基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)效能評(píng)估

舒健生，姚 群，武 健，劉 暢，張斌偉

（火箭軍工程大學(xué)初級(jí)指揮學(xué)院，西安 710025）

0 引言

常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)是信息化條件下新興的作戰(zhàn)樣式，整個(gè)作戰(zhàn)體系在機(jī)械化、信息化浪潮的推動(dòng)下，呈現(xiàn)出組織結(jié)構(gòu)多元化、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)化、指揮流程高效化、部隊(duì)行動(dòng)迅速化、火力打擊精準(zhǔn)化等一系列特點(diǎn)，逐漸形成了一體化指揮平臺(tái)下的多軍種聯(lián)合作戰(zhàn)樣式，對(duì)海上來(lái)襲艦艇構(gòu)成了強(qiáng)大的威懾力。然而，在缺乏實(shí)戰(zhàn)基礎(chǔ)的情況下，僅僅通過(guò)裝備測(cè)試和實(shí)兵演練對(duì)常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)效能進(jìn)行評(píng)估和論證，不僅耗時(shí)耗力，而且整個(gè)作戰(zhàn)過(guò)程的復(fù)雜性和不確定性因素太多，基于小樣本的實(shí)驗(yàn)根本不能夠給出科學(xué)合理的結(jié)果。因此，開展常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)效能的評(píng)估對(duì)優(yōu)化作戰(zhàn)流程、提升裝備性能以及提高我軍對(duì)海作戰(zhàn)的實(shí)戰(zhàn)化水平將顯得意義重大。

分析已有的文獻(xiàn)，主要集中在對(duì)反艦作戰(zhàn)突防和毀傷方面進(jìn)行的研究［1-2］，對(duì)常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)總體作戰(zhàn)效能進(jìn)行評(píng)估的研究還比較少。為此，本文圍繞常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)效能評(píng)估展開分析研究，通過(guò)分析作戰(zhàn)流程，構(gòu)建評(píng)估指標(biāo)體系，建立基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的效能評(píng)估模型，在滿足時(shí)效性要求的前提下，利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)評(píng)估模型的評(píng)估結(jié)果對(duì)作戰(zhàn)體系的作戰(zhàn)效能進(jìn)行分析評(píng)估。

1 常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)的體系構(gòu)成

反艦武器種類繁多，依靠單一平臺(tái)獨(dú)立完成作戰(zhàn)任務(wù)的武器不在少數(shù)。當(dāng)前，使用常規(guī)導(dǎo)彈進(jìn)行反艦作戰(zhàn)已悄然興起，其武器裝備的發(fā)展和作戰(zhàn)理論的研究還處于評(píng)估論證階段，其作為一種新興的作戰(zhàn)樣式，發(fā)展前景備受好評(píng)，在未來(lái)的?？仗煲惑w化防御系統(tǒng)中將占據(jù)重要的位置。

1.1 作戰(zhàn)力量分析

我們理解的傳統(tǒng)意義上的反艦作戰(zhàn)就是海岸上火炮對(duì)臨岸敵艦的轟炸，望遠(yuǎn)鏡和大炮是主要的裝備。而現(xiàn)代意義上的反艦作戰(zhàn)是非接觸性的，衛(wèi)星臨空全時(shí)段偵察，精導(dǎo)武器千里之外命中。完成這一系列工作主要由4個(gè)部分構(gòu)成——情報(bào)保障、指揮控制、部隊(duì)行動(dòng)和火力打擊。

情報(bào)保障指的是情報(bào)部門對(duì)艦船目標(biāo)的全時(shí)段偵搜、發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后的精準(zhǔn)定位、鎖定目標(biāo)后的信息融合處理和打擊后的目標(biāo)態(tài)勢(shì)及時(shí)反饋。其主要由衛(wèi)星探測(cè)裝備、信息傳輸系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)等完成，為指揮機(jī)構(gòu)決策部署提供詳盡數(shù)據(jù)情報(bào)，為火力單元提供精準(zhǔn)目標(biāo)信息，為整個(gè)作戰(zhàn)行動(dòng)提供信息支撐和情報(bào)保障。

