信息化条件下情报对抗系统建模与仿真

武赫男，顾 德，陈 健

（1.空军航空大学，吉林 长春 130022；2.中国人民解放军31104 部队，江苏 南京 210018）

情报对抗是指敌对双方在情报领域围绕着情报获取、传递、处理及应用而展开的对抗活动[1]。情报对抗是系统与系统之间的对抗，在研究过程中存在以下困难：系统的参数关系难以量化、缺少实战数据、系统难以用结构化模型来描述、描述方程复杂等。系统动力学是一门以信息反馈控制理论为基础，以计算机仿真技术为手段研究复杂系统问题的学科[2-3]，其特点恰好能够解决情报对抗系统研究中存在的困难[4]，因此，该文利用系统动力学原理来研究情报对抗问题。

1 情报对抗系统的系统动力学模型

1.1 模型建立的前提假设

为了便于模型的建立，在不影响准确性的前提下，该文作出如下假设：①情报对抗是一种接近实时的对抗作战，没有时间延迟。②获取的情报均真实、准确、详尽。③未考虑边际效益影响，获取的情报越多，可为决策提供服务的有用信息越多。④鉴于模型考虑的是情报对抗系统，未考虑战场指挥及作战方法等影响因素。⑤未考虑伪装、欺骗等情报对抗行为。

1.2 情报对抗系统边界界定

信息化条件下的情报对抗系统按照情报获取的传感器平台划分，主要包括地面情报系统、空中情报系统、太空情报系统、水下情报系统和海上情报系统[5-6]，双方的对抗其实质是综合作战能力的对抗。综合作战能力又分为软杀伤能力和硬杀伤能力，软杀伤能力主要是指对敌方指挥系统、电子对抗系统、通信系统的打击、干扰、屏蔽和破坏，硬杀伤主要指对敌方人员、战舰、坦克、雷达等武器装备的直接摧毁，也就是物理击毁。

情报对抗还处于复杂的电磁环境之中[7]，比如战场网络环境、战场雷达环境和战场无线电环境等[8-9]。综上所述，情报对抗系统的边界如图1 所示。

图1 情报对抗系统边界

1.3 模型因果关系

该文以地面雷达数量、舰船数量和飞机数量为主要研究内容进行分析，根据情报对抗系统之间相互作用、相互影响的关系以及系统建模的目的，构建各子系统之间的因果关系流程图[10-13]，图2 是简化的情报对抗因果关系图。

图2 情报对抗因果关系图

情报对抗系统因果关系图中含有多个因果关系回路，这里给出5 个代表性关系回路：

①红方地面雷达数量→红方地面雷达情报获取能力→红方情报获取能力→红方情报软杀伤能力→红方情报综合作战能力→蓝方情报硬杀伤能力→红方地面雷达数量。

②红方舰船数量→红方舰载雷达情报获取能力→红方情报获取能力→红方情报软杀伤能力→红方情报综合作战能力→蓝方情报硬杀伤能力→红方舰船数量。

③红方舰船数量→红方水下声呐情报获取能力→红方情报获取能力→红方情报软杀伤能力→红方情报综合作战能力→蓝方情报硬杀伤能力→红方舰船数量。

④红方作战飞机数量→红方机载雷达情报获取能力→红方情报获取能力→红方情报软杀伤能力→红方情报综合作战能力→蓝方情报硬杀伤能力→红方作战飞机数量。

⑤红方作战飞机数量→红方作战飞机远程打击能力→红方情报硬杀伤能力→蓝方作战飞机数量→蓝方作战飞机远程打击能力→蓝方情报硬杀伤力→红方作战飞机数量。

这几个反馈回路均以红方情报系统为主进行阐述，蓝方情报系统的反馈回路与红方相似，在此不做赘述。

1.4 仿真模型

构建情报对抗系统动力学模型，如图3 所示，流图中共有各类变量55 个，其中状态变量6 个，速率变量12 个，其他为辅助变量或常量，模型中各参量特点不同，其取值方法也不尽相同，比如情报综合作战能力因子、情报获取能力因子、舰船初始数量、作战飞机初始数量和雷达初始数量等均采用常量，雷达被发现率、雷达开机率等均做归一化处理。同时设定情报对抗持续了20 T，T 为SD 模型仿真中的时间单位[14]。

