楊國利 鄒瑞濤 任步春 張博
隨著戰(zhàn)爭形態(tài)的不斷演進(jìn),聯(lián)合作戰(zhàn)體系日益呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、層次化、關(guān)聯(lián)化的特點(diǎn)[1].作戰(zhàn)體系中目標(biāo)與目標(biāo)之間絕非單純獨(dú)立的存在,而是通過邏輯流、信息流將從事作戰(zhàn)行動(dòng)相關(guān)的武器、裝備、設(shè)施、力量相互關(guān)聯(lián),形成一個(gè)多層異構(gòu)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò),即網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)體系(Networked Operation System of Systems)[2?3],用以融合各個(gè)目標(biāo)的能力,實(shí)現(xiàn)聯(lián)合聚能,整體釋能.
網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)體系中的關(guān)鍵目標(biāo)選擇研究主流的方法包括基于價(jià)值的目標(biāo)選擇方法和基于效果的目標(biāo)選擇方法,前者側(cè)重通過定性、定量方法綜合多種指標(biāo)對(duì)各個(gè)目標(biāo)進(jìn)行排序,后者強(qiáng)調(diào)以某些目標(biāo)失效后體系能力的下降衡量這些目標(biāo)的貢獻(xiàn).鑒于網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)體系節(jié)點(diǎn)眾多,功能各異,關(guān)聯(lián)復(fù)雜,進(jìn)行精確科學(xué)的目標(biāo)分析選擇[4?7]需要從單個(gè)目標(biāo)特性的基礎(chǔ)上進(jìn)一步升華,從整體出發(fā)認(rèn)識(shí)體系,把握目標(biāo)與目標(biāo)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián),具體而言需要深刻理解網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)體系由內(nèi)而外所呈現(xiàn)的3點(diǎn)特性[6?7]:
1)作戰(zhàn)體系中的各類目標(biāo)基于功能差異性可抽象為6種層次:偵察預(yù)警層、指揮控制層、防空反導(dǎo)層、火力打擊層、信息攻擊層和綜合保障層,即“多層性”.網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)體系的多層性可將功能各異的目標(biāo)區(qū)別開來,突出主體功能,便于從宏觀角度把握目標(biāo)特性,指導(dǎo)目標(biāo)選擇的方向.
2)基于各個(gè)目標(biāo)的部署位置、型號(hào)、數(shù)量以及相關(guān)能力參數(shù)等基本信息,同層內(nèi)各個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的能力差異明顯,即“異構(gòu)性”.網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)體系的異構(gòu)性強(qiáng)調(diào)目標(biāo)個(gè)體的能力差異,特別是功能相同或相近的目標(biāo),其個(gè)體能力的大小很大程度上影響著目標(biāo)選擇的先后次序.
3)系統(tǒng)與系統(tǒng)之間、系統(tǒng)與目標(biāo)之間、目標(biāo)與目標(biāo)之間可通過信息流和邏輯流進(jìn)行結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián),整合各種作戰(zhàn)力量形成合力,即“關(guān)聯(lián)性”[8?9].網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)體系的關(guān)聯(lián)性旨在整合網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)目標(biāo)的個(gè)體功能,凸顯目標(biāo)與目標(biāo)之間的相互作用和相互影響,便于分析單個(gè)目標(biāo)失效后造成的連鎖反應(yīng).
因此,網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)體系目標(biāo)分析選擇需針對(duì)多個(gè)目標(biāo)和目標(biāo)系統(tǒng)組成的目標(biāo)體系,綜合分析研究其組成結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)關(guān)系、運(yùn)行機(jī)制、系統(tǒng)效能等,計(jì)算整體作戰(zhàn)效能,求解關(guān)鍵目標(biāo)節(jié)點(diǎn).本文的主要內(nèi)容包括目標(biāo)體系構(gòu)建、體系能力分析和關(guān)鍵目標(biāo)選擇3部分.
