系统演化的作战体系对抗结构模型

Ｖ０１．３８．Ｎｏ．９　火力与指挥控制　第３８卷第９期　Ｓｅｐ，２０１３　Ｆｉｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ＆Ｃｏｍｍａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　２０１３年９月　文章编号：１００２－－０６４０（２０１３）０９－００９１－０４　系统演化的作战体系对抗结构模型　贾子英　，闫飞龙　，唐岩辉　（１．海军陆战学院，广州　５１０４３０；２．海军航空兵学院，辽宁葫芦岛１２５０００）　摘要：作战体系对抗形成的交战系统是一个复杂系统，作战体系对抗表现为交战系统的演化过程。在分析交战　系统及其组成的基础上，分别研究作战体系和交战网的演化，建立作战体系对抗结构模型及其算法流程，并进行实　例分析。研究成果可为体系对抗的相关研究提供参考。　关键词：体系对抗，结构模型，系统演化，作战体系　中图分类号：Ｅ２３９－３　文献标识码：Ａ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ＳｏＳ　Ｃｏｍｂａｔ　Ｂａｓｅ　ｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ＪＩＡ　Ｚｉ－ｙｉｎｇＩ，ＹＡＮ　Ｆｅｉ－ｌｏｎｇ１，ＴＡＮＧ　Ｙａｎ－ｈｕｉ　（１．Ｎａｖａｌ　Ｍａｒｉｎｅ　Ａｃａｄｅｍｙ，Ｇｕａｎ＠ｈｏｕ　５１４０３０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｎａｖａｌ　Ａｖｉａｔｉｏｎ　Ａｃａｄｅｍｙ，Ｈｕｌｕｄａｏ　１２５０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｆｉｇｈｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｈａｔ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｂａｔｔｌｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｓｙｓｔｅｍｓ　（ＳｏＳ），ＳｏＳ　ｃｏｍｂａｔ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｃｏｕｒｓｅ．Ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｍｂａｔ　ＳｏＳ　ａｎｄ　ｆｉｇｈｔ　ｎｅｔ　ｂａｓｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｉｆｇｈｔ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ　ｆｏｒ　ＳｏＳ　ｃｏｍｂａｔ　ｉｓ　ｂｕｉｌｔ，ｆｉｎａｌｌｙ　ｇｅｔ　ｔｈｅ　ｅｘａｍｐｌｅ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ａｌ＇ｅ　ｅｘｐｅｃｔｅｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ＳｏＳ　ｃｏｍｂａｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＳｏＳ　ｃｏｍｂａｔ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｍｏｄｅｌ，ｓｙｓｔｅｍ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ，ｂａｔｔｌｅ　ＳｏＳ　引　言　系统演化的角度描述体系对抗过程，建立基于系统　演化的体系对抗结构模型。　