輔助決策技術(shù)在指揮控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

付雅芳 張續(xù)華 王 琳

(1.中國人民解放軍93792部隊(duì) 廊坊 065000；2.陸軍航空兵研究所 北京 101121)

輔助決策技術(shù)在指揮控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

付雅芳1張續(xù)華1王 琳2

(1.中國人民解放軍93792部隊(duì) 廊坊 065000；2.陸軍航空兵研究所 北京 101121)

指揮控制系統(tǒng)是軍事作戰(zhàn)行動(dòng)的核心，對(duì)于戰(zhàn)爭(zhēng)演化起著重要的推進(jìn)作用。首先分析了輔助決策技術(shù)在指揮控制系統(tǒng)中的作用；然后重點(diǎn)對(duì)作戰(zhàn)目標(biāo)分析、目標(biāo)威脅評(píng)估、火力優(yōu)化分配等輔助決策技術(shù)進(jìn)行研究和探討；最后對(duì)輔助決策技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

輔助決策，指揮控制，目標(biāo)分析，威脅評(píng)估，火力分配

0 引 言

輔助決策是作戰(zhàn)指揮員分析戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)信息、制定作戰(zhàn)計(jì)劃的重要手段，它作為軍事指揮控制系統(tǒng)的核心，能夠很好的增強(qiáng)作戰(zhàn)指揮信息化程度，實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)指揮的自動(dòng)化，提高作戰(zhàn)效率[1]。輔助決策主要以軍事運(yùn)籌學(xué)、管理科學(xué)、控制論和行為科學(xué)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)為支撐，面對(duì)半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化的決策問題，利用數(shù)據(jù)模型和仿真分析實(shí)現(xiàn)決策支持[2]。

軍事指揮控制系統(tǒng)基本遵循OODA(Observe Orient Decision Act)模型。首先從傳感器或情報(bào)人員獲得作戰(zhàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與融合處理，形成統(tǒng)一戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)；然后制定作戰(zhàn)計(jì)劃，分配作戰(zhàn)資源；最后執(zhí)行作戰(zhàn)計(jì)劃，監(jiān)控響應(yīng)，確保任務(wù)順利完成。在OODA循環(huán)中，作戰(zhàn)目標(biāo)分析、目標(biāo)威脅評(píng)估、火力優(yōu)化分配是軍事指揮控制系統(tǒng)的核心，也是利用輔助決策技術(shù)解決的系統(tǒng)關(guān)鍵問題。本文首先分析了指揮控制系統(tǒng)的組成功能，以及輔助決策技術(shù)在指揮控制系統(tǒng)中的作用；然后重點(diǎn)對(duì)目標(biāo)分析與威脅評(píng)估、火力優(yōu)化分配的方法進(jìn)行深入研究；最后對(duì)輔助決策技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

1 指揮控制系統(tǒng)概述

1.1 指揮控制系統(tǒng)的組成功能

指揮控制(Command and Control，C2)系統(tǒng)是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中對(duì)作戰(zhàn)部隊(duì)和武器平臺(tái)實(shí)施高效指揮和控制的主要手段，是指揮員對(duì)部隊(duì)進(jìn)行指揮、實(shí)施管理所必須的軟/硬件設(shè)備、處理程序及操作人員的總稱。它是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，集指揮、控制、通信與情報(bào)為一體的綜合智能化系統(tǒng)。以C3I指揮控制系統(tǒng)為例，可以分為信息收集分系統(tǒng)、信息傳輸分系統(tǒng)、指揮決策分系統(tǒng)、信息顯示分系統(tǒng)等，其功能主要包括：制定決策；戰(zhàn)場(chǎng)可視化；戰(zhàn)斗管理。

為了適應(yīng)高技術(shù)條件下作戰(zhàn)要求的不斷變化，軍事指揮控制系統(tǒng)已由最初的C2、C3I逐步發(fā)展到C3I/EW、C4I、C4ISR、C4KISR。當(dāng)前，隨著信息柵格技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化指揮控制系統(tǒng)。

