大型計算機兵棋系統(tǒng)地空交戰(zhàn)綜合建模方法與實踐

中圖分類號：TP391 文獻標志碼：A DOI：10.3969/j.issn.1673-3819.2025.04.021

引用格式：，，.大型計算機兵棋系統(tǒng)地空交戰(zhàn)綜合建模方法與實踐[J].指揮控制與仿真，2025，47（4）：144-148.DS，WANGYZ，WUGJ.Methodologyandimplementationofcomprehensiveground-to-aircombatmodelinginlarge-scale computer wargame system[J].Command Control amp; Simulation，2025，47（4） ：144-148.

Abstract：Ground-to-Air Combat isoneof the key models oflarge-scalecomputer wargame systemandis alsoa highlycritical component in modern warfare.Inresponse to thecurrnt isse that most computer wargamesystems have not well resolved thecontradictoryrelationship between modeling granularityand simulation eficiency，this paperconducts arequirementsanalysis for ground-to-aircombatmodelingofcommanders，systemanalysts，andtechnicalpersonnel.Itproposesanintegated modelingapproachforground-to-aircombatatthreelevels：capability-based，rule-based customization，andactioncontrolbased.Thecomprehensivemodeldesignforground-to-aircombatiscompleted through diferentiatedanalysisof weapon-target assignment.Based onthe simulation experimentalresults of a certain type of computer wargame system，this paper demonstratestattheintegrated model constructedcansupport the decision-making process ofcommandersatthecampaignlevel and above，can truly depictthe processof ground-to-air combatactions，andbalancesthemodelinggranularityand simulation efficiency.

Keywords： ground-to-air combat;computer wargame；modeling amp; simulation;requirements analysis;experimental validation

地空交戰(zhàn)是指發(fā)生在陸基防空反導力量與空中進攻力量之間的軍事對抗，旨在保護地面設施、部隊及關(guān)鍵區(qū)域不受空中打擊，同時削弱敵方空中優(yōu)勢，維持己方的制空權(quán)或局部空中優(yōu)勢，是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中極為重要的一環(huán)。武器裝備的發(fā)展與作戰(zhàn)概念的迭代，正以前所未有的力度重塑空戰(zhàn)場的面貌。由于目標價值差異大、威脅程度不一，使得目標識別、優(yōu)先級排序以及火力分配等決策過程變得尤為復雜和困難。大型計算機兵棋系統(tǒng)適用于戰(zhàn)略戰(zhàn)役層次的戰(zhàn)爭推演研究與聯(lián)合作戰(zhàn)指揮對抗訓練，尤其關(guān)注如何在地空交戰(zhàn)中有效體現(xiàn)目標差異化攔截、解決指揮員認知困境，同時保證系統(tǒng)運行速度。一部分仿真系統(tǒng)基于規(guī)則進行火力分配，比如擴展防空仿真系統(tǒng)[1]（EADSIM），系統(tǒng)建模粒度可細化到武器平臺層次，涉及威脅判斷、攔截效率、開火順序、目標價值判斷等大量策略，計算十分復雜，適用于作戰(zhàn)力量分析、作戰(zhàn)方案和系統(tǒng)運行過程的研究，推演速度難以滿足戰(zhàn)役以上聯(lián)合推演需求，也不符合戰(zhàn)役以上指揮員關(guān)切。另一部分仿真系統(tǒng)使用自動交戰(zhàn)模型進行火力分配，比如聯(lián)合戰(zhàn)區(qū)級模擬系統(tǒng)[2]（JTLS），其建模粒度較粗，僅對防空交戰(zhàn)開火時機、攔截有效性進行裁決計算，未體現(xiàn)地空交戰(zhàn)中目標的差異化攔截，該類系統(tǒng)推演速度快，但難以為指揮員提供真實決策場景。基于現(xiàn)有研究，本文以大型計算機兵棋系統(tǒng)為研究對象，綜合考慮仿真建模粒度與推演效率，從工程角度探索地空交戰(zhàn)綜合建模方法。

