智能反艦導彈攻防作戰(zhàn)的Petri網(wǎng)模型描述

劉治學，朱壽雷，許 誠，杜茂華

（海軍航空工程學院 a.研究生管理大隊；b.飛行器工程系，山東 煙臺 264001）

隨著軍事信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、微機電技術(shù)、信息處理技術(shù)、人工智能技術(shù)和仿生技術(shù)在導彈等武器裝備領(lǐng)域的應(yīng)用，未來戰(zhàn)場將是一場軍事技術(shù)的博弈。反艦導彈作為現(xiàn)今海戰(zhàn)中最具打擊威力的武器，其作戰(zhàn)性能也面臨嚴峻的考驗。隨著戰(zhàn)場高技術(shù)含量越來越大，我們能夠感覺到，發(fā)展一種遠程化、智能化的反艦導彈是必然趨勢[1-2]。

1 智能反艦導彈的描述

反艦導彈是未來打擊水面艦艇的主要武器之一，隨著戰(zhàn)場高技術(shù)程度越來越高，遠程化、智能化的反艦導彈是未來反艦導彈發(fā)展的必然趨勢。在探討智能反艦導彈的概念之前，我們應(yīng)先理解何謂智能導彈[3]。

1）智能導彈是一個自主的概念

智能導彈的智能就反映在它能通過對各種感知的信息進行自主處理，對外界環(huán)境、目標特性及其變化進行分析、判斷和推理，具有一定的思維能力和聯(lián)想能力，從而能做出正確的決策和反應(yīng)——能主動地攻擊目標。也就是智能導彈應(yīng)具有自主性、自適應(yīng)性。那種完全按人工預(yù)先設(shè)計好的程序飛行而不能適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境條件自主攻擊敵方目標的導彈不能稱為智能導彈。

2）智能導彈是一個相對的概念

智能反艦導彈的所謂智能也是相對的，智能導彈是相對于敵方目標的智能而言的。例如：有對抗敵方干擾能力的防空導彈相對于無抗干擾能力的導彈而言，是智能的，但這種導彈要對付具有變速、變軌、機動能力的飛機和導彈來說，就不是智能的。如果我方導彈的智能在某一方面或多方面高于敵方目標的智能，能克敵制勝，這就是智能導彈。

3）智能導彈是一個漸進的概念

以導彈制導技術(shù)為例，已從過去的指令制導發(fā)展到目前的自尋的，能實現(xiàn)發(fā)射后不管，自主地對準目標，這就具有一定的智能化，但隨著目標智能水平的提高，自動尋的導彈就需要進一步完善和提高智能化水平，否則就稱不上智能導彈了。

4）智能導彈是一個博弈的概念

只有在敵我雙方交戰(zhàn)時，哪方導彈能打得進（突防）、打得準（精確制導）、打得狠、防得住，哪方導彈的智能才算更高一籌。

綜上所述，考慮到反艦導彈的技術(shù)發(fā)展，可以認為智能反艦導彈就是指在未來反艦作戰(zhàn)中，具有打擊距離遠、命中精度高、突防能力強、打擊目標種類多、射程覆蓋范圍廣、采用模塊化設(shè)計、適于眾多平臺發(fā)射、協(xié)同攻擊并能自主實施攻擊以及進行效果檢驗與評估的導彈。

2 智能反艦導彈作戰(zhàn)運用流程圖

根據(jù)作戰(zhàn)樣式和作戰(zhàn)需要，智能反艦導彈的作戰(zhàn)運用過程大致可以分為4個階段，分別是射前生存階段、巡航階段、突防階段、打擊評估階段。射前生存階段主要是指接受作戰(zhàn)任務(wù)以及確定采用平臺方式，是采用單平臺還是多平臺協(xié)同打擊；巡航階段由于導彈飛行距離遠、飛行速度慢、飛行時間較長，容易被敵方發(fā)現(xiàn)并攔截，所以需要導彈具有反偵察能力，這樣才能提高導彈的生存能力；突防階段就是為了使導彈能夠準確的擊中目標，要求導彈的搜索能力、突防能力，能夠突破敵方的干擾和攔截，體現(xiàn)突防階段的智能性；打擊評估階段就是當占居最佳攻擊陣位的導彈自主進行攻擊時，同批次的領(lǐng)彈對攻擊效果檢驗與評估，并作出反應(yīng)——將戰(zhàn)場信息傳回指揮平臺，為確定下一批次打擊時機和規(guī)模提供目標新息；自主選擇或修正攻擊導彈的彈道以擴大戰(zhàn)果。智能反艦導彈具體的作戰(zhàn)運用流程圖如圖1。