指揮控制指的是指揮機(jī)關(guān)的決策部署、任務(wù)規(guī)劃、作戰(zhàn)籌劃、方案計(jì)劃以及各級(jí)指揮機(jī)構(gòu)之間的目標(biāo)信息傳達(dá)、指揮命令下達(dá)和反饋。其主要由通信衛(wèi)星、通信網(wǎng)絡(luò)和一體化指揮平臺(tái)等系統(tǒng)完成，為整個(gè)信息流的閉環(huán)提供強(qiáng)有力的保障。作為整個(gè)作戰(zhàn)體系的中心和大腦，在作戰(zhàn)行動(dòng)中占據(jù)著不可替代的位置。

部隊(duì)行動(dòng)指的是部隊(duì)從接到上級(jí)作戰(zhàn)命令至完成導(dǎo)彈發(fā)射準(zhǔn)備這一階段的所有工作，主要包括部隊(duì)集結(jié)、機(jī)動(dòng)、偽裝以及發(fā)射準(zhǔn)備工作，是將上級(jí)指示命令落實(shí)到任務(wù)執(zhí)行環(huán)節(jié)的重要層級(jí)，是作戰(zhàn)行動(dòng)的直接組織和參與者，在整個(gè)作戰(zhàn)行動(dòng)中起著舉足輕重的作用。

火力打擊指常規(guī)導(dǎo)彈發(fā)射裝備從點(diǎn)火發(fā)射至完成打擊任務(wù)的整個(gè)過(guò)程，主要由火力單元和武器平臺(tái)完成，包括導(dǎo)彈飛行、制導(dǎo)、突防、命中及摧毀，是整個(gè)作戰(zhàn)行動(dòng)的最終執(zhí)行者，是能否順利實(shí)施打擊和完成作戰(zhàn)目標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1.2 作戰(zhàn)流程分析

常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)基本作戰(zhàn)流程分為作戰(zhàn)準(zhǔn)備和作戰(zhàn)實(shí)施兩個(gè)階段，本文主要對(duì)作戰(zhàn)實(shí)施階段的作戰(zhàn)效能評(píng)估進(jìn)行分析研究。這一階段指的是情報(bào)保障部門進(jìn)行目標(biāo)偵察至導(dǎo)彈發(fā)射單元實(shí)施發(fā)射，最終完成作戰(zhàn)任務(wù)的整個(gè)過(guò)程，簡(jiǎn)要流程如圖1所示。主要作戰(zhàn)行動(dòng)包括：

圖1 常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)實(shí)施階段流程圖

1）海洋監(jiān)視衛(wèi)星系統(tǒng)偵察到艦艇目標(biāo)，獲取目標(biāo)實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)，處理生成艦艇目標(biāo)指示信息，并傳送給指揮機(jī)構(gòu)。

2）指揮機(jī)構(gòu)接收到目標(biāo)指示信息后，迅速進(jìn)行決策部署和任務(wù)規(guī)劃并向作戰(zhàn)部隊(duì)下達(dá)發(fā)射命令。

3）作戰(zhàn)部隊(duì)根據(jù)上級(jí)命令和任務(wù)規(guī)劃進(jìn)行發(fā)射規(guī)劃，同時(shí)迅速反應(yīng)，組織部隊(duì)機(jī)動(dòng)，到達(dá)發(fā)射陣地后進(jìn)行偽裝隱蔽和發(fā)射前的準(zhǔn)備工作，等待指揮所下達(dá)點(diǎn)火命令。

4）發(fā)射單元接收到點(diǎn)火命令后，導(dǎo)彈發(fā)射升空，經(jīng)過(guò)飛行、制導(dǎo)、突防，最后命中目標(biāo)，完成作戰(zhàn)任務(wù)。

2 常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系

為了能夠科學(xué)合理地對(duì)常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)效能進(jìn)行評(píng)估，就需要采用一些定性和定量的尺度對(duì)其作戰(zhàn)能力進(jìn)行度量，這種尺度就稱為指標(biāo)。通過(guò)對(duì)常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)體系基本的力量構(gòu)成，以及作戰(zhàn)實(shí)施階段的流程進(jìn)行分析，梳理總結(jié)出能夠?qū)ΤＲ?guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)進(jìn)行效能評(píng)估的指標(biāo)體系。首先，結(jié)合作戰(zhàn)特點(diǎn)和流程分析，對(duì)評(píng)估指標(biāo)的選取進(jìn)行分析考慮；然后，再根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)效能指標(biāo)體系進(jìn)行具體構(gòu)建。

