率。任务完成概率的计算将考虑信息获取情况、指挥情况、武器杀伤概率等。

协同难易度是指方案实施过程中的组织协同难易程度，考虑兵力群数目、攻击方向、攻击方式、武器种类等。

图13 编队作战方案作战效能指标体系示意图

自身安全性是指方案实施过程中受威胁的程度高低，考虑暴露在敌探测范围内的时间、暴露在敌攻击范围内的时间、被敌方攻击会商的概率和期望值等。

灵活适应性是指方案中对实施过程突发情况的适应能力，考虑佯动兵力配置、预备兵力配置等。

资源占用度是指作战任务消耗的我方兵力情况，武器情况、时间消耗等。

本文在对方案评价分析的基础上，针对传统的作战方案优选主要凭经验和感性认识去分析和处理的局限性［8］，分析影响作战方案选取的诸多因素，根据不同角度和侧重点设计多属性决策方法，提出多种不同优选准则，从多个方面评价作战方案的优劣，并将定性指标转换为量化指标便于分析，辅助指挥员完成决策。典型的优选准则及其描述［9］：

1）优势准则（dominance rule）：1个方案至少在1个属性上比其他方案好，同时在其余属性上不比其他方案差。很明显，当评估问题适用这个准则时，即使是具有不同主观偏好的指挥员，也会得出相同的评估结论。但优势准则只有在极有限的情况下用到。

图14 作战方案优选评价要素

2）连接准则（conjunctive rule）：方案的每一个属性都不劣于某一阈值，这种准则适用于方案的优化过程。

3）分离准则（disjunctive rule）：方案的至少某一个属性应不低于给定的阈值。

4）词典准则（1exicographic rule）：方案的各种属性按照重要性进行排序，评估就是以最重要的属性为标准选择策略方案。

5）显著准则（attractive rule）：是指某一方案的某一属性，具有其他方案不可比拟的优势，直接选择该方案的决策过程。

6）加权准则（additional rule）：方案的各个属性两两之间可以进行比较，以确定各个属性的权重，依据各个属性的加权值的大小选择策略方案。

本研究内容最终形成作战效能与决策心理相结合的方案综合评估优选方法，为编队作战指挥人员在筹划阶段进行多方案选择决策提供方法支撑。

图15 作战方案评价优选流程

3.4 作战方案在线实时优化与调整研究

本研究内容为全面形成方案推演决策支持能力提供优化方法支撑，具体研究基于平行系统理论开展。

平行系统是指由某一实际的系统和对应的一个或多个虚拟或理想的模拟系统所组成的共同系统［10］。从数学建模，计算机仿真模拟，到现在的虚拟现实，实质上都是应用平行系统理论进行设计、分析、控制和综合的实例。平行系统通过实际系统与人工系统的相互连接与作用，对两者之间的行为进行对比和分析，完成对各自未来状况的“借鉴”和“预估”，相应地调节各自的管理与控制方式，达到实施有效解决方案的目的。

平行系统理论在决策问题方面的重要内容就是如何利用人工系统模型和计算实验方法，通过实际系统与人工系统的交互运行和过程演绎，构成“平行系统”，基于平行系统的对比、借鉴、实验，施行“平行执行”，进而实行复杂系统的智能化控制和管理，在“不断探索和改善”的原则下，建立复杂系统研究的决策方式和方法体系［11］。

针对作战实施过程中编队作战指挥人员对作战方案分析、修正、优化等决策问题，分如下步骤构建方案在线实时优化方法：一是研究实时态势与仿真推演的要素映射关联关系；二是研究基于实时态势的方案平行仿真方法，实现方案快速推演和作战效果预测研究；三是基于效果自动比对，研究方案执行偏差自动告警方法；四是采用人工干预和自动模拟相结合的方式，研究基于给定参数空间和多目标函数进行作战方案局部寻优方法，实现方案在线修正建议的生成与分析，形成作战方案在线实时修正方法。

图16 平行系统原理说明

实现与作战实施过程平行的作战方案仿真推演，关键是虚拟态势与真实态势的同步关联［12］，因此，如何确保仿真态势与真实态势的一致关联，是实现平行推演的关键。

图17 仿真态势与真实态势的一致关联方案

本文从属性、种类、类型等身份信息关联与位置、高度、航速、航向等空间信息关联两方面展开研究。身份信息关联是将作战态势中目标的属性、种类、类型、型号等与仿真态势中的实体属性、种类、类型、型号等信息进行对比，在考虑作战态势中属性和类型识别置信度的基础上，求解身份一致率。空间信息关联是将作战态势中目标的当前位置、速度、航向信息及过往轨迹信息与仿真态势中的实体运动信息进行对比，在考虑位置不确定度、速度不确定度、航向不确定度等基础上，求解空间一致率。综合考虑上述因素，提出仿真态势与真实态势的一致关联算法，为基于实时态势的方案推演优化奠定基础支撑。

图18 方案执行偏差估算与告警方法

本文将实时态势（其中敌方意图可以作为敌方模拟兵力的任务输入等）与方案信息相结合，利用仿真引擎进行快速推演，依据推演数据对方案的作战效果预测。在此基础上，重点研究方案执行偏差自动告警方法，以方案中的重要行动节点（如集结、展开、齐射、撤收等行动节点），从时域、空域和能力等维度进行效果预测与偏差计算，重点考量的行动能力主要包含侦察探测能力、火力打击能力、通信保障能力、生存机动能力、电子对抗能力等，依此提出方案执行偏差估算与告警方法。

图19 作战方案在线实时修正方法

在方案修正优化建议生成方面，本文采用人工干预和自动推理相结合的方式开展研究，在给定参数空间（时间约束、空间约束、资源约束等）条件下，从调整时间短、空间机动快、资源成本低等方面构建多目标优化函数［13］，基于推演数据实现在线修正建议分析，依此形成作战方案在线实时修正方法。

4 结语

本文针对编队作战方案在线评估、优选、优化能力弱的短板问题，通过要素分析及建模、推演过程控制、效能评估分析、在线优化调整等方面的研究，为编队作战方案科学合理、智能便捷的决策支持能力形成提供技术支撑，为多航母编队作战任务规划与指挥决策能力提升奠定基础。