作戰(zhàn)體系通常由作戰(zhàn)系統(tǒng)、作戰(zhàn)要素和作戰(zhàn)單元,按照一定指揮關(guān)系、組織架構(gòu)和運(yùn)行方式構(gòu)成,并在一定環(huán)境中實(shí)現(xiàn)特定作戰(zhàn)功能的有機(jī)整體.目標(biāo)體系構(gòu)建能夠?yàn)楹罄m(xù)目標(biāo)分析選擇奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ),其構(gòu)建原則必須充分體現(xiàn)目標(biāo)體系的各個(gè)方面.具體而言,應(yīng)遵循“整體性、特殊性、關(guān)聯(lián)性、動(dòng)態(tài)性”的基本原則,從系統(tǒng)論的角度出發(fā)綜合考慮目標(biāo)本身的物理特性和目標(biāo)之間的相互作用.為全面展現(xiàn)作戰(zhàn)體系目標(biāo)特性和結(jié)構(gòu)關(guān)系,目標(biāo)體系構(gòu)建需要按照“先目標(biāo)特性,后系統(tǒng)分層,再結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)”的步驟實(shí)施.
目標(biāo)特性獲取是目標(biāo)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備的主要內(nèi)容,主要面向性質(zhì)單一、地理位置相對(duì)獨(dú)立的目標(biāo),例如指揮所、導(dǎo)彈陣地、雷達(dá)站、機(jī)場、港口等,這些目標(biāo)是構(gòu)成目標(biāo)系統(tǒng)和目標(biāo)體系的基礎(chǔ).目標(biāo)特性數(shù)據(jù)獲取途徑包含技術(shù)器材偵察、人力情報(bào)偵察和公開資料搜集3種方式,主要內(nèi)容為目標(biāo)組成、地理位置、功能參數(shù)、外部特征、結(jié)構(gòu)材質(zhì)、要害部位等要素.
劃分目標(biāo)系統(tǒng)層次是將一系列性質(zhì)相同或相近的單個(gè)目標(biāo),按照特定的劃分規(guī)則,形成多個(gè)系統(tǒng)層次,便于更好地研究和把握目標(biāo)特性和運(yùn)行規(guī)律.根據(jù)目標(biāo)功能特性,本研究將目標(biāo)體系分為:偵察預(yù)警系統(tǒng)(R)、指揮控制系統(tǒng)(C2)、防空反導(dǎo)系統(tǒng)(D)、火力打擊系統(tǒng)(F)、信息攻防系統(tǒng)(I)和綜合保障系統(tǒng)(S)等6類[2,6].具體內(nèi)容如表1所示.
離體消化的參數(shù)和離體消化程序參照趙峰的方法[7],胃蛋白酶和胰液素酶的消化時(shí)間3~4 h最佳,水解溫度為38℃,胃蛋白酶水解的最適pH值為2~3,胰液素酶水解的最適pH值為6.6,胃蛋白酶(P7000)、胰液素(P7545-25G)不是肉鴨的特異性酶,其中飼料添加量、pH值等消化參數(shù)做了具體調(diào)整。
表1 作戰(zhàn)體系層次劃分
構(gòu)建目標(biāo)體系需要將目標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)通過上報(bào)關(guān)系、指控關(guān)系、保障關(guān)系、防護(hù)關(guān)系和協(xié)同關(guān)系等5種關(guān)系進(jìn)行表征,實(shí)現(xiàn)信息流和邏輯流統(tǒng)一時(shí)空維度的交織,進(jìn)而形成要素完整、功能齊全的整體網(wǎng)絡(luò).從縱向上看,目標(biāo)個(gè)體對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的影響正在不斷增大,一旦某個(gè)重要目標(biāo)功能降低,將對(duì)該類目標(biāo)或目標(biāo)系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響.從橫向上看,不同層次上的目標(biāo)系統(tǒng)之間都存在著一種相互依賴、相互影響的關(guān)系,這些系統(tǒng)圍繞體系作戰(zhàn)效能的發(fā)揮形成非線性的關(guān)聯(lián),牽一發(fā)而動(dòng)全身.
