基于探索性分析的電子對(duì)抗作戰(zhàn)方案評(píng)估方法

耿松濤 劉雅奇

(電子工程學(xué)院，安徽 合肥230037)

1 引言

作戰(zhàn)方案評(píng)估是作戰(zhàn)籌劃輔助決策的重要內(nèi)容。電子對(duì)抗作戰(zhàn)方案由目標(biāo)選擇、任務(wù)區(qū)分、作戰(zhàn)手段、兵力規(guī)模與配置等多個(gè)決策要素組成，且受各種不確定性因素的影響。要科學(xué)合理地評(píng)估電子對(duì)抗方案，必須結(jié)合戰(zhàn)術(shù)背景和對(duì)抗環(huán)境，綜合分析各種不確定因素的影響。這樣的評(píng)估結(jié)果對(duì)指揮員的決策活動(dòng)更有參考價(jià)值。

探索性分析為電子對(duì)抗方案評(píng)估提供了很好的思路。其基本思路是考察不確定性想定條件下各種方案的不同結(jié)果，觀察不確定性因素對(duì)想定問(wèn)題的影響，全面把握各種關(guān)鍵要素，理解和發(fā)現(xiàn)復(fù)雜現(xiàn)象背后變量之間重要的關(guān)系，尋求滿(mǎn)意解以及后續(xù)調(diào)整方案［1，2］。目前探索性分析方法在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用和研究，有文獻(xiàn)提到探索性分析可以應(yīng)用于作戰(zhàn)策略的研究［2］，但還沒(méi)有具體應(yīng)用探索性分析方法研究作戰(zhàn)方案評(píng)估問(wèn)題的相關(guān)文獻(xiàn)。本文提出基于探索性分析的電子對(duì)抗作戰(zhàn)方案評(píng)估，以空中進(jìn)攻作戰(zhàn)中對(duì)防空預(yù)警系統(tǒng)的電子對(duì)抗作戰(zhàn)為例，重點(diǎn)研究了方案評(píng)估探索空間、多層級(jí)指標(biāo)體系、多分辨率模型、方案評(píng)估框架等問(wèn)題。

2 對(duì)防空預(yù)警系統(tǒng)的電子對(duì)抗作戰(zhàn)想定

空中進(jìn)攻作戰(zhàn)中，航空兵編隊(duì)?wèi)?zhàn)斗出航階段，對(duì)防空預(yù)警系統(tǒng)的電子對(duì)抗作戰(zhàn)，任務(wù)是掩護(hù)空襲編隊(duì)出航，目的是縮短防空預(yù)警系統(tǒng)對(duì)空襲編隊(duì)的發(fā)現(xiàn)距離，縮短預(yù)警時(shí)間，以達(dá)成空襲編隊(duì)突擊行動(dòng)的突然性和隱蔽性。

作戰(zhàn)對(duì)象是:預(yù)警機(jī)的機(jī)載預(yù)警雷達(dá)，地面警戒雷達(dá)，地面管報(bào)中心的空地情報(bào)通信接收站(接收預(yù)警機(jī)的探測(cè)情報(bào))等。作戰(zhàn)手段是:地面干擾站對(duì)機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的遠(yuǎn)距離支援干擾，干擾飛機(jī)對(duì)地面警戒雷達(dá)的遠(yuǎn)距離支援干擾，無(wú)人機(jī)對(duì)地面警戒雷達(dá)的反輻射壓制和摧毀，干擾飛機(jī)對(duì)管報(bào)中心情報(bào)通信接收站的遠(yuǎn)距離支援干擾，共計(jì)四種，作戰(zhàn)過(guò)程中單獨(dú)或綜合使用這四種作戰(zhàn)手段。作戰(zhàn)原則是:在主攻方向上，集中優(yōu)勢(shì)電子對(duì)抗力量，綜合使用多種手段壓制敵防空預(yù)警系統(tǒng)，縮短其發(fā)現(xiàn)距離和預(yù)警時(shí)間。