信息化条件下作战呈现出体系对抗的特征。仅　采用整体的、宏观的兰彻斯特方程［Ｊ】、指数法等方　１　体系对抗网络化描述　法描述体系对抗过程，越来越难以适应体系对抗研　１．１　交战系统　究的需求。体系对抗要求用系统论的指导思想研究　作战过程，从系统演化的角度建立作战体系对抗模　型。文献［２＿４］从作战体系的拓扑结构出发，建立了　静态的具有信息作战特点的网络模型，但没有分析　作战体系对抗。文献［５—６］在作战体系的网络模型　的基础上，针对体系破击进行了仿真试验，但不能　微观地反映作战体系的演化过程。　演化是系统受内外部环境影响，通过自组织达　红方作战体系　蓝方作战体系　图１交战系统网络结构示意图　到平衡的过程…。对抗的红蓝双方作战体系构成的　体系对抗是指作战体系间通过毁伤、压制对方　交战系统演化包括两个部分：一是作战体系演化，　作战体系的节点、扰乱体系内部联系等方法，降低、　即作战体系拓扑结构的演化过程；二是交战网演　破坏对方体系功能的作战行动。体系对抗形成的交　化，即对抗中作战体系间相互作用、相互影响的过　战系统是一个复杂系统，包括红蓝方作战体系和交　程。本文将作战体系与交战网的演化统一起来，从　战网三部分。交战系统的网络结构如图１所示，节　收稿日期：２０１２－０７—２４　修回日期：２０１２－０９—１３　作者简介：贾子英（１９８４一），男，河北定兴人，博士。研究方向：海军兵种信息作战、两栖战术。　・９１・　（总第３８—１５４２）　火力与指挥控制　２０１３年第９期　点代表作战单元，☆表示指挥控制单元，ｏ表示传　感器单元，△表示火力打击单元，口表示信息对抗　单元。实线表示节点之间的链路，可以是无线电波、　红外信号、通信或音频通道等，箭头方向为信息、能　量的流动方向。虚线表示交战网，体现的是红蓝作　战体系之间的交战关系。　交战系统　可用图表示为：　＝Ｇ（ＦＲ，ＦＲ　，口）　其中　为红方作战体系，　为蓝方作战体系　，　为　交战网。　１．２作战体系　作战体系是指具有统一的使命任务和一定的　组织结构，由相互关联的具有自主特性的作战单元　组成的有机整体，是能够适应威胁环境的动态的复　杂系统ｒ　ｓ一。作战体系中没有孤立的节点，各节点通　过链路实现协同［　。　作战体系具有良好的自适应　性，在变化的战场态势中，能够通过动态优化组合　实现重组作战力量。　基于复杂网络的观点，作战体系可以抽象为由　点集Ⅳ和边集，组成的图Ｇ（　，），Ⅳ是节点Ⅳ，，Ⅳ２，　……，　，的集合，ＩＣ＿Ｎ×Ｎ是连接Ⅳ中两个节点的　有向边的集合，节点数记为Ｊ７＼『＝ｌ　Ｊ７＼『Ｉ，边数记为，－　ｌ，ｌ。作战单元对应网络中的节点，作战单元间的物　理、逻辑联系对应网络中的边。　１．３交战网　一　交战网是指在一定的战场态势下，由作战体系　之间的探测、打击关系构成的网络［１０］。交战网描述　的是作战体系之间的相互作用、相互影响，是对抗　双方的交战关系的直观表现。交战网　．　可以表示　为：　一　，　＝ｓＲｕＪｓ口　其中：ｓＲ是红方对蓝方的交战关系，包括探测关系　和打击关系；｜ｓ　是蓝方对红方的交战关系。　探测是指传感器节点探测对方节点，获取目标　信息的行动。打击是指火力打击节点、信息对抗节　点对目标的攻击行动，包括“硬摧毁”和“软杀伤”两　种形式。硬摧毁是指火力打击节点通过火力毁伤对　方节点。软杀伤是指信息对抗节点通过干扰、欺骗　等方法降低对方节点或链路的功能。　２作战体系对抗结构模型　２．