體系結(jié)構(gòu)決定體系功能,結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)是網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)體系的核心內(nèi)容,能夠?qū)崿F(xiàn)個(gè)體功能和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞鸟詈?便于分析目標(biāo)與目標(biāo)之間的相互作用和相互影響[6?7].本研究將作戰(zhàn)體系中目標(biāo)關(guān)系明確為以下5類:上報(bào)關(guān)系源于偵察預(yù)警目標(biāo),指控關(guān)系源于指揮控制目標(biāo),防護(hù)關(guān)系源于防空反導(dǎo)目標(biāo),保障關(guān)系源于綜合保障目標(biāo),協(xié)同關(guān)系關(guān)聯(lián)各種同類目標(biāo).通過上述方法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)體系構(gòu)建示意圖如圖1所示.
基于構(gòu)建完成的目標(biāo)體系進(jìn)行體系能力分析,有利于把握敵作戰(zhàn)重心、敵作戰(zhàn)體系的威脅程度和強(qiáng)弱點(diǎn),確保聯(lián)合作戰(zhàn)指揮員正確指揮和組織作戰(zhàn)行動(dòng).進(jìn)行體系能力分析應(yīng)立足整體認(rèn)識(shí)體系,凸顯作戰(zhàn)全過程,運(yùn)用定量定性相結(jié)合的方法,從系統(tǒng)論的角度出發(fā)分析體系整體能力.體系能力分析可為關(guān)鍵目標(biāo)選擇提供效能函數(shù)和量化指標(biāo),其主要內(nèi)容包括單個(gè)目標(biāo)能力分析和體系整體能力分析.
單個(gè)目標(biāo)能力分析主要依據(jù)目標(biāo)個(gè)體的功能屬性,結(jié)合其自身的戰(zhàn)技參數(shù),分析計(jì)算6類目標(biāo)對(duì)應(yīng)的偵察預(yù)警能力、指揮控制能力、防護(hù)抗擊能力、火力打擊能力、信息攻防能力和運(yùn)輸補(bǔ)給能力.其中偵察預(yù)警能力主要分析雷達(dá)站、技偵陣地、??疹A(yù)警平臺(tái)等目標(biāo)的部署配置、探測能力和機(jī)動(dòng)范圍;指揮控制能力主要分析指揮機(jī)構(gòu)和通信裝備決策水平、通聯(lián)程度和指控范圍;防護(hù)抗擊能力主要指分析防空導(dǎo)彈陣地的攔截范圍、準(zhǔn)備時(shí)間和成功攔截概率;火力打擊能力主要分析戰(zhàn)機(jī)、艦艇、制導(dǎo)武器裝備的部署配置、打擊范圍和打擊精度等;信息攻防能力主要分析電磁武器和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的作用范圍、強(qiáng)度和破壞之后的恢復(fù)能力;運(yùn)輸補(bǔ)給能力主要分析后勤保障力量的輸送范圍、時(shí)間和數(shù)量.
為便于量化計(jì)算,本文偵察預(yù)警類目標(biāo)中防空雷達(dá)站的偵察預(yù)警能力通過其探測半徑rr計(jì)算,偵察機(jī)、預(yù)警機(jī)等移動(dòng)類目標(biāo)的偵察預(yù)警能力則通過其探測半徑和活動(dòng)半徑計(jì)算,即rr+rm.
指揮控制類目標(biāo)的指揮控制能力由其與其他指控節(jié)點(diǎn)和作戰(zhàn)鏈路中末端節(jié)點(diǎn)(偵察預(yù)警目標(biāo)R,防空反導(dǎo)目標(biāo)D,火力打擊目標(biāo)F和信息攻防目標(biāo)I)的連通矩陣Φ決定.