圖1 智能反艦導彈作戰(zhàn)運用流程圖

3 智能反艦導彈攻防作戰(zhàn)的Petri網(wǎng)模型

Petri 網(wǎng)是一種可用簡單圖表示的網(wǎng)狀信息流模型。它既可用于靜態(tài)的結(jié)構(gòu)分析，又可用于動態(tài)的行為分析，特別對描述和分析資源開發(fā)與沖突系統(tǒng)有獨特之處。它是描述和分析離散事件動態(tài)系統(tǒng)的主要建模工具。離散事件系統(tǒng)的本質(zhì)是事件的發(fā)生和狀態(tài)的變化，事件和狀態(tài)分別可用Petri 網(wǎng)中的庫所和變遷來描述，而事件的發(fā)生和狀態(tài)的變化則可用Petri 網(wǎng)系統(tǒng)運行而體現(xiàn)，即按引發(fā)規(guī)則使得事件驅(qū)動狀態(tài)演變，從而反映系統(tǒng)動態(tài)運行過程。

利用Petri 網(wǎng)為系統(tǒng)建模可歸結(jié)為事件和條件兩個基本概念。許多系統(tǒng)均可從事件與條件觀點去建模。事件是系統(tǒng)中的動作，事件的出現(xiàn)是由系統(tǒng)狀態(tài)控制的。系統(tǒng)狀態(tài)可描述為一組條件，條件就是系統(tǒng)狀態(tài)的謂詞和邏輯描述。條件可以成立（為真）也可以不成立（為假）。為了使事件發(fā)生，必須使某些條件成立，這種條件稱為事件的前條件。事件的發(fā)生可能破壞系統(tǒng)的前條件而使另外的條件成立，這種條件稱為事件的后條件。下面就是對智能反艦導彈的攻防作戰(zhàn)的4個階段分別構(gòu)建Petri網(wǎng)模型[4]。