1地空交戰(zhàn)建模需求分析

面向大型兵棋系統(tǒng)的地空交戰(zhàn)建模，是為戰(zhàn)役以上指揮推演反映地空交戰(zhàn)決策細節(jié)、呈現(xiàn)態(tài)勢的基礎(chǔ)。兵棋系統(tǒng)的建模涉及3類人員：指揮員、系統(tǒng)分析員與技術(shù)人員，他們通常從不同視角關(guān)注地空交戰(zhàn)模型需求，如圖1所示：指揮員視角，即戰(zhàn)役以上指揮員視角，通常關(guān)注地空交戰(zhàn)模型能否如實反映戰(zhàn)役以上指揮決策過程；系統(tǒng)分析員視角，是指系統(tǒng)分析員從兵棋系統(tǒng)整體設計角度出發(fā)，關(guān)注模型的功能和結(jié)構(gòu)，模型能否準確反映戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)役交戰(zhàn)效果；技術(shù)人員視角，通常關(guān)注模型的技術(shù)實現(xiàn)，以及計算資源的分配。

圖1地空交戰(zhàn)建模需求分析 Fig.1Requirements analysis for ground-to-air combat modeling

1.1指揮員需求：模型能否支撐戰(zhàn)役以上指揮員決策流程

用于戰(zhàn)略、戰(zhàn)役層級的計算機兵棋系統(tǒng)是戰(zhàn)役以上指揮員及其參謀團隊基于敵我態(tài)勢的實時推演平臺。戰(zhàn)役以上作戰(zhàn)指揮具有復雜性、綜合性、信息主導、動態(tài)決策、大規(guī)模協(xié)同、戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)結(jié)合以及資源統(tǒng)籌等顯著特點，要求指揮員具備卓越的軍事素養(yǎng)、戰(zhàn)略視野以及決策智慧。隨著作戰(zhàn)概念和裝備科技的迅猛發(fā)展，敏捷、分布、無人、自主等空戰(zhàn)場新特征愈發(fā)明顯，分布式空戰(zhàn)、無人蜂群、混合突擊等新概念正描繪著新時代空戰(zhàn)場的藍圖，在地空交戰(zhàn)領(lǐng)域，戰(zhàn)役以上指揮員、指揮機構(gòu)將面臨極高作戰(zhàn)壓力下認知負擔帶來的決策困境的挑戰(zhàn)[3]

1.2系統(tǒng)分析員需求：模型能否真實描繪地空交戰(zhàn)行動過程

地空交戰(zhàn)是一種資源有限的非完全信息博弈[4]空中目標在時間和空間上的不同組合會引發(fā)地面力量不同的攔截序列，地面力量的不同攔截規(guī)則會導致不同的資源消耗。地面部隊會優(yōu)化攔截方案，盡可能用有限的資源對不同類型目標實施高效攔截，模型需要盡可能符合地空交戰(zhàn)差異化攔截過程。

1.3技術(shù)人員需求：模型如何平衡仿真建模粒度與推演效率

兵棋系統(tǒng)仿真建模的粒度是指兵棋模型在模擬真實戰(zhàn)場環(huán)境和作戰(zhàn)行動時，對各種作戰(zhàn)單元、武器系統(tǒng)、地理空間以及時間等要素所劃分的最小模擬單位或精度[5]，在地空交戰(zhàn)模型中主要體現(xiàn)在目標的差異化攔截。仿真建模粒度影響著兵棋推演系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性，需要在滿足戰(zhàn)役以上指揮員訓練需求的基礎(chǔ)上，保證推演效率的同時提高仿真建模粒度。

綜上所述，地空交戰(zhàn)模型需要在滿足推演效率基礎(chǔ)上，模擬真實決策環(huán)境，向指揮員呈現(xiàn)地空交戰(zhàn)的各決策環(huán)節(jié)，對于指揮員不關(guān)注的細節(jié)交由計算機后臺處理。

