基于可拓分析與變換的網絡中心戰下作戰系統抗毀性研究＊

2012-07-11 08:47:18張勝偉田寶國李日華

艦船電子工程 2012年9期

張勝偉田寶國李日華

（1.海軍航空工程學院研究生5隊煙臺 264001）（2.海軍航空工程學院基礎部理化教研室煙臺 264001）（3.海軍航空工程學院基礎部系統科學與數學研究所煙臺 264001）

1 引言

在信息和網絡技術迅速發展的背景下，美軍率先引發了新的軍事變革—網絡中心戰［1～2］。它是指將軍隊的所有偵察探測系統、通信聯絡系統、指揮控制系統和武器系統，組成一個以計算機為中心的信息網絡體系，各級作戰人員利用該網絡體系了解戰場態勢、交流作戰信息、指揮與實施作戰行動的作戰樣式。作戰系統［3］是由大規模的傳感器、作戰、指揮通信實體或系統經由射頻等各種無線或光／電纜等有線連接形成的復雜系統。網絡中心戰下的作戰系統更加復雜多變，而敵我雙方的作戰系統之間的對抗也越發激烈。隨著對抗的白熱化，作戰系統的抗毀性研究的重要性就越來越明顯了。目前，國內外對于作戰系統抗毀性［4］的研究大都基于復雜網絡，包括抗毀性分析和抗毀性優化兩個方面，需要借助相關的工具進行建模分析研究，結果與各參數之間的關系不是那么顯而易見。

可拓分析與可拓變換是可拓學［5～6］用于分析和解決矛盾問題所采用的基本分析原理與方法。可拓分析包括發散、蘊含、相關和共軛分析等，通過建立物元模型，應用可拓分析可以使人們對物進行形式化的分析，更全面地了解物的結構，使分析的層次更加清晰、邏輯性更強。利用可拓變換中的共軛（虛實、軟硬、潛顯和負正）變換，可以根據共軛部在一定條件下相互轉化的性質，有針對性地采取相應措施去達到預定的目標。將可拓分析與變換應用于作戰系統的抗毀性研究可以使之更加符號化和形式化，為抗毀性的研究提供了一種新方法。

2 作戰系統抗毀性的可拓分析與虛實共軛變換

現代作戰循環理論認為整個作戰的基本流程是一個觀察、定位、決策、行動（OODA）的循環過程［7］。把各個作戰單元分別抽象成傳感器、決策器、影響器和目標，把作戰過程抽象描述成一個傳感器發現目標，而后將目標信息傳給決策器，決策器對形勢進行分析后指揮影響器對目標實施軍事行動的環路。對于作戰系統的抗毀性來說，虛實共軛分析與變換原理研究的是抗毀性（虛部）和作戰系統（實部）之間的關系。作戰系統內部的各個實體諸如：傳感器S、決策器D、影響器I和目標T是實部，而其抗毀性所包含的可抵抗性、可識別性和可恢復性是虛部。利用虛部與實部的相關性和在一定條件下的相互轉化性，可以通過對實部實施變換來達到對虛部的變換，或通過對虛部實施變換來提出對實部變換的相應需求。

2.1 作戰系統抗毀性的結構及可拓分析

作戰系統的抗毀性主要包括可抵抗性、可識別性和可恢復性。其中可抵抗性又包含了發現概率、干擾概率和攔截概率。則可建立作戰系統的抗毀性物元模型：

其中：Mim表示虛部物元。利用發散分析原理，對作戰系統的抗毀性進行發散分析。

其中：cim1為可抵抗性；cim2為可識別性；cim3為可恢復性。

再對作戰系統抗毀性的可抵抗性進行發散分析。

其中：cim11發現概率；cim12為干擾概率；cim13為攔截概率。

作戰系統由傳感器、決策器、影響器和目標四部分組成，則其實部物元為

根據發散分析原理，有

其中，cre11為雷達捕捉性能；cre12為聲納探測性能；cre13為光電感應器感受性能；cre14為天基偵察衛星偵測性能；cre31為各種干擾設備干擾性能；cre32為導彈攔截能力；cre33為飛機打擊能力；cre34為火炮防護能力。

