汪浩
(中國人民解放軍92941部隊,遼寧 葫蘆島 125001)
現(xiàn)代戰(zhàn)爭模式逐步從以“平臺”為中心發(fā)展成以“網(wǎng)絡(luò)”為中心[1-2],各種傳感器、情報處理系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)以及武器裝備通過網(wǎng)絡(luò)互連共享形成作戰(zhàn)體系[3]。因此,著眼于未來水面艦艇編隊防空需要,新型艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)在多平臺信息共享的基礎(chǔ)上具有協(xié)同防空反導(dǎo)作戰(zhàn)能力,加大了對空作戰(zhàn)縱深,提高了體系的反應(yīng)速度,解決了艦空導(dǎo)彈的殺傷區(qū)受制于單制導(dǎo)平臺威力限制的問題[4-5],對空中來襲目標(biāo),尤其是低空掠海反艦導(dǎo)彈可實施“超視距”打擊,同時也提升了新型艦空導(dǎo)彈在復(fù)雜電磁環(huán)境中的抗干擾能力。
艦艇編隊協(xié)同防空反導(dǎo)體系可以使編隊內(nèi)的水面艦艇構(gòu)成一個多功能、多層次、全方位、大范圍的防御體系,充分發(fā)揮其作戰(zhàn)效能,形成較強的編隊防空反導(dǎo)作戰(zhàn)能力[6-8]。艦艇編隊協(xié)同防空反導(dǎo)體系的作戰(zhàn)效能是衡量其完成防空反導(dǎo)任務(wù)能力的基本依據(jù),因此,協(xié)同防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)效能評估應(yīng)基于整個作戰(zhàn)過程。
艦艇編隊在海上執(zhí)行任務(wù)過程中,敵方預(yù)警機發(fā)現(xiàn)我方艦艇編隊,指揮敵方艦艇和飛機對我方艦艇編隊進(jìn)行攔截,同時敵方電子干擾機掩護戰(zhàn)斗機對我方艦艇編隊實施導(dǎo)彈攻擊,我方編隊則對敵方飛機和導(dǎo)彈進(jìn)行探測并實施干擾和攔截。
水面艦艇防空作戰(zhàn)涉及多個系統(tǒng)、多個領(lǐng)域,具有系統(tǒng)復(fù)雜、協(xié)同難度大等特點。美國陸軍上校約翰·包以德提出了觀察-判斷-決策-行動(observe,orient,decide,act,OODA)環(huán)理論,該理論對體系作戰(zhàn)行動整個過程進(jìn)行抽象,能夠較為清晰地描述整個防空體系作戰(zhàn)行動的全過程[9]。利用OODA環(huán)理論[10-11]分析艦艇防空作戰(zhàn)流程,明確作戰(zhàn)各階段需要完成的任務(wù),可以將復(fù)雜的防空作戰(zhàn)問題簡單化、模塊化,進(jìn)而有針對性地進(jìn)行作戰(zhàn)效能研究。
(1) 觀察:編隊內(nèi)各平臺預(yù)警雷達(dá)開展預(yù)警探測,并通過通信數(shù)據(jù)鏈將目標(biāo)的探測信息傳輸?shù)骄庩爟?nèi)協(xié)同處理單元,形成統(tǒng)一戰(zhàn)場態(tài)勢;編隊內(nèi)協(xié)同處理單元實時接收編隊內(nèi)各艦艇平臺的工作狀態(tài)、位置與速度信息,明確編隊內(nèi)各平臺的分布及特征。
(2) 判斷:編隊指控系統(tǒng)根據(jù)空情態(tài)勢,按照作戰(zhàn)準(zhǔn)則,對艦隊指控系統(tǒng)下達(dá)作戰(zhàn)準(zhǔn)備,進(jìn)行編隊防空隊形展開;當(dāng)發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)處來襲飛機或?qū)?,編隊指控系統(tǒng)依托對空態(tài)勢,按照作戰(zhàn)準(zhǔn)則和編隊隊形,對來襲目標(biāo)實時做出威脅判斷。
(3) 決策:在觀察、判斷基礎(chǔ)上,指揮員進(jìn)行統(tǒng)一的任務(wù)分配和資源配置,為編隊內(nèi)各艦艇指控系統(tǒng)分配作戰(zhàn)任務(wù)。
