多層觀察者模式的對抗訓練裁決方法

歐陽志宏,徐英,丁鋒

(國防科技大學 電子對抗學院，安徽 合肥 230037)

0 引言

訓練效果評估在對抗訓練進程中負責訓練成績評判、訓練質(zhì)量檢驗和訓練過程分析等核心工作。對抗裁決作為訓練效果評估的重要內(nèi)容，主要完成對抗訓練多源、海量、全方位數(shù)據(jù)實時收集與處理，并結(jié)合裁決任務(wù)與要求，完成紅藍對抗行動勝負判定，推動訓練進程有序進行。信息化條件下，科學、規(guī)范、實時、穩(wěn)定的對抗裁決對訓練質(zhì)量提升與效益發(fā)揮起著重要的支撐和催化作用。

國內(nèi)外在對抗裁決和訓練評估方面的研究主要集中在評估算法[1-11]。固化的訓練模式和組訓方法使得學者們鮮有對裁決方法、模型規(guī)則和系統(tǒng)設(shè)計的研究。本文以訓練信息系統(tǒng)的全面建設(shè)為背景，明確對抗裁決的角色定位，設(shè)計了一種多層觀察者模式對抗裁決方法，分析了對抗裁決與訓練效果評估、訓練管理的相互關(guān)系，解決了穩(wěn)定高效的訓練數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)與實時處理問題。具體針對防精確打擊對抗裁決，建立了裁決模型和裁決規(guī)則，并給出了方法在系統(tǒng)中的應(yīng)用實例。

1 多層觀察者模式對抗裁決

1.1 裁決系統(tǒng)角色定位

對抗訓練裁決系統(tǒng)與訓練質(zhì)量評估系統(tǒng)、評估數(shù)據(jù)支撐系統(tǒng)共同組成訓練效果評估系統(tǒng)。專業(yè)裁決人員操作裁決系統(tǒng)，在訓練開始前根據(jù)訓練任務(wù)、訓練計劃和紅藍雙方主要行動，擬制裁決方案，定制裁決規(guī)則。訓練開始后，裁決系統(tǒng)依據(jù)裁決方案內(nèi)容收集訓練數(shù)據(jù)，按照不同對抗行動作用機理，執(zhí)行紅藍對抗勝負裁決，并將裁決結(jié)果上報導調(diào)控制系統(tǒng)綜合處理。圖1是裁決系統(tǒng)在訓練信息系統(tǒng)中的角色定位。

1.2 觀察者模式

觀察者模式又稱為發(fā)布-訂閱模式，它定義了對象間的一種一對多的依賴關(guān)系，讓多個觀察者對象同時監(jiān)聽某一個主題對象。這個主題對象在狀態(tài)發(fā)生變化時，會通知所有觀察者對象，而各個觀察者對象根據(jù)通知信息選擇性地對自己的表現(xiàn)形式進行更新[12-15]。

觀察者模式的一般結(jié)構(gòu)如圖2所示。主題Subject即被觀察者，它可以有任意多個觀察者，并管理這些觀察者，同時提供增加和刪除觀察者對象的接口。觀察者Observer為那些需要在主題相關(guān)狀態(tài)發(fā)生改變時獲得通知的對象定義一個更新接口，以便在得到主題通知時獲得更新。具體主題ConcreteSubject用于存儲相關(guān)狀態(tài)，并在狀態(tài)改變時，負責向它的各個觀察者發(fā)出通知。具體觀察者ConcreteObserver維護一個指向具體主題對象的引用，并實現(xiàn)具體的更新接口，以接收具體主題發(fā)送的通知消息，同時還可以根據(jù)需要對消息進行特定的處理。

觀察者模式的發(fā)布-訂閱方式有“推”和“拉”2種模型。推模型是當消息產(chǎn)生時，把所有相關(guān)信息都通過參數(shù)的形式“推給”觀察者。不管觀察者對這些信息需要與否，目標對象都會把這些信息發(fā)送給觀察者。拉模型是當消息產(chǎn)生時，通知的函數(shù)不帶任何相關(guān)的信息，由觀察者到目標對象取回消息。通過被觀察者提供相應(yīng)的接口，觀察者可以有選擇地得到所需信息。

