基于Petri網(wǎng)的電子對抗作戰(zhàn)指控系統(tǒng)建模分析

陶玉犇，劉雅奇，何 凡

（1.電子工程學院，合肥 230037，2.中國洛陽電子裝備試驗中心，河南 洛陽 471003）

基于Petri網(wǎng)的電子對抗作戰(zhàn)指控系統(tǒng)建模分析

陶玉犇1，劉雅奇1，何 凡2

（1.電子工程學院，合肥 230037，2.中國洛陽電子裝備試驗中心，河南 洛陽 471003）

針對電子對抗作戰(zhàn)指控系統(tǒng)建模的現(xiàn)實需求，在分析電子對抗作戰(zhàn)過程及其信息流程的基礎上，運用Petri網(wǎng)建立了電子對抗作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)的模型，并依據(jù)相關理論分析了所建Petri網(wǎng)模型的動態(tài)特性。結果表明：運用Petri網(wǎng)技術建模能較為準確、有效地反映電子對抗作戰(zhàn)的指揮控制流程，通過對所建模型動態(tài)特性的深入分析與研究，能找出影響系統(tǒng)效能的關鍵因素，并得出有益的結論，為下一步評價、完善電子對抗作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)提供了參考。

電子對抗作戰(zhàn)，指揮控制系統(tǒng)，Petri網(wǎng)

0 引言

作為電子對抗作戰(zhàn)系統(tǒng)的樞紐構件，電子對抗作戰(zhàn)指控系統(tǒng)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)揮著日益重要的作用。建立電子對抗作戰(zhàn)指控系統(tǒng)模型是開展電子對抗作戰(zhàn)指揮的客觀需要，只有通過科學的建模才能實現(xiàn)對指控系統(tǒng)的深入分析與了解。此外，通過考察指控系統(tǒng)的靜態(tài)、動態(tài)特征，更能實現(xiàn)對其性能的評價與優(yōu)化。

Petri網(wǎng)以形式的步驟和嚴格的理論作為系統(tǒng)分析的基礎，能很好地描述、分析離散事件系統(tǒng)（DES）的沖突、并發(fā)、共享資源和優(yōu)先權等特性，已被廣泛應用到指控系統(tǒng)的建模之中。經(jīng)過多年的發(fā)展，已產(chǎn)生多種改進型的Petri網(wǎng)，如有色Petri網(wǎng)、隨機Petri網(wǎng)等。

本文首先給出有關Petri網(wǎng)基礎理論，然后具體分析電子對抗作戰(zhàn)的過程及其信息流程，在此基礎上建立了電子對抗作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)Petri網(wǎng)模型，最后分析了系統(tǒng)的動態(tài)特性。

1 有關Petri網(wǎng)（PN）理論

1.1 Petri網(wǎng)的基本模型

Petri網(wǎng)的基本模型［1］：

式（1）中，P代表庫所；T代表變遷；F=P×T∪T×P代表連接庫所和變遷（不能為變遷與變遷之間或庫所與庫所之間）的有向弧集合；K代表基網(wǎng)N=（P，T，F(xiàn)）的容量函數(shù)；W代表權函數(shù)；M0為初始標識，表示系統(tǒng)的初始狀態(tài)和資源的初始分布。

整個Petri網(wǎng)系統(tǒng)通過變遷的激發(fā)和令牌的移動來描述系統(tǒng)的動態(tài)行為。

1.2 基本決策單元的指揮信息結構模型

依據(jù)指揮信息流程，在決策單元DM（Decision Module）的結構模型中對信息的處理過程分為4級，分別為態(tài)勢評估級SA（Situation Assess）、信息融合級IF（information fuse）、命令解釋級CI（Command Interpret）和響應選擇級RS（Response Select）?；緵Q策單元指揮信息結構的4級Petri網(wǎng)模型如圖1所示［2］。