图3 情报对抗系统动力学流图

模型中的状态变量方程为：

红方舰船数量＝INTEG(红方舰船数量增加-红方舰船数量减少,初始数量)；

红方地面雷达数量＝INTEG(红方地面雷达数量增加-红方地面雷达数量减少,初始数量)；

红方作战飞机数量＝INTEG(红方作战飞机数量增加-红方作战飞机数量减少,初始数量)；

红方情报软杀伤能力＝INTEG（红方情报获取能力+红方情报利用能力）；

红方情报获取能力＝INTEG（红方舰船数量+红方地面雷达数量+红方作战飞机数量）×红方情报获取能力因子[15]。

其中，INTEG 是积分运算符。蓝方相关参数方程同上，其他变量间的运算关系及具体算式由于篇幅关系，在此不再详述。

2 基于SD的情报对抗系统仿真

2.1 仿真的参数设置和策略序列

在红蓝双方情报对抗中，对抗双方都致力于打击、干扰、破坏对方的情报系统，使对方综合作战能力得不到整体发挥。对抗伊始，红方即对蓝方展开硬杀伤和软杀伤的进攻，设定情报对抗持续20 min，对抗开始后最初3 min 为蓝方反应时间，进行作战准备，从第3 分钟开始红蓝双方展开全面对抗。仿真算法采用四阶Runge-Kutta 法，选用Vensim 作为仿真平台，设定模型的初始参数：INITIAL TIME=0 T；FINAL TIME=20 T；TIME STEP=1 T；SAVEPER=1 T。模型设置参数的前提是红方在武器装备上弱于蓝方，但是软杀伤能力强于蓝方。参考信息化条件下近几场局部战争中参战武器的相关数据，对红蓝双方的具体参数设置如表1 所示[16]。

表1 红方和蓝方主要变量初始值

策略1：原始策略方案。双方在初始综合作战能力、初始飞机数量、初始舰船数量等原始参数设置条件下实施对抗。

策略2：在采取策略1的基础上，红方提高硬杀伤能力，对蓝方情报系统实施硬摧毁。

策略3：在采取对策2 的基础上，红方运用欺骗、对抗、干扰和破坏等软杀伤手段对抗蓝方的情报系统。

对不同策略均进行相应的参数调整，设置不同策略的目的就是通过模型仿真，分析情报对抗系统内部运行机制，找到情报对抗中的关键因素，提升情报对抗系统整体作战效能。

2.2 仿真结果分析

在对抗之初，红蓝双方的初始舰船数量分别为150、200，红蓝双方的初始飞机数量分别为800、1 000，红方硬杀伤武器处于劣势，如果不采取有效措施，红方舰船数量、飞机数量将快速下降。该文选取“红方飞机数量”这个重要变量在三种策略下的仿真结果进行比较，如图4 和表2 所示，不难发现，红方将软杀伤和硬杀伤手段结合，综合多个作战平台的情报能力，使得综合作战能力逐渐提升，情报对抗向有利于红方的态势发展。

表2 红方作战飞机数量的仿真结果

图4 红方作战飞机数量仿真结果的比较

信息化条件下的对抗是全维立体对抗，各个作战平台相互支撑和融合，各指挥机构和部队在探测、侦察、跟踪、火控和指挥方面进行协调，均通过各作战平台进行信息的无缝链接和情报的实时传输。这种全维立体作战不仅包括传统的火力打击、物理摧毁等硬杀伤，还包括干扰、对抗、欺骗等软杀伤，软杀伤能力和硬杀伤能力共同构成综合作战能力。仿真结果表明，软杀伤武器是战斗力的倍增器，可以作为反制手段，更好地发挥作战效能，提高在识别、判断、决策、发射中的战术使用，逐步扭转不利态势。