防空反導(dǎo)類目標(biāo)的防護(hù)抗擊能力通過其攔截導(dǎo)彈殺傷半徑rd和最大裝備導(dǎo)彈數(shù)量Mn進(jìn)行計(jì)算.
信息攻防類目標(biāo)的信息攻防能力通過其信息(網(wǎng)絡(luò))攻擊范圍和平臺(tái)活動(dòng)半徑進(jìn)行計(jì)算,即ri+rm.
作戰(zhàn)體系整體能力分析需要將目標(biāo)個(gè)體能力通過作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡(luò)中的邏輯流和信息流進(jìn)行融合,匯聚形成體系能力,實(shí)現(xiàn)聯(lián)合聚能、整體釋能.從傳感器到發(fā)射器的OODA(偵察、聚焦、決策、行動(dòng))鏈路是信息化條件下的聯(lián)合作戰(zhàn)的核心,其中偵察預(yù)警是目標(biāo)體系有效運(yùn)行的前提和基礎(chǔ),是指揮決策和部隊(duì)行動(dòng)的重要依據(jù);指揮控制是作戰(zhàn)體系支配和協(xié)調(diào)其他系統(tǒng)運(yùn)行的中樞,是決定作戰(zhàn)進(jìn)程和結(jié)局的核心環(huán)節(jié);信火打擊是轉(zhuǎn)化信息優(yōu)勢和決策優(yōu)勢為力量優(yōu)勢的主要抓手,是體系抗擊和打擊的直接力量.體系整體能力依賴“偵察決策信火”鏈路的完整性.
進(jìn)行體系整體能力分析需要明確體系的運(yùn)行機(jī)理,把握目標(biāo)之間的有機(jī)關(guān)聯(lián),圍繞OODA鏈路,匯聚鏈路中的各種個(gè)體能力,融合形成以有效火力打擊能力(Effective Force Ability,EFA)、有效防護(hù)抗擊能力(Effective Defense Ability,EDA)和有效信息攻防能力(Effective Information Ability,EIA)為代表的聯(lián)合作戰(zhàn)體系能力,作為體系整體能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)[10].
EFA是指偵察情報(bào)(R)經(jīng)指揮控制(C2)后通過火力打擊目標(biāo)(F)實(shí)施火力打擊行動(dòng)所展現(xiàn)的能力.在本研究中,EFA的計(jì)算公式如下所示[6],其中Qr2r為偵察目標(biāo)融合面積,PrmMn為火力打擊目標(biāo)殺傷能力加和:
EDA是指偵察情報(bào)(R)經(jīng)指揮控制(C2)后通過防空反導(dǎo)目標(biāo)(D)實(shí)施防護(hù)抗擊行動(dòng)所展現(xiàn)的能力.在本研究中,EDA的計(jì)算公式如下所示[6],其中Qr2r為偵察目標(biāo)融合面積,PrdMn為防空反導(dǎo)目標(biāo)防護(hù)能力加和:EIA是指偵察情報(bào)(R)經(jīng)過指揮控制(C2)后通過信息攻擊目標(biāo)(I)實(shí)施信息作戰(zhàn)行動(dòng)所展現(xiàn)的能力.在本研究中,EIA的計(jì)算公式如下所示[6],其中Qr2r為偵察目標(biāo)融合面積,Q(ri+rm)2為信息攻防目標(biāo)作用融合面積:
式中,Φ為連通矩陣函數(shù),表明OODA末端節(jié)點(diǎn)(偵察預(yù)警目標(biāo)R,防空反導(dǎo)目標(biāo)D,火力打擊目標(biāo)F和信息攻防目標(biāo)I)與指揮控制目標(biāo)(C2)之間是否有鏈路相通;Π為面積融合函數(shù);P為線性加和函數(shù).
