基于“效率”的反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能評估方法

于德新，武志東，張 平

(海軍潛艇學(xué)院，青島 266042)

由于戰(zhàn)場環(huán)境的復(fù)雜性和不確定性，水面艦艇反艦作戰(zhàn)具有多變性和對抗性，反艦導(dǎo)彈的作戰(zhàn)效能評估問題正成為一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。由于在作戰(zhàn)仿真過程中，能夠?qū)ψ鲬?zhàn)過程進(jìn)行多次仿真推演，因此，通常將反艦導(dǎo)彈對目標(biāo)的毀傷概率或者在達(dá)成作戰(zhàn)任務(wù)的前提下需要消耗的導(dǎo)彈數(shù)量(即作戰(zhàn)成本)作為反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能的評估指標(biāo)，雖然這種方法較為簡單，但是不可避免地?fù)p失了反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)過程的各種信息，難以較為綜合全面地對作戰(zhàn)效能進(jìn)行評估。本文通過分析作戰(zhàn)過程中各種因素對反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能影響，逐步建立基于“效率”的作戰(zhàn)效能評估模型，最后實例分析其計算方法和步驟，旨在為反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能評估提供一種更加有效的途徑。

1 艦艇反艦作戰(zhàn)流程

水面艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)是由人、探測器材、指控系統(tǒng)和各型武器及發(fā)射裝置構(gòu)成的有機整體［1］。依據(jù)功能，可將該作戰(zhàn)系統(tǒng)分成四個子系統(tǒng):信息獲取系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)和火力打擊系統(tǒng)。其作戰(zhàn)過程為:目標(biāo)搜索探測、跟蹤識別、威脅判斷、攻防決策、武器發(fā)射和規(guī)避機動等環(huán)節(jié)，如圖1 所示。

由圖1 可見，反艦作戰(zhàn)是一個由信息獲取、信息融合進(jìn)行目標(biāo)識別、威脅判斷和攻防決策、實施對目標(biāo)艦艇攻擊和防御的過程。對水面艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)而言，系統(tǒng)輸入的是信息流，輸出的是能量流，信息流貫穿艦艇反艦作戰(zhàn)的全過程，引導(dǎo)能量流摧毀對方。從信息學(xué)的角度看，不管水面艦艇反艦作戰(zhàn)樣式如何演化，不管反艦作戰(zhàn)信息流向和信息網(wǎng)結(jié)構(gòu)如何演化，其作戰(zhàn)過程中始終貫穿著一個基本的信息流程，即信息獲取、信息處理、信息利用、信息分發(fā)和信息反饋的過程，而信息在獲取、傳輸和處理過程中各種不確定性為水面艦艇反艦作戰(zhàn)效能的發(fā)揮帶來了極大地困擾，以下圍繞不確定性進(jìn)行分析，以建立艦艇反艦作戰(zhàn)效能評估的“效率”指標(biāo)模型。

圖1 艦艇反艦作戰(zhàn)流程

2 艦艇反艦作戰(zhàn)效能評估模型

艦艇反艦作戰(zhàn)的復(fù)雜性和不確定性是艦艇反艦作戰(zhàn)效能難以衡量的主要原因，通過分析艦艇反艦作戰(zhàn)流程，我們認(rèn)為衡量艦艇反艦作戰(zhàn)的效能歸根結(jié)底就在于“效率”兩字，其根本出發(fā)點是不確定性，即減少目標(biāo)的不確定性，提高我方的確定性?！靶А标P(guān)乎效果，其核心是信息，信息的不確定性減少必然導(dǎo)致作戰(zhàn)效果確定性的增大，從而提高戰(zhàn)果;“率”關(guān)乎艦艇作戰(zhàn)的反應(yīng)速度，反應(yīng)速度越快，則敵可能采取的應(yīng)對必然不足，從而減少目標(biāo)的不確定性，提高我方的作戰(zhàn)效能。在艦艇反艦作戰(zhàn)實際中，信息流的獲取和分析非常復(fù)雜和困難，因為難以獲取真實的目標(biāo)信息進(jìn)行解算和比較，而在仿真中由于能夠獲取仿真中的目標(biāo)信息，因此可以獲得艦艇反艦作戰(zhàn)過程中的各種需要信息，例如目標(biāo)的運動要素，反艦武器的射擊諸元等，這些信息都可以作為艦艇反艦作戰(zhàn)效能評估的有效和重要的指標(biāo)，并且其顯然比單一的毀傷概率或者作戰(zhàn)成本指標(biāo)顯得更為具體和豐富。