2.2 傳導變換與虛實共軛變換

對雷達捕捉性能，各種干擾設備干擾性能和導彈攔截能力的量值做主動變換

它們對作戰系統的可抵抗性、可識別性和可恢復性都將產生影響。為方便起見，這里僅考慮其對作戰系統的可抵抗性引起的變換。根據相關與蘊含分析原理，有傳導變換

使得

從而導致抗毀性（虛部物元Mim）發生改變，進而提高了作戰系統的抗毀性。這一虛實共軛分析所形成的可拓推理知識可表述為

且V抗′＞V抗。即通過提高雷達、各種干擾設備和導彈的性能，由傳導變換，使傳感器和影響器的性能得到改善；由虛實共軛變換，將提高發現概率、干擾概率和攔截概率（虛部），從而使作戰系統的抗毀性得到提高。

3 作戰系統抗毀性的軟硬共軛分析與變換

為了研究的針對性更強，以某艦艇編隊［8］為作戰系統進行研究。設S，D，I，T四類節點的數目分別為NT、NS、ND、NI，概率Pij表示i、j兩節點間實際存在的邊數與可能存在的邊數之比，PTS、PSD、PDI、PIT、PDD分別表示發現目標能力、信息獲取能力、指揮控制能力、攻擊能力和指揮體系連通程度。構成艦艇編隊的傳感器、決策器、影響器和目標為硬部，它們之間的相互聯系為軟部。

3.1 軟硬共軛分析

艦艇編隊的外聯關系元［9］模型為

建立艦艇編隊的硬部物元模型為

3.2 軟硬共軛變換

為了使艦艇編隊的能力更強，可對其傳感器（硬部）實施主動變換TL21＝L21′，以提高傳感器對決策器的服務能力（這里先不考慮對發現目標能力的影響）。通過傳導變換來提高該艦艇編隊的抗毀性。根據相關性和蘊含性［10］，這一軟硬共軛分析與變換所形成的推理知識為

其中：

且PSD′＞PSD，那么

且＞V抗。即通過改進傳感器（硬部）的性能，由軟硬共軛變換，致使傳感器對決策器的服務關系（軟部）得以改善，從而提高該艦艇編隊的抗毀性。同理，也可對決策器、影響器等硬部實施主動變換，從而達到更好的效果。

可見，分別從虛實和軟硬兩個角度進行共軛分析與研究，可以得到相同的結果。同理，也可運用潛顯和負正共軛分析與變換對作戰系統的抗毀性進行分析與研究。

4 舉例

假設有一個由5艘艦艇組成的艦艇編隊B，每艘艦艇的指控中心看成1個決策器D，編隊指揮艦的指控中心是該編隊的中央指揮決策實體，艦艇上的導彈系統、前后主炮、深彈及火箭彈等武器裝備可以抽象為5個影響器I；用于作戰的雷達、聲納歸納為5個傳感器S。該艦艇編隊的可識別性為0.91，可恢復性為0.88。雷達的捕捉概率為0.90，干擾器的干擾概率為0.85，導彈的攔截概率0.78。下面運用虛實共軛分析與變換，分析研究該艦艇編隊的抗毀性。

以Mim，cim1，cim2，cim3，cim11，cim12，cim13分別表示該艦艇編隊抗毀性的物元模型、可抵抗性、可識別性、可恢復性、發現概率、干擾概率、攔截概率。

根據發散分析原理，有

其中：MBre11為雷達，MBre12為聲納，MBre13為光電感應器，MBre31為干擾器，MBre32為導彈，MBre33為飛機，MBre34為火炮，cBre11為雷達捕捉性能，cBre12為聲納探測性能，cBre13為光電感應器感受性能，cBre31為干擾器的干擾性能，cBre32為導彈攔截能力，cBre33為飛機打擊能力，cBre34為火炮防護能力。

那么該艦艇編隊B的可抵抗性：