3 方案評(píng)估探索空間

3.1 方案評(píng)估的內(nèi)容

確定電子對(duì)抗作戰(zhàn)方案的評(píng)估內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)以作戰(zhàn)方案要素為著眼點(diǎn)，把作戰(zhàn)方案要素作為方案評(píng)估的核心內(nèi)容。通常情況下，電子對(duì)抗作戰(zhàn)方案的要素主要包括電子對(duì)抗企圖、電子進(jìn)攻的重要目標(biāo)和時(shí)機(jī)、作戰(zhàn)部署及作戰(zhàn)手段，有時(shí)還包括完成作戰(zhàn)準(zhǔn)備的時(shí)限、協(xié)同動(dòng)作的方法及各種保障等［3］。其中，電子對(duì)抗作戰(zhàn)目標(biāo)選擇、作戰(zhàn)手段選擇、投入兵力規(guī)模等要素，是電子對(duì)抗作戰(zhàn)方案的重點(diǎn)內(nèi)容，對(duì)電子對(duì)抗作戰(zhàn)效能有重要影響。論文選擇這三個(gè)要素作為電子對(duì)抗作戰(zhàn)方案評(píng)估的重點(diǎn)內(nèi)容，其研究方法也適用于對(duì)其他要素的評(píng)估。

3.2 方案評(píng)估的變量設(shè)定

作戰(zhàn)方案中每一個(gè)決策要素都是依據(jù)現(xiàn)實(shí)情況具體設(shè)定的，所以決策要素對(duì)應(yīng)的變量的取值比較復(fù)雜。使用備選方案的方法來(lái)解決決策變量設(shè)定問(wèn)題，基本思路是:首先把方案分成多個(gè)決策要素，為每個(gè)決策要素提供一系列備選方案，各要素的備選方案組合起來(lái)就形成了完整作戰(zhàn)方案，全部方案的集合就是方案評(píng)估探索空間。

關(guān)于探索空間的優(yōu)化，因?yàn)樽鲬?zhàn)方案難以量化，通用優(yōu)化方法難以適用［2］，但是可以研究出一些針對(duì)具體方案行之有效的優(yōu)化辦法?；谶@個(gè)理念，本文提出基于方案合理性的探索空間優(yōu)化辦法，主要思想是:針對(duì)具體的方案，考察其合理性，對(duì)于明顯不合理的方案，從方案空間中刪除。對(duì)于防空預(yù)警系統(tǒng)的電子對(duì)抗作戰(zhàn)，因?yàn)榉揽疹A(yù)警系統(tǒng)是一個(gè)整體，從體系對(duì)抗角度出發(fā)，目標(biāo)選擇方案中應(yīng)包含各類(lèi)作戰(zhàn)對(duì)象中威脅程度較高的幾個(gè)個(gè)體，僅這一策略可以排除大量不合理方案。例如:設(shè)防空預(yù)警系統(tǒng)有m個(gè)預(yù)警雷達(dá)，n個(gè)警戒雷達(dá)，q個(gè)情報(bào)通信接收站，且每類(lèi)對(duì)象中，對(duì)空襲編隊(duì)威脅程度較高、必須予以對(duì)抗的個(gè)體大約有那么至少包含個(gè)預(yù)警雷達(dá)個(gè)警戒雷達(dá)個(gè)空地情報(bào)通信接收站的目標(biāo)選擇方案才算合理，其他不合理方案不予評(píng)估。這個(gè)優(yōu)化策略使方案數(shù)量減少為原來(lái)的左右。

3.3 構(gòu)建方案評(píng)估探索空間

本文方案評(píng)估內(nèi)容包括目標(biāo)選擇、作戰(zhàn)手段、兵力規(guī)模三個(gè)要素，每個(gè)決策要素都有多個(gè)備選方案。為方便說(shuō)明，假設(shè)預(yù)警雷達(dá)、警戒雷達(dá)和情報(bào)通信接收站數(shù)量分別為m、n、q。