2.1 艦艇反艦作戰(zhàn)過程中的不確定性

2.1.1 作戰(zhàn)目標(biāo)行動的不確定性

反艦作戰(zhàn)是一個不確定條件下的高度對抗的作戰(zhàn)過程。反艦作戰(zhàn)過程中，目標(biāo)是智能體，能夠利用環(huán)境的有利條件，隱蔽自身，針對艦艇不同行動而采取不同的對抗措施，或者采取規(guī)避措施逃脫艦艇的跟蹤，或者采用魚雷或者導(dǎo)彈攻擊艦艇目標(biāo)，甚至布設(shè)水雷阻滯艦艇的行動;當(dāng)艦艇發(fā)起攻擊時，目標(biāo)有可能進(jìn)行機動規(guī)避，有可能施放干擾器材，甚至還有可能發(fā)射武器干擾艦艇的攻擊行動，目標(biāo)作戰(zhàn)行動的不同，顯然會影響艦艇反艦作戰(zhàn)效能的高低，因此減少作戰(zhàn)目標(biāo)行動的不確定性，就可以使艦艇有針對性地采取作戰(zhàn)措施，提高艦艇反艦作戰(zhàn)效能。實際上，作戰(zhàn)目標(biāo)行動的不確定性本質(zhì)是對目標(biāo)作戰(zhàn)行動的理解和預(yù)測，是指揮員根據(jù)獲取的戰(zhàn)場方面信息，對目標(biāo)意圖進(jìn)行綜合判斷的問題。

2.1.2 作戰(zhàn)信息獲取和處理的不確定性

艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)是一個開放系統(tǒng)，系統(tǒng)發(fā)揮自身的功能主要靠從環(huán)境和其它系統(tǒng)交換信息、物質(zhì)和能量。艦艇反艦作戰(zhàn)過程中，探測系統(tǒng)要發(fā)揮自身的功能，主要是從環(huán)境中獲取敵方目標(biāo)的信息，隨后利用目標(biāo)信息融合處理獲得武器發(fā)射可用的射擊諸元信息，在這個過程中，信息的不確定性越小，則艦艇作戰(zhàn)決策行動的把握越大，艦艇的作戰(zhàn)效能越高。由于在仿真中，對于每一次仿真運行，通常目標(biāo)信息的真實值是可以獲得的，我們可以將其分解為信息準(zhǔn)確性、信息相關(guān)性和信息完備性等幾個指標(biāo)，提高信息不確定性衡量的可操作性。例如信息準(zhǔn)確性就是指任務(wù)區(qū)域內(nèi)戰(zhàn)場態(tài)勢感知和計算中目標(biāo)要素屬性與真實目標(biāo)要素屬性相吻合的程度，其包含了測量準(zhǔn)確性指標(biāo)、融合準(zhǔn)確性指標(biāo)和武器發(fā)控準(zhǔn)確性指標(biāo)，測量準(zhǔn)確性是對艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)傳感器原始測量信息的準(zhǔn)確性度量，融合準(zhǔn)確性指標(biāo)是艦艇指控系統(tǒng)對信息融合后準(zhǔn)確性的度量，而武器發(fā)控準(zhǔn)確性指標(biāo)是艦艇武器射擊諸元的準(zhǔn)確性度量，三者對于信息質(zhì)量的度量都有十分重要的作用［2］。

