基于數據場的體系作戰能力分析*1

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基于數據場的體系作戰能力分析*1

賈子英，周世華，趙磊

(海軍陸戰學院，廣東 廣州510430)

摘要：體系作戰能力是由作戰單元協作生成的整體作戰能力。根據作戰體系及其作戰能力的構成，在作戰體系網絡結構的基礎上，利用數據場理論分析作戰體系的拓撲勢場，描述作戰單元間的協作能力，建立基于數據場的體系作戰能力模型，并進行仿真分析。得到了一種定量分析體系作戰能力的方法。

關鍵詞：作戰體系；數據場；拓撲勢場；協作能力；體系作戰能力；仿真分析

0引言

作戰體系是由眾多作戰單元密切協作形成的復雜作戰系統。體系作戰能力，是各作戰單元協作行動的整體能力[1]，不簡單是各單元作戰能力的加權和，還要考慮由作戰單元協作產生的“協作能力”。

目前，定量研究能力有2種思路：一是利用AHP法、ADC法和模糊綜合評估等方法[2-4]，評估體系作戰能力；二是將作戰體系抽象為復雜網絡，利用系統優勢函數[5]、網絡效能[6-7]，分析作戰體系的涌現過程，研究體系作戰能力。第1種思路難以分析作戰單元間協作效能，不能有效反映體系作戰能力的系統性。第2種思路注重分析有直接協作的作戰單元間的協作能力，沒有考慮作戰單元間的間接協作。

1作戰體系與體系作戰能力

作戰體系是指具有統一的使命任務和一定的組織結構，由相互關聯的具有自主特性的作戰單元組成的有機整體，是能夠適應威脅環境的動態復雜系統[9]。根據作戰體系中兵力編成類型，作戰單元可劃分為偵察單元、指控單元、對抗單元和保障單元[10]。在作戰體系中，作戰單元間存在著廣泛的協作。基于復雜網絡的觀點，將作戰單元抽象為節點，作戰單元間的直接協作抽象為邊，則將作戰體系抽象為復雜網絡，如圖1所示。

圖1　作戰體系網絡拓撲結構示意圖Fig.1　Networked structure of operation SoS

體系作戰能力是由作戰單元協作而涌現出的能力[11]。根據復雜系統的涌現機理，體系作戰能力不僅是作戰單元能力的和，還應包括作戰單元間協作產生的協作能力。協作能力是指由作戰單元間指揮、通信、協同、保障等關系生成的作戰能力。作戰單元的協作可以是2個作戰單元的兩兩協作，也可以是多個作戰單元間的協作。多個作戰單元間的協作可以分解為多個相應節點間的兩兩協作，認為多個作戰單元間的協作能力是相應作戰單元兩兩的協作能力的和。

(1)

式中：λi為第i個作戰單元的權重；C為作戰單元間的協作能力。

2基于數據場的體系作戰能力模型

建立體系作戰能力模型，必須考慮作戰單元間的協作能力。數據場是將物質粒子間的相互作用及其場的描述方法引入到數域空間，研究數據對象間相互作用的理論，能夠有效地分析作戰單元間的協作能力。

2.1數據場的概念

場的概念是由英國物理學家法拉第提出的，用來描述對象間的相互作用。李德毅院士等借鑒物理學中場的思想，將數據對象抽象為數域空間中具有一定質量的質點，則在數據對象周圍存在一個作用場，位于場內的對象受場的作用，進而在整個空間上形成了一個數據場[12]。對不依賴時間的靜態數據來說，相應的數據場是一個穩定的有源場，可以采用標量勢函數進行描述。

(2)

式中：‖x-xi‖為xi到x的距離；σ為影響因子，一般取σ=2[14]。

2.2作戰體系的拓撲勢場

1）實驗的進行不能顧此失彼，對于單樁豎向抗壓承載力實驗來說，為了避免荷載過重造成儀器損壞，影響實驗數據的準確，必須進行必要的操作過程設計規范和細節控制說明，比如：當地基周圍土壤隆起時，其觀測點的荷載-沉降曲線必然出現陡降，實驗中要注意記錄陡降前后的荷載數值。此外，當地基基礎樁后一次的沉降幅度超過前一次沉降幅度的2倍時，表明沉降過程尚未穩定，因此，要注意記錄前一級的荷載數值。最后，在細節把控上，荷載-沉降曲線一定要按照信號傳感器反饋的時間曲線進行繪制，必要的情況下，增加輔助曲線，增加檢測結果的準確性。