從圖1中可以看出，其決策流程為：決策元把從傳感器獲得的（或上級通報的）外部情況X1輸入態(tài)勢評估級，經(jīng)處理后得到相應的情況評估結果Z1，同時也可以把評估結果傳輸給其他決策元；Z1與其他決策元送來的信息R共同輸入到信息融合級，進而得到綜合的態(tài)勢評價結果Z2；在命令解釋級對其他決策元下達的命令F進行解釋后與Z2進行融合，并產(chǎn)生結果Z3；將Z3傳輸?shù)巾憫x擇級，便可產(chǎn)生輸出響應S1和系統(tǒng)響應Y1，從而完成作戰(zhàn)決策。

2 電子對抗作戰(zhàn)指控系統(tǒng)的典型流程

目前，世界范圍內(nèi)現(xiàn)役的電子對抗作戰(zhàn)系統(tǒng)種類繁多，其體系構成和采用的技術手段也有所差異，但作戰(zhàn)指控過程卻大致相同?？紤]到所建模型的實用性，本文選取電子對抗作戰(zhàn)指控系統(tǒng)典型流程加以描述。該流程包括偵察、識別、干擾、評估4個主要階段。這4個階段有偵察、目標識別、威脅評估、干擾適宜性檢查、目標分配、干擾決策和干擾效果評估等7項內(nèi)容，具體流程如圖2所示。

電子對抗作戰(zhàn)指控系統(tǒng)的信息流程描述如下：通過上級指揮中心和偵察設備獲取目標信息，處理后傳輸給干擾群，干擾群在目標信源的引導下對作戰(zhàn)目標實施干擾。當使用指揮自動化系統(tǒng)實施指揮時，主要由上級指揮中心負責傳遞目標信息；當指揮自動化系統(tǒng)損壞或者各干擾群獨立使用時，主要由配置在各干擾群內(nèi)的偵察搜索設備自主獲取目標信息。獲取目標信息后，由指控計算機進行目標識別、威脅評估、目標分配，同時，指揮員也可以在必要的時候進行干預。具備干擾條件時，干擾系統(tǒng)即可對著重目標實施干擾，并對其干擾效能進行實時動態(tài)的評估。

3 電子對抗作戰(zhàn)指控系統(tǒng)的Petri網(wǎng)模型

通過分析，建立電子對抗作戰(zhàn)指控系統(tǒng)的Petri網(wǎng)模型如圖3所示，相應庫所、變遷對應的含義如下頁表1所示。圖3中資源庫所R1對應上級指揮中心，R2對應搜索雷達，R3對應偵察設備，R4對應指揮員，R5對應干擾單元，R6對應指控計算機，它們負責情報搜集、處理等任務。

上述模型是對電子對抗作戰(zhàn)指控系統(tǒng)一般運用過程的描述。在多數(shù)情況下，電子對抗作戰(zhàn)系統(tǒng)內(nèi)各干擾群的裝備類型會有所不同，但其作戰(zhàn)運用過程卻大致相同，故在建立電子對抗作戰(zhàn)指控系統(tǒng)的Petri網(wǎng)模型時也可以采用著色Petri網(wǎng)，通過標記顏色來區(qū)別不同的干擾群。這樣，便能在很大程度上降低模型規(guī)模和模型分析的復雜程度，而且其模型結構仍與上述模型類似。

4 電子對抗作戰(zhàn)指控系統(tǒng)的動態(tài)特性分析

對于復雜的電子對抗作戰(zhàn)指控系統(tǒng)，分析其Petri網(wǎng)模型的動態(tài)特性能加深對電子對抗作戰(zhàn)指控流程的理解，從而抓住作戰(zhàn)過程的關鍵環(huán)節(jié)，有利于指導作戰(zhàn)。在此主要對所建Petri網(wǎng)模型的可達性和可逆性加以分析。

用Petri網(wǎng)模擬一個電子對抗作戰(zhàn)指控系統(tǒng)的運行過程，可達標識集給出了指控系統(tǒng)在作戰(zhàn)過程中可能出現(xiàn)的全部狀態(tài)。依據(jù)Petri網(wǎng)的運行規(guī)則，可以得到圖3所建的Petri網(wǎng)模型對應的可達標識集R（M0）如表2所示。