(4) 行動:艦艇指控系統(tǒng)根據(jù)編隊指控系統(tǒng)下達(dá)的作戰(zhàn)任務(wù),對艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)下達(dá)目標(biāo)指示,協(xié)同處理單元對交戰(zhàn)全過程進(jìn)行監(jiān)控,并根據(jù)需要規(guī)劃與協(xié)調(diào)傳感器和制導(dǎo)平臺等資源的使用。協(xié)同處理單元通過數(shù)據(jù)鏈獲取艦艇編隊中各傳感器目標(biāo)原始信息,當(dāng)艦艇平臺遭到電子戰(zhàn)飛機干擾時,協(xié)同處理單元可以利用各艦艇平臺雷達(dá)對目標(biāo)的被動交叉定位信息,形成統(tǒng)一的制導(dǎo)信息場,送導(dǎo)彈武器系統(tǒng)進(jìn)行射擊諸元解算,控制導(dǎo)彈發(fā)射完成火力打擊;當(dāng)接力制導(dǎo)時,由協(xié)同處理單元選擇制導(dǎo)平臺并向編隊指控系統(tǒng)提出指定接班制導(dǎo)雷達(dá)請求,編隊指揮發(fā)送指令完成制導(dǎo)平臺的交班。當(dāng)一次攔截過程結(jié)束后,各作戰(zhàn)單元對目標(biāo)毀傷效果進(jìn)行評估和二次攔截可行性判斷,并將結(jié)果上報編指。
利用OODA環(huán)理論分析單艦防空作戰(zhàn)流程[10],觀察、判斷、決策和行動4個階段雖然相互關(guān)聯(lián)但是相對獨立,而艦艇編隊體系作戰(zhàn)流程復(fù)雜性和協(xié)同難度較之增大很多。在艦艇編隊體系作戰(zhàn)的行動階段,單艦可能完成了不止一次OODA過程,首先得到艦隊指控系統(tǒng)分配的作戰(zhàn)目標(biāo),進(jìn)行判斷,根據(jù)來襲目標(biāo)情況對自身火力進(jìn)行分配,屬于決策階段,而作戰(zhàn)單元完成對空火力打擊任務(wù)屬于行動階段;當(dāng)需要接力制導(dǎo)時,由協(xié)同處理單元選擇制導(dǎo)平臺并向編隊指控系統(tǒng)提出指定接班制導(dǎo)雷達(dá)請求,編隊指揮需再次進(jìn)行判斷決策發(fā)送指令完成制導(dǎo)平臺的交班。
艦艇編隊防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)效能評估主要結(jié)合編隊防空反導(dǎo)體系特點和作戰(zhàn)運用模式,利用敵我雙方對抗結(jié)果體現(xiàn)艦艇編隊防空反導(dǎo)體系完成規(guī)定任務(wù)的能力[12]。水面艦艇編隊防空作戰(zhàn)能力是指編隊在海上作戰(zhàn)中,依靠編隊自身所攜帶的兵力兵器對空中來襲的飛機和導(dǎo)彈等目標(biāo)進(jìn)行抗擊、規(guī)避的能力[7]。因此,水面艦艇編隊防空作戰(zhàn)目的是:通過攔截敵方飛機和導(dǎo)彈或者采取規(guī)避,保護我方艦艇等重要目標(biāo)安全。
根據(jù)編隊內(nèi)艦艇協(xié)同作戰(zhàn)的不同目的,協(xié)同作戰(zhàn)應(yīng)用模式大致可以分成超低空防空反導(dǎo)作戰(zhàn)模式、協(xié)同接力制導(dǎo)模式和協(xié)同抗干擾模式3種。進(jìn)行艦艇編隊防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)能力評估指標(biāo)體系構(gòu)建時先要進(jìn)行體系作戰(zhàn)任務(wù)剖面及功能要求梳理,如表1所示。
表1 艦艇編隊防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)任務(wù)剖面及功能要求
(1) 階段劃分:在艦艇編隊防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)效能評估分析時,針對具體作戰(zhàn)模式,將整個作戰(zhàn)行動劃分為作戰(zhàn)準(zhǔn)備、戰(zhàn)斗實施、兵力撤收3個主要階段,在具體戰(zhàn)斗實施階段再利用基于OODA模型的作戰(zhàn)流程進(jìn)行子階段劃分。
