基于可執(zhí)行架構(gòu)的殺傷鏈設(shè)計(jì)與分析優(yōu)化方法

王 夢(mèng)，楊 松，李小波*，王維平，李 兵

（1.國(guó)防科技大學(xué)系統(tǒng)工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410073；2.四川航天系統(tǒng)工程研究所，四川成都 610100）

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和作戰(zhàn)理論的發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)的戰(zhàn)爭(zhēng)形式和作戰(zhàn)樣式在不斷發(fā)生變革。自海灣戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期提出“殺傷鏈”這一作戰(zhàn)研究領(lǐng)域的概念以來，美軍先后發(fā)動(dòng)多次戰(zhàn)爭(zhēng)，從戰(zhàn)爭(zhēng)中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，不斷優(yōu)化其殺傷鏈流程，縮短其閉環(huán)時(shí)間，最終達(dá)到了提升體系作戰(zhàn)能力的效果［1］。作戰(zhàn)體系使命的遂行依賴于一系列橫跨各個(gè)作戰(zhàn)領(lǐng)域的殺傷鏈集合，因此，殺傷鏈相關(guān)研究具有重要意義。

為了達(dá)到優(yōu)化殺傷鏈設(shè)計(jì)流程、提升體系作戰(zhàn)能力的目的，本文首先對(duì)殺傷鏈設(shè)計(jì)分析研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，詳細(xì)介紹了超網(wǎng)絡(luò)和可執(zhí)行架構(gòu)的相關(guān)理論，創(chuàng)新地提出了基于超網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)鏈路設(shè)計(jì)方法和基于可執(zhí)行架構(gòu)的任務(wù)鏈路分析優(yōu)化方法，并運(yùn)用相應(yīng)案例對(duì)鏈路進(jìn)行了設(shè)計(jì)、分析和優(yōu)化，最后作出總結(jié)并提出展望。

1 研究現(xiàn)狀

自1996 年美國(guó)前空軍參謀長(zhǎng)在空軍協(xié)會(huì)研討會(huì)上提出殺傷鏈的概念之后，美軍一直致力于完善空基預(yù)警探測(cè)體系和任務(wù)鏈路設(shè)計(jì)，旨在提高作戰(zhàn)體系的響應(yīng)能力［2］。其針對(duì)時(shí)敏目標(biāo)提出的F2T2EA 殺傷鏈設(shè)計(jì)包括作戰(zhàn)行動(dòng)序列設(shè)計(jì)、裝備配系設(shè)計(jì)、作戰(zhàn)流程優(yōu)化等方面［3］。Brickner，William K 等人在這個(gè)基礎(chǔ)上以戰(zhàn)區(qū)彈道導(dǎo)彈這一時(shí)敏目標(biāo)的探測(cè)和打擊為實(shí)例，對(duì)其閉合時(shí)間進(jìn)行了詳細(xì)分析［4］。美海軍也采用了殺傷鏈分析方法來支持其艦船概念設(shè)計(jì)和防空作戰(zhàn)計(jì)劃，并采用時(shí)間線分析和蒙特卡洛仿真分析等方法對(duì)殺傷鏈的閉合時(shí)間和成功概率等進(jìn)行建模［5］。

除了典型的作戰(zhàn)領(lǐng)域，殺傷鏈的設(shè)計(jì)分析還存在于網(wǎng)絡(luò)空間安全領(lǐng)域，其設(shè)計(jì)分析包括偵察、武器化、裝載、利用、安裝、指揮控制和達(dá)成目標(biāo)等收益遞進(jìn)的七個(gè)階段［6］。

此外，國(guó)內(nèi)不少專家學(xué)者從作戰(zhàn)環(huán)（Combat Cycle）設(shè)計(jì)的角度對(duì)殺傷鏈進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。其中有一種將作戰(zhàn)環(huán)定義為為了完成特定的作戰(zhàn)任務(wù)，武器裝備體系中的偵察類、決策類、攻擊類等武器裝備實(shí)體與敵方目標(biāo)實(shí)體構(gòu)成的閉合回路［8］。自Jerry Cares 根據(jù)OODA（Ober 包以德）循環(huán)過程提出作戰(zhàn)環(huán)概念以來［7］，相關(guān)學(xué)者認(rèn)為，OODA循環(huán)過程中會(huì)形成眾多的作戰(zhàn)環(huán)，體系中的各種裝備會(huì)包含在各種不同的作戰(zhàn)環(huán)中［9］。