2地空交戰(zhàn)綜合模型建模思路

地空交戰(zhàn)是典型的OODA閉環(huán)場景，包括目標發(fā)現(xiàn)、威脅判斷、指揮決策、攔截打擊等環(huán)節(jié)。由于武器的指揮權(quán)限不同，在戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)斗層面存在不同的OODA閉環(huán)過程。比如以近程武器為主的野戰(zhàn)防空，指揮權(quán)限低，由自己決定，發(fā)現(xiàn)即打擊；以中遠程武器為主的要地防空，指揮權(quán)限在戰(zhàn)術(shù)級指揮機構(gòu)，由戰(zhàn)術(shù)級指揮員調(diào)配有限資源來組織地空交戰(zhàn)；以超遠程武器為主的遠域作戰(zhàn)，指揮權(quán)限在戰(zhàn)役級以上指揮機構(gòu)，行動對戰(zhàn)役全局影響巨大、成本極高，需要戰(zhàn)役級指揮員決策。

通過上述分析可以得出，戰(zhàn)役級以上指揮員在不同層級的OODA閉環(huán)過程中處在環(huán)路的不同位置。對不同層級地空交戰(zhàn)分別構(gòu)建模型有利于平衡建模粒度與推演效率。本文提出構(gòu)建地空交戰(zhàn)綜合模型，包括基于能力的地空交戰(zhàn)、基于規(guī)則定制的地空交戰(zhàn)和基于行動控制的地空交戰(zhàn)。

2.1典型地空交戰(zhàn)概念示例

本文在聯(lián)合作戰(zhàn)背景下，設計了一種典型的地空交戰(zhàn)作戰(zhàn)概念一“多層拒止”作戰(zhàn)概念，以紅方戰(zhàn)役級指揮員組織所屬部隊，拒止藍方來自空中和太空的來襲武器為作戰(zhàn)目標，分析了地空交戰(zhàn)流程，突出了戰(zhàn)役級指揮員在不同地空交戰(zhàn)場景下的指揮位置。

“多層拒止”作戰(zhàn)過程的概念視圖如圖2所示，以可視化方式描述了基本作戰(zhàn)要素與過程。

在該視圖中，紅方的防空反導裝備區(qū)分近、中、遠、超遠程武器分散部署，分別擔負野戰(zhàn)防空、要地防空、遠域拒止任務。近程武器對發(fā)現(xiàn)的敵方目標自主射擊；中遠程武器根據(jù)目標威脅等級和允射條件按照盡遠攔截的要求射擊；超遠程武器在戰(zhàn)役級指揮員的決策下?lián)駲C射擊。藍方使用彈道導彈、高超聲速武器、隱身飛機、小型無人機對一方實施穿透打擊，預警機位當面提供信息支援。

圖2地空交戰(zhàn)概念視圖Fig.2 Conceptual view of ground-to-aircombat

2.2基于能力的交戰(zhàn)

在近程地空交戰(zhàn)場景中，戰(zhàn)役以上指揮員不關(guān)注交戰(zhàn)的細節(jié)，指揮員處在作戰(zhàn)回路之外。系統(tǒng)在沒有指揮員干預的情況下基于能力自動交戰(zhàn)。比如便攜式導彈抗擊小型無人機，當目標進入射程內(nèi)即打擊。

2.3基于規(guī)則定制的交戰(zhàn)

在中遠程地空交戰(zhàn)場景中，戰(zhàn)役級以上指揮員關(guān)注不同抗擊策略產(chǎn)生的整體作戰(zhàn)效果和效費比，不關(guān)注每一次交戰(zhàn)的成功與否，指揮員處在作戰(zhàn)回路之上。比如多型地空武器抗擊不同價值空戰(zhàn)場目標，針對不同的作戰(zhàn)場景，指揮員可制定不同交戰(zhàn)規(guī)則，比如威脅等級高的優(yōu)先、目標價值高的優(yōu)先、飛近時間短的優(yōu)先等，系統(tǒng)根據(jù)規(guī)則集自動開展地空交戰(zhàn)行動。