在體系破擊思想指導(dǎo)下,關(guān)鍵目標(biāo)選取貴在精而不在多,在打擊成本有限的前提下,以破壞敵從傳感器到發(fā)射器的無縫鏈接為核心,精選敵方作戰(zhàn)體系的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)給予重點(diǎn)打擊,制造無法遏止的連鎖反應(yīng),導(dǎo)致作戰(zhàn)體系出現(xiàn)“雪崩”現(xiàn)象,以達(dá)到破網(wǎng)斷鏈、毀點(diǎn)癱面的目的.關(guān)鍵目標(biāo)選擇是聯(lián)合作戰(zhàn)指揮決策關(guān)注的重點(diǎn),其求解步驟包括設(shè)定目標(biāo)約束,級(jí)聯(lián)失效分析和迭代優(yōu)化求解.
聯(lián)合作戰(zhàn)體系對(duì)抗的關(guān)鍵是降低敵方的EFA、EDA和EIA,這3種有效能力是6類目標(biāo)在作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡(luò)中相互作用、整體運(yùn)作的綜合體現(xiàn).在此基礎(chǔ)上,破擊一定數(shù)量的目標(biāo)集合x,使得作戰(zhàn)體系能力的下降最大程度地滿足作戰(zhàn)目的,即各項(xiàng)整體能力指標(biāo)的下降最大:
其中,EFA0,EDA0和EIA0是目標(biāo)破擊前體系能力.另外,打擊目標(biāo)集合需要滿足限避打約束(x∈.?)和打擊代價(jià)約束(c(x)≤C),其中,?為非限避打目標(biāo)集合,c(x)為破擊目標(biāo)x所付出的代價(jià),C為總體代價(jià)約束,通常定義為打擊目標(biāo)數(shù)目的上限.
需要指出的是,進(jìn)行目標(biāo)打擊可行性分析要考慮己方作戰(zhàn)能力和戰(zhàn)爭環(huán)境對(duì)目標(biāo)打擊的約束.通過分析打擊兵器的打擊距離、打擊精度、打擊數(shù)量、打擊時(shí)間窗口等特性以及目標(biāo)自身的機(jī)動(dòng)性、防護(hù)性、易損性、修復(fù)性等特性,從客觀實(shí)際出發(fā)判斷打擊代價(jià).另外,需要就打擊目標(biāo)的政治影響、經(jīng)濟(jì)影響、人文影響等社會(huì)環(huán)境和地理?xiàng)l件、水文條件、氣象條件、電磁條件等自然環(huán)境進(jìn)行分析,準(zhǔn)確把握目標(biāo)打擊的附帶損傷.
作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡(luò)將信息流和邏輯流延伸到各個(gè)目標(biāo),各種聯(lián)合作戰(zhàn)能力也通過作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡(luò)將各種目標(biāo)進(jìn)行有機(jī)融合.鑒于目標(biāo)之間的相互關(guān)聯(lián),單個(gè)目標(biāo)失效之后可能會(huì)造成連帶效應(yīng),進(jìn)而造成一系列相關(guān)體系能力的下降或喪失.如圖3所示的級(jí)聯(lián)失效示意案例,摧毀某偵察預(yù)警目標(biāo),可能會(huì)影響相關(guān)指揮控制目標(biāo)的決策水平,進(jìn)而影響OODA鏈路末端的火力打擊能力,于是有效火力打擊能力就會(huì)受到削弱.因此,破擊某些目標(biāo)(x),需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通結(jié)構(gòu)和體系能力融合指標(biāo),進(jìn)行級(jí)聯(lián)失效分析評(píng)估,得到相應(yīng)體系能力的下降水平:EFA(x),EDA(x),EIA(x).
