基于可執(zhí)行架構的殺傷鏈設計與分析優(yōu)化方法

王 夢，楊 松，李小波*，王維平，李 兵

（1.國防科技大學系統(tǒng)工程學院，湖南長沙 410073；2.四川航天系統(tǒng)工程研究所，四川成都 610100）

隨著科學技術的進步和作戰(zhàn)理論的發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)場的戰(zhàn)爭形式和作戰(zhàn)樣式在不斷發(fā)生變革。自海灣戰(zhàn)爭時期提出“殺傷鏈”這一作戰(zhàn)研究領域的概念以來，美軍先后發(fā)動多次戰(zhàn)爭，從戰(zhàn)爭中吸取經(jīng)驗教訓，不斷優(yōu)化其殺傷鏈流程，縮短其閉環(huán)時間，最終達到了提升體系作戰(zhàn)能力的效果［1］。作戰(zhàn)體系使命的遂行依賴于一系列橫跨各個作戰(zhàn)領域的殺傷鏈集合，因此，殺傷鏈相關研究具有重要意義。

為了達到優(yōu)化殺傷鏈設計流程、提升體系作戰(zhàn)能力的目的，本文首先對殺傷鏈設計分析研究現(xiàn)狀進行了綜述，詳細介紹了超網(wǎng)絡和可執(zhí)行架構的相關理論，創(chuàng)新地提出了基于超網(wǎng)絡的任務鏈路設計方法和基于可執(zhí)行架構的任務鏈路分析優(yōu)化方法，并運用相應案例對鏈路進行了設計、分析和優(yōu)化，最后作出總結并提出展望。

1 研究現(xiàn)狀

自1996 年美國前空軍參謀長在空軍協(xié)會研討會上提出殺傷鏈的概念之后，美軍一直致力于完善空基預警探測體系和任務鏈路設計，旨在提高作戰(zhàn)體系的響應能力［2］。其針對時敏目標提出的F2T2EA 殺傷鏈設計包括作戰(zhàn)行動序列設計、裝備配系設計、作戰(zhàn)流程優(yōu)化等方面［3］。Brickner，William K 等人在這個基礎上以戰(zhàn)區(qū)彈道導彈這一時敏目標的探測和打擊為實例，對其閉合時間進行了詳細分析［4］。美海軍也采用了殺傷鏈分析方法來支持其艦船概念設計和防空作戰(zhàn)計劃，并采用時間線分析和蒙特卡洛仿真分析等方法對殺傷鏈的閉合時間和成功概率等進行建模［5］。

除了典型的作戰(zhàn)領域，殺傷鏈的設計分析還存在于網(wǎng)絡空間安全領域，其設計分析包括偵察、武器化、裝載、利用、安裝、指揮控制和達成目標等收益遞進的七個階段［6］。

此外，國內不少專家學者從作戰(zhàn)環(huán)（Combat Cycle）設計的角度對殺傷鏈進行設計和分析。其中有一種將作戰(zhàn)環(huán)定義為為了完成特定的作戰(zhàn)任務，武器裝備體系中的偵察類、決策類、攻擊類等武器裝備實體與敵方目標實體構成的閉合回路［8］。自Jerry Cares 根據(jù)OODA（Ober 包以德）循環(huán)過程提出作戰(zhàn)環(huán)概念以來［7］，相關學者認為，OODA循環(huán)過程中會形成眾多的作戰(zhàn)環(huán)，體系中的各種裝備會包含在各種不同的作戰(zhàn)環(huán)中［9］。

當前，隨著馬賽克作戰(zhàn)概念的提出，殺傷鏈的相關研究有了進一步的發(fā)展。基于各種“馬賽克碎片”之間通過動態(tài)協(xié)同組合形成的極具彈性、靈活機動的作戰(zhàn)效果網(wǎng)［10］，美軍提出構建面向任務的自適應“殺傷網(wǎng)”［11］，實現(xiàn)跨領域戰(zhàn)斗管理。

2 殺傷鏈設計與分析優(yōu)化方法

任務鏈路是為了完成體系使命路徑中的某項體系任務所需執(zhí)行的作戰(zhàn)行動序列及其組織指控主體和支撐裝備資源，其主要目的是將體系作戰(zhàn)任務架構中的任務活動細化落實為各層次兵力單元的作戰(zhàn)行動序列和針對敵方目標的作戰(zhàn)行動序列，即任務規(guī)劃和作戰(zhàn)行動計劃生成。因此，任務鏈路的設計必須充分考慮現(xiàn)代戰(zhàn)爭特點和能力需求。

