航母編隊反潛仿真軍事規則研究*

嚴宗睿，馮偉強，潘宣宏

(海軍指揮學院，江蘇 南京 210016)

航母編隊反潛仿真軍事規則研究*

嚴宗睿，馮偉強，潘宣宏

(海軍指揮學院，江蘇 南京 210016)

航母編隊反潛問題一直是戰術研究的前沿熱點。通過設計仿真軍事規則，實現“人不在回路”的作戰仿真實驗方式，能夠有效的解決上述問題。首先分析了航母編隊反潛兵力組成及其在反潛作戰過程的主要任務與行動，再構建了航母編隊反潛仿真軍事規則體系，提出了反潛仿真軍事規則的設計方法和原則要求，最后通過實例驗證了仿真軍事規則對航母編隊反潛研究效率提升所起的效果。

航母編隊；反潛作戰；軍事規則；有限狀態機；設計原則；體系結構

0 引言

航母編隊是海上強國遂行實施海上戰役、戰斗的主要作戰力量，通常由多個水面戰斗艦艇、潛艇和航空兵組成。航母編隊的反潛作戰(ASW)涵蓋了水面艦艇反潛、航空兵反潛、潛艇反潛及多兵力合同反潛等諸多問題[1]。研究該問題的一種方法是組織反潛作戰實兵演習，如歷年的韓美聯合反潛演習。在演習活動中，事先需消耗大量物資與人力資源進行組織、協調和保障，過程中極易受周邊國際形勢、演習海區氣象水文條件等影響，事后數據采集處理工作繁雜、復盤分析難度較高，這些都不利于航母編隊反潛問題研究人員對問題進行快速研究。

現代作戰仿真實驗方法[2-4]是另一種更為經濟高效的方法，能夠提供逼真的反潛作戰環境，讓研究人員利用各種類型軍用仿真系統對反潛作戰過程進行推演分析，并獲得有用的綜合評估結論。根據仿真過程中是否有實驗人員參與，可分為“人在回路”和“人不在回路”2種。采用“人在回路”的方式，在實驗準備過程中必須組織對參與實驗的人員進行系統使用培訓并進行明確地責任任務劃分；在實驗實施過程的仿真推演期間，為等待參與人員進行情況判斷和指揮決策，系統的仿真速率則不能過快；進行分析評估時，也必須考慮人為因素對數據結果的影響，加重作戰過程分析和作戰結果評估的工作。 “人不在回路”的方式可以有效縮短作戰實驗時間，它與“人在回路”實驗方法的主要區別是：使用了層次清晰、邏輯嚴密、內容確定的仿真軍事規則體系，來代替指揮參謀人員在仿真過程中進行快速指揮決策。

本文通過聚焦航母編隊反潛行動和分析仿真軍事規則理論，構建了一套合理的航母編隊反潛仿真軍事規則體系及其描述方法，縮減了航母編隊反潛問題研究因素范圍和研究時長，從而提高了其研究效率。

1 航母編隊反潛行動分析

為達到消滅敵潛艇或者阻止其進行各項行動的目的，航母編隊主要使用帶有艦載搜潛器材和反潛武器的反潛艦艇、反潛型艦載直升機、水下攻擊型潛艇以及加強的岸基固定翼反潛巡邏機等組成特定的隊形，對水面、水下可疑目標或指定區域實施反潛[5]。其中，各型反潛艦艇具有很好的通用性，是海上立體反潛指揮控制協調的主要平臺；直升機和反潛巡邏機受氣象條件影響大，但機動速度快、搜索效率高、受潛艇威脅小，是航母編隊反潛的重要力量；潛艇反潛最有效，但機動速度慢、不確定性高，一般以單獨行動為主。