１体系对抗演化过程　体系对抗的演化过程包括作战体系演化和交　战网演化两部分。作战体系演化是作战体系完成作　战任务，实施作战行动，释放作战能力的过程。根据　“观察（Ｏｂｓｅｒｖｅ）、定位（Ｏｒｉｅｎｔ）、决策（Ｄｅｃｉｄｅ）、行动　・９２・　（Ａｃｔ）”理论［１１］，作战体系的一次对抗行动是一个观　察、定位、决策、行动的过程，作战体系演化是～系　列的ＯＯＤＡ过程的组合。　作战体系演化过程中，根据战场态势和作战阶　段，作战体系通过改变链路实现作战力量的重组，　以便有效地实施作战行动。作战体系的演化过程如　图２所示。　（ｃ）决策阶段　（ｄ）行动阶段　图２作战体系演化示意图　观察阶段，传感器节点探测目标，并将目标信　息传送给指挥控制节点，实现对目标的侦察探测。　定位阶段，指挥控制节点建立指挥关系后进行信　息融合，并指挥传感器节点连续探测，定位目标。　决策阶段，指挥控制节点在获取传感器节点、火力　打击节点、信息对抗节点状态信息的基础上，协同　进行指挥决策，并将行动方案下发给相关节点。行　动阶段，指挥控制节点协同控制所有节点的行动，　传感器节点持续跟踪目标，火力打击节点、信息对　抗节点对目标进行攻击。　交战网演化是作战体系之间的交战关系变化　过程，是一系列交战回合的组合。交战回合是指红　蓝一方或双方进行一轮有效攻击的过程［１　，即一　方或双方完成一个ＯＯＤＡ的过程。交战回合从作　战体系观察开始，到一方或双方作战体系较大地　改变战场态势，双方需重新开始ＯＯＤＡ为止。在　不同的交战回合，由于战场态势不同，交战网是不　同的。　２－２体系对抗结构模型　作战体系对抗结构模型用来描述作战体系对　抗过程，能够反映节点之间关系。作战体系对抗过　程中，作战节点可能被对方毁伤，节点间的链路可　能被干扰，作战体系也可能主动改变链路重组作战　力量，所以作战体系的结构是随时间变化的。ｔ时刻　红蓝双方作战体系可以表示为：　贾子英，等：系统演化的作战体系对抗结构模型　（总第３８—１５４３）　（『】＝Ｇ（Ｒ（ｆ），　（，）：　（，）　【０，１】；　（，），　（，）：　Ｒ（，）　Ｒ（ｆ）×砒Ｒ（ｒ），　（，）　Ｒ　）　（，）＝Ｇ（　（ｆ），　（，）：　（，）　【０，１】；　（，），　（，）：　（，）　（ｆ）×　（，），　（，）　）　其中Ｒ（￡）为ｔ时刻红方作战节点的集合ｉ　（　）为ｔ　时刻红方各个节点的作战能力，用０～ｌ之间的数　表示；　（　）为ｔ时刻红方节点间链路的集合；　（　）为ｔ　时刻红方各链路的通信能力；Ｂ（￡）为ｔ时刻蓝方作　战节点的集合　（　）为蓝方节点的作战能力；　（　）为　蓝方节点间链路的集合；ｚ　为蓝方各链路的通信　能力。　作战体系对抗过程中，交战网是随战场态势和　双方体系结构变化的。　时刻的交战网．　（ｍ（　）可以　表示为：　（，，＝ＳＲ（，）Ｕ　ＳＢ（　ＳＲ…＝　（ｆ）×～Ｂ（ｔ）ＵＲ（ｔ）ｘ￣　（ｆ）　ＳＢ…＝　（ｆ）×　Ｒ（ｔ）ＵＢ（ｔ）ｘ　（，）　其中Ｓ　）是ｔ时刻红方对蓝方的交战关系的集合，　包括探测关系和打击关系；Ｒ（￡）×　（　）表示的是　红方的感知域，即红方对蓝方的探测关系；Ｒ（ｔ）×　（　）表示的是红方的打击域，即红方对蓝方的打　击关系；ＳＲ（１１是ｔ时刻蓝方对红方的交战关系的集　合；　（ｔ）×　（　）为蓝方的感知域；曰（ｔ）×　（　）为　蓝方的打击域。　作战体系对抗结构模型用图　（ｍ（　）表示为：　（ｆ）　‘）　Ｇ（　（　），　ｔ）ｌ　（　）　（ｆ））　２．３模型的算法　基于系统演化的作战体系对抗结构模型是时变　的，红蓝双方作战体系及交战网根据交战规则和毁　伤结果进行演化。体系对抗结构模型的算法如下：　Ｓｔｅｐｌ：确定红蓝双方作战体系初始状态　（。），　。）