图5 中，红方舰船损失率最初为0%，经过3 min后，蓝方采取措施进行持续反击，红方舰船损失率迅速升高到0.44，如图4 所示，出现跳跃变化，但是红方其他作战平台仍不断采用软杀伤和硬杀伤手段对抗蓝方情报系统，使得蓝方情报系统对红方舰船的打击强度下降，速率变得平缓，虽然红方舰船数量仍在下降，但是下降幅度变小，从3 min 到20 min 的时间里，红方舰船损失率仅仅由0.44 升到了0.58，变化趋势缓和，未出现蓝方最初反击时的突变状态。

图5 红方舰船数量和损失率

图6 中，蓝方舰船数量随着战斗的进行逐渐在减少，但是蓝方舰船损失率变化趋向平缓，这是因为蓝方的物理摧毁等硬杀伤能力能够提升其软杀伤能力，最终促进其综合作战能力的提升，形成了舰船损失率比较平缓[16]。

图6 蓝方舰船数量和损失率

软杀伤能力和硬杀伤能力能够相互转化，软杀伤能力增强，可以提高武器系统响应速度、毁伤目标概率，对硬杀伤能力具有倍增效应；反之，硬杀伤可以提高数据链的生存能力，提高通信对抗、电子对抗、雷达对抗等对抗系统的稳定性，硬杀伤能力优势也可促进软杀伤能力的提升。所以，通过软、硬杀伤相结合的综合使用方式，使得软、硬杀伤系统在频域、时域和空域通过统一的武器资源调度软件进行协同配合，才能最大程度发挥武器系统的效能。

图7 是红方有软杀伤优势的情况，图8 是红方无软杀伤优势的情况。在对抗之初，红蓝双方综合作战能力分别为1 200、2 000，红方处于弱势，但是红蓝双方软杀伤能力分别为500、280，情报利用能力分别为3 000、2 000，红方软杀伤能力、情报利用能力均处于优势，经过一段时间对抗，红方综合作战能力超越蓝方，并取得最终胜利。图7 中红方有软杀伤优势，大约在3 min 左右，红方的综合作战能力数值即和蓝方相当，数值约为1 000，其软杀伤能力很快转化为综合作战能力；图8 中红方无软杀伤优势，大约在4.5 min 左右，红蓝双方综合作战能力数值才相等，数值约为940，软杀伤能力转化相对缓慢。

图7 综合作战能力指数变化（红方有软杀伤优势）

图8 综合作战能力指数变化（红方无软杀伤优势）

以上仿真过程说明红方虽然最初综合作战能力处于劣势，但是凭借软杀伤优势，能够扭转不利局面，综合作战能力逐步赶上蓝方，最后战胜蓝方，可见软杀伤能力在情报对抗中处于关键地位。情报对抗中，具有软杀伤优势的一方，能够更快地将软杀伤能力转化为硬杀伤能力，取得以弱胜强、反败为胜的效果，提升综合作战能力。

3 结论

情报对抗是信息化条件下作战的重要样式，同时也是战场仿真的重要内容，系统动力学为研究情报对抗建模仿真提供了科学可行的手段。该文建立的模型能够基本还原情报对抗的真实情况，仿真结果也证实了软杀伤能力是决定情报对抗胜负的关键因素。但是在实际作战中，战场环境非常复杂，模型中有诸多因素没有考虑，如敌方可能通过设置假目标、电子干扰等欺骗、伪装手段，对对手的情报能力实施蒙蔽、欺骗和干扰，降低对手作战效能，模型中对这种情况没有考虑，同时应该注意，信息化条件下情报对抗系统动力学模型具有开放性和独立性，应该随着作战理论的深入，不断进行模型的修改和完善。