基于可执行架构的杀伤链设计与分析优化方法

王 梦，杨 松，李小波*，王维平，李 兵

（1.国防科技大学系统工程学院，湖南长沙 410073；2.四川航天系统工程研究所，四川成都 610100）

随着科学技术的进步和作战理论的发展，现代战场的战争形式和作战样式在不断发生变革。自海湾战争时期提出“杀伤链”这一作战研究领域的概念以来，美军先后发动多次战争，从战争中吸取经验教训，不断优化其杀伤链流程，缩短其闭环时间，最终达到了提升体系作战能力的效果［1］。作战体系使命的遂行依赖于一系列横跨各个作战领域的杀伤链集合，因此，杀伤链相关研究具有重要意义。

为了达到优化杀伤链设计流程、提升体系作战能力的目的，本文首先对杀伤链设计分析研究现状进行了综述，详细介绍了超网络和可执行架构的相关理论，创新地提出了基于超网络的任务链路设计方法和基于可执行架构的任务链路分析优化方法，并运用相应案例对链路进行了设计、分析和优化，最后作出总结并提出展望。

1 研究现状

自1996 年美国前空军参谋长在空军协会研讨会上提出杀伤链的概念之后，美军一直致力于完善空基预警探测体系和任务链路设计，旨在提高作战体系的响应能力［2］。其针对时敏目标提出的F2T2EA 杀伤链设计包括作战行动序列设计、装备配系设计、作战流程优化等方面［3］。Brickner，William K 等人在这个基础上以战区弹道导弹这一时敏目标的探测和打击为实例，对其闭合时间进行了详细分析［4］。美海军也采用了杀伤链分析方法来支持其舰船概念设计和防空作战计划，并采用时间线分析和蒙特卡洛仿真分析等方法对杀伤链的闭合时间和成功概率等进行建模［5］。

除了典型的作战领域，杀伤链的设计分析还存在于网络空间安全领域，其设计分析包括侦察、武器化、装载、利用、安装、指挥控制和达成目标等收益递进的七个阶段［6］。

此外，国内不少专家学者从作战环（Combat Cycle）设计的角度对杀伤链进行设计和分析。其中有一种将作战环定义为为了完成特定的作战任务，武器装备体系中的侦察类、决策类、攻击类等武器装备实体与敌方目标实体构成的闭合回路［8］。自Jerry Cares 根据OODA（Ober 包以德）循环过程提出作战环概念以来［7］，相关学者认为，OODA循环过程中会形成众多的作战环，体系中的各种装备会包含在各种不同的作战环中［9］。

当前，随着马赛克作战概念的提出，杀伤链的相关研究有了进一步的发展。基于各种“马赛克碎片”之间通过动态协同组合形成的极具弹性、灵活机动的作战效果网［10］，美军提出构建面向任务的自适应“杀伤网”［11］，实现跨领域战斗管理。

2 杀伤链设计与分析优化方法

任务链路是为了完成体系使命路径中的某项体系任务所需执行的作战行动序列及其组织指控主体和支撑装备资源，其主要目的是将体系作战任务架构中的任务活动细化落实为各层次兵力单元的作战行动序列和针对敌方目标的作战行动序列，即任务规划和作战行动计划生成。因此，任务链路的设计必须充分考虑现代战争特点和能力需求。

首先，任务链路网络化是体系作战的必然要求，要支持体系中各个任务链路通过态势共享和指控协同实现资源互用和作战同步；其次，在进行任务链路设计时必须综合考虑任务链路的闭合性；最后，需要设计敏捷化的任务链路，使其不仅具有一定的稳健性和适变性［12］，能够快速动态响应复杂环境变化，同时还具备较快的链路闭合速度。

针对以上需求，本文提出了一种基于可执行架构的杀伤链设计与分析优化方法。

2.1 方法框架

2.1.1 基于超网络的任务链路网络模型

体系就其要素连接方式来看是一个由多个异质子网络组成的超网络，杀伤链作为作战体系的核心要素，其网络化连接是体系的重要特征，应从复杂网络尤其是超网络角度研究其连接和交互关系［13］。

作战体系的架构模型主要包括作战活动网络模型、功能装备网络模型、指挥控制网络模型三个子网络，每个子网络按照各自属性构成网络，子网络之间通过约定的交互关系和层次结构，形成如图1 所示的作战体系超网络模型。