。包括作战体系结构、节点作战能力和链路通　信能力等。　Ｓｔｅｐ２：根据交战规则及战场态势，确定交战网　（１）Ｂ（Ｉ）。　Ｓｔｅｐ３：根据交战关系进行毁伤计算。　Ｓｔｅｐ４：对双方体系中节点及链路的作战能力进　行修改，对丧失作战能力的节点或链路进行去　“点”、去“边”操作。　Ｓｔｅｐ５：判断对抗是否结束。若对抗没有结束，作　战体系根据演化规则进行演化，并转到步骤２。　Ｓｔｅｐ６：若对抗结束，输出对抗结果。　作战体系对抗结构模型的算法流程如图３所示。　３　实例分析　假定图１中的红蓝作战体系进行对抗，第Ⅳ个　交战回合到第个交战回合的演化过程见图４。　图３作战体系对抗结构模型算法流程图　霹　（ａ）第　交战回合　（ｈ）翱¨１个交战回台　备注：．Ｉ一红方对蓝方的探测关系●・－蓝方对红方的探测关系　●一红方对蓝方的打击关系＋一蓝方对红方的打击关系　囝红方完好的作战节点　围蓝方完好的作战节点　０红方毁伤的作战节点　０蓝方毁伤的作战节点　图４交战系统演化图　在第Ⅳ个交战回合，红方对蓝方的交战关系　为：传感器节点探测蓝方作战节点；３号信息对抗节　点干扰蓝方１号、２号节点间的链路；４号信息对抗　节点干扰蓝方７号传感器节点；７号火力打击节点　攻击蓝方７号传感器节点。蓝方对红方的交战关系　为：传感器节点探测红方作战节点；４号火力打击节　点和１号信息对抗节点协同攻击红方２号传感器　节点；６号信息对抗节点干扰红方５号、６号节点间　的链路。　第Ⅳ个交战回合的交战结果为：红方２号传感　器节点被毁伤；红方５号、６号节点间的链路被干扰　・９３・　（总第３８—１５４４）　火力与指挥控制　２０１３年第９期　中断；蓝方７号传感器节点被毁伤；蓝方１号、２号　节点间的链路被干扰中断。　参考文献：　红蓝双方根据战场态势进行兵力重组，演化后　红蓝方作战体系结构为：红方３号节点与５号传感　［１］张啸天，李志猛，邓红艳．多维战争中兰彻斯特方程探讨　器节点建立链路；５号传感器节点与ｌ号指挥控制　［Ｊ］．火力与指挥控制，２００８，３３（６）：５—７．　节点建立链路；蓝方１号节点与５号指挥控制节点　［２］陈国生，刘钢，贾子英．舰机协同防空体系网络化效应　建立链路。　分析［Ｊ］．指挥控制与仿真，２０１１，３３（５）：ｌ６—１９．　在第』ｖ＋１个交战回合，红方对蓝方的交战关系　［３］谭东风．一种基于随机映射的战斗效能模型［Ｊ］．国防科　技大学学报，２００６，２８（６）：１０２—１０７．　为：红方５号、８号传感器节点探测蓝方节点；３号　［４］王斌，谭东风，凌云翔．基于复杂网络的作战描述模型　信息对抗节点干扰蓝方１号节点；７号火力打击节　研究［Ｊ］．指挥控制与仿真，２００７，２９（４）：１２—１６．　点和４号信息对抗节点协同攻击蓝方５号指挥控　［５］王再奎，马亚平，周华任，等．复杂网络理论体系对抗作战　制节点。蓝方对红方的交战关系为：３号传感器节点　体系建模［Ｊ］．火力与指挥控制，２０１１，３６（８）：４０－－４２．　探测到红方节点；ｌ号信息对抗节点干扰红方３号　［６　Ｊ　Ｅｄｗａｒｄ　Ａ　Ｓ．Ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ，Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ，ａｎｄ　Ｅｆｆｅｃｔｓ—Ｂａｓｅｄ　节点；６号信息对抗节点干扰红方４号节点；４号火　Ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ　ｔｏ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｌ　Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｄｅｆｅｎｓｅ　力打击节点攻击红方７号节点。　