1.2 輔助決策在指揮控制系統(tǒng)的作用

隨著指揮控制系統(tǒng)的發(fā)展，輔助決策技術(shù)的作用也日益突出，它主要為指揮員提供目標(biāo)分析、威脅評(píng)估、火力分配等方面的支持：

(1)目標(biāo)分析與威脅評(píng)估。輔助指揮員實(shí)時(shí)收集戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)，優(yōu)化配置情報(bào)力量，對(duì)采集的目標(biāo)信息進(jìn)行分析綜合，預(yù)測(cè)敵方作戰(zhàn)意圖和行動(dòng)方案，進(jìn)行目標(biāo)篩選和威脅評(píng)估，為指揮員決策提供可靠的依據(jù)[3]。

(2)火力優(yōu)化分配。根據(jù)預(yù)定目標(biāo)和作戰(zhàn)任務(wù)，從體系作戰(zhàn)的角度，對(duì)作戰(zhàn)人員、武器裝備進(jìn)行科學(xué)編組，使之發(fā)揮最大作戰(zhàn)效能，如確定編制體制、人員配備、戰(zhàn)斗編成、兵力劃分、陣地布防和優(yōu)化配置情報(bào)、通信等各種戰(zhàn)斗實(shí)體和保障實(shí)體。

2 目標(biāo)分析與威脅評(píng)估

準(zhǔn)確的目標(biāo)分析與威脅評(píng)估是實(shí)現(xiàn)高效、精確指揮控制的基礎(chǔ)。目標(biāo)分析的任務(wù)是明確目標(biāo)的真實(shí)性，確定目標(biāo)的屬性和意圖；威脅評(píng)估的任務(wù)是確定目標(biāo)的威脅等級(jí)，完成威脅排序。

2.1 作戰(zhàn)目標(biāo)分析

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中目標(biāo)種類繁多，不同類型的目標(biāo)，其功能、所處環(huán)境、抗彈強(qiáng)度、機(jī)動(dòng)性及大小等各不相同，主要有以下類型：按照目標(biāo)構(gòu)成狀況區(qū)分：單個(gè)目標(biāo)、集群目標(biāo)和復(fù)合目標(biāo)；按照機(jī)動(dòng)能力區(qū)分：固定目標(biāo)、活動(dòng)目標(biāo)、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)；按照目標(biāo)識(shí)別的程度區(qū)分：可識(shí)別目標(biāo)、部分識(shí)別目標(biāo)、不可識(shí)別目標(biāo)；按照目標(biāo)的范圍區(qū)分：點(diǎn)目標(biāo)、線目標(biāo)、帶狀目標(biāo)、面狀目標(biāo)；按照目標(biāo)的堅(jiān)固程度區(qū)分：軟目標(biāo)、硬目標(biāo)、半硬目標(biāo)；按照活動(dòng)空間區(qū)分：空中目標(biāo)、地面目標(biāo)、地下目標(biāo)、海上目標(biāo)。

除了分析目標(biāo)類型外，還應(yīng)對(duì)目標(biāo)的數(shù)量、分布及活動(dòng)區(qū)域、易損性及幾何結(jié)構(gòu)、防護(hù)能力、目標(biāo)價(jià)值等特征參數(shù)進(jìn)行確定。目標(biāo)分析完成后，形成作戰(zhàn)目標(biāo)清單。

2.2 目標(biāo)威脅評(píng)估

目標(biāo)威脅估計(jì)是輔助決策的核心內(nèi)容之一，威脅估計(jì)的結(jié)果將成為指揮員作戰(zhàn)決策的重要依據(jù)。目標(biāo)威脅估計(jì)是根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、目標(biāo)信息屬性和價(jià)值因子，計(jì)算目標(biāo)對(duì)于我方的威脅程度，并為指揮員輔助制定打擊順序，具體步驟如下[4]：分析目標(biāo)威脅評(píng)估的參數(shù)(包括目標(biāo)特征參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如目標(biāo)意圖、目標(biāo)類型、目標(biāo)距離、目標(biāo)速度、運(yùn)動(dòng)方向等)；根據(jù)提供的目標(biāo)參數(shù)確定其隸屬函數(shù)，根據(jù)各要素相互關(guān)系以及對(duì)威脅的影響程度確定各要素的權(quán)重；通過加權(quán)的方法綜合評(píng)判目標(biāo)威脅等級(jí)；目標(biāo)威脅等級(jí)排序。通常，目標(biāo)特征參數(shù)的權(quán)重會(huì)影響威脅評(píng)估的結(jié)果，常用的權(quán)重分析方法有專家評(píng)估、人工智能、支持向量機(jī)等。