當(dāng)前，隨著馬賽克作戰(zhàn)概念的提出，殺傷鏈的相關(guān)研究有了進(jìn)一步的發(fā)展?；诟鞣N“馬賽克碎片”之間通過動(dòng)態(tài)協(xié)同組合形成的極具彈性、靈活機(jī)動(dòng)的作戰(zhàn)效果網(wǎng)［10］，美軍提出構(gòu)建面向任務(wù)的自適應(yīng)“殺傷網(wǎng)”［11］，實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域戰(zhàn)斗管理。

2 殺傷鏈設(shè)計(jì)與分析優(yōu)化方法

任務(wù)鏈路是為了完成體系使命路徑中的某項(xiàng)體系任務(wù)所需執(zhí)行的作戰(zhàn)行動(dòng)序列及其組織指控主體和支撐裝備資源，其主要目的是將體系作戰(zhàn)任務(wù)架構(gòu)中的任務(wù)活動(dòng)細(xì)化落實(shí)為各層次兵力單元的作戰(zhàn)行動(dòng)序列和針對(duì)敵方目標(biāo)的作戰(zhàn)行動(dòng)序列，即任務(wù)規(guī)劃和作戰(zhàn)行動(dòng)計(jì)劃生成。因此，任務(wù)鏈路的設(shè)計(jì)必須充分考慮現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)特點(diǎn)和能力需求。

首先，任務(wù)鏈路網(wǎng)絡(luò)化是體系作戰(zhàn)的必然要求，要支持體系中各個(gè)任務(wù)鏈路通過態(tài)勢(shì)共享和指控協(xié)同實(shí)現(xiàn)資源互用和作戰(zhàn)同步；其次，在進(jìn)行任務(wù)鏈路設(shè)計(jì)時(shí)必須綜合考慮任務(wù)鏈路的閉合性；最后，需要設(shè)計(jì)敏捷化的任務(wù)鏈路，使其不僅具有一定的穩(wěn)健性和適變性［12］，能夠快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)復(fù)雜環(huán)境變化，同時(shí)還具備較快的鏈路閉合速度。

針對(duì)以上需求，本文提出了一種基于可執(zhí)行架構(gòu)的殺傷鏈設(shè)計(jì)與分析優(yōu)化方法。

2.1 方法框架

2.1.1 基于超網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)鏈路網(wǎng)絡(luò)模型

體系就其要素連接方式來看是一個(gè)由多個(gè)異質(zhì)子網(wǎng)絡(luò)組成的超網(wǎng)絡(luò)，殺傷鏈作為作戰(zhàn)體系的核心要素，其網(wǎng)絡(luò)化連接是體系的重要特征，應(yīng)從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)尤其是超網(wǎng)絡(luò)角度研究其連接和交互關(guān)系［13］。

作戰(zhàn)體系的架構(gòu)模型主要包括作戰(zhàn)活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)模型、功能裝備網(wǎng)絡(luò)模型、指揮控制網(wǎng)絡(luò)模型三個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)按照各自屬性構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，子網(wǎng)絡(luò)之間通過約定的交互關(guān)系和層次結(jié)構(gòu)，形成如圖1 所示的作戰(zhàn)體系超網(wǎng)絡(luò)模型。

圖1 作戰(zhàn)體系超網(wǎng)絡(luò)模型Fig.1 Hyper-network model of combat system-of- systems

在以上超網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，可以得到任務(wù)鏈路網(wǎng)絡(luò)模型，以作戰(zhàn)活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為核心，根據(jù)裝備配屬關(guān)系將裝備資源編入組織節(jié)點(diǎn)，以及根據(jù)任務(wù)分配關(guān)系將作戰(zhàn)任務(wù)活動(dòng)分配到組織節(jié)點(diǎn)，接著根據(jù)功能支撐關(guān)系對(duì)同一任務(wù)節(jié)點(diǎn)內(nèi)的裝備、指控適配關(guān)系進(jìn)行分析和校驗(yàn)，最終形成包含任務(wù)活動(dòng)-組織指控-裝備資源三要素及其三元關(guān)聯(lián)匹配關(guān)系的作戰(zhàn)行動(dòng)單元。

2.1.2 聚焦目標(biāo)作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)鏈路節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