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｐｒｅｓｓ，２００９．　［７］高隆昌．系统学原理［Ｍ］．北京：科学出版社，２００５．　４　结束语　［８］胡晓峰．战争复杂网络研究概述［Ｊ］＿复杂系统与复杂性　科学，２０１０，７（２）：２４—２８．　从系统演化的角度研究作战体系对抗模型，是　［９］宋启勋，廖兴禾，刘文博．“分布式网络化作战”理论特征　满足信息时代作战需求，深入理解体系对抗本质的　探析［Ｊ］．四川兵工学报，２００９，３０（９）：１０４—１０６．　迫切需要。本文建立的基于系统演化的作战体系对　［１０］卜先锦．军事组织协同的建模与分析［Ｍ］．北京：国防工　抗结构模型，考虑了作战体系内部各节点的相互关　业出版社，２００９．　系，突出了体系对抗过程，反映了作战体系通过调　［１　１］Ｃａｒｅｓ　Ｊ．Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ—　ｅ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓ　整链路实现力量重组的能力。事实上，本文的工作　ｏｆ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｃｅｎｔｒｉｅ　Ｗａｒｆａｒｅ，［Ｍ］．Ｎｅｗｐｏｒｔ：　只是概括性的定性分析，对演化规则、交战规则等　Ａｌｉｄａｄｅ　Ｐｒ　ｅｓｓ，２００５．　问题还需进一步深人研究。　［１２］鲍鲜鲲．基于复杂网络的作战同步建模与分析［Ｄ］．长　沙：国防科技大学，２００９．　（上接第９０页）　本误差随训练次数的增加都呈下降趋势，可知本文　真研究解决的。　选择的ｇａｕｓｓｍｆ隶属函数适合该评估过程中的模糊　化，符合系统对评估精度的要求。综上所述，可知　参考文献：　ＡＮＦＩＳ对样本的拟合效果很好，ＡＮＦＩＳ系统适用于　装备的技术状态评估。　［１］廖瑞金，王谦，骆思佳，等．基于模糊综合评判的电力变　压器运行状态评估模型［Ｊ］．电力系统自动化，２００８，３２　４　结　论　（３）：７０－７４．　本文将ＡＮＦＩＳ方法运用于以定性信息和定量　［２］魏迪．自适应神经—模糊推理系统在桥梁状态评估中　信息为输入信息的装备技术状态评估。ＡＮＦＩＳ方法　的应用［Ｄ］．杭州：浙江大学，２００７．　［３］陈刚，张为公，龚宗洋，等．基于证据理论和模糊神经网　是模糊推理与神经网络相结合的产物，分别吸收了　络的汽车换挡平顺性评估方法究［Ｊ］．汽车工程，２００９，３１　人工神经网络和模糊系统的优点，使之既有简单有　（４）：３０８—３１２．　效的模糊推理能力，又有学习和适应能力，提高了整　［４］张智星，孙春在，水谷英二．神经一模糊和软计算［Ｍ］．西　个网络系统的收敛速度和建模精度。　安：西安交通大学出版社，２０００．　由案例分析可知，ＡＮＦＩＳ能将评估经验、知识　［５］孙凯．装备技术状态评估预测与维修决策研究［Ｄ］．北　与技术状态定量指标相结合，在装备技术状态评估　京：装甲兵工程学院．２００９．　中具有较好的应用效果。但是，在输人参数较多时，　［６］吕海波，赵艳林，孔令伟，等泊适应模糊神经网络在膨胀　网络的运算量将呈指数级增长；同时，隶属函数分　土胀缩等级分类中的应用［Ｊ］．岩土力学，２００６，２７（６）：　９０９－９ｌ１．　布类型的确定仍依赖于主观经验，这是以后需要认　・９４・