2.4基于行動控制的交戰(zhàn)

在超遠程地空交戰(zhàn)場景中，由戰(zhàn)役級以上指揮員確定打擊時機和打擊目標，指揮員處在作戰(zhàn)回路之中。比如使用超遠程防空導彈打擊高價值空中目標，系統(tǒng)為指揮員提供態(tài)勢信息，在指揮員的決策下實施地空交戰(zhàn)。

3地空交戰(zhàn)綜合模型設計

3.1 基本框架

依據(jù)以上建模思路，綜合考慮地空交戰(zhàn)過程、要素以及行動目標與要求，構(gòu)建融目標、武器等多要素為一

體的地空交戰(zhàn)綜合模型，包括目標分類、武器分類和武器-目標分配3個功能模塊，具體如圖3所示。

圖3地空交戰(zhàn)綜合建模框架 Fig.3Integrated ground-to-air combat modelingframework

3.2 功能設計

3.2.1 目標分類

目標分類的目的是對目標威脅進行分析評估，給出目標優(yōu)先級排序[6。目標分類分為靜態(tài)分類和動態(tài)分類。靜態(tài)分類是指根據(jù)目標的戰(zhàn)術(shù)性能、技術(shù)指標等進行分類，比如隱身目標、非隱身目標；動態(tài)分類是指在實時態(tài)勢中，根據(jù)目標運動特征進行分類，比如切向飛行、遠離飛行、抵近飛行。在目標靜態(tài)分類和動態(tài)分類的基礎(chǔ)上進行目標優(yōu)先級排序。

以“多層拒止”作戰(zhàn)概念為例，目標分類和優(yōu)先級排序如表1所示。

表1目標分類和優(yōu)先級排序表

Tab.1Classification and prioritization of objectives

3.2.2 武器分類

本文進行武器分類的原因如下：一是不同防空反導武器的作戰(zhàn)對象不同，比如中遠程防空反導武器的作戰(zhàn)對象包括空氣動力自標和彈道目標，超遠程防空武器的作戰(zhàn)對象為空氣動力目標；二是不同防空反導武器在戰(zhàn)役級以上規(guī)模作戰(zhàn)中，由于指揮權(quán)限不同，處在不同的作戰(zhàn)回路，比如便攜式導彈與高炮處在戰(zhàn)斗級作戰(zhàn)回路、中遠程防空反導武器處在戰(zhàn)術(shù)級作戰(zhàn)回路、超遠程防空武器等[7]處在戰(zhàn)役級作戰(zhàn)回路。

以“多層拒止”作戰(zhàn)概念為例，陸基防空反導武器分類如表2所示。

表2陸基防空反導武器分類表

Tab.2 Classification of land-based airdefenseand anti-missileweapons

3.2.3 武器-目標分配

武器-目標分配（WTA）是地空交戰(zhàn)指揮控制決策的核心環(huán)節(jié)之一[8]，其目的是將多種作戰(zhàn)武器分配給多個打擊目標，最優(yōu)化實現(xiàn)指揮員作戰(zhàn)意圖[9]。本文在對武器系統(tǒng)和目標進行分類的基礎(chǔ)上，形成“目標-火力”關(guān)聯(lián)矩陣[]，指揮員綜合考慮攔截成功概率、資源調(diào)度等因素，從攔截彈發(fā)射數(shù)量、攔截距離等方面對關(guān)聯(lián)規(guī)則進行定制，比如對某型自標發(fā)射攔截彈設置為兩枚、攔截距離設置為最大攔截距離的 75% 。

地空交戰(zhàn)WTA模型的BNF范式可以表示為

：： TargetList gt;lt; WeaponList gt; lt; RuleListgt;

： ： τ=τ ：：

lt; WeaponList gt;： ： Weapon _ Idgt;lt; Weapon _ Authoritygt; lt; Weapon_Surplusgt; lt; Weapon PHgt;lt; Weapon_ Rangegt;