目標(biāo)選擇的備選方案是目標(biāo)組合，每個(gè)作戰(zhàn)對(duì)象都可能被選進(jìn)目標(biāo)組合。按3.2節(jié)的優(yōu)化策略，則目標(biāo)選擇的備選方案大約有2m+n+q-3個(gè)。

作戰(zhàn)手段選擇的過(guò)程，實(shí)際上也包含任務(wù)區(qū)分的過(guò)程。根據(jù)作戰(zhàn)想定，電子對(duì)抗作戰(zhàn)手段有四種，預(yù)警雷達(dá)和情報(bào)通信接收站與作戰(zhàn)手段的關(guān)系是一對(duì)一的，而對(duì)警戒雷達(dá)的作戰(zhàn)手段有兩種，所以備選的方案就有三種，如果目標(biāo)選擇階段選定的警戒雷達(dá)數(shù)目為，那么備選方案大約有個(gè)。

選定了作戰(zhàn)手段之后，也就明確了概略的任務(wù)區(qū)分關(guān)系，下一步就是進(jìn)行兵力規(guī)模的決策。一般情況下一套普通(單一波束)干擾裝備能一定程度地干擾壓制一部對(duì)應(yīng)的雷達(dá)，所以對(duì)選為作戰(zhàn)目標(biāo)的雷達(dá)，記分配一套干擾裝備為小規(guī)模兵力，記分配兩套干擾裝備為中等規(guī)模兵力，記分配三套干擾裝備為大規(guī)模兵力。兵力規(guī)模備選方案包括小規(guī)模、中等規(guī)模、大規(guī)模三種，也就是說(shuō)對(duì)應(yīng)每一個(gè)作戰(zhàn)手段方案，兵力規(guī)模的備選方案有3個(gè)。

已知作戰(zhàn)方案是多階段決策的產(chǎn)物，而決策樹(shù)是描述和研究多階段決策的有效手段，所以方案庫(kù)或方案評(píng)估探索空間可以采用結(jié)構(gòu)化的決策樹(shù)來(lái)表示。根據(jù)上述三個(gè)作戰(zhàn)方案要素的分析，建立方案評(píng)估探索空間，從根節(jié)點(diǎn)到葉節(jié)點(diǎn)的一條路徑表示一個(gè)作戰(zhàn)方案，應(yīng)用XML格式存貯在數(shù)據(jù)庫(kù)中，在探索性分析時(shí)，可以從中讀出方案，輸入仿真系統(tǒng)。圖1是一個(gè)示意性電子對(duì)抗方案決策樹(shù)，其中作戰(zhàn)對(duì)象有:兩個(gè)預(yù)警雷達(dá)，記為Ⅰ、Ⅱ;四個(gè)警戒雷達(dá)，記為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ;兩個(gè)情報(bào)通信接收站，記為Ⅶ、Ⅷ。作戰(zhàn)手段:A表示地面干擾裝備對(duì)機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的遠(yuǎn)距離支援干擾，B表示干擾飛機(jī)對(duì)地面警戒雷達(dá)的遠(yuǎn)距離支援干擾，C表示無(wú)人機(jī)對(duì)地面警戒雷達(dá)的反輻射壓制和摧毀，D表示干擾飛機(jī)對(duì)情報(bào)通信接收站的遠(yuǎn)距離支援干擾。力量規(guī)模記為小、中、大三級(jí)?！阿?A”就表示用作戰(zhàn)手段A對(duì)抗目標(biāo)Ⅱ，“Ⅱ-A-小”就表示使用小規(guī)模兵力的作戰(zhàn)手段A對(duì)抗目標(biāo)Ⅱ。

