艦艇編隊功能反潛體系的構建與評估

趙緒明，葛先軍，劉 倩

（1．海軍軍事學術研究所，北京 100841；2．海軍航空工程學院科研部，山東 煙臺 264001）

艦艇編隊反潛體系是海上艦艇編隊為防御潛艇或有效對潛攻擊，按照一定準則和結構，通過內部協調和外部調整，構成的包括艦艇編隊及其他一切可以利用的反潛兵力、能夠實施體系反潛作戰的組織系統。信息化條件下，按照作戰單元、作戰要素以及實體結構的不同，艦艇編隊反潛體系可劃分為結構和功能2 類體系。其中，結構體系是根據單元合成的原則，按空間上距離核心艦船的遠近對平臺進行的劃分，體現平臺空間配置的層次性；功能體系是按照設備在作戰中的功能進行的劃分，體現設備在反潛運用中的差異性。2 種反潛體系是從結構和功能不同角度對同一事物的認識和理解，是外形與內涵的關系。

1 艦艇編隊功能反潛體系的基本構成及各部分間關系

1.1 艦艇編隊功能反潛體系的基本構成

信息化條件下，通過信息網絡的連接功能，艦艇編隊所有探測裝置和武器系統組成以指揮控制為核心的反潛網絡，促進不同系統和平臺的資源共享，實現功能體系從對潛搜索到火力打擊的一體化。一個完整的作戰環節包括預警探測、情報偵察、目標識別、信息傳輸、指揮控制、信息對抗、遠程目指、火力打擊、作戰評估等要素。對艦艇編隊的反潛戰而言，發現潛艇是關鍵，做出決策是核心，實施打擊(或規避)是目的。鑒于此3 方面的重要作用，根據功能聚合原理，可把功能反潛體系中的作戰要素聚合為探潛、指揮控制和攻潛3 個子系統。其中，探潛子系統由所有能被艦艇編隊利用的編隊內部和外部探潛器材組成，是海上艦艇編隊獲取敵潛艇信息的重要組成部分。各類探潛器材通過信息網絡連接，能夠共享探測信息，融合已掌握的反潛兵力信息，共同獲得完整的反潛綜合信息，全維感知反潛戰場，取得信息優勢，從而在反潛過程中，取得對潛作戰決策優勢，在攻潛行動中實現火力打擊優勢；指揮控制子系統利用信息網絡，把所有分布于陸?？仗於嗑S空間的、可被編隊所用的指揮控制系統連接成一個整體，實現各反潛平臺的指揮控制一體化；攻潛子系統主要完成對敵潛艇的攻擊，是傳統指揮控制系統中的殺傷部分，它通過信息網絡將所有編隊可運用的各種武器系統連接為一體，對潛艇進行精確火力打擊，包括硬殺傷和軟殺傷以及與精確打擊密切相關的主導機動、全維防護、聚焦后勤保障和作戰效果評估，進而獲得作戰優勢。這種確定功能反潛體系的方法，包括了“偵—控—打—評”反潛作戰周期，能夠對反潛體系構建和體系反潛作戰起指導作用。

1.2 艦艇編隊功能反潛體系各子系統間的關系結構

功能反潛體系各子系統中，指揮控制子系統是核心，信息網絡是基礎，搜潛和攻潛子系統是體系反潛的根本手段。搜潛子系統與指揮控制子系統可以組成傳感器子系統，攻潛子系統與指揮控制子系統可以組成交戰子系統，指揮控制子系統可以與信息網絡合并形成更廣意義上的信息系統。[1]功能反潛體系結構如圖1 所示。

圖1 功能體系網絡結構

搜潛子系統由各種傳感器構成，是反潛作戰體系運行中的信息采集源，它的運行結果決定著反潛體系后續的行動方式和運行強度。搜潛子系統將目標原始信息傳輸到指揮控制子系統進行信息處理，指揮員對目標進行判斷，確定下一步決心。