發現潛艇目標后，航母編隊將根據當前任務適當調整編隊航線與兵力部署，并派出合適兵力對目標實施識別、跟蹤和定位。各型反潛兵力受領編隊指揮所下達任務后，將根據上級通報和自身探測發現情況，不斷轉換自身所執行的搜索、識別、定位、跟蹤或攻擊等作戰行動。文獻[6-7]中對美國航母編隊配屬的反潛兵力作戰行動進行了如下描述：

(1) 反潛艦艇負責編隊內層防御，通常使用艦殼聲吶、被動拖曳式聲吶，以單艦、雙艦或與艦載直升機協同的方式實施對潛搜索。發現水下目標后，水面艦艇本身保持與目標的持續接觸，同時組織、引導艦載反潛直升機前往該區域，使用吊放式聲吶進行搜索、識別與定位，并使用魚雷實施快速攻擊。

(2) 艦載反潛直升機一般配置在水面艦艇的側前方或在甲板等候執行應召反潛任務。接到潛艇情況通報后，立即起飛并前往執行反潛責任區并使用吊放聲吶對水下目標進行搜索；一旦發現目標，直升機將繼續對其進行定位和識別；確定目標為敵潛艇后，可以持續保持與潛艇接觸，也可以引導其他艦艇和飛機進行攻擊，或者是自身直接對目標實施魚雷攻擊。

(3) 編隊中的岸基反潛巡邏機負責在編隊外層的廣泛空域，使用反潛雷達、目力等非聲搜索器材對水面狀態、半潛狀態、潛望鏡或通氣管狀態的潛艇目標實施大范圍搜索。發現潛艇后，即使用攜帶的聲吶浮標和磁探儀等對其進一步識別、定位，在得到上級指示后對其進行攻擊。

(4) 如果編隊中還有反潛潛艇，則應部署在具有嚴格限制、遠離其他兵力的獨立反潛任務區中，獨自使用被動的艇殼聲吶對水下潛艇目標進行搜索。一旦發現潛艇目標，不需經過上級批準，可直接使用潛射反潛導彈和魚雷進行緊急攻擊。

與之相對，敵方潛艇可在水面艦艇聲吶作用距離之外先發現航母編隊，然后根據作戰任務和當前態勢，決策是對航母編隊遠距離使用潛射導彈攻擊，還是突破航母編隊防御并使用魚雷貼近攻擊，抑或是直接規避遠離航母編隊[8]。

2 航母編隊反潛仿真軍事規則

2.1 仿真軍事規則理論

仿真軍事規則是現代人工智能和軍事輔助決策技術發展的產物。它是作戰仿真軍事概念模型的重要組成部分，也是在作戰模擬過程中的指揮實體和作戰兵力實體執行特定作戰任務時，為進行合理的決策或對自身行為進行合理控制，所依據的結構化的軍事原則[9-10]。仿真軍事規則由軍事人員依據作戰仿真系統能夠接受的格式所創建，是軍事知識和軍事經驗的準邏輯化或數學化體現。其最常見的描述是if…else…或者多個if…else…相互嵌套的形式。

仿真軍事規則主要用于實現對沒有接收到外來指令(即系統操作人員指揮)的作戰實體行為和作戰指揮過程的控制。這種控制主要受各實體當前面臨的任務、所感知的虛擬戰場態勢情況進行觸發。與兵力行動計劃的指定時間必定觸發不同，仿真軍事規則的觸發條件是軍事專家根據初始戰場態勢判斷，可能發生的一系列對象、目標、位置、狀態等條件集合。并且，觸發條件參數必然包含只有在仿真過程中才能確定產生的數據。這些數據都需要開始仿真后，才能根據系統不斷推演運算獲取。一旦觸發條件得到滿足，仿真軍事規則將驅動對應仿真實體按照預先制定的動作進行行動。觸發動作可能是實體自身行為的改變，或者是多個其他實體作戰任務、作戰方法、作戰行動的調整，甚至是實體所關聯規則項的變化。動作輸入參數也與兵力行動計劃不同，可以是確定參數，也可以是相對仿真過程參數。