圖1 電子對(duì)抗作戰(zhàn)方案決策樹(shù)示意圖

圖2 方案評(píng)估的多層級(jí)指標(biāo)體系和多分辨率模型示意圖

4 方案評(píng)估多層級(jí)指標(biāo)體系

探索性分析方法的一個(gè)重要思想就是對(duì)考察系統(tǒng)進(jìn)行層次化抽象，形成多層級(jí)指標(biāo)體系。最底層指標(biāo)是探索性分析的研究對(duì)象描述指標(biāo);中間層指標(biāo)是描述系統(tǒng)的一系列核心效能評(píng)價(jià)指標(biāo);最后對(duì)中間層指標(biāo)進(jìn)行聚合，建立最高層的聚合指標(biāo)。指標(biāo)的選取和建立應(yīng)遵循可測(cè)性、系統(tǒng)性、獨(dú)立性、客觀性、靈敏性、一致性等原則。

為電子對(duì)抗作戰(zhàn)方案評(píng)估建立三級(jí)指標(biāo)體系。最底層是方案描述指標(biāo)，包括目標(biāo)選擇、作戰(zhàn)手段、兵力規(guī)模三個(gè)要素。然后結(jié)合電子對(duì)抗各分系統(tǒng)的具體情況，建立中間層的電子對(duì)抗效能評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括(空襲編隊(duì)?wèi)?zhàn)斗出航航路上，下同)對(duì)預(yù)警雷達(dá)壓制距離、(空襲編隊(duì)?wèi)?zhàn)斗出航航路的指定距離上，下同)對(duì)預(yù)警雷達(dá)壓制區(qū)寬度、對(duì)警戒雷達(dá)壓制距離、對(duì)警戒雷達(dá)壓制區(qū)寬度、通信系統(tǒng)誤碼率。最后建立最高層的聚合指標(biāo)，記為方案效能指數(shù)，該指標(biāo)取值與方案優(yōu)劣性成正比。圖2是方案評(píng)估的多層級(jí)指標(biāo)體系和多分辨率模型示意圖。

5 方案評(píng)估多分辨率模型

多分辨率建模是探索性分析方法解決問(wèn)題的重要手段。通常是在底層建立實(shí)體仿真模型，利于考察復(fù)雜系統(tǒng)、不確定性問(wèn)題，充分展現(xiàn)不確定性因素的效能;在高層建立指標(biāo)模型，實(shí)際就是一個(gè)多屬性決策模型，利于體現(xiàn)決策偏好，且能簡(jiǎn)化探索問(wèn)題。如圖2所示，通過(guò)多分辨率模型，實(shí)現(xiàn)多層級(jí)指標(biāo)的向上聚合，達(dá)到探索性分析的目的。

5.1 方案評(píng)估整體模型

方案評(píng)估的問(wèn)題，實(shí)際上是根據(jù)所獲知的作戰(zhàn)過(guò)程中的各種不確定性因素，基于使命任務(wù)需求，評(píng)估各個(gè)方案的優(yōu)劣，并期望以一個(gè)數(shù)值來(lái)反映優(yōu)劣程度。建立基于探索性分析的方案評(píng)估問(wèn)題的描述模型:

式(1)中，Y是聚合指標(biāo)，即方案效能指數(shù);A是電子對(duì)抗作戰(zhàn)方案;T是使命任務(wù)需求向量，表示電子對(duì)抗作戰(zhàn)中一系列的使命任務(wù)度量指標(biāo)，是根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)得出的;Q是狀態(tài)變量，表示決策者有所了解而不能控制的不確定性因素。

5.2 高分辨率模型

根據(jù)描述模型，依照自下而上解決問(wèn)題的思路，首先建立底層的高分辨率模型，是仿真系統(tǒng)的形式，輸入是作戰(zhàn)方案，輸出是效能評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以表示為:

式(2)中，X=(X1，X2，X3，X4，X5)T是效能評(píng)價(jià)指標(biāo)向量，表示對(duì)防空預(yù)警系統(tǒng)各種電子對(duì)抗效果的度量指標(biāo)，X1、X2分別表示對(duì)預(yù)警雷達(dá)的壓制距離、壓制區(qū)寬度。X3、X4分別表示對(duì)警戒雷達(dá)的壓制距離、壓制區(qū)寬度，X5表示通信系統(tǒng)誤碼率;A是電子對(duì)抗作戰(zhàn)方案，A=(目標(biāo)選擇方案，作戰(zhàn)手段方案，兵力規(guī)模方案);Q是不確定性因素的狀態(tài)變量，包括兩部分，一部分是戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，另一部分是敵方的態(tài)勢(shì)和行動(dòng)。

按應(yīng)用需求，電子對(duì)抗效能仿真分三類(lèi):電子對(duì)抗技術(shù)效能仿真、單武器裝備對(duì)抗效能仿真和系統(tǒng)對(duì)抗效能仿真［6］，本文方案評(píng)估用到的仿真系統(tǒng)是系統(tǒng)對(duì)抗效能仿真。利用研制的電子對(duì)抗仿真系統(tǒng)研究作戰(zhàn)方案對(duì)防空預(yù)警系統(tǒng)各分系統(tǒng)的影響關(guān)系，計(jì)算電子對(duì)抗效能評(píng)價(jià)指標(biāo)，為高層指標(biāo)模型提供數(shù)據(jù)支持。

5.3 低分辨率模型

高層的低分辨率模型是聚合模型，為解析式形式，輸入是效能評(píng)價(jià)指標(biāo)，輸出是方案效能指數(shù)，可以表示為:

式(3)中，Y是聚合指標(biāo);X=(X1，X2，X3，X4，X5)T是效能評(píng)價(jià)指標(biāo)向量;T=(T1，T2，T3，T4，T5)是使命任務(wù)需求向量，T1、T2分別表示對(duì)預(yù)警雷達(dá)的壓制距離、壓制區(qū)寬度，T3、T4分別表示對(duì)警戒雷達(dá)的壓制距離、壓制區(qū)寬度，T5表示干擾后地面管報(bào)中心空地情報(bào)通信接收站的誤碼率。為避免歧義和方便說(shuō)明問(wèn)題，本文的“壓制距離”是指探測(cè)系統(tǒng)受干擾后形成的盲區(qū)距離。

構(gòu)建模型時(shí)要考慮到以下四點(diǎn):第一，方案優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)著眼于使命任務(wù)完成情況;第二，假定在戰(zhàn)役(或戰(zhàn)斗)開(kāi)始之前最高指揮權(quán)歸地面指揮中心，戰(zhàn)役(或戰(zhàn)斗)開(kāi)始后把部分防空指揮權(quán)交給預(yù)警機(jī)上指揮機(jī)構(gòu)，所以對(duì)抗預(yù)警機(jī)情報(bào)系統(tǒng)應(yīng)包括預(yù)警雷達(dá)和空地情報(bào)通信;第三，必須對(duì)地面警戒雷達(dá)實(shí)施有效干擾，其情報(bào)通信一般為有線(xiàn)方式;第四，根據(jù)指揮員的決策意志和偏好設(shè)定權(quán)系數(shù)。基于這四點(diǎn)，建立聚合模型如下:

式(4)中，X1、X2、X3、X4、X5是效能評(píng)價(jià)指標(biāo);T1、T2、T3、T4、T5是使命任務(wù)需求指標(biāo);ω1是對(duì)抗預(yù)警雷達(dá)探測(cè)效能的影響權(quán)重，ω2是對(duì)抗預(yù)警機(jī)與地面管報(bào)中心的空地情報(bào)通信效能的影響權(quán)重，ω1+ω2=1;γ是兵力規(guī)模懲罰因子，表示作戰(zhàn)方案使用過(guò)大兵力規(guī)模的懲罰因子，兵力規(guī)模越大，γ越小。