(2) 建立主要任務(wù):可以比較清楚地表述各個階段的主要作戰(zhàn)任務(wù)。
(3) 功能要求:對應(yīng)各階段主要任務(wù)提出具體功能要求。
進(jìn)行作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)體系構(gòu)建時,首先確立指標(biāo)構(gòu)建原則,然后對各階段主要任務(wù)提出的功能要求,即單項效能指標(biāo)進(jìn)行分析,結(jié)合單項效能指標(biāo),建立體系的作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)。
(1) 指標(biāo)體系要具有系統(tǒng)性、完整性和層次性,上層指標(biāo)由下層指標(biāo)聚合得來,確保最底層指標(biāo)可以通過定性或定量方式度量[13]。
(2) 體系作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)體系必須是在完整的作戰(zhàn)過程中建立起來的,要體現(xiàn)對抗性。
從典型作戰(zhàn)流程分析,艦艇編隊協(xié)同防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)能力主要和以下6個單項效能指標(biāo)緊密相關(guān):預(yù)警探測能力、指揮控制能力、艦艇機動能力、火力打擊能力、電子防御能力、毀傷效果評估能力。如圖1所示。
圖1 單項效能評估指標(biāo)體系
艦艇編隊協(xié)同防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)可從4個層次來進(jìn)行分析。第1層是體系分系統(tǒng)的能力度量;第2層是體系的單項效能度量;第3層次是體系不同階段的效能度量;第4層是體系作戰(zhàn)效能。如圖2所示。在體系中,上層指標(biāo)都由其下層指標(biāo)聚合而來,最終體系作戰(zhàn)效能是各作戰(zhàn)階段效能的加權(quán)和。
先利用層次分析法(analytic hierarchy process,AHP)-指數(shù)法對單項效能進(jìn)行評估,然后根據(jù)表1劃分的各作戰(zhàn)行動階段,分別求得各階段作戰(zhàn)效能,最終對各個階段作戰(zhàn)效能進(jìn)行加權(quán)和得到完整的體系作戰(zhàn)效能。
(1) 構(gòu)造判斷矩陣
采用層次分析法[12-14],對影響某個單項效能的能力要素兩兩比較量化,形成判斷矩陣為
(1)
(2) 判斷矩陣的一致性檢驗[12]
2) 根據(jù)表2,查找N對應(yīng)的隨機一致性指標(biāo)RI;
表2 隨機一致性指標(biāo)表[12]
圖2 艦艇編隊協(xié)同防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)
當(dāng)CR<0.10,判斷矩陣一致性可接受。
(3) 確定權(quán)重[13]
根據(jù)判斷矩陣CNN求得最大特征值和其對應(yīng)的特征向量(w1,w2,…,wN-1,wN),該特征向量即為影響該單項效能的各能力要素的權(quán)重;如果CR≥0.10,則說明判斷矩陣一致性不好,重新調(diào)整兩兩比較值,直到矩陣一致性可接受為止。
(4) 最底層能力度量規(guī)范化
對于最底層能力度量,采用裝備試驗訓(xùn)練歷史數(shù)據(jù),綜合集成專家經(jīng)驗判斷給出,通過比較國外同類裝備能力,對作戰(zhàn)使用裝備能力進(jìn)行規(guī)范化,將其轉(zhuǎn)換為一個無量綱的相對值。
(5) 利用指數(shù)法進(jìn)行評估[13-15]
利用規(guī)范化的能力度量和權(quán)重系數(shù)進(jìn)行指數(shù)評估
(2)
式中:Xi代表影響某個單項效能的第i項能力度量;N代表影響某個單項效能的能力度量的數(shù)量;l代表修正系數(shù);wi為根據(jù)第i項能力度量的權(quán)重系數(shù),表示該能力要素對某個單項效能的貢獻(xiàn)大小。