3 火力優(yōu)化分配

火力優(yōu)化分配是指揮控制系統(tǒng)中輔助決策的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題，其本質(zhì)是一種非線性多目標(biāo)優(yōu)化決策問題，其解空間隨著武器系統(tǒng)火力單元和目標(biāo)數(shù)量的增加呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長。

3.1 武器需求分析

在火力優(yōu)化分配前，需要對(duì)打擊目標(biāo)的武器需求情況進(jìn)行分析，重點(diǎn)是根據(jù)武器與目標(biāo)的匹配關(guān)系，以及目標(biāo)毀傷等級(jí)要求，對(duì)武器彈藥的需求數(shù)量進(jìn)行測(cè)算。

(1)武器與目標(biāo)匹配。它是根據(jù)所攻擊的目標(biāo)，正確選擇武器的決策活動(dòng)；能否正確選用武器，將直接影響目標(biāo)打擊效果。在選擇武器時(shí)，需要考慮武器的毀傷效能，包括侵徹作用、爆破作用、殺傷作用和燃燒作用等。

(2)目標(biāo)毀傷等級(jí)要求。通常，目標(biāo)毀傷分為(完全、部分)喪失運(yùn)動(dòng)能力、打擊能力、通信能力等。以作戰(zhàn)飛機(jī)目標(biāo)為例，毀傷等級(jí)分為損耗毀傷、任務(wù)放棄毀傷、迫降毀傷三大級(jí)別；損耗毀傷又定義為KK級(jí)毀傷、K級(jí)毀傷、A級(jí)毀傷、B級(jí)毀傷[5]。

(3)武器彈藥需求測(cè)算。根據(jù)武器與目標(biāo)的匹配性關(guān)系、目標(biāo)毀傷等級(jí)、目標(biāo)類型、目標(biāo)數(shù)量等，測(cè)算武器彈藥需求。對(duì)于特征參數(shù)不明確的目標(biāo)，可以基于相似性等效方法，建立其與典型目標(biāo)的換算關(guān)系，以此確定武器彈藥需求。

3.2 目標(biāo)火力分配

目標(biāo)火力分配是根據(jù)目標(biāo)當(dāng)前位置、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)、火力單元的位置、狀態(tài)等因素，分配適合打擊目標(biāo)的火力單元，并確定彈種和彈數(shù)。研究目標(biāo)火力分配問題的基本方法和步驟是：

(1)構(gòu)建火力分配問題的目標(biāo)函數(shù)。通常是以武器系統(tǒng)攻擊效能最大化來構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，攻擊效能可用目標(biāo)毀傷概率、命中概率、突防概率等綜合表示。

(2)設(shè)置火力分配問題的基本原則。例如：①上級(jí)制定的目標(biāo)優(yōu)先分配；②威脅等級(jí)高的目標(biāo)優(yōu)先分配；③重點(diǎn)目標(biāo)優(yōu)先分配；④先到達(dá)的目標(biāo)優(yōu)先分配等。

(3)建立火力分配問題的約束條件。例如：火力單元的威力作用范圍(考慮地形遮蔽區(qū))、火力單元的空間分布、火力單元一次可同時(shí)打擊的目標(biāo)數(shù)量、目標(biāo)威脅等級(jí)、目標(biāo)毀傷要求、火力單元的消耗總量等、避免火力重復(fù)打擊。

