艦艇編隊功能反潛體系的構建與評估

趙緒明，葛先軍，劉 倩

（1．海軍軍事學術研究所，北京 100841；2．海軍航空工程學院科研部，山東 煙臺 264001）

艦艇編隊反潛體系是海上艦艇編隊為防御潛艇或有效對潛攻擊，按照一定準則和結構，通過內部協(xié)調和外部調整，構成的包括艦艇編隊及其他一切可以利用的反潛兵力、能夠實施體系反潛作戰(zhàn)的組織系統(tǒng)。信息化條件下，按照作戰(zhàn)單元、作戰(zhàn)要素以及實體結構的不同，艦艇編隊反潛體系可劃分為結構和功能2 類體系。其中，結構體系是根據(jù)單元合成的原則，按空間上距離核心艦船的遠近對平臺進行的劃分，體現(xiàn)平臺空間配置的層次性；功能體系是按照設備在作戰(zhàn)中的功能進行的劃分，體現(xiàn)設備在反潛運用中的差異性。2 種反潛體系是從結構和功能不同角度對同一事物的認識和理解，是外形與內涵的關系。

1 艦艇編隊功能反潛體系的基本構成及各部分間關系

1.1 艦艇編隊功能反潛體系的基本構成

信息化條件下，通過信息網(wǎng)絡的連接功能，艦艇編隊所有探測裝置和武器系統(tǒng)組成以指揮控制為核心的反潛網(wǎng)絡，促進不同系統(tǒng)和平臺的資源共享，實現(xiàn)功能體系從對潛搜索到火力打擊的一體化。一個完整的作戰(zhàn)環(huán)節(jié)包括預警探測、情報偵察、目標識別、信息傳輸、指揮控制、信息對抗、遠程目指、火力打擊、作戰(zhàn)評估等要素。對艦艇編隊的反潛戰(zhàn)而言，發(fā)現(xiàn)潛艇是關鍵，做出決策是核心，實施打擊(或規(guī)避)是目的。鑒于此3 方面的重要作用，根據(jù)功能聚合原理，可把功能反潛體系中的作戰(zhàn)要素聚合為探潛、指揮控制和攻潛3 個子系統(tǒng)。其中，探潛子系統(tǒng)由所有能被艦艇編隊利用的編隊內部和外部探潛器材組成，是海上艦艇編隊獲取敵潛艇信息的重要組成部分。各類探潛器材通過信息網(wǎng)絡連接，能夠共享探測信息，融合已掌握的反潛兵力信息，共同獲得完整的反潛綜合信息，全維感知反潛戰(zhàn)場，取得信息優(yōu)勢，從而在反潛過程中，取得對潛作戰(zhàn)決策優(yōu)勢，在攻潛行動中實現(xiàn)火力打擊優(yōu)勢；指揮控制子系統(tǒng)利用信息網(wǎng)絡，把所有分布于陸?？仗於嗑S空間的、可被編隊所用的指揮控制系統(tǒng)連接成一個整體，實現(xiàn)各反潛平臺的指揮控制一體化；攻潛子系統(tǒng)主要完成對敵潛艇的攻擊，是傳統(tǒng)指揮控制系統(tǒng)中的殺傷部分，它通過信息網(wǎng)絡將所有編隊可運用的各種武器系統(tǒng)連接為一體，對潛艇進行精確火力打擊，包括硬殺傷和軟殺傷以及與精確打擊密切相關的主導機動、全維防護、聚焦后勤保障和作戰(zhàn)效果評估，進而獲得作戰(zhàn)優(yōu)勢。這種確定功能反潛體系的方法，包括了“偵—控—打—評”反潛作戰(zhàn)周期，能夠對反潛體系構建和體系反潛作戰(zhàn)起指導作用。

1.2 艦艇編隊功能反潛體系各子系統(tǒng)間的關系結構

功能反潛體系各子系統(tǒng)中，指揮控制子系統(tǒng)是核心，信息網(wǎng)絡是基礎，搜潛和攻潛子系統(tǒng)是體系反潛的根本手段。搜潛子系統(tǒng)與指揮控制子系統(tǒng)可以組成傳感器子系統(tǒng)，攻潛子系統(tǒng)與指揮控制子系統(tǒng)可以組成交戰(zhàn)子系統(tǒng)，指揮控制子系統(tǒng)可以與信息網(wǎng)絡合并形成更廣意義上的信息系統(tǒng)。[1]功能反潛體系結構如圖1 所示。