根據(jù)作戰(zhàn)回路建模思想，武器裝備體系中的裝備系統(tǒng)可以按照功能分為偵察、決策、影響三類，考慮到作戰(zhàn)過程中的信息來源和流向，將敵方目標(biāo)納入武器裝備體系研究范疇。在作戰(zhàn)過程中，偵察類節(jié)點(diǎn)首先獲取目標(biāo)節(jié)點(diǎn)信息，簡(jiǎn)要處理后將其傳遞給決策類節(jié)點(diǎn)；決策類節(jié)點(diǎn)在綜合多方面信息后以作戰(zhàn)命令和作戰(zhàn)方案的形式分發(fā)到特定的影響類節(jié)點(diǎn)；影響類節(jié)點(diǎn)執(zhí)行上級(jí)下發(fā)的作戰(zhàn)命令，其執(zhí)行效果再次由偵察類節(jié)點(diǎn)獲取并反饋給決策類節(jié)點(diǎn)；決策類節(jié)點(diǎn)評(píng)估作戰(zhàn)效果并再次下達(dá)作戰(zhàn)命令。

作戰(zhàn)回路作為體系作戰(zhàn)過程的基本范式，可作為體系任務(wù)鏈路設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。在任務(wù)鏈路網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上，聚焦目標(biāo)作戰(zhàn)回路對(duì)其鏈路節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)；根據(jù)目標(biāo)相關(guān)屬性，來決定執(zhí)行相應(yīng)目標(biāo)打擊任務(wù)的裝備配系和兵力部署等情況。

2.1.3 基于可執(zhí)行架構(gòu)的目標(biāo)任務(wù)鏈路設(shè)計(jì)

架構(gòu)作為體系組成的結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系設(shè)計(jì)的原則和指導(dǎo)，對(duì)體系的設(shè)計(jì)至關(guān)重要?；诳蓤?zhí)行架構(gòu)對(duì)體系方案進(jìn)行分析和優(yōu)化可以很好地檢驗(yàn)其合理性和可行性。結(jié)合作戰(zhàn)回路思想和超網(wǎng)絡(luò)理論，對(duì)體系目標(biāo)殺傷任務(wù)鏈路進(jìn)行架構(gòu)可執(zhí)行性研究，使得模型具備計(jì)算機(jī)可執(zhí)行性，借助計(jì)算機(jī)對(duì)架構(gòu)模型進(jìn)行分析和校核驗(yàn)證。構(gòu)建體系目標(biāo)殺傷任務(wù)鏈路的元模型如圖2所示，該元模型可以用于生成任務(wù)鏈路建模視圖，為下一步任務(wù)鏈路設(shè)計(jì)提供建模語言和工具支持。

圖2 任務(wù)鏈路設(shè)計(jì)視圖元模型Fig.2 Meta-model of the task link design view

2.2 設(shè)計(jì)方案

基于得到的任務(wù)鏈路網(wǎng)絡(luò)模型、任務(wù)鏈路節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法和任務(wù)鏈路設(shè)計(jì)視圖元模型，對(duì)目標(biāo)殺傷任務(wù)鏈路進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。如圖3 所示，目標(biāo)殺傷任務(wù)鏈路設(shè)計(jì)由目標(biāo)威脅特點(diǎn)分析、目標(biāo)打擊預(yù)投入設(shè)計(jì)、目標(biāo)任務(wù)鏈路設(shè)計(jì)、兵力投入方案設(shè)計(jì)和行動(dòng)單元關(guān)系映射五部分組成。

圖3 目標(biāo)殺傷鏈設(shè)計(jì)具體組成部分Fig.3 Specific components of the target kill chain design

目標(biāo)威脅特點(diǎn)分析是指根據(jù)任務(wù)想定，圍繞重點(diǎn)敵方目標(biāo)，針對(duì)目標(biāo)的屬性、主要武器、重要度以及攻防特征等典型特征進(jìn)行分析，由此初步設(shè)計(jì)該類目標(biāo)的打擊場(chǎng)景。

目標(biāo)打擊預(yù)投入設(shè)計(jì)是指根據(jù)目標(biāo)特點(diǎn)，結(jié)合基本兵力單元配屬情況，具體設(shè)計(jì)針對(duì)各類目標(biāo)的偵察、指控和打擊裝備預(yù)投入數(shù)量和兵力預(yù)投入數(shù)量方案，為后續(xù)任務(wù)鏈路設(shè)計(jì)提供定量化支撐。

目標(biāo)任務(wù)鏈路設(shè)計(jì)是指綜合目標(biāo)打擊預(yù)投入方案，將靜態(tài)編成下的各類基本兵力單元，投入針對(duì)目標(biāo)的具體作戰(zhàn)運(yùn)用，具體為偵察、指控、打擊、評(píng)估四類作戰(zhàn)行動(dòng)單元，形成以行動(dòng)單元為基礎(chǔ)的各個(gè)目標(biāo)任務(wù)鏈路。

