基于均衡準則的跨平臺火力兼容決策方法

傅 冰，謝 君，賈正榮

(海軍工程大學 兵器工程學院， 武漢 430033)

艦艇火力兼容技術直接影響全艦武器使用安全和全艦的作戰能力[1-2]，是保證在復雜的海上裝載、作戰環境中安全、有效地發揮艦載武器效能的重要手段。基于武器系統各自狀態信息的實時采集和武器系統之間的火力兼容性判斷，進行多武器系統的火力兼容決策是艦艇火力兼容研究的重要內容之一。我國自20世紀80年代末開始，對艦載武器火力兼容進行了理論研究與工程實踐，并在單艦平臺多武器火力兼容方面得到應用。其中火力兼容決策的研究和實踐主要體現以下特點：第一，艦艇武器火力兼容決策多以單艦作戰為研究背景，火力兼容決策的對象范疇多限于同平臺武器系統運用[1-4]；第二，火力兼容決策的基礎是武器射彈的火力兼容性判斷，目前的火力兼容性判斷主要針對發射艦艇平臺安全距離范圍內武器射彈初始段彈道，判斷結論多為“0-1”模式的剛性判斷[5-7]；第三，火力兼容決策多以火力兼容原則為核心，目前多以保證艦艇平臺安全的防御優先原則為主[1,5-8]；第四，火力兼容決策的輸出主要限于發射干預的交戰執行控制，以火力兼容控制指令或告警信息等形式體現[1,5-8]；第五，在編隊火力兼容的研究中，火力兼容決策更加側重于協同防空中的多武器運用決策[9-12]。隨著海軍戰略職能從“近海防御”到“近海防御與遠海防衛”的轉變，以及海軍建設從以平臺對抗為主向以體系對抗為主的轉變，艦艇編隊將成為未來主要的海上作戰單元，其作戰系統將成為一個全方位、大范圍、多層次、多功能的有機海上攻防整體，除了承擔防御作戰外，在信息化體系支撐下承擔對岸、對海進攻作戰職能逐漸成為一種愈發重要的現實需求[13]。面對來自編隊兵力編成多元、作戰任務擴展、交戰模式改變以及信息化支援約束帶來的挑戰，目前的火力兼容決策在對象范疇、決策基礎、決策準則、決策輸出上均不能滿足艦艇編隊跨平臺多武器系統自動管理和兼容控制的需要。因此針對艦艇編隊跨平臺多武器多目標交戰的火力兼容決策方法進行研究顯得十分迫切。

1 跨平臺火力兼容決策分析

為使艦艇編隊成為有機的海上攻防整體，艦艇編隊火力兼容在編隊作戰系統框架下，管控的范疇拓展到跨平臺多武器系統，除傳統的單艦平臺火力兼容外，還應包含編隊跨平臺多武器火力協同使用得當，即艦艇編隊跨平臺火力兼容。在艦艇編隊跨平臺協同作戰背景下依舊采用傳統火力兼容判斷和火力兼容決策，隨著火力運用方案數量的增加，方案之間沖突干擾的情況也會大幅增加，許多武器交戰會由于剛性排他的火力兼容決策機制而被禁射，不利于編隊的整體作戰效能的發揮。因此，編隊跨平臺火力兼容應在判斷發生射向交叉、射界重疊的基礎上，針對跨平臺武器射彈全交戰彈道采用概率模式細化火力兼容性判斷，針對跨平臺多武器系統多目標交戰在誤傷風險規避與作戰效能發揮之間采取均衡準則進行綜合決策，拓展跨平臺多武器運用的選擇空間。

若艦艇編隊由mplatship條戰艦組成，共搭載有mweap個武器、msens個跟蹤引導傳感器，編隊內存在mchen個通信信道。對于這一艦艇編隊跨平臺火力兼容相關問題的研究，可根據戰術視圖的層級具體劃分為任務層、行動層、動作層、資源層等4個不同層次，如圖1所示。

任務層反映了艦艇編隊作戰針對多目標達成各自戰術目的所對應的戰術任務。艦艇編隊在當前時刻存在mtarg個目標需要與之交戰，用集合{Tmid}表示(mid∈{1,2,…,mtarg})，在體系對抗模式下，綜合各個目標在敵方作戰體系中的脆弱性評價和對我方作戰體系的威脅性評價兩個方面，確定每個目標在體系對抗中的綜合重要程度，分別用kmid表示。由編隊協同作戰的戰術目的可確定出任務規劃方案Plamp0，包含mtarg個獨立的戰術任務，其中Mmid表示艦艇編隊針對目標Tmid達成所要求的戰術目的的戰術任務，戰術目的根據摧毀、驅逐、干擾、警告的不同要求，指定戰術任務Mmid中對目標Tmid的作戰效能要求，通過Pmid0表示。

