海戰(zhàn)場“馬賽克戰(zhàn)”作戰(zhàn)能力動(dòng)態(tài)映射方法研究

郭穎輝,廖 翔,蘇千葉,古英漢

(1.中國人民解放軍91977部隊(duì),北京 100036;2.中國電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所,江蘇 南京 210046)

近年來,隨著我海戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)信息體系逐步成型,我海軍已經(jīng)初步構(gòu)建了按需求鏈接作戰(zhàn)要素，按作戰(zhàn)規(guī)則編排功能服務(wù)，按領(lǐng)域特點(diǎn)配置作戰(zhàn)力量的海上作戰(zhàn)體系,初步具備以“體系破擊”戰(zhàn)術(shù)對(duì)抗美軍海上霸權(quán)的能力。美軍稱這種能力為反介入/區(qū)域拒止(A2/AD),并提出了“馬賽克戰(zhàn)”“分布式作戰(zhàn)”等反制措施;其戰(zhàn)略發(fā)展方向也開始由以體系制勝抵消單裝優(yōu)勢的“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”向智能制勝抵消體系能力優(yōu)勢的“決策中心戰(zhàn)”轉(zhuǎn)變。“馬賽克戰(zhàn)”的核心在于提升兵力運(yùn)用的可重構(gòu)性、可消耗性,實(shí)現(xiàn)兵力組織去中心化,增加敵方認(rèn)知迷霧,加快決策過程速度,提升作戰(zhàn)體系韌性。

“馬賽克戰(zhàn)”“分布式作戰(zhàn)”等作戰(zhàn)樣式的實(shí)現(xiàn),需要作戰(zhàn)體系和作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)“分兵集火,能力重組”,但傳統(tǒng)自上而下的能力分解和分配方法,如美軍DoDAF中的能力視圖等,只適用于靜態(tài)體系能力構(gòu)建,難以分析作戰(zhàn)過程中能力的動(dòng)態(tài)聚合和重組問題。為解決上述問題,需要構(gòu)建基于要素能力重組的網(wǎng)絡(luò)信息體系,實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)要素能力或功能解耦,解耦后的能力按照不同作戰(zhàn)目的進(jìn)行動(dòng)態(tài)柔性重組形成戰(zhàn)場服務(wù),以組合服務(wù)的形式對(duì)外提供多樣化作戰(zhàn)能力支撐,滿足各種作戰(zhàn)任務(wù)的能力需求。上述網(wǎng)絡(luò)信息體系可通過超網(wǎng)絡(luò)描述建模。超網(wǎng)絡(luò)理論作為研究復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的一種工具,主要用于研究節(jié)點(diǎn)異質(zhì)的網(wǎng)絡(luò),可刻畫真實(shí)世界網(wǎng)絡(luò)模型及其功能和能力,為研究和分析由多種連接方式構(gòu)成的強(qiáng)調(diào)整體功能的多重邊異構(gòu)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)提供了全新的視角。在網(wǎng)絡(luò)信息體系研究中,超網(wǎng)絡(luò)主要用于作戰(zhàn)體系建模、作戰(zhàn)體系演化性、魯棒性等特性研究,其中,部分研究者運(yùn)用超網(wǎng)絡(luò)模型建立了網(wǎng)絡(luò)信息體系單元能力演化模型和體系能力涌現(xiàn)模型,證明了超網(wǎng)絡(luò)模型在研究作戰(zhàn)體系能力方面的有效性。