首先，任務鏈路網(wǎng)絡化是體系作戰(zhàn)的必然要求，要支持體系中各個任務鏈路通過態(tài)勢共享和指控協(xié)同實現(xiàn)資源互用和作戰(zhàn)同步；其次，在進行任務鏈路設計時必須綜合考慮任務鏈路的閉合性；最后，需要設計敏捷化的任務鏈路，使其不僅具有一定的穩(wěn)健性和適變性［12］，能夠快速動態(tài)響應復雜環(huán)境變化，同時還具備較快的鏈路閉合速度。

針對以上需求，本文提出了一種基于可執(zhí)行架構的殺傷鏈設計與分析優(yōu)化方法。

2.1 方法框架

2.1.1 基于超網(wǎng)絡的任務鏈路網(wǎng)絡模型

體系就其要素連接方式來看是一個由多個異質子網(wǎng)絡組成的超網(wǎng)絡，殺傷鏈作為作戰(zhàn)體系的核心要素，其網(wǎng)絡化連接是體系的重要特征，應從復雜網(wǎng)絡尤其是超網(wǎng)絡角度研究其連接和交互關系［13］。

作戰(zhàn)體系的架構模型主要包括作戰(zhàn)活動網(wǎng)絡模型、功能裝備網(wǎng)絡模型、指揮控制網(wǎng)絡模型三個子網(wǎng)絡，每個子網(wǎng)絡按照各自屬性構成網(wǎng)絡，子網(wǎng)絡之間通過約定的交互關系和層次結構，形成如圖1 所示的作戰(zhàn)體系超網(wǎng)絡模型。

圖1 作戰(zhàn)體系超網(wǎng)絡模型Fig.1 Hyper-network model of combat system-of- systems

在以上超網(wǎng)絡的基礎上，可以得到任務鏈路網(wǎng)絡模型，以作戰(zhàn)活動網(wǎng)絡節(jié)點為核心，根據(jù)裝備配屬關系將裝備資源編入組織節(jié)點，以及根據(jù)任務分配關系將作戰(zhàn)任務活動分配到組織節(jié)點，接著根據(jù)功能支撐關系對同一任務節(jié)點內的裝備、指控適配關系進行分析和校驗，最終形成包含任務活動-組織指控-裝備資源三要素及其三元關聯(lián)匹配關系的作戰(zhàn)行動單元。

2.1.2 聚焦目標作戰(zhàn)網(wǎng)絡的任務鏈路節(jié)點設計

根據(jù)作戰(zhàn)回路建模思想，武器裝備體系中的裝備系統(tǒng)可以按照功能分為偵察、決策、影響三類，考慮到作戰(zhàn)過程中的信息來源和流向，將敵方目標納入武器裝備體系研究范疇。在作戰(zhàn)過程中，偵察類節(jié)點首先獲取目標節(jié)點信息，簡要處理后將其傳遞給決策類節(jié)點；決策類節(jié)點在綜合多方面信息后以作戰(zhàn)命令和作戰(zhàn)方案的形式分發(fā)到特定的影響類節(jié)點；影響類節(jié)點執(zhí)行上級下發(fā)的作戰(zhàn)命令，其執(zhí)行效果再次由偵察類節(jié)點獲取并反饋給決策類節(jié)點；決策類節(jié)點評估作戰(zhàn)效果并再次下達作戰(zhàn)命令。

作戰(zhàn)回路作為體系作戰(zhàn)過程的基本范式，可作為體系任務鏈路設計的基本依據(jù)。在任務鏈路網(wǎng)絡模型的基礎上，聚焦目標作戰(zhàn)回路對其鏈路節(jié)點進行設計；根據(jù)目標相關屬性，來決定執(zhí)行相應目標打擊任務的裝備配系和兵力部署等情況。