图1 作战体系超网络模型Fig.1 Hyper-network model of combat system-of- systems

在以上超网络的基础上，可以得到任务链路网络模型，以作战活动网络节点为核心，根据装备配属关系将装备资源编入组织节点，以及根据任务分配关系将作战任务活动分配到组织节点，接着根据功能支撑关系对同一任务节点内的装备、指控适配关系进行分析和校验，最终形成包含任务活动-组织指控-装备资源三要素及其三元关联匹配关系的作战行动单元。

2.1.2 聚焦目标作战网络的任务链路节点设计

根据作战回路建模思想，武器装备体系中的装备系统可以按照功能分为侦察、决策、影响三类，考虑到作战过程中的信息来源和流向，将敌方目标纳入武器装备体系研究范畴。在作战过程中，侦察类节点首先获取目标节点信息，简要处理后将其传递给决策类节点；决策类节点在综合多方面信息后以作战命令和作战方案的形式分发到特定的影响类节点；影响类节点执行上级下发的作战命令，其执行效果再次由侦察类节点获取并反馈给决策类节点；决策类节点评估作战效果并再次下达作战命令。

作战回路作为体系作战过程的基本范式，可作为体系任务链路设计的基本依据。在任务链路网络模型的基础上，聚焦目标作战回路对其链路节点进行设计；根据目标相关属性，来决定执行相应目标打击任务的装备配系和兵力部署等情况。

2.1.3 基于可执行架构的目标任务链路设计

架构作为体系组成的结构和相互关系设计的原则和指导，对体系的设计至关重要。基于可执行架构对体系方案进行分析和优化可以很好地检验其合理性和可行性。结合作战回路思想和超网络理论，对体系目标杀伤任务链路进行架构可执行性研究，使得模型具备计算机可执行性，借助计算机对架构模型进行分析和校核验证。构建体系目标杀伤任务链路的元模型如图2所示，该元模型可以用于生成任务链路建模视图，为下一步任务链路设计提供建模语言和工具支持。

图2 任务链路设计视图元模型Fig.2 Meta-model of the task link design view

2.2 设计方案

基于得到的任务链路网络模型、任务链路节点设计方法和任务链路设计视图元模型，对目标杀伤任务链路进行具体设计。如图3 所示，目标杀伤任务链路设计由目标威胁特点分析、目标打击预投入设计、目标任务链路设计、兵力投入方案设计和行动单元关系映射五部分组成。

图3 目标杀伤链设计具体组成部分Fig.3 Specific components of the target kill chain design

目标威胁特点分析是指根据任务想定，围绕重点敌方目标，针对目标的属性、主要武器、重要度以及攻防特征等典型特征进行分析，由此初步设计该类目标的打击场景。

目标打击预投入设计是指根据目标特点，结合基本兵力单元配属情况，具体设计针对各类目标的侦察、指控和打击装备预投入数量和兵力预投入数量方案，为后续任务链路设计提供定量化支撑。

目标任务链路设计是指综合目标打击预投入方案，将静态编成下的各类基本兵力单元，投入针对目标的具体作战运用，具体为侦察、指控、打击、评估四类作战行动单元，形成以行动单元为基础的各个目标任务链路。

兵力投入方案设计是指根据想定和预期目标杀伤效果，对主要参与任务的侦察、指控、打击等各类装备以及各级单元的兵力种类型号和预计总投入量进行设计。

行动单元关系映射是指根据行动单元之间的（组织、任务、装备）关系映射，进行网络化建模，形成由多条杀伤链组成的行动计划网络。

2.3 分析优化方法

体系设计方案必须经过分析和校验评估才能验证其可行性和正确性，一般来说，架构方案可执行分析方法包括规则约束检测、关联匹配分析、指标集成解算和解析分析优化四类［14］。

作战体系的核心是一系列网络化的杀伤链路，在对目标任务链路进行设计之后，需要对其进行分析，从逻辑上检测节点的规范性、从关联匹配的角度分析各节点之间的关系、从链路能力上来分析设计方案是否符合能力、使命、战绩指标和环境等各项约束，同时检验设计的可行性。如图4 所示，任务链路分析由逻辑检测分析、关联匹配分析和链路能力分析组成。