2.1 指標(biāo)體系選取的種類

本文研究的作戰(zhàn)行動(dòng)是一個(gè)包含多種要素和環(huán)節(jié)的作戰(zhàn)行動(dòng)，其作戰(zhàn)能力的最終體現(xiàn)是能否成功完成打擊，命中來(lái)襲目標(biāo)。通過(guò)對(duì)體系作戰(zhàn)特點(diǎn)和流程的具體分析，其體現(xiàn)出的時(shí)效性和穩(wěn)定性是整個(gè)作戰(zhàn)體系效能發(fā)揮影響最大的兩個(gè)特性，基于此，在指標(biāo)選取上分為時(shí)間性指標(biāo)和功能性指標(biāo)兩大類。

2.1.1 時(shí)間性指標(biāo)

這一類指標(biāo)遵循的是整個(gè)作戰(zhàn)流程的聯(lián)通閉環(huán)，針對(duì)艦艇這一類時(shí)敏目標(biāo)，滿足時(shí)間窗口是作戰(zhàn)成功的前提，對(duì)時(shí)間的把握就是對(duì)戰(zhàn)機(jī)的把握，所體現(xiàn)的時(shí)效性尤為突出。在時(shí)間類指標(biāo)的選取上，根據(jù)作戰(zhàn)流程，梳理各環(huán)節(jié)時(shí)間指標(biāo)，建立時(shí)間集合。

2.1.2 功能性指標(biāo)

這一類指標(biāo)就是通常用來(lái)描述武器裝備性能的指標(biāo)，由于作戰(zhàn)系統(tǒng)過(guò)于龐大，整個(gè)作戰(zhàn)過(guò)程涉及要素較多，影響最終作戰(zhàn)效能的指標(biāo)也相對(duì)繁雜。因此，在指標(biāo)的選取上，遵循指標(biāo)選取的系統(tǒng)性、全面性、客觀性、獨(dú)立性及簡(jiǎn)明性等原則，構(gòu)建科學(xué)精細(xì)、合理實(shí)用的指標(biāo)體系。

2.2 構(gòu)建評(píng)估指標(biāo)體系

通過(guò)對(duì)指標(biāo)選取種類的分析，結(jié)合作戰(zhàn)流程和作戰(zhàn)特點(diǎn)，在征求了常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)領(lǐng)域?qū)＜医淌诘幕A(chǔ)上，建立了常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系。該指標(biāo)體系從情報(bào)保障效能、指揮控制效能、部隊(duì)行動(dòng)效能以及火力打擊效能4個(gè)一級(jí)指標(biāo)分16個(gè)二級(jí)功能性指標(biāo)和12個(gè)時(shí)間性指標(biāo)對(duì)常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)效能進(jìn)行評(píng)估［3-10］，具體如圖2所示。

圖2 常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系

3 基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)效能評(píng)估模型

3.1 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)［11-12］是用于不確定環(huán)境建模和推理的圖形結(jié)構(gòu)。其主要是由N個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的一個(gè)有向無(wú)環(huán)圖，通?？梢杂?N=〈〈V，E〉，P〉來(lái)表示。其中，〈V，E〉指的就是構(gòu)成貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的這樣一個(gè)有向無(wú)環(huán)圖G，V={V1，V2，…，Vn}表示的是圖G中的節(jié)點(diǎn)變量，E表示變量對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)之間的有向邊集合，P表示的是一個(gè)節(jié)點(diǎn)與每個(gè)相關(guān)節(jié)點(diǎn)的條件概率分布。在一個(gè)有向無(wú)環(huán)圖中，節(jié)點(diǎn)Vi到節(jié)點(diǎn)Vj為一條有向邊，用（Vi，Vj）來(lái)表示，則稱Vi為Vj的父節(jié)點(diǎn)，Vj為Vi的子節(jié)點(diǎn)，沒有父節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)稱為根節(jié)點(diǎn)，沒有子節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)稱為葉節(jié)點(diǎn)。

結(jié)合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和構(gòu)建的指標(biāo)體系，對(duì)常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)效能評(píng)估進(jìn)行模型的建立，結(jié)果如圖3所示。