兵力投入方案設(shè)計(jì)是指根據(jù)想定和預(yù)期目標(biāo)殺傷效果，對(duì)主要參與任務(wù)的偵察、指控、打擊等各類裝備以及各級(jí)單元的兵力種類型號(hào)和預(yù)計(jì)總投入量進(jìn)行設(shè)計(jì)。

行動(dòng)單元關(guān)系映射是指根據(jù)行動(dòng)單元之間的（組織、任務(wù)、裝備）關(guān)系映射，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化建模，形成由多條殺傷鏈組成的行動(dòng)計(jì)劃網(wǎng)絡(luò)。

2.3 分析優(yōu)化方法

體系設(shè)計(jì)方案必須經(jīng)過分析和校驗(yàn)評(píng)估才能驗(yàn)證其可行性和正確性，一般來說，架構(gòu)方案可執(zhí)行分析方法包括規(guī)則約束檢測(cè)、關(guān)聯(lián)匹配分析、指標(biāo)集成解算和解析分析優(yōu)化四類［14］。

作戰(zhàn)體系的核心是一系列網(wǎng)絡(luò)化的殺傷鏈路，在對(duì)目標(biāo)任務(wù)鏈路進(jìn)行設(shè)計(jì)之后，需要對(duì)其進(jìn)行分析，從邏輯上檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的規(guī)范性、從關(guān)聯(lián)匹配的角度分析各節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系、從鏈路能力上來分析設(shè)計(jì)方案是否符合能力、使命、戰(zhàn)績(jī)指標(biāo)和環(huán)境等各項(xiàng)約束，同時(shí)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的可行性。如圖4 所示，任務(wù)鏈路分析由邏輯檢測(cè)分析、關(guān)聯(lián)匹配分析和鏈路能力分析組成。

圖4 任務(wù)鏈路分析功能組成Fig.4 Composition of the task link analysis function

邏輯檢測(cè)分析實(shí)質(zhì)上是一種語法檢測(cè)，主要針對(duì)任務(wù)節(jié)點(diǎn)、裝備節(jié)點(diǎn)、組織節(jié)點(diǎn)和鏈路節(jié)點(diǎn)自身的規(guī)范性以及節(jié)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行檢測(cè)分析。

關(guān)聯(lián)匹配分析用以檢測(cè)不同節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系和任務(wù)鏈路的邏輯關(guān)系是否符合約束。

鏈路能力分析基于任務(wù)、裝備、組織和鏈路的各個(gè)視圖來分析時(shí)間、裝備成本、效能等各項(xiàng)指標(biāo)，以優(yōu)化殺傷鏈的整體打擊流程，從而縮短殺傷鏈響應(yīng)時(shí)間等各項(xiàng)指標(biāo)，做到“戰(zhàn)之能勝”［15］。

3 案例研究

以異構(gòu)無人集群構(gòu)成的智能化作戰(zhàn)體系為案例進(jìn)行研究，該體系能夠在作戰(zhàn)過程中遂行火力打擊等各項(xiàng)任務(wù)，并針對(duì)敵方的系列目標(biāo)形成網(wǎng)絡(luò)化的殺傷鏈，以期達(dá)到堅(jiān)守己方陣地并占領(lǐng)敵方要點(diǎn)的目的，紅方主要由無人機(jī)和無人車組成的多個(gè)混編無人作戰(zhàn)中隊(duì)及相應(yīng)指控系統(tǒng)組成，藍(lán)方包括A，B，C三個(gè)目標(biāo)。

選取案例中藍(lán)方的三個(gè)典型目標(biāo)進(jìn)行分析，如表1所示。

表1 目標(biāo)威脅特點(diǎn)分析Tab.1 Analysis of targets threat characteristics

綜合考慮目標(biāo)的重要度、識(shí)別性和防御性等特點(diǎn)，可對(duì)目標(biāo)打擊的投入兵力進(jìn)行預(yù)先設(shè)計(jì)，接著針對(duì)不同的打擊目標(biāo)部署偵察、指控、打擊、評(píng)估這四類作戰(zhàn)行動(dòng)單元，可得到以行動(dòng)單元為基礎(chǔ)的目標(biāo)任務(wù)鏈路，再進(jìn)一步對(duì)基本兵力單元和目標(biāo)打擊的預(yù)投入方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)將靜態(tài)編成下的各類基本兵力單元?jiǎng)澐譃閭刹臁⒅缚亍⒋驌?、評(píng)估四類作戰(zhàn)行動(dòng)單元，最終可形成如圖5 所示的以行動(dòng)單元為基礎(chǔ)的各個(gè)目標(biāo)任務(wù)鏈路。