1.3 多層觀察者模式

大規(guī)模的對抗訓練參訓人員和裝備種類多，配套的訓練數(shù)據(jù)采集手段多樣，使得訓練數(shù)據(jù)類型豐富且數(shù)據(jù)量極大。訓練信息系統(tǒng)內(nèi)流轉(zhuǎn)和處理的數(shù)據(jù)主要包括實裝與模擬訓練器材工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、紅藍對抗行動數(shù)據(jù)、導演調(diào)理數(shù)據(jù)、戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)等，由隸屬于導調(diào)控制的訓練管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心統(tǒng)籌存儲與分發(fā)。顯然，觀察者模式非常適于訓練信息系統(tǒng)。

然而，訓練管理系統(tǒng)不能為訓練信息系統(tǒng)內(nèi)眾多分系統(tǒng)制定詳細的發(fā)布-訂閱關(guān)系，這會帶來一定的修改風險和維護成本，也會降低數(shù)據(jù)分發(fā)的效率。因此，在訓練管理系統(tǒng)與訓練效果評估系統(tǒng)之間可以建立一層推模型觀察者模式，即訓練管理系統(tǒng)將所有數(shù)據(jù)發(fā)布給注冊的觀察者，無需做任何篩選處理；而訓練效果評估系統(tǒng)向訓練管理系統(tǒng)進行注冊，根據(jù)本系統(tǒng)擬制的發(fā)布-訂閱關(guān)系收集數(shù)據(jù)。

訓練效果評估系統(tǒng)的評估數(shù)據(jù)支撐分系統(tǒng)負責下一步的數(shù)據(jù)維護與管理，此時，可再建立一層推、拉混合模型觀察者模式，由支撐系統(tǒng)扮演主題角色，而對抗訓練裁決系統(tǒng)為觀察者。對于通用的、數(shù)據(jù)量大的訓練數(shù)據(jù)采用推模型發(fā)布，對于重要度高或需要人機交互取回的數(shù)據(jù)，采取拉模型發(fā)布。綜上所述，圍繞訓練管理系統(tǒng)、訓練效果評估系統(tǒng)、對抗裁決系統(tǒng)建立的多層觀察者模式裁決如圖3所示。

2 防精確打擊對抗裁決模型與規(guī)則

2.1 裁決模型

裁決模型是對抗裁決系統(tǒng)的核心，直接決定裁決的科學性、準確性、合理性，以及對抗裁決系統(tǒng)運行的實時性與穩(wěn)定性。為實現(xiàn)通用設(shè)計，構(gòu)建裁決模型數(shù)據(jù)庫，需要將裁決模型標準化并獨立封裝，同時模型參數(shù)可修改。

現(xiàn)階段，藍軍精確打擊行動通常采取數(shù)字模擬的方法，即采用推送數(shù)字報文的形式描述武器發(fā)射、尋的跟蹤、受擾致偏、爆炸等各階段狀態(tài)。因此，建立基于炸點預測的防精確打擊裁決模型，運用對抗裁決計算機接收模擬導彈當前位置、飛行姿態(tài)、工作模式、瞄準情況等信息，同步監(jiān)控紅軍遂行區(qū)域防護和要點防護電子干擾參數(shù)，在干擾有效性判決的基礎(chǔ)上預測武器炸點。裁決方法的流程如圖4所示。受擾致偏和炸點預測也可由藍軍模擬計算，對抗裁決計算機只需接收最終的炸點信息，結(jié)合紅軍目標的分布情況，以及現(xiàn)地人員采集的重點目標所在地域和隱蔽防護情況，計算得出武器爆炸瞬時紅軍主要目標的毀傷數(shù)量和受損程度，從而為部隊重點目標防護能力裁定提供依據(jù)。

在干擾效能分析的基礎(chǔ)上計算紅方部隊針對性實施的光電干擾、雷達干擾、無線電引信干擾等對抗手段對目標命中概率的影響，并充分考慮紅方部隊施放干擾的及時性和干擾樣式選擇的準確性，因此，命中概率P(Z)為