2. 1. 3 作戰(zhàn)行動執(zhí)行的不確定性

在實際的艦艇反艦作戰(zhàn)中，由于不可避免地受到環(huán)境因素、人員的訓(xùn)練水平和人員心理因素等諸多因素的影響，作戰(zhàn)命令并不能得到完全有效的執(zhí)行，受艦艇指揮員和操作員實際水平的影響，即使是艦艇執(zhí)行同一反艦作戰(zhàn)任務(wù)，不同艦艇指揮員的戰(zhàn)術(shù)行動也會有所差異，而艦員執(zhí)行命令的反應(yīng)速度也會有所差異，這些都影響實際艦艇反艦作戰(zhàn)任務(wù)的完成。因此，艦艇反艦作戰(zhàn)行動的不確定性，可以用于表征艦艇的作戰(zhàn)水平的高低和作戰(zhàn)能力的大小。艦艇指揮員對面臨的各種情況進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，反應(yīng)迅速，措施得當(dāng)，各戰(zhàn)位的執(zhí)行人員能根據(jù)命令迅速采取操作行動，則艦艇作戰(zhàn)行動的不確定性就越小，就能夠立即進(jìn)入有序的狀態(tài)。否則，艦艇作戰(zhàn)行動的不確定性越大，作戰(zhàn)行動越無序，就有可能是指揮忙亂，艦員反應(yīng)慢，操作不熟練，執(zhí)行命令拖沓，遲遲不能按照指揮員的意愿進(jìn)行機動和使用武器，降低了艦艇反艦作戰(zhàn)效能。

2.1.4 武器發(fā)射使用的不確定性

艦艇發(fā)射武器后，武器按照所設(shè)定的射擊諸元進(jìn)行目標(biāo)的搜索、發(fā)現(xiàn)和攻擊，由于武器裝備的性能以及環(huán)境的影響，例如陀螺導(dǎo)航精度隨時間的漂移和風(fēng)、流等因素的影響，導(dǎo)致武器發(fā)射出去后會出現(xiàn)一定的航向散布和航程散布，影響武器搜索發(fā)現(xiàn)和攻擊目標(biāo)的達(dá)成，武器發(fā)射出去后有可能發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并摧毀目標(biāo)，也可能丟失目標(biāo);射擊諸元和作戰(zhàn)目標(biāo)的行動措施也會影響到武器發(fā)射使用的不確定性，很明顯，射擊諸元要素解算越準(zhǔn)確，武器發(fā)射使用的不確定性越小，則武器發(fā)射出去后毀傷目標(biāo)，達(dá)到既定作戰(zhàn)效果的可能性越大，艦艇反艦作戰(zhàn)的效能越高。此外，艦艇反艦作戰(zhàn)中目標(biāo)行動的不確定性和艦艇作戰(zhàn)過程中作戰(zhàn)信息融合處理的不確定性、作戰(zhàn)行動的不確定性與武器發(fā)射的不確定性并不是相互割裂獨立的，而是相互影響，并且人、環(huán)境和裝備的因素貫穿各種不確定性中間。

2.2 艦艇作戰(zhàn)反應(yīng)時間

現(xiàn)代水面艦艇反艦作戰(zhàn)中，目標(biāo)信息流經(jīng)過艦載作戰(zhàn)系統(tǒng)中傳感器系統(tǒng)、指控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、武器系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)之間需要一定的時間，從而形成了艦艇反艦作戰(zhàn)的反應(yīng)時間。反應(yīng)時間過長，會引起作戰(zhàn)決策生成時刻決策效用的降低，影響到艦艇反艦作戰(zhàn)的效能。按照艦艇反艦作戰(zhàn)過程，艦艇反艦作戰(zhàn)反應(yīng)時間可以分為以下幾部分:

發(fā)現(xiàn)時間Tf:水面艦艇通過傳感器發(fā)現(xiàn)目標(biāo)或者上級目標(biāo)指示獲得目標(biāo)信息的時間。在編隊條件下，當(dāng)編隊中任一個成員發(fā)現(xiàn)目標(biāo)艦艇應(yīng)當(dāng)?shù)韧谡麄€編隊發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，這對于全體艦艇編隊成員而言無疑于擴大了探測范圍縮短了發(fā)現(xiàn)時間。

有效等待時間Tl:當(dāng)艦艇所屬編隊發(fā)現(xiàn)目標(biāo)艦艇后，必然充分利用編隊可共享的信息處理和決策生成資源，在編隊范圍內(nèi)進(jìn)行對目標(biāo)運動要素解算、做出攻擊決策和分配攻擊任務(wù)，這些步驟構(gòu)成了編隊有效等待過程。

攻擊準(zhǔn)備時間Tb:當(dāng)艦艇接受指揮艦的任務(wù)決策后，艦艇成員將進(jìn)行反艦導(dǎo)彈武器備便，同時依據(jù)當(dāng)前敵我態(tài)勢進(jìn)行占位機動、火力分配和導(dǎo)彈航路規(guī)劃，這兩項工作可以并行完成，而總耗時就是編隊成員準(zhǔn)備時間。

武器發(fā)射Ts:艦載反艦武器發(fā)射時間指從武器備便結(jié)束到武器發(fā)射所需時間。一般這個時間量比較小，主要涉及武器參數(shù)的裝定。

則艦艇反艦作戰(zhàn)反應(yīng)時間為發(fā)現(xiàn)時間、有效等待時間、攻擊準(zhǔn)備時間和反艦導(dǎo)彈發(fā)射時間之和，即

其中發(fā)現(xiàn)時間Tf是艦艇所屬編隊中各成員發(fā)現(xiàn)時間的最小值;有效等待時間Tl體現(xiàn)了艦艇編隊指揮決策的特點，編隊信息協(xié)作程度越高則編隊解算和生成攻擊決策的耗時就越少;準(zhǔn)備攻擊時間Tb中的攻擊占位時間采用的是艦艇接近到反艦導(dǎo)彈武器有效射程的最短時間，對于武器發(fā)射后命中目標(biāo)時間，其與武器裝備性能、武器彈道方式和發(fā)射前的作戰(zhàn)態(tài)勢有關(guān)，而與艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)不再關(guān)聯(lián)，因此無需計入。

2.3 艦艇反艦作戰(zhàn)效能評估的“效率”指標(biāo)

以“效率”為核心的艦艇反艦作戰(zhàn)效能度量中，信息質(zhì)量和反應(yīng)時間是度量的兩方面，兩者都能從不同的角度反映艦艇反艦作戰(zhàn)效能的大小，很顯然信息質(zhì)量越高，反應(yīng)時間越短，則艦艇反艦作戰(zhàn)效能越高。但是信息質(zhì)量與反應(yīng)時間兩者之間卻不是相互獨立，而是緊密聯(lián)系，作戰(zhàn)反應(yīng)時間的長短會影響信息質(zhì)量的高低，以效率為核心衡量艦艇反艦作戰(zhàn)效能，就應(yīng)該將這兩方面聯(lián)系起來，進(jìn)行合理分析，其表達(dá)式如下:

其中Q 表示艦艇反艦作戰(zhàn)的信息質(zhì)量，T 表示艦艇反艦作戰(zhàn)的反應(yīng)時間。信息質(zhì)量Q 可以按照上文，根據(jù)信息的準(zhǔn)確性、完備性和相關(guān)性幾個方面進(jìn)行綜合評估，反應(yīng)時間按照公式(1)計算。度量所有信息的質(zhì)量非常復(fù)雜，一個較為簡單的方法是取武器發(fā)射控制的信息準(zhǔn)確性作為信息質(zhì)量與反應(yīng)時間進(jìn)行比較。這是因為通常艦艇反艦作戰(zhàn)最為關(guān)心的就是反艦導(dǎo)彈發(fā)射后能否命中目標(biāo)的問題，反艦導(dǎo)彈命中概率與射擊諸元、武器自身技術(shù)性能以及作戰(zhàn)環(huán)境有關(guān)，由于射擊諸元計算環(huán)節(jié)在指控系統(tǒng)要素解算之后和武器發(fā)射之前，因此取武器射擊諸元作為信息質(zhì)量計算效率以衡量艦艇反艦作戰(zhàn)效能，能夠綜合考慮艦艇發(fā)現(xiàn)目標(biāo)、攻擊目標(biāo)的能力以及對目標(biāo)毀傷能力的大小，并結(jié)合了作戰(zhàn)反應(yīng)時間，易于判斷和掌握。

當(dāng)艦艇通過信息融合處理得到目標(biāo)艦艇要素后，可以根據(jù)反艦導(dǎo)彈型號和攻擊方式，進(jìn)行反艦導(dǎo)彈發(fā)射前的射擊諸元解算，反艦導(dǎo)彈型號的選擇和攻擊方式的確定與當(dāng)前的敵我態(tài)勢和戰(zhàn)場環(huán)境有關(guān)，簡化起見以前置點攻擊方法［3］作為反艦導(dǎo)彈攻擊方式，則反艦導(dǎo)彈發(fā)射航向HL和所需航程DL為:

其中VQ和HQ為目標(biāo)的航速和航向;B 和D 分別為目標(biāo)的方位和距離。由于反艦導(dǎo)彈的航程通常取武器極限射程，因此導(dǎo)彈武器的發(fā)射航向成為射擊諸元最為重要的指標(biāo)，仿真中由于能夠獲取目標(biāo)信息的真值參與評估運算，因此可以按照上式計算真實的武器射擊諸元值，從而較為便捷地評估武器射擊諸元信息的信息質(zhì)量并計算效率值。

3 模型分析和計算

計算反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能指標(biāo)通常采取以下步驟:

①開始采樣時刻T1

采樣的開始時刻取指控系統(tǒng)解算目標(biāo)運動要素后且滿足武器發(fā)射條件的時刻，實際上只有此時才開始計算武器的射擊諸元，在不滿足武器發(fā)射條件之前的計算沒有意義。在到達(dá)開始采樣時間后，系統(tǒng)獲取武器射擊諸元信息(例如反艦導(dǎo)彈的射向、航程，通常取最為關(guān)鍵的射向)，并根據(jù)目標(biāo)位置和運動要素的真值信息和艦艇的運動要素信息，計算理想的無偏差的武器射擊諸元，反應(yīng)時間取武器發(fā)射之前的時間之和。

②結(jié)束采樣時刻T2

采樣的結(jié)束時刻取武器發(fā)射的時刻，武器發(fā)射出去后能否命中目標(biāo)與射擊諸元和武器性能有關(guān)系，由于武器的戰(zhàn)技性能在艦艇反艦作戰(zhàn)時是無法控制的，能夠把握的只有根據(jù)武器戰(zhàn)技性能計算的武器射擊諸元，因此取武器發(fā)射時刻為采樣的結(jié)束時間。

③武器射擊諸元信息的質(zhì)量Q

取采樣得到多個武器射擊諸元采樣值與真值進(jìn)行比較，計算兩者的距離則信息質(zhì)量為因此為了提高射擊諸元信息質(zhì)量評估的準(zhǔn)確性，應(yīng)適當(dāng)減小采樣時間間隔，以取得盡可能多的采樣信息進(jìn)行比較。

④計算效率E

取反應(yīng)時間為武器發(fā)射之前的時間之和，計算效率E=Q/T的大小。仿真從艦艇可以發(fā)射反艦導(dǎo)彈時刻起對射向要素進(jìn)行采樣，獲得射向與真實射向的偏差，其中采樣間隔時間為30 秒，反艦導(dǎo)彈按前置點攻擊方法發(fā)射，圖2 對一定態(tài)勢下艦艇反艦作戰(zhàn)仿真中的導(dǎo)彈射向偏差的采樣進(jìn)行了說明，可見反艦導(dǎo)彈射向的偏差隨著時間的增大而逐漸減小。