圖1 編隊跨平臺作戰相關概念層次關系

行動層反映了為完成各戰術任務可能規劃的武器射彈的交戰行動方案，聚焦武器射彈開展。為完成上述各戰術任務Mmid，艦艇編隊需要制定戰術行動方案，行動方案中針對目標Tmid計劃實施的nmid次交戰，其中交戰Emid-attackid表示運用射彈Promid-attackid針對目標Tmid實施第attackid輪打擊，其中(attackid∈{1,2,…,nmid})。

根據以上戰術視圖，跨平臺火力兼容決策就是針對任務規劃方案Plamp0，基于交戰Emid-attackid執行過程之間干擾沖突評估，進行火力兼容控制決策，平衡Emid-attackid的誤傷風險規避與Plamp0實際執行的整體作戰效能發揮，形成火力兼容控制指令用于Mmid執行的優化調整。

2 基于均衡準則的跨平臺火力兼容決策模型

2.1 跨平臺武器運用的安全風險評估模型

第一，雙方發生火力干擾沖突的概率，用PN來表示，即跨平臺多武器火力兼容應禁止參與判斷雙方同時運用的概率，此時必須對其中之一進行干預。

(1)

第二，雙方沒有發生火力干擾沖突的概率，用PY來表示，即跨平臺多武器火力兼容允許參與判斷雙方同時安全運用的概率，顯然：

(2)

進行跨平臺火力兼容性判斷時，可以根據作戰的情況靈活設置火力兼容性判斷準則，通過概率PN、PY進行武器運用的安全風險評判。

研究組學生各項院前急救得分，與對照組對比，差異具有統計學意義（P＜0.05）；研究組≥4分的人數均多于對照組，差異具有統計學意義（P＜0.05），見表2。

2.2 跨平臺火力兼容的作戰效能決策模型

假設跨平臺射彈Pro1i、Pro2j在交戰E1i、E2j過程中發生火力干擾沖突的概率為PN、安全運用的概率為PY，且若判斷射彈Pro1i、Pro2j在交戰E1i、E2j過程中發生火力沖突干擾，則可采取的兼容控制策略包括：“對交戰E1i進行禁射”、“對交戰E2j進行禁射”、“承擔風險不對交戰E1i、E2j實施干預”。

假設交戰E1k中對目標T1的殺傷概率為p1k，交戰E2l中對目標T2的殺傷概率為p2l，戰術任務M1、M2分別針對目標T1、T2進行m1、m2輪交戰，則在目前方案下針對目標T1、T2的殺傷概率分別為P1、P2[16-17]。

(3)

(4)

(5)

(6)

Pcomm=(1-PN)·(k1·P1+k2·P2)/(k1+k2)

(7)

為使火力兼容決策后對目標T1、T2的綜合殺傷概率Pcompre最大，則：

Pcompre=max{PprohE1i,PprohE2j,Pcomm}

(8)

可在跨平臺火力兼容決策時應選擇滿足式(8)多對應的兼容控制策略。

3 仿真計算與分析

3.1 跨平臺火力兼容決策仿真計算

選擇艦艇編隊對目標T1、T2作戰作為仿真背景。戰術任務M1、M2分別針對目標T1、T2為達成戰術目的要求，制定交戰行動方案進行m1=4、m2=3輪交戰，現針對跨平臺武器發射的射彈Pro13、Pro21在交戰E13、交戰E21過程中的基于均衡準則的火力兼容決策進行靜態解題仿真。為便于分析，若存在某輪交戰的禁射，在交戰行動方案修改時，除禁射外不對其他輪交戰進行修改。具體的仿真初始條件和計算結果分別如表1、表2所示。

表1 跨平臺火力兼容決策仿真初始條件

表2 跨平臺火力兼容決策仿真結果

3.2 仿真計算結果分析

針對目標T1、T2達成戰術目的，要求作戰效能分別不得低于P10、P20，針對“對交戰E13進行禁射”、“對交戰E21進行禁射”后是否滿足條件可分以下4種情況進行討論。

4 結論

1) 通過算例仿真計算表明，能夠在多目標對抗的全作戰過程中，綜合考慮目標綜合重要性、火力兼容安全與作戰效能發揮等因素，對存在射向交叉、射界重疊的跨平臺多武器射彈交戰進行火力兼容控制決策，仿真結果與實際相符合。

2) 該方法具有較強的實用性，可為艦艇編隊跨平臺多武器組織運用研究提供支撐。

3) 火力兼容決策需要與作戰目標選擇、武器-目標動態分配等問題聯合求解，但造成求解難度的增大和時效性的降低，如何在耦合性、復雜性、時效性之間取得平衡是聯合求解的難點，還需要進一步分析研究。