作戰方案全要素仿真推演技術研究?

胡 詩

（海軍裝備部駐武漢地區第四軍事代表室 武漢 430000）

1 引言

作戰方案推演是在作戰行動實施前或者實施過程中，按照作戰方案規定的作戰意圖、順序和進程，對作戰方案中不同作戰階段的部署、行動所達成的態勢、目標或結果進行演練分析的過程，其本質是一種實驗活動［1］?？紤]到聯合作戰方案籌劃的系統性和復雜性，為提升精確籌劃、精細籌劃的能力，迫切需要對聯合作戰方案進行推演論證，為戰略戰役作戰決策提供輔助手段，輔助決策機關解決聯合戰役層次帶有全局性的重難點問題，確保在未來信息化作戰中奪取決策優勢，贏得制勝先機。從實踐效果來看，聯合作戰方案推演最直接的辦法就是嚴格按照方案的實施步驟和具體內容，以時間為基本參照軸線，基于作戰模型、交戰規則和基礎數據，對作戰中涉及的各類行動進行仿真，用戰斗結果來評價衡量作戰方案的優劣［2］。

目前我軍在作戰方案推演輔助優化技術、方案在線調整技術等方面研究，與國外還有比較大的差距，尤其是在海軍方向的研究與應用比較突出，并且還存在著推演引擎要素不全、評估手段簡單等原因帶來的方案執行效能低、方案不優等諸多問題。因此，亟需加大作戰方案的推演優選優化以及在線修正技術等方面的研究，提高作戰方案的作戰效能。

2 作戰方案全要素仿真推演架構

本文以多編隊作戰指揮為背景，針對編隊作戰方案在線評估、優選、優化能力弱的問題，從要素分析及建模、推演過程控制、效能評估分析、在線優化調整等方面開展技術研究，具體研究思路如圖1所示。

圖1 研究思路圖

3 關鍵技術研究

3.1 編隊作戰方案要素分析及建模技術

本研究內容為全面形成編隊方案推演決策支持能力提供模型數據支撐，具體研究分為如下步驟開展。一是全面分析編隊作戰體系與作戰方案的要素構成；二是從敵我地等角度、從設備/平臺/群組等層次、從屬性/行為/規則等方面開展建模研究，形成推演模型體系；三是從屬性參數、仿真模型、規則知識、歷史案例等方案完善構建方案推演基礎數據支撐框架。

本文將從使命、環境、意圖、約束、計劃、資源、實體、組織、過程、行動、團隊、消息等方面構建編隊作戰方案概念元模型，如圖2所示，為編隊作戰方案要素分析與建模提供支撐。

圖2 作戰方案的概念元模型

編隊作戰方案要素建模重點圍繞對空作戰、對海對陸作戰、對潛作戰等典型作戰任務，從作戰任務、兵力編成、打擊目標、兵力行動、航線信息等方面開展作戰方案要素建模，如圖3所示。

圖3 編隊作戰方案要素分析示意圖

對于海上兵力實體及其裝備模型，本文按照BSE模型建立其物理屬性模型和其行為模型，對于體系中指揮機構建立其指揮信息模型和指揮行為模型［3～4］，具體如圖4～6所示。海上兵力實體及其各級指揮機構按照OODA環模型組織起行為建模［5］。

圖4 戰場實體模型靜態框架結構

圖5 戰場指揮機構指揮行為模型示意圖

3.2 人在回路式作戰方案推演控制技術

編隊作戰方案推演需要基于敵我雙方全要素體系對抗模擬的背景下進行。本文采用體系對抗模擬的思路開展作戰方案推演控制研究，具體如圖7所示?；趹饒鰧嶓w的體系對抗仿真是建立在戰場實體模型的基礎上。其核心思想是將由敵我雙方指揮兵力組成的對抗體系逐層分解為一些基本單元，并通過對各“基本單元”進行建模來完成對整個復雜大系統的建模，從而大大降低建模的難度［6］。仿真運行過程中，敵我雙方的各類指揮機構以及各類作戰單元之間的對抗過程是通過代表敵我雙方的相應實體模型之間的信息交互來完成的。