圖1 功能體系網(wǎng)絡結構

搜潛子系統(tǒng)由各種傳感器構成，是反潛作戰(zhàn)體系運行中的信息采集源，它的運行結果決定著反潛體系后續(xù)的行動方式和運行強度。搜潛子系統(tǒng)將目標原始信息傳輸?shù)街笓]控制子系統(tǒng)進行信息處理，指揮員對目標進行判斷，確定下一步決心。

指揮控制子系統(tǒng)主要接收搜潛子系統(tǒng)傳來的信息，經系統(tǒng)分析處理融合后生成融合信息傳送給攻潛子系統(tǒng)，艦艇編隊反潛戰(zhàn)指揮員還要通過指揮控制子系統(tǒng)對分布于多維空間中的各反潛兵力和火力系統(tǒng)實施指揮控制，同時，指揮控制系統(tǒng)還負責與其他作戰(zhàn)體系的協(xié)調，以便在更高層次上形成更大的作戰(zhàn)系統(tǒng)。

攻潛子系統(tǒng)由反潛平臺上的武器系統(tǒng)或機動反潛兵力組成，它接收指揮控制系統(tǒng)中的信息，也可以在特殊情況下直接接收搜潛子系統(tǒng)中的目標信息。在對潛攻擊后，攻潛子系統(tǒng)向指揮控制系統(tǒng)實時反饋反潛攻擊效果等。

2 艦艇編隊功能反潛體系的構建

上述分析可見，功能反潛體系實質上是通過信息網(wǎng)絡，將各反潛要素按功能一致的原則進行無縫鏈接而形成的一體化作戰(zhàn)體系。這里的鏈接包括2層含義：一是將功能相近的要素進行鏈接，形成統(tǒng)一的功能網(wǎng)絡；二是將各種網(wǎng)絡進行鏈接，形成一體化的作戰(zhàn)體系。[2]

2.1 構建艦艇編隊功能反潛體系的基本要求

通過信息和信息網(wǎng)絡，艦艇編隊能夠充分發(fā)揮編隊內所有搜潛系統(tǒng)和攻潛系統(tǒng)的優(yōu)勢，使每一個反潛戰(zhàn)平臺都能夠利用這些優(yōu)勢，從而極大地提高編隊反潛作戰(zhàn)能力。其基本能力需求為：一是能夠實現(xiàn)信息共享，編隊內任一個反潛平臺都能將各自搜潛系統(tǒng)搜索到的目標信息以及融合處理過的信息實時地向編隊內其他所有平臺傳送，使信息能夠達到實時共享；二是能夠實現(xiàn)資源共享，功能反潛體系的指揮控制是資源級的，它打破了平臺的界限，實現(xiàn)反潛資源的共享；三是能夠科學分配目標，能夠根據(jù)目標信息以及編隊內不同兵力的時空態(tài)勢及其裝備的不同功能，選擇不同的兵力分別對目標實施搜索、跟蹤和攻擊。因此，構建信息化條件下功能反潛體系，應根據(jù)信息化條件下編隊反潛作戰(zhàn)的特點，不但要最大限度地體現(xiàn)出兵力優(yōu)勢、信息優(yōu)勢、決策優(yōu)勢和火力優(yōu)勢，還要結合現(xiàn)狀及可能的發(fā)展，體現(xiàn)出特色優(yōu)勢。

2.2 構建艦艇編隊功能反潛體系的基本原則

根據(jù)艦艇編隊反潛體系的特點，構建信息化條件下艦艇編隊功能反潛體系應遵循以下原則：一要突出信息主導，把提高艦艇編隊的信息化水平貫穿于反潛體系建設全局，特別要抓住信息網(wǎng)絡建設，圍繞信息網(wǎng)絡配置資源、部署兵力，抓好偵察預警、指揮控制、信息傳輸、信息對抗、信息保障等手段建設，著力解決對水下戰(zhàn)場透明度差的問題；二要突出體系建設，從頂層、概念上把艦艇編隊反潛作戰(zhàn)的兵力構成、兵力配置、配套器材建設等論證清楚、分析透徹，做好整體籌劃，為具體的建設制定宏觀指導和現(xiàn)實依據(jù)；三要突出深度融合反潛，把海上艦艇編隊反潛體系放在更大的系統(tǒng)之中，注重與其他兵力、其他體系的聯(lián)合，特別要注重與艦艇編隊防空、反艦等作戰(zhàn)體系的聯(lián)合，注重加強與海上其他兵力集團的聯(lián)合，加強與空基、天基信息系統(tǒng)聯(lián)合，加強與陸岸其他軍兵種的聯(lián)合，形成作戰(zhàn)態(tài)勢共享、作戰(zhàn)優(yōu)勢互補的戰(zhàn)略反潛體系；四要突出攻防一體，注重攻勢力量建設，加強進攻方面的兵力配置，形成攻防一體的作戰(zhàn)體系。[3]