(4)當(dāng)目標(biāo)數(shù)量、火力單元數(shù)量、分配約束條件較多時(shí)，求解變得非常困難。由于高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)條件下高時(shí)效性、高準(zhǔn)確性的要求，傳統(tǒng)由人工進(jìn)行的火力分配已經(jīng)不能滿足作戰(zhàn)指揮的需要，因此可引入整數(shù)規(guī)劃、專家系統(tǒng)、多目標(biāo)優(yōu)化[6]、人工智能算法[7,8](遺傳算法、蟻群算法、粒子群算法、模擬退火算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等)等來提高火力分配問題的求解效率，使分配結(jié)果更合理、更科學(xué)。

4 結(jié)束語

輔助決策技術(shù)是軍事指揮控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高度綜合化、智能化和自動(dòng)化的關(guān)鍵，目前已在作戰(zhàn)目標(biāo)分析、目標(biāo)威脅評(píng)估和火力優(yōu)化分配等方面發(fā)揮了重要的作用。未來，輔助決策技術(shù)的水平和運(yùn)用程度，將直接影響和決定指揮控制系統(tǒng)的作戰(zhàn)效率和信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的進(jìn)程。

隨著軍事指揮控制系統(tǒng)向著遠(yuǎn)程、精確化、網(wǎng)絡(luò)化、指揮控制與火力控制一體化等方向發(fā)展，輔助決策技術(shù)必須更好的發(fā)揮其“決策優(yōu)勢(shì)”和“行動(dòng)優(yōu)勢(shì)”，重點(diǎn)是從體系作戰(zhàn)的角度，按需聚合戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)上的作戰(zhàn)資源，利用分布的系統(tǒng)資源，相互協(xié)作形成系統(tǒng)的輔助決策功能[9]。

[1] 胡妍，黃永峰. 作戰(zhàn)指揮自動(dòng)化及其輔助決策技術(shù)研究[J]. 彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2012，32(1)：179-181.

[2] 張克，劉永才，關(guān)世義，等. 作戰(zhàn)指揮輔助決策系統(tǒng)探討[J]. 戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù)，2002，(3)：63-68.

[3] 王瑛，侯朝禎，馮天飛. 指揮自動(dòng)化輔助決策系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J]. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2002，24(9)：41-43.

[4] 張漢光，李偉，雷璐. 基于分布式防空目標(biāo)分配和作戰(zhàn)有利度分析[J]. 電子科技，2014，27(2)：78-81.

[5] 李向東，杜忠華. 目標(biāo)易損性[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2013：20-22.

[6] C. Leboucher, H-S. Shin, S. Le M′enec, et al. Novel Evolutionary Game Based Multi-Objective Optimsation for Dynamic Weapon Target Assignment[C]. Proceedings of the 19th World Congress The International Federation of Automatic Control, 2014, 24-29.

[7] Joel Brynielsson. Using AI and games for decision support in command and control[J]. Decision Support Systems, 2007, 1454-1463.

[8] Wang G H, Gao J J, Guo Q, et al. Firepower allocation model based on graph theroy[C]// Proc. of the 3rdInternational Conference on System Science, Engineering Design and Manufacturing Inforamtion, 2012: 44-46.

[9] 施展，王濤，賀建平，等. 面向服務(wù)的作戰(zhàn)輔助決策系統(tǒng)體系架構(gòu)研究[J]. 電光與控制，2015，22(1)：59-61.

ApplicationofAssistantDecisionMakingTechnologyinCommandandControlSystem

Fu Yafang1, Zhang Xuhua1, Wang Lin2

(1. The unit 93792 of PLA, Langfang, Hebei 065000;2. Army Aviation Institute, Beijing 101121)

Command and control system is the core of military operation; it plays important roles in battlefield situation evolvement. Roles of assistant decision making technology in command and control system are analyzed. Some assistant decision making technologies, such as target analysis, threat estimation and optimized target assignment, are researched and discussed. Development trend of assistant decision making technology in the future are prospected.

assistant decision making; command and control; target analysis; threat estimation; target assignment

2017-04-25

付雅芳(1982-)，女，博士研究生。主要研究方向?yàn)橹笓]自動(dòng)化、輔助決策等。

E919

A

1008-8652(2017)03-031-03