本文針對(duì)海戰(zhàn)場“馬賽克戰(zhàn)”中的要素能力重組特征,利用超網(wǎng)絡(luò)理論，探索能力重組構(gòu)建的具體方法。

1 美國海軍指揮層級(jí)和動(dòng)態(tài)性分析

圖1 美海軍作戰(zhàn)指揮鏈?zhǔn)疽鈭D

該作戰(zhàn)指揮鏈可劃分為三個(gè)層級(jí)：戰(zhàn)略級(jí)、戰(zhàn)役級(jí)和戰(zhàn)術(shù)級(jí),其中，戰(zhàn)略級(jí)對(duì)應(yīng)作戰(zhàn)司令部(海軍司令部),戰(zhàn)役級(jí)對(duì)應(yīng)編號(hào)艦隊(duì)和特混編隊(duì),戰(zhàn)術(shù)級(jí)對(duì)應(yīng)特混大隊(duì)、特混小隊(duì)、作戰(zhàn)單元。海戰(zhàn)場作戰(zhàn)體系可根據(jù)其變化頻度劃分為三類：一是靜態(tài)部分,主要包含作戰(zhàn)司令部(海軍司令部)及編號(hào)艦隊(duì),該部分在較長的一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生變化;二是準(zhǔn)靜態(tài)部分,主要包含特混編隊(duì)和特混大隊(duì),該部分在單次戰(zhàn)役過程中，基本不會(huì)發(fā)生變化;三是動(dòng)態(tài)部分,主要包含特混小隊(duì)和作戰(zhàn)單元,該部分會(huì)隨著作戰(zhàn)進(jìn)程的發(fā)展改變其組成、隸屬關(guān)系等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),是未來美軍“馬賽克戰(zhàn)”作戰(zhàn)能力生成的關(guān)鍵部分。本文研究的作戰(zhàn)能力動(dòng)態(tài)映射,主要針對(duì)動(dòng)態(tài)部分,研究其作戰(zhàn)能力向裝備及信息系統(tǒng)動(dòng)態(tài)映射方法,從而實(shí)現(xiàn)在作戰(zhàn)過程中能力動(dòng)態(tài)分配和聚合的“馬賽克戰(zhàn)”能力。

2 海戰(zhàn)場作戰(zhàn)體系超網(wǎng)絡(luò)模型

海戰(zhàn)場作戰(zhàn)體系的超網(wǎng)絡(luò)模型由節(jié)點(diǎn)、子網(wǎng)和超邊構(gòu)成。節(jié)點(diǎn)主要包含指控節(jié)點(diǎn)、感知節(jié)點(diǎn)、行動(dòng)節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)等四類;子網(wǎng)主要包含指控網(wǎng)絡(luò)、感知網(wǎng)絡(luò)、響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)等三類;跨子網(wǎng)的連接關(guān)系稱為超邊;各節(jié)點(diǎn)和子網(wǎng)連接關(guān)系如圖2所示。其中,指控節(jié)點(diǎn)組成指控網(wǎng)絡(luò)，感知節(jié)點(diǎn)組成感知網(wǎng)絡(luò)，行動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。指控網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)感知網(wǎng)絡(luò)和響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行;感知網(wǎng)絡(luò)探測目標(biāo)節(jié)點(diǎn)信息,為指控網(wǎng)絡(luò)提供情報(bào)保障，并為響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)提供情報(bào)支援;響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)打擊目標(biāo)節(jié)點(diǎn),并向指控網(wǎng)絡(luò)反饋響應(yīng)結(jié)果。

圖2 超網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與子網(wǎng)關(guān)系示意圖

海戰(zhàn)場“馬賽克戰(zhàn)”超網(wǎng)絡(luò)模型中,假定指控節(jié)點(diǎn)數(shù)量為,感知節(jié)點(diǎn)數(shù)量為,行動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量為,目標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)量為,則指控節(jié)點(diǎn)集合為={1,2,…,}，感知節(jié)點(diǎn)集合為={1,2,…,}，行動(dòng)節(jié)點(diǎn)集合為={1,2,…,}，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)集合為={1,2,…,},超網(wǎng)絡(luò)的總節(jié)點(diǎn)集合為={,,,},超網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)如圖3所示。超網(wǎng)絡(luò)中,單子網(wǎng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系稱為網(wǎng)絡(luò)邊,三個(gè)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)邊集合為指控網(wǎng)絡(luò)邊={12,13,…,,…,}、感知網(wǎng)絡(luò)邊={12,13,…,,…,}、響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)邊={12,13,…,,…,};其中,當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)和之間存在→的連接時(shí),=1,否則=0,并定義=1(∈{,,})?？缱泳W(wǎng)節(jié)點(diǎn)間連接關(guān)系為超邊集合={,,,,},類似于網(wǎng)絡(luò)邊,當(dāng)超邊集合中的任意一項(xiàng)存在從子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)到子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的連接時(shí),=1,否則，=0(,∈{,,})。網(wǎng)絡(luò)邊的連接關(guān)系和超邊的連接關(guān)系構(gòu)造了超網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖3 超網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)圖