節點的數據場受節點作戰能力指數影響。節點作戰能力指數越大，對整個作戰體系的影響就越大，表現為數據場就越強。因此，定義節點質量為相應作戰單元的作戰能力指數，即mi=pi。由式(2)，對?vj∈V，vj在vi的數據場中的勢能為

(3)

式中：‖vi-vj‖為節點vi，vj間距離。

作戰體系包含多個節點，各節點共同作用形成了作戰體系的拓撲勢場。作戰體系的拓撲勢場是標量場，拓撲勢場中節點v處的勢可表示為

(4)

(5)

作戰單元間相互協作，可認為是節點在數據場中相互作用。由此，作戰單元間的協作能力，可用節點在數據場中的勢函數表示。當節點間有邊直接相連時，即作戰單元間存在直接協作，則dij為作戰單元間協作有效度eij。當節點間通過其他節點間接相連時，即作戰單元間存在間接協作，則dij為節點間的最短路徑長度。

2.3體系作戰能力模型

(6)

式中：αi為節點vi在作戰體系中的重要度。

節點在作戰體系中的位置不同，其重要性也不同。因此，αi用節點vi的一級擴展度表示為

(7)

式中：di為節點vi鄰居節點的數量；Dk為第k個鄰居節點的度。

由式(5)可得，作戰體系中各作戰單元間協作能力的和為

(8)

由式(6)～(8)可得，基于數據場的體系作戰能力模型為

(9)

3仿真分析

以圖1表示的作戰體系為例，在作戰體系網絡模型結構穩定的條件下，分析單元作戰能力和協作有效度對體系作戰能力的影響。

圖2　單元作戰能力影響仿真結果圖Fig.2　Simulation of influence by unit capability

由圖2可知，體系作戰能力與單元作戰能力成正比，隨著單元作戰能力下降比例增大，體系作戰能力下降比例也增大。不同類型的作戰單元對體系作戰能力的影響不同，對抗單元對體系作戰能力的影響最大，偵察單元對體系作戰能力的影響最小。

在單元作戰能力不變的條件下，假定作戰體系中協作有效度相等，體系作戰能力受協作有效度的影響如圖3所示。

圖3　協作有效度影響仿真結果圖Fig.3　Simulation of influence by cooperative degree

由圖3可知，協作有效度下降比例小于20%時，體系作戰能力下降幅度不大，說明了在能夠進行有效協作的情況下，作戰體系能夠生成相對穩定的協作能力；協作有效度下降比例在20%～80%之間時，體系作戰能力迅速下降，即作戰單元協作不穩定的條件下，協作能力迅速降低；協作有效度下降比例大于80%時，體系作戰能力趨向于單元作戰能力的加權和，即作戰單元間不能進行協作，作戰體系沒有形成協作能力。

4結束語

本文建立的基于數據場的體系作戰能力模型，能夠有效分析作戰單元作戰能力和作戰單元間協作有效度對體系作戰能力的影響，反映了體系作戰能力的生成機理和變化規律。研究結論有助于分析影響體系作戰能力的主要因素，對體系作戰能力建設具有指導意義。在模型建立過程中，對影響因子、協作有效度等參數的研究還不夠深入，需進一步研究探討。

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Analysis of Combat Capability of Operation SoS Based on Data Field

JIA Zi-ying，ZHOU Shi-hua，ZHAO Lei

(Naval Marine Academy,Guangdong Guangzhou 510430, China)

Abstract:The capability of operation system of systems (SoS) is holistic capability generated by unit coordinated. According to the capability composition, the topological potential field and cooperative engagement capability are analyzed with data field theory, and the analysis model of operation SoS is established, which are based on the analysis of network structure of operation SoS, and simulation shows that a quantitative method of the capability of operation SoS is achieved.

Key words:operation system of systems(SoS); data field; topological potential field; cynergic capability; combat capability of SoS; simulation analysis

中圖分類號：E911；E917；TP391.9

文獻標志碼：A

文章編號：1009-086X(2015)-06-0194-05

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2015.06.034

通信地址：510430廣州市白云區石井石沙路1951號戰術教研室E-mail：284870076@qq.com.

作者簡介：賈子英(1984-)，男，河北定興人。講師，博士，主要研究方向為海軍兵種戰術。

基金項目：國家社科基金(12GJ003-127)

*收稿日期：2014-12-23；修回日期：2015-03-22