根據(jù)圖2所示的體系作戰(zhàn)效能指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu),整個作戰(zhàn)任務(wù)劃分為6個階段,因此某一作戰(zhàn)模式下艦艇編隊防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)效能為
(3)
式中:Sqi為第i階段體系作戰(zhàn)效能;Wqi為第i階段體系作戰(zhàn)效能指標(biāo)權(quán)重。
根據(jù)指數(shù)法計算模型,指數(shù)法評估用“耦合聯(lián)接”方法[15]將各單項效能關(guān)聯(lián)成一個整體,如果是串聯(lián)關(guān)系,Sqi用式(4)表示;如果是并聯(lián)關(guān)系,Sqi用式(5)表示。
(4)
(5)
式中:Js表示第i階段有串聯(lián)關(guān)系的功能要求即單項效能數(shù);Jp表示第i階段有并聯(lián)關(guān)系的功能要求即單項效能數(shù);Iij表示第i階段要求的第j個單項效能。
本文以某現(xiàn)役艦艇編隊作為評估實例,對裝備底層能力度量規(guī)范化時,利用公開資料中得到的美國艦艇編隊能力進(jìn)行對比,各類權(quán)重系數(shù)由AHP方法結(jié)合專家評估數(shù)據(jù)得到。
單項效能的底層能力度量規(guī)范化時采用類比計算方法,選擇美國艦艇編隊能力作為類比的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為一個無量綱的相對值,如果沒有獲得美國艦艇編隊能力中相對應(yīng)的指標(biāo)值,則用1表示相應(yīng)的規(guī)范化指標(biāo)值。
由4.1所示步驟,根據(jù)專家評估數(shù)據(jù)給出預(yù)警探測能力Ade、指揮控制能力Aco、火力打擊能力Afi、艦艇機動能力Amo、電子防御能力Ael、毀傷效果評估能力Aes等單項效能的判斷矩陣如式(6)~(11),6項單項效能的評估結(jié)果見表3~8。
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
表3 預(yù)警探測能力評估結(jié)果
表4 艦艇機動能力評估結(jié)果
表5 指揮控制能力評估結(jié)果
表6 火力打擊能力評估結(jié)果
表7 電子防御能力評估結(jié)果
表8 艦艇毀傷效果評估能力評估結(jié)果
根據(jù)4.2節(jié)式(4)和(5),得到不同階段體系作戰(zhàn)效能。
Spa=Ide·Imo·Ico=0.697 8,Sob=Ide·Ico=0.837 4,Sor=Imo·Ico·Ies=0.618 4,Sde=Ico=0.890 6,Sac=Ico·(Ifi+Iel)=1.453 8,Spa=Ide·Imo·Ico=0.697 8.
對6個階段體系作戰(zhàn)效能指標(biāo)權(quán)重選用(0.01,0.245,0.245,0.245,0.245,0.01),根據(jù)式(3)得到在該算例給出的作戰(zhàn)模式下艦艇編隊防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)效能為:Sp=0.945 0。
本文提出了基于OODA作戰(zhàn)過程的艦艇編隊協(xié)同防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)體系構(gòu)建方法,突出體系作戰(zhàn)效能是由作戰(zhàn)過程中的具體行動和體系中的裝備效能等因素共同決定的。并且面向各作戰(zhàn)階段利用AHP-指數(shù)法構(gòu)建了艦艇編隊協(xié)同防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)效能綜合評估模型,最后通過實例驗證了方法的可行性,可以為艦艇編隊協(xié)同防空作戰(zhàn)效能評估開展提供支撐。