體系對抗背景下的方案推演主要研究對參演的敵我雙方實體節點進行綜合控制，以自動、半自動或人工方式干預作戰意圖和戰術行為，生成實戰背景下的對抗態勢［7］。一個完整的敵我雙方體系對抗仿真系統不僅應能對整個作戰指揮體系中各個功能域和各個層次的指揮自動化系統及其對抗行動進行仿真，而且還應將各功能域，包括各功能域系統及其作戰行動之間的關系和相互影響仿真出來。

圖6 戰場實體動態行為模型框架結構

圖7 基于體系對抗模擬的作戰方案推演

圖8 多任務并行推演方案

圖9 人在回路式作戰方案推演研究思路

圖10 方案探索式推演流程

3.3 作戰方案及效能綜合評估分析研究

本研究內容為全面形成方案推演決策支持能力提供優選方法支撐，具體研究分為如下步驟開展：一是依據對空、對海對陸、對潛等方面作戰任務和綜合作戰任務特點，研究各類任務作戰效能的指標及評估算法；二是以作戰效能指標為核心，從協同性、安全性、適應性等方面構建方案綜合評價指標體系，形成作戰方案多目標函數綜合評價算法；三是從編隊作戰指揮人員的決策心理出發，提出作戰方案優選原則，形成作戰方案評估優選方法。

圖11 方案評估式推演流程

圖12 方案修正式推演流程

各類任務的作戰效能主要從偵察探測能力、指揮控制能力、火力打擊能力、通信保障能力、生存能力、信息保障能力、電子對抗能力等幾個方面來分析；編隊作戰方案的作戰效能需要綜合考慮對空、對海、對陸、對潛各方面作戰任務的效能，其指標體系如圖13所示。

本文將在指標體系分析基礎上，建立各層指標的評估模型，提出整體效能指標的評估算法，并根據算法要求確定推演過程中所需記錄和分析的推演數據。

在編隊作戰方案的優選評價方面，本文在方案作戰效能的基礎上，從任務完成度、協同難易度、自身安全性、靈活適應性和資源占用度等方面進行綜合考量。

任務完成度是指作戰任務的完成情況，具體包含任務完成時間符合度、任務完成概率。任務完成概率的計算將考慮信息獲取情況、指揮情況、武器殺傷概率等。

協同難易度是指方案實施過程中的組織協同難易程度，考慮兵力群數目、攻擊方向、攻擊方式、武器種類等。

圖13 編隊作戰方案作戰效能指標體系示意圖

自身安全性是指方案實施過程中受威脅的程度高低，考慮暴露在敵探測范圍內的時間、暴露在敵攻擊范圍內的時間、被敵方攻擊會商的概率和期望值等。

靈活適應性是指方案中對實施過程突發情況的適應能力，考慮佯動兵力配置、預備兵力配置等。

資源占用度是指作戰任務消耗的我方兵力情況，武器情況、時間消耗等。

本文在對方案評價分析的基礎上，針對傳統的作戰方案優選主要憑經驗和感性認識去分析和處理的局限性［8］，分析影響作戰方案選取的諸多因素，根據不同角度和側重點設計多屬性決策方法，提出多種不同優選準則，從多個方面評價作戰方案的優劣，并將定性指標轉換為量化指標便于分析，輔助指揮員完成決策。典型的優選準則及其描述［9］：

1）優勢準則（dominance rule）：1個方案至少在1個屬性上比其他方案好，同時在其余屬性上不比其他方案差。很明顯，當評估問題適用這個準則時，即使是具有不同主觀偏好的指揮員，也會得出相同的評估結論。但優勢準則只有在極有限的情況下用到。