3.1 射前生存階段Perti網(wǎng)模型

3.1.1模型

按照對射前生存階段的劃分，利用Perti 網(wǎng)對此階段建模分析。射前生存階段的前后事件情況如表1所列，其Petri 網(wǎng)如圖2所示。

射前生存階段主要事件有以下幾項：

1）進攻方偵察打擊目標的信息；

2）將衛(wèi)星偵察信息傳送到進攻方指揮中心；

3）指揮中心對導彈部隊下達命令，確定采用何種平臺模式或多平臺協(xié)同模式；

4）防御方空中（預(yù)警機）、空間（衛(wèi)星）偵察；

5）防御方將空間偵察信息、監(jiān)視信息通過衛(wèi)星傳到防御方指揮部；

6）防御方做好平臺打擊準備以及對導彈攻擊的攔截行動準備；

7）進攻方繼續(xù)偵查防御方信息；

8）進攻方根據(jù)新信息進行平臺機動部署；

9）進攻方平臺生存機動；

10）防御方空中（預(yù)警機）、空間（衛(wèi)星）再次偵察；

11）防御方將空間偵察信息、監(jiān)視信息通過衛(wèi)星傳到防御方指揮部；

12）防御方對攻擊平臺實施打擊；

13）防御方利用衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)確定進攻方平臺的發(fā)射陣位；

14）進攻平臺及導彈到達發(fā)射陣位；

15）進攻方對導彈進行任務(wù)規(guī)劃；

16）進攻方下達命令，點火發(fā)射；

17）防御方預(yù)警衛(wèi)星、預(yù)警飛機發(fā)現(xiàn)目標；

18）防御方進行跟蹤。

表1 智能反艦導彈射前生存階段前后事件表

圖2 智能反艦導彈射前生存階段Petri網(wǎng)模型圖

3.1.2 事件發(fā)生條件及說明

1）進攻方。A：偵察衛(wèi)星；A1：通信中繼衛(wèi)星；B0：偵察信息；B1：偵察的新信息；C：進攻方部隊指揮中心；D：機動命令；D1：機動決策命令；E：智能反艦導彈；F：發(fā)射平臺；F1：重新部署的作戰(zhàn)平臺；G：存儲的智能反艦導彈；I0：被摧毀的導彈；I1：生存的導彈；J：機動轉(zhuǎn)移的導彈；K0：被摧毀的轉(zhuǎn)移導彈；K1：生存的轉(zhuǎn)移導彈；L：發(fā)射命令；M：發(fā)射的導彈；N：被跟蹤的導彈；P：衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)；S：確定的發(fā)射陣位；X1：準備發(fā)射的導彈；X2：待發(fā)的導彈；Y：導彈的程序；Z：導彈的任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)。

2）防御方。a：防御打擊部署；a1：重新部署防御打擊；b：預(yù)警機、偵察飛機；c：偵察衛(wèi)星；c1：通信中繼衛(wèi)星；d0：偵察信息；d1：偵察的新信息；d2：預(yù)警衛(wèi)星、飛機或得的導彈能信息；e：指揮中心；f0：確定攻擊方式；f1：再確定攻擊方式；h：打擊攻勢；i：搜索雷達。

3.2 巡航階段的Perti網(wǎng)模型

3.2.1模型

導彈飛行的中段，即巡航階段。在這一階段，由于導彈彈道變化小、飛行距離遠、飛行速度慢，導致飛行的時間較長，這對防御方較為有利。雖然導彈在這個階段可以被觀測的特征較弱，但防御方有較為充分的時間，利用各種天基和空中的先進探測手段對導彈進行識別和跟蹤，并將數(shù)據(jù)送入綜合信息系統(tǒng)，以選擇最佳攔截攻擊的方式和時機。所以，在這個階段，導彈受到的威脅主要是被捕獲、跟蹤和各種空中武器的攔截[4]。

按照導彈巡航階段的劃分，利用Petri 網(wǎng)對此階段進行建模分析。巡航階段的前后事件情況如表2所列，其Petri 網(wǎng)如圖3所示。

表2 智能反艦導彈巡航階段前后事件表

圖3 智能反艦導彈巡航階段的Perti網(wǎng)模型圖

智能反艦導彈巡航階段的主要事件有以下幾項

1）導彈進入巡航階段；

2）防御方對導彈進行識別和跟蹤，并將數(shù)據(jù)傳送給綜合信息系統(tǒng)；

3）防御方做好攔截準備；

4）巡航導彈獲取反偵察信息；

5）巡航導彈采取反偵察手段；

6）防御方對巡航導彈進行攔截攻擊；

7）巡航導彈發(fā)現(xiàn)攔截攻擊，評估攻擊威脅；

8）采取靈活的機動規(guī)避策略。

3.2.2 事件發(fā)生條件及說明

1）進攻方。A：發(fā)射成功的導彈；B：導彈巡航信息；C：感知戰(zhàn)場環(huán)境；D：快速識別跟蹤源；E：反偵察信息；F：電磁誘餌；G：紅外誘餌；H：釋放干擾信號；I：反偵察手段；J：評估攻擊威脅；K：評估信息、規(guī)避策略；L：快速改變飛行彈道；M：突然加速飛行；P：多彈頭分導；N：巡航階段生存下來的導彈。