圖5 目標(biāo)任務(wù)鏈路Fig.5 Target task link

通過對(duì)目標(biāo)任務(wù)鏈路各環(huán)節(jié)的協(xié)同需求以及任務(wù)的關(guān)聯(lián)組織單元和裝備系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步分析，可以基于行動(dòng)單元之間的（組織、任務(wù)、裝備）關(guān)系映射，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化建模設(shè)計(jì)，得到如圖6所示的體系任務(wù)鏈路。

圖6 體系任務(wù)鏈路Fig.6 The task link of system-of-systems

在任務(wù)鏈路設(shè)計(jì)完成之后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行分析，以檢查其邏輯規(guī)范和關(guān)聯(lián)匹配關(guān)系是否正確。具體來看可簡(jiǎn)化并抽取任務(wù)鏈路中的幾個(gè)武器系統(tǒng)、指控單元和任務(wù)，從其組織-任務(wù)關(guān)系視圖、組織-裝備關(guān)系視圖和任務(wù)-裝備關(guān)系視圖來進(jìn)行分析檢測(cè)。若根據(jù)組織任務(wù)和組織裝備關(guān)系視圖，某武器系統(tǒng)和評(píng)估行動(dòng)實(shí)際并無關(guān)聯(lián)，而在任務(wù)裝備關(guān)系視圖中為其設(shè)置關(guān)聯(lián)關(guān)系，則在檢測(cè)沖突時(shí)將提示并報(bào)錯(cuò)。

當(dāng)前任務(wù)鏈路為了達(dá)到較好的目標(biāo)打擊效果，沒有限定偵察、指控、打擊、評(píng)估各節(jié)點(diǎn)數(shù)量為1。需要重新對(duì)這些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行取舍和組合，并從鏈路閉合概率和執(zhí)行時(shí)間兩個(gè)維度對(duì)其進(jìn)行評(píng)估，如圖7所示。

圖7 鏈路執(zhí)行時(shí)間分析Fig.7 Analysis of the link execution time

如圖7 所示，分別針對(duì)目標(biāo)M1、M2、M3 設(shè)計(jì)了3條任務(wù)鏈路，各鏈路均由“偵控打評(píng)”四類節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。其中鏈路M1-RWLL 閉合概率最高為0. 399，鏈路執(zhí)行時(shí)間最短為5 秒；鏈路M2-RWLL 閉合概率最高為0. 746，鏈路執(zhí)行時(shí)間最短為5秒；鏈路M1-RWLL閉合概率最高為0. 831，鏈路執(zhí)行時(shí)間最短為5秒。

由此可知，在進(jìn)行鏈路設(shè)計(jì)時(shí)，可采取替換相應(yīng)節(jié)點(diǎn)或減少冗余節(jié)點(diǎn)來減少鏈路執(zhí)行時(shí)間或提高鏈路閉合概率，以此達(dá)到對(duì)設(shè)計(jì)的鏈路優(yōu)化的目的。若綜合考慮鏈路執(zhí)行時(shí)間、閉合概率和目標(biāo)毀傷效果，可進(jìn)一步利用相應(yīng)戰(zhàn)術(shù)仿真軟件進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)合上述3 個(gè)指標(biāo)設(shè)置評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)鏈路設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估，從而優(yōu)化鏈路設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

殺傷鏈作為作戰(zhàn)體系的核心要素，對(duì)體系使命的遂行具有重要意義。本文基于超網(wǎng)絡(luò)和可執(zhí)行架構(gòu)理論，聚焦目標(biāo)作戰(zhàn)回路設(shè)計(jì)了鏈路節(jié)點(diǎn)，得到了任務(wù)鏈路網(wǎng)絡(luò)模型，并依托體系架構(gòu)設(shè)計(jì)工具對(duì)相應(yīng)目標(biāo)任務(wù)鏈路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，最后基于可執(zhí)行架構(gòu)對(duì)目標(biāo)任務(wù)鏈路進(jìn)行了分析和優(yōu)化，驗(yàn)證了該方法的可行性。但是，本文沒有對(duì)多鏈路中存在的協(xié)同關(guān)系進(jìn)行分析和研究，在指標(biāo)的設(shè)計(jì)和分析上考慮得也不夠全面，未來研究將重點(diǎn)考慮鏈路之間的協(xié)同關(guān)系以及殺傷網(wǎng)的形成，綜合考慮戰(zhàn)損比、裝備貢獻(xiàn)率等指標(biāo)，并結(jié)合仿真試驗(yàn)對(duì)方案進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。