仿真軍事規則的作用對象主要是指揮所實體和各作戰兵力實體。根據不同作用目的，仿真軍事規則可以分為：指揮決策規則、行動決策規則和行動執行規則。

(1) 指揮決策規則是對指揮所領導能力的模擬，主要實現情報信息的接收與處理，科學合理的指揮決策；

(2) 行動決策規則是對作戰兵力指揮員應變能力的模擬，主要實現作戰行動過程中兵力層次的決策判斷以及多個作戰行動之間的轉換；

(3) 行動執行規則是對具體類型作戰兵力行為控制能力的模擬，主要實現單個作戰兵力執行各項作戰行動、動作的詳細步驟和方法。

2.2 反潛仿真軍事規則體系

通過對上述航母編隊反潛行動和仿真軍事規則理論的分析，可以發現航母編隊反潛仿真軍事規則體系主要由反潛仿真指揮決策規則、反潛仿真行動決策規則和反潛仿真行動執行規則構成。

(1) 反潛仿真指揮決策規則，主要代替航母編隊指揮所進行編隊層次的反潛行動決策控制，包括：威脅評估、任務區分、兵力指揮、態勢監控和效果評估等5項內容。具體為：①威脅評估規則，實現基于敵目標作戰能力和我編隊各兵力價值的綜合威脅評估分析；②任務區分規則，負責設定反潛作戰目標、反潛作戰區域和反潛作戰任務清單；③兵力指揮規則，依據作戰任務清單和兵力調整需求，為下屬反潛兵力進行任務分配；④態勢監控規則，隨著仿真運行而監控戰場態勢、各反潛兵力行動情況與協同作戰需求，并形成兵力行動調整需求；⑤效果評估規則，能夠基于任務預期結果和兵力實際行動情況，判斷作戰任務的真實執行效果，為編隊指揮所對戰場態勢進行再次威脅評估提供支持。

(2) 反潛仿真行動決策規則，主要代替各反潛兵力指揮官進行兵力行動決策，包括：反潛任務解析、兵力行為決策和兵力行動控制等3項內容。具體為：①任務解析規則，將上級下達的反潛作戰任務解析為反潛作戰兵力能夠執行一系列作戰行動集合；②兵力決策規則，為單個兵力實現基于感知態勢和作戰任務的戰術行動決策與戰場情況判斷；③行動控制規則，對單個兵力的戰術行動進行監控，并根據作戰任務和戰場情況判斷適時切換各作戰行動。

(3) 反潛仿真行動執行規則，主要代替各反潛兵力控制人員指導反潛兵力如何展開戰術行動。主要是：水面艦艇、航空兵、潛艇等兵力在反潛過程中最主要搜潛和攻潛戰術行動的動作描述。具體為：①水面艦艇搜潛行動規則；②水面艦艇攻潛行動規則；③航空搜潛行動規則；④航空攻潛行動規則；⑤潛艇搜潛行動規則；⑥潛艇攻潛行動規則。上述各類規則描述內容包括戰術行動實施方法、執行步驟、判斷條件和動作指令。

(4) 敵方潛艇仿真行動規則，主要代替敵方潛艇指揮員和兵力控制人員進行潛艇戰術行動決策和兵力控制。包括：潛艇行動決策、潛艇搜索行動描述、潛艇規避行動描述、潛艇攻擊行動描述四項內容。具體為：①潛艇行動決策規則，根據潛艇當前發現情報信息，決定潛艇將采取何種行動(搜索、規避或者直接攻擊)；②潛艇搜索行動規則，規定敵潛艇搜索海上目標所采取的戰術；③潛艇規避行動規則，指導潛艇如何應對威脅目標并進行進行規避或突破；④潛艇攻擊行動規則，說明潛艇對指定目標進行攻擊的方法步驟。