2）防御方。a：天基和空中探測手段；b：通信中繼衛(wèi)星；c：綜合信息系統(tǒng)；d：攔截武器裝備；e：發(fā)射攔截武器。

3.3 突防階段的Perti網(wǎng)模型

3.3.1模型

突防階段時，由于導彈上主動雷達的導引頭工作，敵方戰(zhàn)艦上的偵察監(jiān)視系統(tǒng)可以很容易探測到導引頭發(fā)出的雷達信號。此時，敵方會有針對性地釋放非常強的干擾信號對導引頭進行干擾，同時也會利用戰(zhàn)艦上各種武器對來襲的導彈進行攔截。所以，在這個階段，導彈受到的威脅主要是對導引頭的強干擾和各種艦載武器的攔截[4]。

按照對導彈突防階段的劃分，利用Perti 網(wǎng)對此階段進行建模分析。導彈突防階段的前后事件情況如表3所列，其Petri 網(wǎng)如圖4所示

表3 智能反艦導彈突防階段前后事件表

圖4 智能反艦導彈突防階段的Perti網(wǎng)模型圖

智能反艦導彈突防階段的主要事件有以下幾項：

1）進入攻擊區(qū)域；

2）搜索目標；

3）導彈智能化系統(tǒng)；

4）智能突防；

5）偵察信息系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)并跟蹤；

6）將偵察信息傳到指揮中心；

7）將信息傳到艦隊中的各艦只；

8）干擾，攔截導彈。

3.3.2 事件發(fā)生條件及說明

1）進攻方。A：巡航中的導彈；B：雷達開機信息；C：多彈協(xié)同方式；D：突防策略。

2）防御方。a：敵艦上的偵察系統(tǒng)；b：跟蹤信息；c：指揮中心；d：指揮決策信息；e：通信中繼衛(wèi)星；f：攔截方案；g：攔截武器；h：干擾信號；i：突防成功的導彈。

3.4 打擊評估階段的Perti網(wǎng)模型

3.4.1模型

打擊評估階段就是指智能反艦導彈攻擊毀傷目標后對打擊毀傷效果進行評估，并制定下一批次的打擊策略。按照對導彈打擊評估階段的劃分，利用Perti 網(wǎng)對此階段進行建模分析。導彈打擊評估階段的前后事件情況如表4所列，Petri 網(wǎng)如圖5所示。

表4 智能反艦導彈打擊評估階段前后事件表

圖5 智能反艦導彈打擊評估階段的Perti網(wǎng)模型圖

智能反艦導彈打擊評估階段的主要事件有以下幾項：

① 領(lǐng)彈；② 智能活力分配；③ 打擊艦艇的導彈；④ 導彈評估毀傷效果。

3.4.2 事件發(fā)生條件及說明

1）進攻方。A：多彈協(xié)同搜索；B：目標威脅評估；C：火力分配策略；D：戰(zhàn)場態(tài)勢感知；E：精確制導；F：戰(zhàn)斗部；G：導彈智能化系統(tǒng)；H：毀傷；I：搜索目標毀傷信息；J：決策分析；K：敵艦艇編隊。

2）防御方。a：敵艦艇編隊。

4 結(jié)束語

智能反艦導彈的作戰(zhàn)運用過程描述，是基于在遠程、多平臺、多彈協(xié)同以及在戰(zhàn)場感知能力、反偵察能力等方面具有一定智能性的反艦導彈的設(shè)定上建立的。通過對智能反艦導彈作戰(zhàn)過程的描述，以及應(yīng)用Perti 網(wǎng)對智能反艦導彈的攻防對抗過程進行的描述，我們可以看到，發(fā)展一型智能反艦導彈在未來的戰(zhàn)場作戰(zhàn)中是具有一定的優(yōu)勢的。

[1]王緒智.反艦導彈突防技術(shù)[J].現(xiàn)代軍事,2000(5):37-39.

[2]陳玉文.現(xiàn)代海戰(zhàn)對智能型反艦導彈的軍事需求[J].艦載武器,2009(2):7-10.

[3]夏國洪,王東進,花祿森,等.智能導彈[M].北京:中國宇航出版社,2008.

[4]羅小明,楊娟,吳鈺飛,等.彈道導彈攻防對抗的建模與仿真[M].北京:國防工業(yè)出版社,2009:26-36.