圖3 作戰(zhàn)效能評(píng)估貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型

3.2 節(jié)點(diǎn)參數(shù)的確定

通過(guò)學(xué)習(xí)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)，總結(jié)出貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型主要由貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)之間的概率分布。因此，在確定貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之后，就需要給出貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的概率分布，其中，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的概率分布包括根節(jié)點(diǎn)的先驗(yàn)概率和子節(jié)點(diǎn)的條件概率。具體求解步驟如下所示。

3.2.1 根節(jié)點(diǎn)先驗(yàn)概率

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點(diǎn)的先驗(yàn)概率是進(jìn)行最終評(píng)估的基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系進(jìn)行分析研究，本文提出了基于隸屬度加權(quán)的根節(jié)點(diǎn)先驗(yàn)概率方法，具體分3步進(jìn)行求解。

Step 1：細(xì)化根節(jié)點(diǎn)指標(biāo)，分析根節(jié)點(diǎn)具體影響因素，選取可量化的子指標(biāo)，最后構(gòu)建根節(jié)點(diǎn)的分化指標(biāo)體系。

Step 2：采用熵權(quán)法［13］確定根節(jié)點(diǎn)子指標(biāo)的權(quán)重。

而后，計(jì)算各子指標(biāo)的熵，令第i個(gè)子指標(biāo)的熵為 Hi，則

最后，計(jì)算各子指標(biāo)的權(quán)重，令第i個(gè)子指標(biāo)的權(quán)重為 ωi，則

3.2.2 子節(jié)點(diǎn)條件概率

在確定貝葉斯網(wǎng)絡(luò)子節(jié)點(diǎn)條件概率上，本文采用專家經(jīng)驗(yàn)打分和統(tǒng)計(jì)分析的方法，最終形成子節(jié)點(diǎn)的條件概率（CPT）。具體的確定方法通過(guò)舉例來(lái)說(shuō)明，如圖4所示。

圖4 三節(jié)點(diǎn)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

在A、B、C 3個(gè)節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中，A、B為根節(jié)點(diǎn)，C為子節(jié)點(diǎn)。首先，設(shè)父節(jié)點(diǎn)A、B的屬性等級(jí)V={好，差}，子節(jié)點(diǎn)C的屬性等級(jí)V={好，一般，差}；而后，邀請(qǐng)專家評(píng)定打分，對(duì)C在A、B各自屬性等級(jí)發(fā)生的情況下的屬性等級(jí)進(jìn)行評(píng)定打分；最后，統(tǒng)計(jì)專家打分結(jié)果，如表1所示，n11為A、B屬性等級(jí)均為好的情況下，有n11個(gè)專家評(píng)定C的屬性等級(jí)為好，同理可得其他情況下的條件概率，最終確定子節(jié)點(diǎn)C的CPT。

3.3 基于Netica軟件的作戰(zhàn)效能評(píng)估模型仿真

本文采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)仿真軟件Netica對(duì)所建立的評(píng)估模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)評(píng)估網(wǎng)絡(luò)模型和相關(guān)節(jié)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，本節(jié)主要是利用Netica軟件實(shí)現(xiàn)最終的評(píng)估結(jié)果。首先，結(jié)合指標(biāo)體系和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，在Netica中進(jìn)行模型的建立；而后，輸入所有根節(jié)點(diǎn)的先驗(yàn)概率以及子節(jié)點(diǎn)的CPT；最后，運(yùn)行軟件進(jìn)行效能評(píng)估仿真，由此得到最終的評(píng)估結(jié)果。

表1 節(jié)點(diǎn)C的CPT

4 實(shí)例解算與分析評(píng)估

對(duì)于常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)效能評(píng)估問(wèn)題，首先是應(yīng)當(dāng)整個(gè)體系進(jìn)行時(shí)效性的評(píng)估，而后對(duì)作戰(zhàn)體系進(jìn)行功能性的評(píng)估，最后，綜合兩方面特性進(jìn)行總體評(píng)估。