图4 任务链路分析功能组成Fig.4 Composition of the task link analysis function

逻辑检测分析实质上是一种语法检测，主要针对任务节点、装备节点、组织节点和链路节点自身的规范性以及节点之间的逻辑关系进行检测分析。

关联匹配分析用以检测不同节点之间的关联关系和任务链路的逻辑关系是否符合约束。

链路能力分析基于任务、装备、组织和链路的各个视图来分析时间、装备成本、效能等各项指标，以优化杀伤链的整体打击流程，从而缩短杀伤链响应时间等各项指标，做到“战之能胜”［15］。

3 案例研究

以异构无人集群构成的智能化作战体系为案例进行研究，该体系能够在作战过程中遂行火力打击等各项任务，并针对敌方的系列目标形成网络化的杀伤链，以期达到坚守己方阵地并占领敌方要点的目的，红方主要由无人机和无人车组成的多个混编无人作战中队及相应指控系统组成，蓝方包括A，B，C三个目标。

选取案例中蓝方的三个典型目标进行分析，如表1所示。

表1 目标威胁特点分析Tab.1 Analysis of targets threat characteristics

综合考虑目标的重要度、识别性和防御性等特点，可对目标打击的投入兵力进行预先设计，接着针对不同的打击目标部署侦察、指控、打击、评估这四类作战行动单元，可得到以行动单元为基础的目标任务链路，再进一步对基本兵力单元和目标打击的预投入方案进行设计，同时将静态编成下的各类基本兵力单元划分为侦察、指控、打击、评估四类作战行动单元，最终可形成如图5 所示的以行动单元为基础的各个目标任务链路。

图5 目标任务链路Fig.5 Target task link

通过对目标任务链路各环节的协同需求以及任务的关联组织单元和装备系统进行进一步分析，可以基于行动单元之间的（组织、任务、装备）关系映射，进行网络化建模设计，得到如图6所示的体系任务链路。

图6 体系任务链路Fig.6 The task link of system-of-systems

在任务链路设计完成之后，应对其进行分析，以检查其逻辑规范和关联匹配关系是否正确。具体来看可简化并抽取任务链路中的几个武器系统、指控单元和任务，从其组织-任务关系视图、组织-装备关系视图和任务-装备关系视图来进行分析检测。若根据组织任务和组织装备关系视图，某武器系统和评估行动实际并无关联，而在任务装备关系视图中为其设置关联关系，则在检测冲突时将提示并报错。

当前任务链路为了达到较好的目标打击效果，没有限定侦察、指控、打击、评估各节点数量为1。需要重新对这些节点进行取舍和组合，并从链路闭合概率和执行时间两个维度对其进行评估，如图7所示。

图7 链路执行时间分析Fig.7 Analysis of the link execution time

如图7 所示，分别针对目标M1、M2、M3 设计了3条任务链路，各链路均由“侦控打评”四类节点构成。其中链路M1-RWLL 闭合概率最高为0. 399，链路执行时间最短为5 秒；链路M2-RWLL 闭合概率最高为0. 746，链路执行时间最短为5秒；链路M1-RWLL闭合概率最高为0. 831，链路执行时间最短为5秒。

由此可知，在进行链路设计时，可采取替换相应节点或减少冗余节点来减少链路执行时间或提高链路闭合概率，以此达到对设计的链路优化的目的。若综合考虑链路执行时间、闭合概率和目标毁伤效果，可进一步利用相应战术仿真软件进行试验，结合上述3 个指标设置评价函数对链路设计方案进行评估，从而优化链路设计。

4 结论

杀伤链作为作战体系的核心要素，对体系使命的遂行具有重要意义。本文基于超网络和可执行架构理论，聚焦目标作战回路设计了链路节点，得到了任务链路网络模型，并依托体系架构设计工具对相应目标任务链路进行了设计，最后基于可执行架构对目标任务链路进行了分析和优化，验证了该方法的可行性。但是，本文没有对多链路中存在的协同关系进行分析和研究，在指标的设计和分析上考虑得也不够全面，未来研究将重点考虑链路之间的协同关系以及杀伤网的形成，综合考虑战损比、装备贡献率等指标，并结合仿真试验对方案进行对比验证。