指揮控制子系統主要接收搜潛子系統傳來的信息，經系統分析處理融合后生成融合信息傳送給攻潛子系統，艦艇編隊反潛戰指揮員還要通過指揮控制子系統對分布于多維空間中的各反潛兵力和火力系統實施指揮控制，同時，指揮控制系統還負責與其他作戰體系的協調，以便在更高層次上形成更大的作戰系統。

攻潛子系統由反潛平臺上的武器系統或機動反潛兵力組成，它接收指揮控制系統中的信息，也可以在特殊情況下直接接收搜潛子系統中的目標信息。在對潛攻擊后，攻潛子系統向指揮控制系統實時反饋反潛攻擊效果等。

2 艦艇編隊功能反潛體系的構建

上述分析可見，功能反潛體系實質上是通過信息網絡，將各反潛要素按功能一致的原則進行無縫鏈接而形成的一體化作戰體系。這里的鏈接包括2層含義：一是將功能相近的要素進行鏈接，形成統一的功能網絡；二是將各種網絡進行鏈接，形成一體化的作戰體系。[2]

2.1 構建艦艇編隊功能反潛體系的基本要求

通過信息和信息網絡，艦艇編隊能夠充分發揮編隊內所有搜潛系統和攻潛系統的優勢，使每一個反潛戰平臺都能夠利用這些優勢，從而極大地提高編隊反潛作戰能力。其基本能力需求為：一是能夠實現信息共享，編隊內任一個反潛平臺都能將各自搜潛系統搜索到的目標信息以及融合處理過的信息實時地向編隊內其他所有平臺傳送，使信息能夠達到實時共享；二是能夠實現資源共享，功能反潛體系的指揮控制是資源級的，它打破了平臺的界限，實現反潛資源的共享；三是能夠科學分配目標，能夠根據目標信息以及編隊內不同兵力的時空態勢及其裝備的不同功能，選擇不同的兵力分別對目標實施搜索、跟蹤和攻擊。因此，構建信息化條件下功能反潛體系，應根據信息化條件下編隊反潛作戰的特點，不但要最大限度地體現出兵力優勢、信息優勢、決策優勢和火力優勢，還要結合現狀及可能的發展，體現出特色優勢。

2.2 構建艦艇編隊功能反潛體系的基本原則

根據艦艇編隊反潛體系的特點，構建信息化條件下艦艇編隊功能反潛體系應遵循以下原則：一要突出信息主導，把提高艦艇編隊的信息化水平貫穿于反潛體系建設全局，特別要抓住信息網絡建設，圍繞信息網絡配置資源、部署兵力，抓好偵察預警、指揮控制、信息傳輸、信息對抗、信息保障等手段建設，著力解決對水下戰場透明度差的問題；二要突出體系建設，從頂層、概念上把艦艇編隊反潛作戰的兵力構成、兵力配置、配套器材建設等論證清楚、分析透徹，做好整體籌劃，為具體的建設制定宏觀指導和現實依據；三要突出深度融合反潛，把海上艦艇編隊反潛體系放在更大的系統之中，注重與其他兵力、其他體系的聯合，特別要注重與艦艇編隊防空、反艦等作戰體系的聯合，注重加強與海上其他兵力集團的聯合，加強與空基、天基信息系統聯合，加強與陸岸其他軍兵種的聯合，形成作戰態勢共享、作戰優勢互補的戰略反潛體系；四要突出攻防一體，注重攻勢力量建設，加強進攻方面的兵力配置，形成攻防一體的作戰體系。[3]