實(shí)際情況中，往往對(duì)預(yù)警雷達(dá)和警戒雷達(dá)提出同樣的預(yù)期壓制效果，要求T1=T3，T2=T4。記Tα表示對(duì)預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)的壓制距離，Tβ表示在指定距離上的壓制區(qū)寬度。對(duì)預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際等效壓制距離和壓制區(qū)寬度為預(yù)警雷達(dá)和警戒雷達(dá)的相關(guān)指標(biāo)中的較小值，修正式(4)得到式(5):

式(6)中，ω3、ω4、ω5、ω6是四種電子作戰(zhàn)手段對(duì)兵力規(guī)模懲罰因子的影響權(quán)重，ω3+ω4+ω5+ω6=1;m、n、q是預(yù)警雷達(dá)、警戒雷達(dá)和情報(bào)通信接收站的數(shù)量;si表示對(duì)第i個(gè)預(yù)警雷達(dá)實(shí)施有源干擾的兵力規(guī)模，si=1，2，3;sj表示對(duì)第j個(gè)地面警戒雷達(dá)實(shí)施有源干擾的兵力規(guī)模，sj=1，2，3;sk表示對(duì)第k個(gè)地面警戒雷達(dá)實(shí)施反輻射壓制和摧毀的兵力規(guī)模，sk=1，2，3;sl表示對(duì)第l個(gè)情報(bào)通信接收站實(shí)施遠(yuǎn)距離支援干擾的兵力規(guī)模，sl=1，表示對(duì)第i個(gè)預(yù)警雷達(dá)實(shí)施有源干擾的兵力規(guī)模為中等適度規(guī)模，記為=2同理。

圖3 作戰(zhàn)方案評(píng)估框架示意圖

6 基于探索性分析的方案評(píng)估框架

探索性分析是一種解決問(wèn)題的思想，實(shí)施起來(lái)并沒(méi)有固定的模式和步驟，要視具體問(wèn)題而定。根據(jù)方案評(píng)估的特點(diǎn)和探索性分析的思想，研究基于探索性分析的方案評(píng)估框架，用以指導(dǎo)整個(gè)研究的實(shí)施，力求使評(píng)估過(guò)程規(guī)范統(tǒng)一，方便研究方法推廣應(yīng)用。圖3為方案評(píng)估框架示意圖。

歸納起來(lái)包括八個(gè)步驟，涉及八個(gè)活動(dòng)及其工作產(chǎn)品，八個(gè)活動(dòng)包括:建立方案評(píng)估指標(biāo)體系、構(gòu)建方案評(píng)估探索空間、編制實(shí)驗(yàn)想定、建立仿真系統(tǒng)、實(shí)施仿真實(shí)驗(yàn)、建立聚合模型、解算聚合指標(biāo)、數(shù)據(jù)分析;對(duì)應(yīng)的工作產(chǎn)品分別是:多層級(jí)指標(biāo)體系、方案庫(kù)或方案評(píng)估探索空間、實(shí)驗(yàn)想定庫(kù)、仿真系統(tǒng)軟件、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)、解析式聚合模型、聚合指標(biāo)數(shù)值庫(kù)、方案評(píng)估報(bào)告。

在數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)需要注意把握探索性分析的特點(diǎn)，廣泛地試探各種條件下所可能產(chǎn)生的結(jié)果，理解不確定性因素對(duì)于想定問(wèn)題的影響，分析不同方案要素對(duì)結(jié)果的影響，注重把握系統(tǒng)內(nèi)部的規(guī)律。

7 結(jié)束語(yǔ)

采用探索性分析方法研究方案評(píng)估，考慮了作戰(zhàn)方案評(píng)估問(wèn)題的復(fù)雜性、系統(tǒng)性、不確定性、多維性等特點(diǎn)，為電子對(duì)抗作戰(zhàn)方案評(píng)估提供了一個(gè)科學(xué)合理、靈活有效的研究方法。該方法還可以探索能力指標(biāo)，進(jìn)行基于使命任務(wù)需求的作戰(zhàn)能力需求分析;探索環(huán)境不確定性因素，評(píng)估環(huán)境因素對(duì)作戰(zhàn)效能的影響。

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