超網(wǎng)絡(luò)模型中，信息流模體是信息產(chǎn)生、處理、使用的過程。依據(jù)信息流模體的定義,海戰(zhàn)場作戰(zhàn)體系超網(wǎng)絡(luò)信息流模體可分為三類：一是情報(bào)流模體，二是指揮流模體，三是響應(yīng)流模體。其中,情報(bào)流模體以目標(biāo)節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn),經(jīng)過至少1個(gè)感知節(jié)點(diǎn),最終到達(dá)指控節(jié)點(diǎn)或行動(dòng)節(jié)點(diǎn),記為;指揮流模體以指控節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn),經(jīng)過任意個(gè)指控節(jié)點(diǎn),最終到達(dá)某個(gè)指控節(jié)點(diǎn)、感知節(jié)點(diǎn)或行動(dòng)節(jié)點(diǎn),記為;響應(yīng)流模體以行動(dòng)節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn),經(jīng)過任意個(gè)感知節(jié)點(diǎn)和行動(dòng)節(jié)點(diǎn),最終到達(dá)某個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn),記為。不難看出,三類流模體按照一定的順序結(jié)合在一起,從目標(biāo)節(jié)點(diǎn)開始,到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)終止,形成了一條海戰(zhàn)場作戰(zhàn)OODA環(huán)。值得注意的是,OODA環(huán)以一個(gè)開始,以一個(gè)結(jié)束,其中，必須要經(jīng)過一個(gè),其余經(jīng)過的流模體可以按需組合,但需要符合節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系,如→、→、→、→等。

3 海戰(zhàn)場作戰(zhàn)能力模型

針對(duì)海戰(zhàn)場“馬賽克戰(zhàn)”作戰(zhàn)過程中的動(dòng)態(tài)戰(zhàn)術(shù)任務(wù),如防空作戰(zhàn)、對(duì)地打擊、反潛作戰(zhàn)、反艦作戰(zhàn)以及電子戰(zhàn)等,其任務(wù)均可根據(jù)作戰(zhàn)要素分解為探測感知任務(wù)、決策與控制任務(wù)和響應(yīng)執(zhí)行任務(wù),與情報(bào)流模體、指揮流模體和響應(yīng)流模體存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此,作戰(zhàn)能力需求就是對(duì)流模體的能力需求,記為={,,},其中，、、均為能力集合。

對(duì)于單個(gè)流模體中的每個(gè)節(jié)點(diǎn),記節(jié)點(diǎn)自身的單項(xiàng)能力為,節(jié)點(diǎn)間相互作用為,則各節(jié)點(diǎn)集合的單項(xiàng)能力矩陣為：

四是深化“走出去”發(fā)展戰(zhàn)略，為國家共建“一帶一路”倡議作出努力。勇?lián)覈F(xiàn)代農(nóng)業(yè)對(duì)外合作的“排頭兵”的歷史使命，緊抓國家共建“一帶一路”倡議的重大機(jī)遇，立足墾區(qū)的人才、技術(shù)和組織化優(yōu)勢，以全球視野優(yōu)化主產(chǎn)業(yè)的布局發(fā)展規(guī)劃，從種植基地、原料加工、市場銷售等各環(huán)節(jié)謀劃農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的全球布局，增強(qiáng)廣東農(nóng)墾在現(xiàn)代熱帶農(nóng)業(yè)國際市場的競爭力和話語權(quán)，真正實(shí)現(xiàn)打造國際化大型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)企業(yè)集團(tuán)的目標(biāo)。加大力度強(qiáng)化海外項(xiàng)目的管控，嚴(yán)防風(fēng)險(xiǎn)。在鞏固提高、做強(qiáng)做優(yōu)天然橡膠海外發(fā)展的基礎(chǔ)上，積極謀劃甘蔗、劍麻等優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)“走出去”發(fā)展。

(1)

式中,為感知節(jié)點(diǎn)能力集合，為指揮節(jié)點(diǎn)能力集合，為行動(dòng)節(jié)點(diǎn)能力集合?？紤]節(jié)點(diǎn)聯(lián)通性,單個(gè)子網(wǎng)內(nèi)部的單項(xiàng)能力矩陣為：

(2)

針對(duì)超邊跨子網(wǎng)連接帶來的能力提升,采用如下矩陣表示:

(3)

式中,為感知節(jié)點(diǎn)與指控節(jié)點(diǎn)連接形成的能力集合，為指控節(jié)點(diǎn)與行動(dòng)節(jié)點(diǎn)連接形成的能力集合，為感知節(jié)點(diǎn)與行動(dòng)節(jié)點(diǎn)連接形成的能力集合。

依據(jù)能力指標(biāo)類型的不同,流模體的整體能力存在不同的聚合方法,具體可分為范圍類能力指標(biāo)、時(shí)延類能力指標(biāo)、概率類能力指標(biāo)和開銷類能力指標(biāo)等。范圍類能力指標(biāo)主要包含探測范圍、指控覆蓋范圍、打擊范圍等,其主要聚合方法為:

(4)