2.3 艦艇編隊功能反潛體系的基本構建

應按照艦艇編隊功能反潛體系的基本要求和基本原則，構建由信息網絡、探潛子系統、指揮控制子系統、攻潛子系統組成的各部分間無縫鏈接的一體化反潛體系。探潛子系統，應著重提高結構性作戰能力，按照統一的技術體制、標準和規范，利用有線和無線連接手段，將各類傳感器融為一體，形成一個完整的對潛探測網絡，從而使作戰體系各構成要素間的關聯性發生質的躍升；探潛子系統建設，必須依靠信息網絡的聯通性和整合性，將各傳感器鏈接一起，使它們發生密切關聯，從而打破傳統的依靠“樹狀”指揮體制機制和離散、單一的信息手段構建的輻射式、松散型結構，形成內聚式、緊湊型新型對潛探測網絡，從根本上改變各類傳感器相互關系松散的局面，使探潛子系統具有強大的結構性作戰能力。指揮控制子系統，應在提高單艦指揮控制系統的基礎上，加強編隊指揮系統和群指揮控制系統建設，提高其相互鉸鏈水平，形成主系統為核心、多系統一體、互聯并行的分布式指揮控制子系統。攻潛系統，一方面要通過信息網絡，實現各攻潛武器系統的互聯互通；另一方面，注重攻潛武器系統和魚雷防御武器系統技戰術性能提高，由點能力的提升轉化為整體性能的躍升。信息網絡，應重點加強?？找惑w化信息網絡建設、推進武器協同數據鏈建設、加強潛艇信息網絡建設等，為整個體系中的各個結點提供通信支持。

3 基于質量轉換的艦艇編隊功能反潛體系能力分析

功能反潛體系在反潛作戰中的工作過程，實質是質量轉換的過程。探潛子系統實際上是信息質量的轉換過程，即獲取戰場客觀信息并轉換成戰場綜合態勢圖的過程；指揮控制子系統實際上是決策質量的轉換過程，即將探潛子系統獲得的戰場綜合態勢圖及時有效地轉換成對戰場的態勢感知和形成決策命令的過程；攻潛子系統實際上是行動質量的轉換過程，即將決策命令及時有效執行的過程。[4]可見，信息貫穿于全過程，實現了信息質量轉換、決策質量轉換和行動質量轉換，功能體系質量轉換框圖見圖2。其中，T(?)代表數學轉換函數；F0,… ,F4代表變量參數；A代表攻潛變量參數。

圖2 功能體系質量轉換框圖

3.1 信息網絡能力分析模型

表征信息網絡的主要指標是信息傳遞能力，即收信端能夠準確無誤地接收到發信端發送過來的信息的能力，一般用信息接收概率來度量。影響信息網絡完備性指標的因素主要包括信道鏈路性能狀態，以及網絡結構的規劃布置和通信終端的工作穩定性等。[5]

圖3 給出了信息融合中心分別向3 個用戶分發信息的網絡結構圖。假定發信端t時刻向第iU個收信端發送信息時的連通概率為Pt(Ui)，在向收信端Ui發送信息時可選信道鏈路連通概率為Pj，共有k條可選信道鏈路，則發信端到收信端iU之間的信息網絡連通概率可以表示為

整個網絡的信息傳輸能力可以用t時刻收信端和發信端的連通概率之積表示：

式中，n為收信端總數。

圖3 通信網絡拓撲結構圖

3.2 探潛子系統能力分析模型

探潛子系統的能力度量指標一般用探測概率來表征。傳感器探測目標的概率模型可根據作戰使用的不同傳感器材確定。

1)聲納浮標搜索概率模型：

式(3)中：dσ為浮標的作用距離；tσ為浮標工作持續時間；Nσ為進行警戒的浮標數；pu為浮標運行正常的概率；pk為接觸概率。

2)吊放聲納搜索概率模型：[6]

式(4)中：dd為吊放聲納的作用距離；Nj為反潛數量；Pj為吊放聲納與潛艇目標接觸概率；Tz為搜索周期。

3)磁探儀搜索概率模型：[7]

式(5)中：Wd為一架飛機搜索帶寬度；vf為飛機搜索速度；T為搜索時間；Pc為磁探儀發現潛艇目標概率；Pfs為聲納浮標發現潛艇目標概率。

4)艦載聲納搜索概率模型：

式(6)中：vs為水面艦艇搜索速度；ds為艦載聲納作用距離。

3.3 指揮控制子系統能力分析模型

指揮控制子系統主要完成信息處理、戰場態勢感知、輔助決策等功能，其核心目標是將探潛子系統獲取的信息優勢轉化為決策優勢，從而獲得整個作戰過程的最佳反潛效果。指揮控制子系統的能力模型為

