基于SA的反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)管理流程仿真設(shè)計

肉孜麥麥提，王樹文，趙家豪，劉 輝

(1.解放軍93986部隊，新疆 和田 848000；2.空軍預(yù)警學(xué)院，湖北 武漢 430019)

0 引 言

首都地區(qū)反導(dǎo)預(yù)警體系從結(jié)構(gòu)的特點來看，是體系級和裝備級相結(jié)合的戰(zhàn)略反導(dǎo)預(yù)警體系。首都地區(qū)反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)管理系統(tǒng)在整個反導(dǎo)預(yù)警體系中發(fā)揮很大的作用。在反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)中，管理系統(tǒng)出了問題，整個作戰(zhàn)管理流程將無法正常運(yùn)行，最終影響到作戰(zhàn)的成敗。因此，反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)管理流程中的每個環(huán)節(jié)都十分重要。一般建立的體系結(jié)構(gòu)中，各類單元之間的信息流都是以靜態(tài)的方式描述。靜態(tài)的體系結(jié)構(gòu)中無法判斷整個體系流程的薄弱環(huán)節(jié)，SA Simulator 流程仿真工具，對流程的模型進(jìn)行動態(tài)的仿真，在仿真過程中自動報告體系機(jī)構(gòu)中存在的問題隱患，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施、檢驗過程的合理性，指導(dǎo)過程重構(gòu)，實現(xiàn)優(yōu)化。對反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)管理流程進(jìn)行仿真時，為了提高作戰(zhàn)效率，要充分考慮情報分發(fā)、資源分配、節(jié)點使用率和傳遞效率等問題，比如：反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)管理系統(tǒng)在情報分發(fā)過程中，情報的時間不能過早，也不能太遲，要充分考慮到?jīng)Q策資源執(zhí)行進(jìn)程所需要的時間，在準(zhǔn)確的時間內(nèi)把情報分發(fā)給有情報需求的情報用戶。在節(jié)點使用中同時要考慮到如何處理節(jié)點間的關(guān)系，盡量減少影響反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)管理系統(tǒng)工作效率的節(jié)點。情報傳遞過程中，要充分考慮到情報傳輸?shù)臅r間、地點、過程、要素、任務(wù)等問題，保證情報的準(zhǔn)確性、連續(xù)性和可靠性。

1 反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)管理流程

反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)管理的基本流程與一般作戰(zhàn)管理的流程相一致，但有些步驟可合并成一個。不同級別的反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)管理規(guī)模、數(shù)量、結(jié)構(gòu)以及管理措施、持續(xù)時間等方面有所不同。反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)管理基本流程如圖1所示。

圖1 反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)管理基本流程

作戰(zhàn)管理流程一旦啟動，各環(huán)節(jié)相續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)之后，就形成了彼此交叉、重疊的狀態(tài)，而且循環(huán)往復(fù)地進(jìn)行，直到作戰(zhàn)行動結(jié)束。有序科學(xué)的反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)管理流程，給紛繁復(fù)雜、變化不定的反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)活動提供了一條主線，使管理活動不至于陷入混亂和迷惘，使預(yù)警行動在激烈復(fù)雜的反導(dǎo)作戰(zhàn)中保持良好的秩序性。

隨著仿真工具的大規(guī)模使用，仿真工作的深入開展帶來了大量的業(yè)務(wù)過程數(shù)據(jù)和其他相關(guān)數(shù)據(jù)，為社會、企業(yè)甚至部隊帶來了很多方便。SA作為一套綜合多種建模方法的工具集成了業(yè)務(wù)流程建模、數(shù)據(jù)建模、對象建模、業(yè)務(wù)流程仿真等多種功能，在國外特別是美國有著大量的成功案例。下面使用SA Simulator流程仿真工具，對反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)信息服務(wù)流程進(jìn)行仿真。

2 SA Simulator 流程原理

SA Simulator 流程仿真工具是通過體系結(jié)構(gòu)仿真工具，執(zhí)行規(guī)則約束對建立的模型進(jìn)行動態(tài)式運(yùn)行，檢查建立的模型、信息流、數(shù)據(jù)流是否正確、是否合理，同時對得出的結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，最終為定量決策提供支持。一般這種方法以過程描述語言(IDEF3)為基礎(chǔ)。

3 反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)信息服務(wù)流程建模

3.1 流程建模

首先，主要選取2個場景，一是北美沃倫基地向我首都地區(qū)發(fā)射民兵-3戰(zhàn)略導(dǎo)彈。我方組織高軌預(yù)警衛(wèi)星、低軌預(yù)警衛(wèi)星、導(dǎo)彈測量船、遠(yuǎn)程預(yù)警雷達(dá)、精密跟蹤雷達(dá)裝備進(jìn)行協(xié)同探測，支持?jǐn)r截作戰(zhàn)；二是韓國在美國支持下，對我首都地區(qū)進(jìn)行戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈集火打擊。我方組織戰(zhàn)支火眼-01星，北部、中部戰(zhàn)區(qū)的遠(yuǎn)程相控陣?yán)走_(dá)、多功能相控陣?yán)走_(dá)等雷達(dá)裝備進(jìn)行協(xié)同探測，支持?jǐn)r截作戰(zhàn)。