2.3 基于FSM的描述方法

有限狀態機(finite state machine，FSM)[11-12]是一種在人工智能行為建模方面較為成熟的語言分析工具。應用到仿真軍事規則描述中，可以保證規則的結構清晰、邏輯明確，避免規則間的優先級設置難題且在方便仿真系統實現基礎上降低了軍事專家設計難度。應用FSM設計編隊反潛仿真規則時，主要是通過將規則所要表現的行為過程分解為有限數量的狀態(state)以及這些狀態間的轉移條件(condition)來實現對該過程的描述。

圖1描述了一個由21個狀態，27個條件所構成的航母編隊指揮所反潛仿真指揮決策規則。該規則確定了編隊根據針對不同的發現目標情報，分別派出外層反潛巡邏機、中層反潛艦艇、內層艦艇以及在空中及艦上待命的反潛直升機進行反潛行動的詳細決策方案。

規則中由六角形所代表的狀態，既可以是一系列的動作指令，也可以是某條行動決策規則或行動執行規則。圖1中左側虛線框定的“命令反潛巡邏機305前出反潛”這一狀態，就可對應為圖2所示的反潛仿真行動決策規則。依據該規則，反潛巡邏機305將根據預先設置的觸發條件，在初始狀態、搜潛狀態、跟蹤狀態、攻潛狀態、判明效果和返航狀態間進行轉換，從而實現對反潛巡邏機反潛作戰行動全過程的仿真[13-14]。

行動決策規則層面的狀態基本都是由動作指令組合而成的行動執行規則表示。表1中列出了反潛巡邏機305在搜潛狀態中所執行的仿真行動執行規則。

所有規則最后作用于仿真實體的形式都是明確的動作指令(action)。這些指令都是由靜態的通用任務指令格式加仿真戰場態勢提供的動態任務參數所構成，如圖3。

2.4 規則設計原則與要求

《辭海》中對規則有3種解釋：一是規范；二是整齊，合乎一定的方式；三是就某一或某些事項所制定的書面文件。因此，設計航母編隊反潛仿真軍事規則時，也應滿足其格式規范、目的明確、靈活兼容的要求：

圖1 編隊反潛仿真指揮決策規則Fig.1 Decision rules of formation antisubmarine simulation command

序號判斷條件執行動作1 ①到達目標點;②燃料充足;③浮標充足 以經緯度(X°,XX°)為中心,設置長XXnmle(1nmile=1.852km),寬XXnmile的反潛搜索區A12完成區域設置生成覆蓋A1區且覆蓋率為XX的浮標布設方案3完成方案生成①開始沿布設浮標航線飛行;②在指定位投放浮標4完成布設浮標①報告完成布設浮標;②切換監聽浮標任務5接收監聽任務生成監聽航線L16完成航線生成①開始沿L1飛行;②監聽浮標陣探測信號7 ①發現潛艇;②燃料不足;③浮標不足;④上級其他指令 退出搜潛狀態

圖2 反潛機反潛行動決策規則Fig.2 Decision rules for antisubmarine action of antisubmarine aircraft

圖3 機動和攻擊指令結構Fig.3 Command structure of maneuverand attack actions

(1) 必須保證規則應用前后狀態一致。編寫反潛仿真軍事規則時，如有對編隊中兵力行動調整的內容，應當事先保存該兵力執行規則前的狀態信息，并在執行規則規定內容完畢后引導其根據原狀態信息恢復執行先前中斷的任務和狀態；

(2) 必須明確指令動作的格式和參數。與軍事理論不同，所有在實際作戰中需要參謀人員領會執行的作戰指令，在仿真規則中都需轉化為由一個或多個簡單的action。盡管規則本身可以靈活多樣，但這些action必須數量有限、格式明確、參數唯一；