P(Z)=(1-P(J|T))(1-P(J|M))·

P(Z|J)P(Z0)

(1)

式中:P(J|T)，P(J|M)為當前干擾時機和干擾樣式條件下的干擾成功率;P(Z|J)為干擾效能分析模型根據(jù)武器性能參數(shù)、干擾參數(shù)、傳播因素等計算得出的干擾條件下的武器命中概率;P(Z0)為武器典型發(fā)射后命中概率。

命中概率的變化直接反映到模擬導彈彈道和瞄準情況的變化，最終結(jié)合地形數(shù)據(jù)生成炸點位置。假設(shè)武器對目標的毀傷是破片毀傷，對特定目標的毀傷半徑為Rh，Rh與武器戰(zhàn)斗部攜帶的炸藥類型等因素有關(guān)，那么精確制導武器對目標的毀傷概率為

(2)

式中:CEP為武器撞擊目標時偏離目標中心的誤差，這里用炸點與目標的距離誤差代替;σ為現(xiàn)地人員采集的爆炸瞬時重點目標所在地域和隱蔽防護情況影響因子，利用坑洞或運用器材等防護措施越好，σ越小，從而毀傷概率越小。

定義毀傷程度裁決指標Ih，將毀傷概率Ph按數(shù)值區(qū)間分級處理，并建立對應(yīng)關(guān)系。Ih為

(3)

2.2 裁決規(guī)則

裁決規(guī)則是形成裁決結(jié)果的基本依據(jù)和準則，也是確保自主和公平對抗的基本條件，反映著對抗訓練的剛性要求和約束。裁決規(guī)則一般以戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)和裝備性能為基礎(chǔ)，依據(jù)影響對抗結(jié)果的各要素制定。裁決規(guī)則的擬制注重指標量化和科學計算，對可能存在模糊爭議、難以評判的對抗行動要在訓練前經(jīng)權(quán)威專家評議確定，重點是規(guī)則內(nèi)容、要素權(quán)重和裁決結(jié)果的分級方法，最終形成紅、藍、白三方確認的裁決規(guī)則體系。以精確打擊與防護對抗裁決為例，建立的退出型和遲滯型裁決規(guī)則如表1所示。

裁決規(guī)則體系是隨著作戰(zhàn)訓練背景的變化和訓練條件的改善逐步調(diào)整完善的，針對不同的訓練層次和考核對象，裁決規(guī)則應(yīng)能夠靈活定制，體現(xiàn)不同的對抗要求。表1中“**”(目標類型、參考數(shù)值、遲滯時間等)和比較運算符為裁決規(guī)則可定制內(nèi)容。

表1 退出型和遲滯型裁決規(guī)則Table 1 Exit-type and delay-type arbitrament rules

3 系統(tǒng)實現(xiàn)與應(yīng)用

研制的對抗裁決系統(tǒng)已投入訓練使用，在精確打擊與防護對抗訓練階段，對抗裁決計算機實時采集紅軍重點目標位置信息，另一方面監(jiān)控藍軍精確制導武器發(fā)射與瞄準情況。武器在飛行過程中受到紅軍多手段干擾，模型實時計算武器受擾后的致偏情況，并推算最終落點，如圖5所示。

精確制導武器爆炸后，按模型計算紅軍特定對象瞬時毀傷概率和毀傷程度，得出裁決結(jié)果。圖6為紅軍重點目標毀傷情況示意圖。

4 結(jié)束語

隨著對抗訓練內(nèi)容與要求的不斷拓展，以及訓練信息化建設(shè)的深入推進，對抗裁決必然要從傳統(tǒng)人工現(xiàn)地裁決向人機交互式裁決、內(nèi)外場綜合裁決轉(zhuǎn)型。本文設(shè)計了一種多層觀察者模式對抗裁決方法，為海量訓練數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)與處理、對抗裁決系統(tǒng)框架設(shè)計、裁決規(guī)則與裁決模型設(shè)計、裁決系統(tǒng)研制與應(yīng)用等問題提供了思路。