2.3 艦艇編隊功能反潛體系的基本構建

應按照艦艇編隊功能反潛體系的基本要求和基本原則，構建由信息網(wǎng)絡、探潛子系統(tǒng)、指揮控制子系統(tǒng)、攻潛子系統(tǒng)組成的各部分間無縫鏈接的一體化反潛體系。探潛子系統(tǒng)，應著重提高結構性作戰(zhàn)能力，按照統(tǒng)一的技術體制、標準和規(guī)范，利用有線和無線連接手段，將各類傳感器融為一體，形成一個完整的對潛探測網(wǎng)絡，從而使作戰(zhàn)體系各構成要素間的關聯(lián)性發(fā)生質的躍升；探潛子系統(tǒng)建設，必須依靠信息網(wǎng)絡的聯(lián)通性和整合性，將各傳感器鏈接一起，使它們發(fā)生密切關聯(lián)，從而打破傳統(tǒng)的依靠“樹狀”指揮體制機制和離散、單一的信息手段構建的輻射式、松散型結構，形成內聚式、緊湊型新型對潛探測網(wǎng)絡，從根本上改變各類傳感器相互關系松散的局面，使探潛子系統(tǒng)具有強大的結構性作戰(zhàn)能力。指揮控制子系統(tǒng)，應在提高單艦指揮控制系統(tǒng)的基礎上，加強編隊指揮系統(tǒng)和群指揮控制系統(tǒng)建設，提高其相互鉸鏈水平，形成主系統(tǒng)為核心、多系統(tǒng)一體、互聯(lián)并行的分布式指揮控制子系統(tǒng)。攻潛系統(tǒng)，一方面要通過信息網(wǎng)絡，實現(xiàn)各攻潛武器系統(tǒng)的互聯(lián)互通；另一方面，注重攻潛武器系統(tǒng)和魚雷防御武器系統(tǒng)技戰(zhàn)術性能提高，由點能力的提升轉化為整體性能的躍升。信息網(wǎng)絡，應重點加強?？找惑w化信息網(wǎng)絡建設、推進武器協(xié)同數(shù)據(jù)鏈建設、加強潛艇信息網(wǎng)絡建設等，為整個體系中的各個結點提供通信支持。

3 基于質量轉換的艦艇編隊功能反潛體系能力分析

功能反潛體系在反潛作戰(zhàn)中的工作過程，實質是質量轉換的過程。探潛子系統(tǒng)實際上是信息質量的轉換過程，即獲取戰(zhàn)場客觀信息并轉換成戰(zhàn)場綜合態(tài)勢圖的過程；指揮控制子系統(tǒng)實際上是決策質量的轉換過程，即將探潛子系統(tǒng)獲得的戰(zhàn)場綜合態(tài)勢圖及時有效地轉換成對戰(zhàn)場的態(tài)勢感知和形成決策命令的過程；攻潛子系統(tǒng)實際上是行動質量的轉換過程，即將決策命令及時有效執(zhí)行的過程。[4]可見，信息貫穿于全過程，實現(xiàn)了信息質量轉換、決策質量轉換和行動質量轉換，功能體系質量轉換框圖見圖2。其中，T(?)代表數(shù)學轉換函數(shù)；F0,… ,F4代表變量參數(shù)；A代表攻潛變量參數(shù)。

圖2 功能體系質量轉換框圖

3.1 信息網(wǎng)絡能力分析模型

表征信息網(wǎng)絡的主要指標是信息傳遞能力，即收信端能夠準確無誤地接收到發(fā)信端發(fā)送過來的信息的能力，一般用信息接收概率來度量。影響信息網(wǎng)絡完備性指標的因素主要包括信道鏈路性能狀態(tài)，以及網(wǎng)絡結構的規(guī)劃布置和通信終端的工作穩(wěn)定性等。[5]

圖3 給出了信息融合中心分別向3 個用戶分發(fā)信息的網(wǎng)絡結構圖。假定發(fā)信端t時刻向第iU個收信端發(fā)送信息時的連通概率為Pt(Ui)，在向收信端Ui發(fā)送信息時可選信道鏈路連通概率為Pj，共有k條可選信道鏈路，則發(fā)信端到收信端iU之間的信息網(wǎng)絡連通概率可以表示為