： ：

TargetList為目標列表。Target_Id是目標編號，每個目標的編號是唯一的，Target_Order是綜合目標靜態(tài)分類Target_Type和動態(tài)分類Target_Behavior后的優(yōu)先級排序結(jié)果。

WeaponList為地空武器列表。Weapon_Id是武器編號，每個武器的編號是唯一的，Weapon_Authority是武器的指揮權(quán)限，Weapon_Surplus是該武器的剩余彈量，Weapon_PH是該武器的命中概率，Weapon_Range是該武器的最大射程。

RuleList是武器-目標分配的規(guī)則。包括攔截彈發(fā)射數(shù)量 Num 、攔截距離Range等。

4模型檢驗分析

為評估本文提出的地空交戰(zhàn)綜合建模方法的有效性，基于計算機兵棋系統(tǒng)設計系列地空交戰(zhàn)場景開展實驗，并對結(jié)果進行分析。

4.1 實驗設計

4.1.1 實驗問題設計

地空交戰(zhàn)模型在戰(zhàn)役級以上規(guī)模兵棋推演中，能否實現(xiàn)防空反導武器對不同空戰(zhàn)場目標進行差異化攔截，能否為指揮員提供真實決策環(huán)境。

4.1.2 實驗想定設計

基于某型兵棋系統(tǒng)，紅藍雙方進行戰(zhàn)役級規(guī)模對抗，在實驗區(qū)域開展“多層拒止”地空交戰(zhàn)實驗，如圖4所示。紅方防空反導裝備分散部署，實施多層拒止作戰(zhàn)。藍方使用彈道導彈、高超聲速武器、隱身飛機、小型無人機，從2個方向?qū)t方實施穿透打擊，預警機位當面提供信息支援。

圖4地空交戰(zhàn)想定場景

Fig.4Scenarios for ground-to-air combat

紅方指揮編配某型便攜式導彈戰(zhàn)斗力系統(tǒng)的防空營級部隊1個，3型中遠程防空反導武器30套，超遠程防空武器2套，配置如表3所示。

表3紅方兵力配置表Tab.3Red Force Configuration

藍方指揮預警機2架、隱身飛機30架、彈道導彈5枚、高超聲速武器5枚、大型無人機2架、小型無人機20架，配置如表4所示。

表4藍方兵力配置表Tab.4Blue Force Configuration

4.2 實驗分析

基于某型計算機兵棋系統(tǒng)進行了10輪超實時推演，系統(tǒng)運行正常。超遠程防空武器未經(jīng)指揮員授權(quán)時未發(fā)射，授權(quán)后成功發(fā)射；中遠程防空反導武器在發(fā)現(xiàn)目標后，根據(jù)規(guī)則進行任務分配，彈藥消耗量的 70% 針對1級目標 ，30% 針對2級目標；近程防空武器對進入威力區(qū)的目標自動攔截，彈藥消耗量的 80% 為小型無人機 ，20% 為穿透進來的2級目標。

實驗結(jié)果表明：地空交戰(zhàn)綜合建模方法可有效支撐戰(zhàn)役以上規(guī)模兵棋推演，模型體現(xiàn)了差異化攔截理念，打擊遠程目標時發(fā)揮了戰(zhàn)役以上指揮員的決策作用。

5 結(jié)束語

針對大部分仿真推演系統(tǒng)將超遠程防空、近距防空和近距反無人機混為一談，未體現(xiàn)地空交戰(zhàn)目標差異化攔截、難以為指揮員提供真實決策環(huán)境的問題，本文提出了面向大型計算機兵棋系統(tǒng)的地空交戰(zhàn)綜合建模方法，在保證推演效率的基礎(chǔ)上為用戶提供了真實的決策環(huán)境。最后通過實驗驗證了所提方法和模型的合理性與有效性。該方法同樣適用于海空交戰(zhàn)。

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（責任編輯：胡前進）