2.1.3 基于可執(zhí)行架構的目標任務鏈路設計

架構作為體系組成的結構和相互關系設計的原則和指導，對體系的設計至關重要。基于可執(zhí)行架構對體系方案進行分析和優(yōu)化可以很好地檢驗其合理性和可行性。結合作戰(zhàn)回路思想和超網(wǎng)絡理論，對體系目標殺傷任務鏈路進行架構可執(zhí)行性研究，使得模型具備計算機可執(zhí)行性，借助計算機對架構模型進行分析和校核驗證。構建體系目標殺傷任務鏈路的元模型如圖2所示，該元模型可以用于生成任務鏈路建模視圖，為下一步任務鏈路設計提供建模語言和工具支持。

圖2 任務鏈路設計視圖元模型Fig.2 Meta-model of the task link design view

2.2 設計方案

基于得到的任務鏈路網(wǎng)絡模型、任務鏈路節(jié)點設計方法和任務鏈路設計視圖元模型，對目標殺傷任務鏈路進行具體設計。如圖3 所示，目標殺傷任務鏈路設計由目標威脅特點分析、目標打擊預投入設計、目標任務鏈路設計、兵力投入方案設計和行動單元關系映射五部分組成。

圖3 目標殺傷鏈設計具體組成部分Fig.3 Specific components of the target kill chain design

目標威脅特點分析是指根據(jù)任務想定，圍繞重點敵方目標，針對目標的屬性、主要武器、重要度以及攻防特征等典型特征進行分析，由此初步設計該類目標的打擊場景。

目標打擊預投入設計是指根據(jù)目標特點，結合基本兵力單元配屬情況，具體設計針對各類目標的偵察、指控和打擊裝備預投入數(shù)量和兵力預投入數(shù)量方案，為后續(xù)任務鏈路設計提供定量化支撐。

目標任務鏈路設計是指綜合目標打擊預投入方案，將靜態(tài)編成下的各類基本兵力單元，投入針對目標的具體作戰(zhàn)運用，具體為偵察、指控、打擊、評估四類作戰(zhàn)行動單元，形成以行動單元為基礎的各個目標任務鏈路。

兵力投入方案設計是指根據(jù)想定和預期目標殺傷效果，對主要參與任務的偵察、指控、打擊等各類裝備以及各級單元的兵力種類型號和預計總投入量進行設計。

行動單元關系映射是指根據(jù)行動單元之間的（組織、任務、裝備）關系映射，進行網(wǎng)絡化建模，形成由多條殺傷鏈組成的行動計劃網(wǎng)絡。

2.3 分析優(yōu)化方法

體系設計方案必須經(jīng)過分析和校驗評估才能驗證其可行性和正確性，一般來說，架構方案可執(zhí)行分析方法包括規(guī)則約束檢測、關聯(lián)匹配分析、指標集成解算和解析分析優(yōu)化四類［14］。

作戰(zhàn)體系的核心是一系列網(wǎng)絡化的殺傷鏈路，在對目標任務鏈路進行設計之后，需要對其進行分析，從邏輯上檢測節(jié)點的規(guī)范性、從關聯(lián)匹配的角度分析各節(jié)點之間的關系、從鏈路能力上來分析設計方案是否符合能力、使命、戰(zhàn)績指標和環(huán)境等各項約束，同時檢驗設計的可行性。如圖4 所示，任務鏈路分析由邏輯檢測分析、關聯(lián)匹配分析和鏈路能力分析組成。

圖4 任務鏈路分析功能組成Fig.4 Composition of the task link analysis function

邏輯檢測分析實質上是一種語法檢測，主要針對任務節(jié)點、裝備節(jié)點、組織節(jié)點和鏈路節(jié)點自身的規(guī)范性以及節(jié)點之間的邏輯關系進行檢測分析。

關聯(lián)匹配分析用以檢測不同節(jié)點之間的關聯(lián)關系和任務鏈路的邏輯關系是否符合約束。

鏈路能力分析基于任務、裝備、組織和鏈路的各個視圖來分析時間、裝備成本、效能等各項指標，以優(yōu)化殺傷鏈的整體打擊流程，從而縮短殺傷鏈響應時間等各項指標，做到“戰(zhàn)之能勝”［15］。

3 案例研究

以異構無人集群構成的智能化作戰(zhàn)體系為案例進行研究，該體系能夠在作戰(zhàn)過程中遂行火力打擊等各項任務，并針對敵方的系列目標形成網(wǎng)絡化的殺傷鏈，以期達到堅守己方陣地并占領敵方要點的目的，紅方主要由無人機和無人車組成的多個混編無人作戰(zhàn)中隊及相應指控系統(tǒng)組成，藍方包括A，B，C三個目標。