=∩∪

式中,為感知流模體相關(guān)能力,為指揮流模體相關(guān)能力,為響應(yīng)流模體相關(guān)能力,為流模體整體能力。在這類指標(biāo)中,代表節(jié)點(diǎn)本身的范圍能力,和代表其他節(jié)點(diǎn)與本節(jié)點(diǎn)連接帶來的能力增益或減益系數(shù)(,∈{,,})。

時(shí)延類指標(biāo)主要包括發(fā)現(xiàn)時(shí)延、決策時(shí)延、響應(yīng)時(shí)延等,其主要聚合方法為:

(5)

=++

在這類指標(biāo)中,代表節(jié)點(diǎn)本身的處理或響應(yīng)時(shí)延,和代表其他節(jié)點(diǎn)與本節(jié)點(diǎn)連接的傳輸時(shí)延(,∈{,,})。

概率類指標(biāo)主要包括發(fā)現(xiàn)概率、指控信息有效下達(dá)概率、毀傷概率等,其主要聚合方法為:

(6)

在這類指標(biāo)中,代表節(jié)點(diǎn)本身的概率,代表同質(zhì)節(jié)點(diǎn)協(xié)同探測帶來的概率增長和信息跨子網(wǎng)傳輸后的概率損失(,∈{,,})。因各流模體之間概率指標(biāo)不同,跨流模體聚合較為困難,暫不考慮這類指標(biāo)跨流模體聚合情形。

開銷類指標(biāo)主要包括帶寬消耗、作戰(zhàn)資源消耗等,其主要聚合方法如下:

(7)

=++

在這類指標(biāo)中,代表節(jié)點(diǎn)本身的開銷,代表同質(zhì)節(jié)點(diǎn)協(xié)同帶來的開銷,代表跨子網(wǎng)連接帶來的開銷。

4 能力動(dòng)態(tài)映射方法

能力的動(dòng)態(tài)映射是將特定的一組流模體能力需求、、映射到一組或多組流模體能力聚合結(jié)果、、中。其本質(zhì)是一類權(quán)衡問題,即在滿足、、等需求條件的情況下,按照一定的標(biāo)準(zhǔn),計(jì)算最優(yōu)的流模體能力聚合結(jié)果,從而選擇最優(yōu)的流模體組合,完成作戰(zhàn)能力的動(dòng)態(tài)重組。

具體的權(quán)衡方法包括兩類：一是極值權(quán)衡法,包含最小開銷、最優(yōu)概率和最大范圍等;二是綜合評(píng)價(jià)法,主要依賴任務(wù)目標(biāo)需求對(duì)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。本文以最小開銷法為例，說明極值權(quán)衡法的主要步驟。

步驟1：提取所有可能的流模體聚合結(jié)果;

步驟2：從中篩選≥,≥,≥,形成篩選完成的合格流模體集合、、;

步驟3：對(duì)于每個(gè)流模體,選取各自的開銷類特征指標(biāo)、、;

步驟4：在合格流模體集合中,尋找∈,使得最小化;尋找∈,使得最小化;尋找∈,使得最小化;

步驟5：整合連接、、,形成OODA環(huán)。

與最小開銷法相比,最優(yōu)概率和最大范圍等方法僅在取極值過程選取的能力指標(biāo)對(duì)象不同,實(shí)質(zhì)方法一致。

綜合評(píng)價(jià)法需要根據(jù)任務(wù)目標(biāo),選取任務(wù)中需要的一系列核心指標(biāo),開展多目標(biāo)優(yōu)化,在指標(biāo)之間進(jìn)行調(diào)和與折中處理,使得每個(gè)流模體的整體能力達(dá)到最優(yōu)。

5 結(jié)束語

本文運(yùn)用超網(wǎng)絡(luò)理論，對(duì)美國海軍作戰(zhàn)體系及“馬賽克戰(zhàn)”作戰(zhàn)概念中要素動(dòng)態(tài)組合、能力動(dòng)態(tài)生成的特征進(jìn)行了描述和分析,構(gòu)建了由節(jié)點(diǎn)、子網(wǎng)、超邊組成的超網(wǎng)絡(luò)模型,以及情報(bào)流、指揮流、響應(yīng)流模體模型,提出了作戰(zhàn)單元能力的構(gòu)成及其向流模體聚合的方法,以及通過求解流模體能力開展能力分解和分配的方法,可為進(jìn)一步探索美軍“馬賽克戰(zhàn)”“分布式作戰(zhàn)”等新興作戰(zhàn)概念的實(shí)現(xiàn)機(jī)理提供參考。