式中：Pz1為信息處理能力模型；Pz2為輔助決策效能模型。

1)指揮控制子系統信息處理能力模型。信息處理包括對多路信息的處理和多種信息的融合2 個步驟，其目的就是要充分利用分散在不同區域的傳感器的多種優勢，在保持對目標探測的準確性和實時性的同時，所有作戰實體共享來自每個傳感器的探測結果[8]。指揮控制子系統信息處理能力，主要用于表征指揮控制子系統對反潛體系所探測到的目標信息的綜合處理能力。

系統對第i個信息源的信息處理效率表示為

式中：a表示指揮控制子系統的信息處理能力；β表示指揮控制系統的信息處理準確度；0＜a+b≤ 1表示信息處理能力的最大值。

假設存在N個情報源，cc表示在中央處理設備上處理的同樣數值，則由可靠性理論可以得到指揮控制子系統信息處理能力模型：

2)指揮控制子系統輔助決策效能模型。指揮系統的輔助態勢感知與決策能力與指揮系統的算法、有效狀態、服務容量、服務質量及其具有的知識庫容量等因素有關，其效能模型為

由此可得指揮控制子系統的能力模型：

3.4 攻潛子系統能力分析模型

艦艇編隊功能體系攻潛子系統的核心目的就是將決策優勢轉化為行動優勢，從而實現整個反潛作戰全過程的最佳反潛效果。在共享信息優勢和決策優勢的基礎上，攻潛子系統執行指揮控制系統形成的決策命令，對潛艇目標實施有效打擊。攻潛子系統主要體現艦艇編隊功能體系對潛艇目標的攻擊效果，它積累了信息轉換質量和決策轉換質量，是反潛作戰“偵—控—打—評”的首輪對抗結束和下一輪循環的起點[9]。艦艇編隊功能反潛體系攻潛子系統質量轉換如圖4 所示。

圖4 攻潛子系統質量轉換框圖

在攻潛子系統中，可以用T(?)來描述行動在質量轉換過程中的指標變化，它體現了戰場感知態勢中目標的種類及數量與戰場客觀態勢相吻合的程度，可以從概率角度對其進行度量，從而得到用概率鏈來描述的攻潛子系統行動指標：

[1] 孫明太. 艦空反潛戰術[M]. 北京∶ 軍事科學出版社, 2003∶85-98.

[2] 任連生. 基于信息系統的體系作戰能力概論[M]. 北京∶ 軍事科學出版社, 2009∶35-66.

[3] JEFF CARES. Distributed Networked Operations. The foundations of network centric warfare[M]. Newport, Rhode Island∶ Alidade Incorporated, 2006∶3-35.

[4] 田云飛, 嚴建鋼. 基于網絡環模型的航空反潛體系效能評估與應用研究[J]. 艦船電子工程, 2011(2)∶37-41.

[5] 譚安勝. 水面艦艇編隊作戰運籌分析[M]. 北京∶ 國防工業出版社, 2009∶101-106.

[6] 叢紅日, 黃啟來, 肖明強. 探測點間距對吊放聲納搜索效能影響仿真研究[J]. 海軍艦空工程學院學報, 2011,26(6)∶707-711.

[7] 蔣志忠, 楊日杰, 熊雄, 等. 磁探儀應召搜潛建模與仿真[J]. 海軍航空工程學院學報, 2011,26(1)∶75-80.

[8] 田云飛, 嚴建鋼. 航空反潛網絡化體系作戰研究[J].海軍學術研究, 2010,3(1)∶31-34.

[9] 許騰, 章華平, 徐杰. 基于武器協同共用的無人機反潛作戰效能研究[J]. 指揮控制與仿真, 2008,5(3)∶63- 66.

[10] 卜先錦. 軍事組織協同的建模與分析[M]. 北京∶ 國防工業出版社, 2009∶344-345.

[11] 屈也頻, 廖瑛. 潛艇位置散布規律與搜求效能評估模型研究[J]. 系統仿真學報, 2008,20(12)∶3280-3283.