選取案例中藍方的三個典型目標進行分析，如表1所示。

表1 目標威脅特點分析Tab.1 Analysis of targets threat characteristics

綜合考慮目標的重要度、識別性和防御性等特點，可對目標打擊的投入兵力進行預先設計，接著針對不同的打擊目標部署偵察、指控、打擊、評估這四類作戰(zhàn)行動單元，可得到以行動單元為基礎的目標任務鏈路，再進一步對基本兵力單元和目標打擊的預投入方案進行設計，同時將靜態(tài)編成下的各類基本兵力單元劃分為偵察、指控、打擊、評估四類作戰(zhàn)行動單元，最終可形成如圖5 所示的以行動單元為基礎的各個目標任務鏈路。

圖5 目標任務鏈路Fig.5 Target task link

通過對目標任務鏈路各環(huán)節(jié)的協(xié)同需求以及任務的關聯(lián)組織單元和裝備系統(tǒng)進行進一步分析，可以基于行動單元之間的（組織、任務、裝備）關系映射，進行網(wǎng)絡化建模設計，得到如圖6所示的體系任務鏈路。

圖6 體系任務鏈路Fig.6 The task link of system-of-systems

在任務鏈路設計完成之后，應對其進行分析，以檢查其邏輯規(guī)范和關聯(lián)匹配關系是否正確。具體來看可簡化并抽取任務鏈路中的幾個武器系統(tǒng)、指控單元和任務，從其組織-任務關系視圖、組織-裝備關系視圖和任務-裝備關系視圖來進行分析檢測。若根據(jù)組織任務和組織裝備關系視圖，某武器系統(tǒng)和評估行動實際并無關聯(lián)，而在任務裝備關系視圖中為其設置關聯(lián)關系，則在檢測沖突時將提示并報錯。

當前任務鏈路為了達到較好的目標打擊效果，沒有限定偵察、指控、打擊、評估各節(jié)點數(shù)量為1。需要重新對這些節(jié)點進行取舍和組合，并從鏈路閉合概率和執(zhí)行時間兩個維度對其進行評估，如圖7所示。

圖7 鏈路執(zhí)行時間分析Fig.7 Analysis of the link execution time

如圖7 所示，分別針對目標M1、M2、M3 設計了3條任務鏈路，各鏈路均由“偵控打評”四類節(jié)點構成。其中鏈路M1-RWLL 閉合概率最高為0. 399，鏈路執(zhí)行時間最短為5 秒；鏈路M2-RWLL 閉合概率最高為0. 746，鏈路執(zhí)行時間最短為5秒；鏈路M1-RWLL閉合概率最高為0. 831，鏈路執(zhí)行時間最短為5秒。

由此可知，在進行鏈路設計時，可采取替換相應節(jié)點或減少冗余節(jié)點來減少鏈路執(zhí)行時間或提高鏈路閉合概率，以此達到對設計的鏈路優(yōu)化的目的。若綜合考慮鏈路執(zhí)行時間、閉合概率和目標毀傷效果，可進一步利用相應戰(zhàn)術仿真軟件進行試驗，結合上述3 個指標設置評價函數(shù)對鏈路設計方案進行評估，從而優(yōu)化鏈路設計。

4 結論

殺傷鏈作為作戰(zhàn)體系的核心要素，對體系使命的遂行具有重要意義。本文基于超網(wǎng)絡和可執(zhí)行架構理論，聚焦目標作戰(zhàn)回路設計了鏈路節(jié)點，得到了任務鏈路網(wǎng)絡模型，并依托體系架構設計工具對相應目標任務鏈路進行了設計，最后基于可執(zhí)行架構對目標任務鏈路進行了分析和優(yōu)化，驗證了該方法的可行性。但是，本文沒有對多鏈路中存在的協(xié)同關系進行分析和研究，在指標的設計和分析上考慮得也不夠全面，未來研究將重點考慮鏈路之間的協(xié)同關系以及殺傷網(wǎng)的形成，綜合考慮戰(zhàn)損比、裝備貢獻率等指標，并結合仿真試驗對方案進行對比驗證。