(3) 必須合理設置規則觸發條件。航母編隊反潛不再是由搜潛、識別、定位、跟蹤或攻擊等行動串聯而成的線型結構，而是由多種兵力、多種作戰行動構成的網狀結構。設計規則觸發條件，應從編隊狀態變化出發，尋找盡可能完善且唯一的表示方法；

(4) 必須要求規則結構離散簡潔。編寫完成的航母編隊反潛規則，應只通過仿真系統運行后數據接口輸入的動態參數來與執行對象綁定，并且在規則間不存在任何相互間的直接數據與狀態調用，以降低其關聯性與耦合性；

(5) 必須堅持規則集合的適當優化完善。根據軍事需求發展和實驗經驗提高，各項規則也將得到不斷擴充和完善。但是，在新增仿真規則、修正不恰當規則及歸并重復或相近規則時，也應充分考慮規則集合對以往實驗方式、內容的支持。

3 規則應用效果實例分析

假設欲對某航母編隊航渡過程中的反潛作戰方案進行評估。該編隊由7艘不同用途的艦艇、2架反潛巡邏機以及部署在各艘艦艇上的反潛直升機組成。根據上級要求，編隊需在指定時間內到達作戰區域。由于編隊在航渡過程中可能遭到與航線附近伏擊的潛艇伏擊，因此必須擬制航渡過程反潛作戰方案并對其效能進行分析和評估。

結合上述想定，分別采用以下方式進行作戰實驗研究[15-17]：

(1) 實兵演習(M1)

(2) “人在回路”仿真實驗(M2)

(3) 加入反潛仿真行動執行規則的“半人在回路”仿真實驗(M3)

(4) 加入反潛仿真行動決策規則和反潛仿真行動執行規則的“半人在回路”仿真實驗(M4)

(5) 加入全部規則，完全人不干涉仿真過程的“人不在回路”仿真實驗(M5)

通過對比圖4所示5種不同實驗方式在實驗準備、實驗和分析評估階段的花費時間，可以發現：隨著反潛仿真軍事規則的完善，運用“人不在回路”仿真實驗方式將能極大提升對航母編隊反潛問題的研究效率。

圖4 不同方式的反潛研究時間Fig.4 Time taken by each ASW research method

4 結束語

近些年，隨著計算機技術和人工智能技術的不斷發展，構建一套反潛仿真軍事規則以支持軍事人員利用“人不在回路”的仿真實驗手段對航母編隊反潛問題進行研究，已逐漸為軍事研究人員所重視和思考。本文從實踐角度，對航母編隊反潛仿真軍事規則的體系和描述方法進行了探索，后續將繼續完善并對仿真規則在航母編隊對岸對艦打擊、防空反導等其他方面的應用展開進一步的研究。

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Military Rules for ASW Simulation of Aircraft Carrier Formation

YAN Zong-rui，FENG Wei-qiang，PAN Xuan-hong

(Naval Command College，Jiangsu Nanjing 210016，China)

Antisubmarine warfare (ASW) of aircraft carrier formation has been the hot spot of tactical research. By designing simulated military rules, the combat simulation experimental method of man not in the loop can be achieved. Firstly, the composition of antisubmarine force and its main tasks and actions in antisubmarine warfare are analyzed; secondly,the military rules of antisubmarine simulation system for aircraft carrier formation are constructed; thirdly, the design method and principle of military rules for antisubmarine simulation are put forward; finally, the effectiveness of the simulated military rules on the efficiency improvement of the aircraft carrier formation is verified through a case study.

aircraft carrier fleet；antisubmarine warfare(ASW)；military rule；finite state machine(FSM)；design principle；architecture

2016-07-25；

2016-08-31

嚴宗睿(1981-)，男，江蘇鹽城人。講師，博士生，主要從事作戰仿真技術。

通信地址：210016 南京市玄武區半山園21號70棟405室 E-mail：11366652@qq.com

10.3969/j.issn.1009-086x.2017.03.029

U694.771；TP391.9

A

1009-086X(2017)-03-0186-07