4.1 常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)效能的時(shí)效性評(píng)估

常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)面對(duì)的是海上大中型慢速移動(dòng)目標(biāo)，屬于時(shí)敏性目標(biāo)，從目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)到最后的實(shí)施打擊，整個(gè)作戰(zhàn)過(guò)程對(duì)時(shí)間的掌控和要求都特別嚴(yán)格，這也是作戰(zhàn)體系完成作戰(zhàn)任務(wù)的基本前提和保證。通常，設(shè)定作戰(zhàn)體系在作戰(zhàn)過(guò)程允許使用的時(shí)間為“時(shí)間窗口”，在本文中，時(shí)間窗口m與導(dǎo)彈的末制導(dǎo)范圍和艦艇的最大航速有關(guān)，即m=S/v，S為導(dǎo)彈的末制導(dǎo)范圍，v為艦艇的最大航速。同時(shí)，設(shè)定作戰(zhàn)體系從目標(biāo)發(fā)現(xiàn)到導(dǎo)彈完成前段飛行實(shí)際使用時(shí)間為作戰(zhàn)體系的實(shí)際能力，稱為“殺傷鏈長(zhǎng)度l”。具體關(guān)系如圖5所示。在常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)效能評(píng)估中，首先必須判明l與m的大小，只有當(dāng)l≤m時(shí)，才會(huì)進(jìn)行下一步的功能性評(píng)估，否則將認(rèn)定此次作戰(zhàn)在時(shí)間上失敗的可能性極大。本文設(shè)定l≤m，作戰(zhàn)行動(dòng)滿足時(shí)效性要求。

圖5 時(shí)間窗口和殺傷鏈關(guān)系示意圖

4.2 常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)效能的功能性評(píng)估

按照整個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)的步驟，利用Netica進(jìn)行仿真的具體流程如下所示。

圖6 常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)效能評(píng)估網(wǎng)絡(luò)圖

Step 1：構(gòu)建貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型。

結(jié)合2.2節(jié)構(gòu)建的指標(biāo)體系和3.1節(jié)建立的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，利用Netica構(gòu)造貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，如圖6所示。

Step 2：輸入根節(jié)點(diǎn)先驗(yàn)概率和子節(jié)點(diǎn)CPT。

由于篇幅原因，不一一列舉先驗(yàn)概率和CPT的計(jì)算過(guò)程以及所有參數(shù)的輸入過(guò)程，本文列舉節(jié)點(diǎn)E1的CPT輸入過(guò)程，如圖7所示。

Step 3：實(shí)現(xiàn)評(píng)估結(jié)果。

完成所有參數(shù)輸入后，運(yùn)行仿真軟件，即可得到評(píng)估結(jié)果，如圖8所示。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，可以看出，整體作戰(zhàn)效能評(píng)估結(jié)果為好。在情報(bào)保障效能中，目標(biāo)信息處理能力最強(qiáng)，而目標(biāo)探測(cè)能力還有待提高；在指揮控制效能中，態(tài)勢(shì)感知能力最強(qiáng)，而指揮決策的效率還需要加強(qiáng)；在部隊(duì)行動(dòng)效能中，實(shí)裝操作能力很強(qiáng)，而部隊(duì)機(jī)動(dòng)能力還存在短板；在火力打擊效能中，發(fā)射裝置的穩(wěn)定性很高，而導(dǎo)彈突防能力還比較弱，嚴(yán)重影響了總體的作戰(zhàn)效能。

圖7 節(jié)點(diǎn)E1的CPT輸入

5 結(jié)論

本文通過(guò)分析作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)和基本作戰(zhàn)流程，建立了具備時(shí)效性和功能性的常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系，并分別從時(shí)效性和功能性對(duì)作戰(zhàn)效能進(jìn)行評(píng)估。以時(shí)效性為前提，在滿足時(shí)效性的基礎(chǔ)上，提出了基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的評(píng)估方法，給出了具體的評(píng)估過(guò)程，通過(guò)算例，利用Netica仿真軟件，對(duì)評(píng)估方法的有效性和實(shí)用性進(jìn)行了論證，并結(jié)合評(píng)估結(jié)果進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。但是，在常規(guī)導(dǎo)彈反艦作戰(zhàn)過(guò)程中，不確定因素和不可控因素太多，因此，對(duì)于評(píng)估模型的有效性還需要進(jìn)一步結(jié)合實(shí)踐的具體數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，整個(gè)評(píng)估體系還需要不斷的更新和優(yōu)化。

圖8 仿真結(jié)果