圖2 一次采樣中的射向誤差

圖2中的采樣點大約為10 個，采樣時間大約為600 秒，該時間持續(xù)較長，這是因為對艦艇反艦導(dǎo)彈發(fā)射進(jìn)行了干預(yù)的緣故，實際中射向要素的采集時間可能很短，其時間大小與具體的仿真態(tài)勢有關(guān)，通常可以減小采樣時間的間隔，或者對艦艇武器使用進(jìn)行干預(yù)，以獲取需要的射向要素偏差，進(jìn)而得到效率值。圖3是某一態(tài)勢下，按照不同的仿真次數(shù)，采樣獲得的武器射向誤差與時間的比較值，即效率值，并且對于效率值，作戰(zhàn)態(tài)勢的不同和艦艇反艦作戰(zhàn)行動方法的不同，都可能導(dǎo)致效率值的變化。通過多次仿真就可以建立艦艇反艦作戰(zhàn)的效率表，從而每次仿真結(jié)束后，都可以將此次仿真的效率與此前專家認(rèn)可的戰(zhàn)法戰(zhàn)術(shù)下的反艦作戰(zhàn)仿真的效率值進(jìn)行比較，以評估此次仿真的反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能和檢驗反艦戰(zhàn)法戰(zhàn)術(shù)的效能。較為理想的是通過多次仿真實驗建立艦艇反艦作戰(zhàn)效能的效率指標(biāo)數(shù)據(jù)庫，得到不同作戰(zhàn)態(tài)勢、戰(zhàn)法戰(zhàn)術(shù)、環(huán)境和武器參數(shù)以及不同命中概率下的效率最小值、最大值和平均值，并將其作為閾值，通過與當(dāng)前仿真效率指標(biāo)的比對，評估當(dāng)前仿真條件下的艦艇反艦作戰(zhàn)效能，甚至還可以在仿真進(jìn)行時通過效率指標(biāo)的比對預(yù)測此次仿真的戰(zhàn)果。

圖3 不同仿真次數(shù)下效率值

4 結(jié)束語

本文從艦艇反艦作戰(zhàn)的實際過程入手，建立了反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能評估的“效率”指標(biāo)模型，給出了“效率”指標(biāo)計算的使用方法并進(jìn)行了仿真計算。由于“效率”指標(biāo)不僅反映了信息的準(zhǔn)確性即不確定性的大小，還反映了艦艇反艦作戰(zhàn)速度的快慢，因此本文所建立的“效率”指標(biāo)不僅能讓人關(guān)注于作戰(zhàn)的結(jié)果，還可以讓人關(guān)注于作戰(zhàn)的過程，并能夠研究作戰(zhàn)環(huán)節(jié)或細(xì)節(jié)對整體作戰(zhàn)效能的影響，相對僅采用命中概率和作戰(zhàn)成本作為艦艇反艦作戰(zhàn)效能的傳統(tǒng)方法“效率”指標(biāo)顯得更為科學(xué)，為艦艇反艦作戰(zhàn)仿真和實際中的效能評估提供了有益思路。

［1］譚安勝.水面艦艇編隊作戰(zhàn)運籌分析［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2009.

［2］陳立新，殷興良，陳萬春. 網(wǎng)絡(luò)中心化作戰(zhàn)體系信息域效能分析［J］.系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2004，26(7):918 -920.

［3］趙正業(yè)，王冰.潛艇武器系統(tǒng)運用基礎(chǔ)理論［M］.北京:兵器工業(yè)出版社，2002.

［4］金斌，宋貴寶，袁洪武. 面向效能評估的反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)仿真模型框架［J］. 海軍航空工程學(xué)院學(xué)報，2011(4):453-456.