圖14 作戰方案優選評價要素

2）連接準則（conjunctive rule）：方案的每一個屬性都不劣于某一閾值，這種準則適用于方案的優化過程。

3）分離準則（disjunctive rule）：方案的至少某一個屬性應不低于給定的閾值。

4）詞典準則（1exicographic rule）：方案的各種屬性按照重要性進行排序，評估就是以最重要的屬性為標準選擇策略方案。

5）顯著準則（attractive rule）：是指某一方案的某一屬性，具有其他方案不可比擬的優勢，直接選擇該方案的決策過程。

6）加權準則（additional rule）：方案的各個屬性兩兩之間可以進行比較，以確定各個屬性的權重，依據各個屬性的加權值的大小選擇策略方案。

本研究內容最終形成作戰效能與決策心理相結合的方案綜合評估優選方法，為編隊作戰指揮人員在籌劃階段進行多方案選擇決策提供方法支撐。

圖15 作戰方案評價優選流程

3.4 作戰方案在線實時優化與調整研究

本研究內容為全面形成方案推演決策支持能力提供優化方法支撐，具體研究基于平行系統理論開展。

平行系統是指由某一實際的系統和對應的一個或多個虛擬或理想的模擬系統所組成的共同系統［10］。從數學建模，計算機仿真模擬，到現在的虛擬現實，實質上都是應用平行系統理論進行設計、分析、控制和綜合的實例。平行系統通過實際系統與人工系統的相互連接與作用，對兩者之間的行為進行對比和分析，完成對各自未來狀況的“借鑒”和“預估”，相應地調節各自的管理與控制方式，達到實施有效解決方案的目的。

平行系統理論在決策問題方面的重要內容就是如何利用人工系統模型和計算實驗方法，通過實際系統與人工系統的交互運行和過程演繹，構成“平行系統”，基于平行系統的對比、借鑒、實驗，施行“平行執行”，進而實行復雜系統的智能化控制和管理，在“不斷探索和改善”的原則下，建立復雜系統研究的決策方式和方法體系［11］。

針對作戰實施過程中編隊作戰指揮人員對作戰方案分析、修正、優化等決策問題，分如下步驟構建方案在線實時優化方法：一是研究實時態勢與仿真推演的要素映射關聯關系；二是研究基于實時態勢的方案平行仿真方法，實現方案快速推演和作戰效果預測研究；三是基于效果自動比對，研究方案執行偏差自動告警方法；四是采用人工干預和自動模擬相結合的方式，研究基于給定參數空間和多目標函數進行作戰方案局部尋優方法，實現方案在線修正建議的生成與分析，形成作戰方案在線實時修正方法。

圖16 平行系統原理說明

實現與作戰實施過程平行的作戰方案仿真推演，關鍵是虛擬態勢與真實態勢的同步關聯［12］，因此，如何確保仿真態勢與真實態勢的一致關聯，是實現平行推演的關鍵。

圖17 仿真態勢與真實態勢的一致關聯方案

本文從屬性、種類、類型等身份信息關聯與位置、高度、航速、航向等空間信息關聯兩方面展開研究。身份信息關聯是將作戰態勢中目標的屬性、種類、類型、型號等與仿真態勢中的實體屬性、種類、類型、型號等信息進行對比，在考慮作戰態勢中屬性和類型識別置信度的基礎上，求解身份一致率?？臻g信息關聯是將作戰態勢中目標的當前位置、速度、航向信息及過往軌跡信息與仿真態勢中的實體運動信息進行對比，在考慮位置不確定度、速度不確定度、航向不確定度等基礎上，求解空間一致率。綜合考慮上述因素，提出仿真態勢與真實態勢的一致關聯算法，為基于實時態勢的方案推演優化奠定基礎支撐。

圖18 方案執行偏差估算與告警方法

本文將實時態勢（其中敵方意圖可以作為敵方模擬兵力的任務輸入等）與方案信息相結合，利用仿真引擎進行快速推演，依據推演數據對方案的作戰效果預測。在此基礎上，重點研究方案執行偏差自動告警方法，以方案中的重要行動節點（如集結、展開、齊射、撤收等行動節點），從時域、空域和能力等維度進行效果預測與偏差計算，重點考量的行動能力主要包含偵察探測能力、火力打擊能力、通信保障能力、生存機動能力、電子對抗能力等，依此提出方案執行偏差估算與告警方法。

圖19 作戰方案在線實時修正方法

在方案修正優化建議生成方面，本文采用人工干預和自動推理相結合的方式開展研究，在給定參數空間（時間約束、空間約束、資源約束等）條件下，從調整時間短、空間機動快、資源成本低等方面構建多目標優化函數［13］，基于推演數據實現在線修正建議分析，依此形成作戰方案在線實時修正方法。

4 結語

本文針對編隊作戰方案在線評估、優選、優化能力弱的短板問題，通過要素分析及建模、推演過程控制、效能評估分析、在線優化調整等方面的研究，為編隊作戰方案科學合理、智能便捷的決策支持能力形成提供技術支撐，為多航母編隊作戰任務規劃與指揮決策能力提升奠定基礎。