在可達標識集的基礎上，構建所建Petri網(wǎng)模型的可達標識圖RG=（R（M0），E，P），其中，E={（Mi，Mj）|Mi，Mj∈R（M0），堝tk∈T：Mi［tk>Mj}；P：E→T，P（Mi，Mj）=tk當且僅當Mi［tk>Mj；R（M0）為RG的頂點集，E為RG的弧集；若P（Mi，Mj）=tk，則tk為?。∕i，Mj）的旁標。電子對抗作戰(zhàn)指控系統(tǒng)Petri網(wǎng)模型的可達標識圖如圖4所示。

可達標識圖恰當?shù)孛枋隽藞D2所示的電子對抗作戰(zhàn)指控系統(tǒng)的典型流程，通過對圖4的綜合分析可知：

（1）所建Petri網(wǎng)模型具有局部可逆性，并充分體現(xiàn)了電子對抗作戰(zhàn)指控系統(tǒng)在電子對抗作戰(zhàn)準備、戰(zhàn)斗實施和再戰(zhàn)準備之間的循環(huán)過程。

（2）隨著電子對抗指控系統(tǒng)復雜性的增加，所建Petri網(wǎng)模型的整體可逆性將受到抑制。例如，在事先選定使用指揮自動化系統(tǒng)實施指揮時，則所對應的Petri網(wǎng)模型將具有整體可逆性。

（3）通過分析電子對抗作戰(zhàn)指控系統(tǒng)的動態(tài)性和可逆性，可以找出影響電子對抗作戰(zhàn)指控系統(tǒng)效能的關鍵因素，進而為下一步評估電子對抗作戰(zhàn)指控系統(tǒng)的結構，優(yōu)化其指控流程的提供參考依據(jù)。

（4）當有外在因素（如人的參與，協(xié)同其他系統(tǒng)一起使用等）作用于電子對抗作戰(zhàn)指控系統(tǒng)時，系統(tǒng)的動態(tài)性將會得到更大的擴展，進而增強系統(tǒng)的實用性，但同時也會使對應的分析工作變得更加困難。這就需要決策者在實用性和可操作性之間做出恰當?shù)倪x擇。

（5）還可以進一步分析所建Petri網(wǎng)模型的有界性、安全性和公平性［3］，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)更全面的了解。

5 結束語

本文使用Petri網(wǎng)建立了電子對抗作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)的模型，并著重分析了所建模型的可達性與可逆性，為進一步研究電子對抗作戰(zhàn)指揮理論，評估、完善電子對抗作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)做出了有益的探索。然而，在進行研究時，對電子對抗作戰(zhàn)過程作了簡化處理，所建模型還有待充實、擴展，以使之更能全面、詳盡、真實地描述電子對抗作戰(zhàn)過程，增強模型的實用性。

［1］沈繼承，劉付顯，史豪杰，等.地空導彈指揮控制系統(tǒng)Petrie網(wǎng)建模與分析［J］.現(xiàn)代防御技術，2009，37（1）: 66-68.

［2］楊志華，劉順利，劉己斌.基于Petrie網(wǎng)的防空兵群指揮信息結構建模分析［J］.兵工自動化，2012，31（4）:39-42.

［3］韓江洪，方華，劉小平.Petrie網(wǎng)的公平性及分析［J］.系統(tǒng)仿真學報，2012，24（3）：521-535.

Petri Net Modeling and Analysis on EW Command and Control System

TAO Yu-ben1，LIU Ya-qi1，HE Fan2
（1.Electronic Engineering Institute，Heifei 230037，China；2.China Louyang Electronic Equipment Testing Centre，Luoyang 471003，China）

In order to meet the practical requests，the command and control system model is built though using Petri net.According to the analysis of the operation process of EW and the flow of its information，its dynamic characteristics are researched.The result shows that the model can reflect the command&control process accurately，the key points that affect system effectiveness can be found and the useful conclusions can be gotten by analyzing its dynamic characteristics，which can provide reference for further evaluating and ameliorating EW command and control system.

EW，command and control system，Petri net

E919

A

1002-0640（2015）10-0112-04

2014-07-05

2014-09-07

陶玉犇（1989- ），男，安徽利辛人，博士研究生。研究方向：電子對抗作戰(zhàn)模擬與作戰(zhàn)實驗。