整個網(wǎng)絡的信息傳輸能力可以用t時刻收信端和發(fā)信端的連通概率之積表示：

式中，n為收信端總數(shù)。

圖3 通信網(wǎng)絡拓撲結構圖

3.2 探潛子系統(tǒng)能力分析模型

探潛子系統(tǒng)的能力度量指標一般用探測概率來表征。傳感器探測目標的概率模型可根據(jù)作戰(zhàn)使用的不同傳感器材確定。

1)聲納浮標搜索概率模型：

式(3)中：dσ為浮標的作用距離；tσ為浮標工作持續(xù)時間；Nσ為進行警戒的浮標數(shù)；pu為浮標運行正常的概率；pk為接觸概率。

2)吊放聲納搜索概率模型：[6]

式(4)中：dd為吊放聲納的作用距離；Nj為反潛數(shù)量；Pj為吊放聲納與潛艇目標接觸概率；Tz為搜索周期。

3)磁探儀搜索概率模型：[7]

式(5)中：Wd為一架飛機搜索帶寬度；vf為飛機搜索速度；T為搜索時間；Pc為磁探儀發(fā)現(xiàn)潛艇目標概率；Pfs為聲納浮標發(fā)現(xiàn)潛艇目標概率。

4)艦載聲納搜索概率模型：

式(6)中：vs為水面艦艇搜索速度；ds為艦載聲納作用距離。

3.3 指揮控制子系統(tǒng)能力分析模型

指揮控制子系統(tǒng)主要完成信息處理、戰(zhàn)場態(tài)勢感知、輔助決策等功能，其核心目標是將探潛子系統(tǒng)獲取的信息優(yōu)勢轉化為決策優(yōu)勢，從而獲得整個作戰(zhàn)過程的最佳反潛效果。指揮控制子系統(tǒng)的能力模型為

式中：Pz1為信息處理能力模型；Pz2為輔助決策效能模型。

1)指揮控制子系統(tǒng)信息處理能力模型。信息處理包括對多路信息的處理和多種信息的融合2 個步驟，其目的就是要充分利用分散在不同區(qū)域的傳感器的多種優(yōu)勢，在保持對目標探測的準確性和實時性的同時，所有作戰(zhàn)實體共享來自每個傳感器的探測結果[8]。指揮控制子系統(tǒng)信息處理能力，主要用于表征指揮控制子系統(tǒng)對反潛體系所探測到的目標信息的綜合處理能力。

系統(tǒng)對第i個信息源的信息處理效率表示為

式中：a表示指揮控制子系統(tǒng)的信息處理能力；β表示指揮控制系統(tǒng)的信息處理準確度；0＜a+b≤ 1表示信息處理能力的最大值。

假設存在N個情報源，cc表示在中央處理設備上處理的同樣數(shù)值，則由可靠性理論可以得到指揮控制子系統(tǒng)信息處理能力模型：

2)指揮控制子系統(tǒng)輔助決策效能模型。指揮系統(tǒng)的輔助態(tài)勢感知與決策能力與指揮系統(tǒng)的算法、有效狀態(tài)、服務容量、服務質量及其具有的知識庫容量等因素有關，其效能模型為

由此可得指揮控制子系統(tǒng)的能力模型：

3.4 攻潛子系統(tǒng)能力分析模型

艦艇編隊功能體系攻潛子系統(tǒng)的核心目的就是將決策優(yōu)勢轉化為行動優(yōu)勢，從而實現(xiàn)整個反潛作戰(zhàn)全過程的最佳反潛效果。在共享信息優(yōu)勢和決策優(yōu)勢的基礎上，攻潛子系統(tǒng)執(zhí)行指揮控制系統(tǒng)形成的決策命令，對潛艇目標實施有效打擊。攻潛子系統(tǒng)主要體現(xiàn)艦艇編隊功能體系對潛艇目標的攻擊效果，它積累了信息轉換質量和決策轉換質量，是反潛作戰(zhàn)“偵—控—打—評”的首輪對抗結束和下一輪循環(huán)的起點[9]。艦艇編隊功能反潛體系攻潛子系統(tǒng)質量轉換如圖4 所示。

圖4 攻潛子系統(tǒng)質量轉換框圖

在攻潛子系統(tǒng)中，可以用T(?)來描述行動在質量轉換過程中的指標變化，它體現(xiàn)了戰(zhàn)場感知態(tài)勢中目標的種類及數(shù)量與戰(zhàn)場客觀態(tài)勢相吻合的程度，可以從概率角度對其進行度量，從而得到用概率鏈來描述的攻潛子系統(tǒng)行動指標：

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