本文主要從服務(wù)資源數(shù)量和服務(wù)能力面對、服務(wù)流程及服務(wù)效率進(jìn)行驗證分析。在整個流程運(yùn)行中，傳感器資源服務(wù)能力越高，探測目標(biāo)的時間用得越少，并且目標(biāo)跟蹤時間也越短，可是服務(wù)資源越多，因此，可以選擇服務(wù)能力更好的其他組合。最后，選取服務(wù)行為節(jié)點的繁忙程度、服務(wù)資源繁忙程度以及攔截概率等一系列指標(biāo)反映反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)信息流程的服務(wù)效率。

服務(wù)流程模型分為3個組織：一是進(jìn)攻導(dǎo)彈模塊，根據(jù)實際作戰(zhàn)背景模擬敵方來襲彈道導(dǎo)彈的信息和生存能力；二是信息獲取和指控模塊，主要就是我方如何探測、識別和跟蹤敵方的彈道導(dǎo)彈等流程，并描述如何處理在流程中發(fā)生的信息；三是攔截模塊，主要描述雙方如何進(jìn)行攔截，在攔截過程中，我方的反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)管理系統(tǒng)發(fā)揮作用是否有效，評估攔截效果并反饋等流程。主要作戰(zhàn)節(jié)點為反導(dǎo)預(yù)警中心、紅外預(yù)警衛(wèi)星、遠(yuǎn)程預(yù)警雷達(dá)、地基多功能雷達(dá)、指揮控制系統(tǒng)。反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)信息傳遞流程模型如圖2所示。

圖2 反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)信息傳遞流程模型

3.2 模型參數(shù)設(shè)置

在傳遞流程中，事件產(chǎn)生方針對象，通過設(shè)置對象的到達(dá)率來模擬傳遞流程。對傳遞流程模型的作戰(zhàn)想定可做出如下設(shè)定：敵方的導(dǎo)彈發(fā)射，天基預(yù)警情報中心獲取情報為起始點開始計時。整個仿真過程時間

T

為16 min，在16 min內(nèi)導(dǎo)彈按實際情況發(fā)射。每一節(jié)點的分配資源與時間不同，則會出現(xiàn)忙閑概率。表中的資源可用性表示系統(tǒng)在同一時間內(nèi)可用的資源數(shù)。各行為節(jié)點參數(shù)設(shè)置如表1所示。轉(zhuǎn)發(fā)流程模型交匯點屬性如表2所示。

表1 各行為節(jié)點參數(shù)設(shè)置

表2 轉(zhuǎn)發(fā)流程模型交匯點屬性描述

3.3 模型驗證

下面按照SA Simulator 提供的驗證報告來分析上面建立的反導(dǎo)預(yù)警信息流程是否有效，設(shè)置的參數(shù)是否合理，能否進(jìn)一步進(jìn)行動態(tài)仿真。驗證報告結(jié)果如圖3所示。

圖3 驗證報告結(jié)果

驗證報告顯示，建立的反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)管理流程模型對仿真有效，可以進(jìn)一步進(jìn)行動態(tài)仿真，如圖4所示。

圖4 動態(tài)仿真過程

通過仿真可以得出各資源忙閑率和各行為節(jié)點的忙閑率，如表3、表4所示。同時可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，如圖5、圖6所示。

表4 各行為節(jié)點忙閑率統(tǒng)計

圖5 各資源忙閑率顯示

圖6 各行為節(jié)點忙閑率統(tǒng)計

表3 各資源忙閑率統(tǒng)計

4 結(jié)束語

本文主要以分析案例的方式，使用流程建模SA Simulator 仿真工具對反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)情報傳輸流程進(jìn)行了建模與仿真，根據(jù)報告結(jié)果認(rèn)真分析了建立的模型是否合理，是否完整，同時進(jìn)行了動態(tài)仿真和優(yōu)化。

從以上圖表數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論：

(1) 從資源的繁忙程度來分析：角色資源利用率是在整個仿真過程中每個角色用于執(zhí)行活動的時間所占的比例，通過分析資源的忙碌程度來評估其利用率，確定該資源是否為瓶頸或空閑。反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)管理系統(tǒng)運(yùn)行時間51.56%，指示情報生成時間18.1%，地面運(yùn)控中心系統(tǒng)(低軌)運(yùn)行時間20.5%，地面運(yùn)控中心系統(tǒng)(高軌)運(yùn)行時間60.5%，發(fā)點估計與綜合印證子系統(tǒng)(低軌)運(yùn)行時間15.7%，落點預(yù)報融合子系統(tǒng)(低軌)運(yùn)行時間18.1%。

(2) 從行為節(jié)點的繁忙程度來分析：行為節(jié)點的繁忙時間是觸發(fā)事件中的實體對象以及經(jīng)行為單元后轉(zhuǎn)變的新實體對象從產(chǎn)生到流程結(jié)束在整個仿真中所需的時間。綜合分發(fā)時間51.56%，綜合處理并上報時間51.56%，運(yùn)動軌道計算并上報時間(高軌)18.1%，上報綜合時間16.7%，生成落點預(yù)報時間0.8%，運(yùn)動軌道計算并上報時間(低軌)0.8%，關(guān)機(jī)點射向估計生成射向情報時間4.7%，遠(yuǎn)程相控陣?yán)走_(dá)上報時間(雷達(dá))14.1%，發(fā)出估計生成首點告警情報(低軌)時間17.2%，綜合印證生成發(fā)點估計情報并上報時間15.7%，主動段軌跡信息融合并上報時間18.1%。

(3) 為了進(jìn)一步提高反導(dǎo)預(yù)警作戰(zhàn)管理情報傳遞流程效率，首先要提高時間的效率，其次考慮資源的使用和節(jié)點的縮短，同時要考慮精度高低和人機(jī)交互效率等因素。