根據(jù)作戰(zhàn)目的,設(shè)定目標(biāo)函數(shù)和約束條件,需要通過優(yōu)化算法求解獲取最優(yōu)目標(biāo)集合,使得敵方體系各項(xiàng)能力下降最大化[11].在作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大的情況下,進(jìn)化算法[12](主要包括遺傳算法、蟻群算法、粒子群算法等)中的NSGA-II(帶精英策略的非支配排序的遺傳算法)[13?15]具有運(yùn)行速度快,收斂效果好等特點(diǎn),可以作為關(guān)鍵目標(biāo)選擇的基準(zhǔn)算法.通過非支配排序分層和遺傳交叉變異,不斷迭代生成新的解集來保持收斂性和分布均勻,最后在非支配前沿(即Pareto前沿,如圖4所示)獲取最優(yōu)解集合,列入打擊目標(biāo)清單.其中,對(duì)于給定打擊目標(biāo)數(shù)量約束條件下的Pareto前沿應(yīng)滿足如下條件[14]:
本研究基于NSGA-II的關(guān)鍵目標(biāo)選擇算法代碼示意如圖5所示.
針對(duì)某特定作戰(zhàn)體系,下面本研究將分析作戰(zhàn)體系整體能力,精確定位體系關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),繼而為實(shí)施有效反擊削弱敵進(jìn)攻能力提供重要支撐.
在圖6所示的作戰(zhàn)體系中,主要有指揮控制(藍(lán)色)、偵察預(yù)警(綠色)、火力打擊(紅色)和防空反導(dǎo)(青色)4類目標(biāo),其相互作用關(guān)系如圖所示.假設(shè)各類目標(biāo)中的節(jié)點(diǎn)具有無差異性,則有效火力打擊能力EFA和有效防護(hù)抗擊能力EDA分別可由相應(yīng)的有效火力打擊鏈條數(shù)目和有效防護(hù)抗擊鏈條數(shù)目表示.初始狀態(tài)下,該作戰(zhàn)體系的有效火力打擊能力為432,有效防護(hù)抗擊能力為3780,整體能力之和為4212.
通過構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)體系,將多種目標(biāo)通過多層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)相互關(guān)聯(lián),獲得如圖7和圖8所示的網(wǎng)絡(luò)特性,其中圖7為最短鏈路長度分布,圖8為相鄰節(jié)點(diǎn)度分布.由圖可見,該網(wǎng)絡(luò)體系鏈路長度分布較廣,大部分節(jié)點(diǎn)度數(shù)較低,個(gè)別節(jié)點(diǎn)度數(shù)較低但處于樞紐地位.
針對(duì)該作戰(zhàn)體系,基于不同數(shù)量規(guī)模的打擊約束(n=2,4,6,8),通過NSGA-II多目標(biāo)優(yōu)化方法本文獲得如圖9所示的4種關(guān)鍵目標(biāo)節(jié)點(diǎn)破擊策略.
各個(gè)策略相應(yīng)的有效火力打擊能力EFA和有效防護(hù)抗擊能力EDA如表2所示.由此可見,精確的關(guān)鍵目標(biāo)選擇能夠有效削弱作戰(zhàn)體系整體能力,為“擊節(jié)–斷鏈–癱面”行動(dòng)提供決策支持.
聚焦信息化條件下的聯(lián)合作戰(zhàn)指揮決策,本研究深入討論作戰(zhàn)究竟該“打什么”這一核心問題.本文將錯(cuò)綜復(fù)雜的戰(zhàn)場目標(biāo)通過網(wǎng)絡(luò)化的形式進(jìn)行展現(xiàn),并設(shè)計(jì)有效的體系整體能力指標(biāo)用于挖掘關(guān)鍵目標(biāo)節(jié)點(diǎn).這種經(jīng)過嚴(yán)格優(yōu)化計(jì)算的目標(biāo)分析選擇有助于實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策,是“精算、深算、細(xì)算”的集中體現(xiàn).需要指出的是,本算法計(jì)算復(fù)雜度隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目、目標(biāo)破擊數(shù)量和整體性能指標(biāo)計(jì)算難度的增加而大幅增長,在保留結(jié)果準(zhǔn)確性的同時(shí)提升計(jì)算效率將是下一步的研究重點(diǎn).
表2 作戰(zhàn)體系能力變化