航空兵裝備映射模擬藍軍相似度匹配問題研究

劉艷平

（91404部隊，河北秦皇島066000）

假想敵部隊被稱之為藍軍。在航空兵訓練中，為了突出訓練的對抗性、實戰(zhàn)性，演習中，通常采用己方航空兵映射模擬敵航空兵，模擬映射出的航空兵被視為“藍軍”。模擬出的航空兵“藍軍”與實際的敵航空兵是存在一定差異的。因此，引出航空兵藍軍模擬相似度匹配的問題。在己方航空兵模擬敵航空兵時，是否具備模擬映射條件？具備模擬條件后，相似度又幾何？相似度如何計算？這些問題在航空兵訓練中的藍軍模擬映射中應予以正視。不考慮這些問題，由己方航空兵模擬出來的藍軍缺乏真實性和說服力，紅藍對抗性演習也就缺乏支撐，不具備科學性和實戰(zhàn)性。

本研究基于實裝戰(zhàn)術技術指標（簡稱戰(zhàn)技指標）特征提出藍軍模擬方法、構(gòu)建相似度評價體系、搭建相似度模型和給出計算方法，從而可計算單系統(tǒng)、單平臺藍軍模擬過程中兩型裝備的相似度，解決己方裝備與原型裝備（敵軍裝備）“像不像”的問題，為紅藍對抗演習藍軍裝備模擬提供參考依據(jù)。

1 藍軍模擬方法

藍軍模擬方法主要是基于隔離思想的，將藍軍裝備分解成若干個戰(zhàn)技指標特征，分別進行模擬映射，從而達到藍軍模擬的目的。

1.1 研究現(xiàn)狀分析

要模擬映射出相似度較高的藍軍就必須熟悉藍軍。藍軍主要包括藍軍戰(zhàn)術和藍軍裝備2個層面。藍軍戰(zhàn)術主要是藍軍作戰(zhàn)原則、戰(zhàn)術思想、戰(zhàn)法理論等；藍軍裝備方面主要是作戰(zhàn)飛機、航空兵器、電子設備等。藍軍戰(zhàn)術是一些規(guī)律性東西，看不見，摸不著，但可以從藍軍的作戰(zhàn)案例、戰(zhàn)術訓練以及情報信息等中總結(jié)歸納出來。目前，國內(nèi)對此研究的較多[1-7]，對藍軍的戰(zhàn)術思想摸得較為透徹，但如何模擬映射以及相似度計算等仍需要深入研究；對藍軍裝備研究的也較多[8-11]，有些單位甚至開始研制生產(chǎn)藍軍裝備，無論是研制生產(chǎn)的藍軍裝備，還是通過己方裝備模擬映射出的藍軍裝備，這都需要考慮相似度問題。目前從訓練效果評估方面考慮逼真度的較多[12-17]，但從裝備平臺角度方面考慮相似度的少。

在藍軍構(gòu)建中，通過仿制、研發(fā)等手段生產(chǎn)出藍軍裝備，這種藍軍裝備通常是按照藍軍裝備的具體參數(shù)進行設置開發(fā)的，相似度較高。由于生產(chǎn)研制藍軍裝備的成本高、周期長以及對藍軍裝備的具體信息掌握程度要求較高，使得藍軍裝備研制受到了極大的限制。在日常訓練中，常用辦法是利用裝備性能旗鼓相當?shù)募悍窖b備模擬映射藍軍，這種辦法一定程度上能解決藍軍裝備短缺、其他方法不能滿足實戰(zhàn)對抗訓練需要的問題，但在相似度上存在較大差異。這種差異有的可以通過一定方法解決，有的是現(xiàn)有條件無法補齊的。在模擬映射藍軍時，需要解決的就是相似度計算問題，相似度的大小決定了藍軍模擬成功與否。

當前的演習中，常采用等效模擬的方法，利用己方的裝備映射模擬敵軍裝備。在航空兵實裝方面，等效模擬就是同類型裝備模擬，基本采用的機型對機型的原則，己方預警機模擬敵預警機、己方戰(zhàn)斗機模擬敵戰(zhàn)斗機等。該辦法的缺點是沒有建立計算兩者之間相似度的模型，也沒有計算相似度方法，從而沒有解決兩型裝備“像不像”的根本性問題。因而，在航空兵實裝映射中采用等效模擬的方法是缺乏科學依據(jù)的，雖然能夠滿足“紅藍對抗”的基本需要，但是扮演的“藍軍”與真實藍軍像不像的問題沒有根本性解決。

1.2 基于特征映射的模擬方法

航空兵裝備主要指作戰(zhàn)飛機、武器裝備、機載吊艙等，根據(jù)作戰(zhàn)任務需要，可能需要模擬映射某一裝備，也可能只需要模擬映射該裝備上的某一項功能或特征。對此，采用隔離思想，將需要模擬映射的藍軍裝備所具備的功能拆解成若干戰(zhàn)技指標特征，針對每一項戰(zhàn)技指標特征分別模擬映射，或者采取一對多的方法映射，具體模擬映射方法如下。

用于映射模擬藍軍的己方裝備被稱之為構(gòu)設裝備。如圖1所示，構(gòu)設裝備作為輸入端，通過模擬原型裝備的相似度匹配，系統(tǒng)的輸出端為藍軍裝備。在藍軍裝備模擬映射中，首先要選準模擬映射對象（原型裝備），深入研究分析，運用隔離思想，將其作戰(zhàn)性能分解成n個單元，例如戰(zhàn)技指標特征b1、b2、…、bn；其次，選取可模擬的己方裝備作為構(gòu)設裝備，被選取的裝備應當與原型裝備或者原型裝備的某一戰(zhàn)技指標特征性能基本相當。構(gòu)設裝備戰(zhàn)技指標特征a1模擬原型裝備戰(zhàn)技指標特征b1，相似度δ1；構(gòu)設裝備戰(zhàn)技指標特征a2模擬原型裝備戰(zhàn)技指標特征b2，相似度δ2；以此類推，構(gòu)設裝備戰(zhàn)技指標特征an模擬原型裝備戰(zhàn)技指標特征bn，相似度δn。系統(tǒng)的相似度匹配過程中，計算出系統(tǒng)的整體相似度δ，通過對相似度的大小判斷構(gòu)設裝備是否具備模擬原型裝備的條件，是否能夠成為真正的藍軍裝備。

圖1 基于隔離思想的藍軍裝備模擬映射示意圖Fig.1 Ketch map of blue army equipment simulation based on isolation thought

2 構(gòu)建相似度評價體系

相似度評價體系基于平臺下各系統(tǒng)戰(zhàn)技指標之上，平臺不一樣，平臺下的二級子系統(tǒng)也不一樣，因而在構(gòu)建相似度評價體系中不具體到每一項分系統(tǒng)，也不具體每一項戰(zhàn)技指標，見圖2，采用模糊化處理。

圖2 相似度評價體系示意圖Fig.2 Similarity evaluation system

在裝備平臺下，通常有若干個二級子系統(tǒng)，二級子系統(tǒng)下通常還有若干三級子系統(tǒng)，而作戰(zhàn)平臺的使命任務決定了各子系統(tǒng)的重要性不一樣，因而可對子系統(tǒng)按關鍵、重要、一般進行區(qū)分。對于戰(zhàn)技指標特征，按照在作戰(zhàn)效能發(fā)揮或基于受體的體驗感中的作用，可分為關鍵、重要、一般戰(zhàn)技指標特征。

在構(gòu)建相似度評價體系中，需要對裝備平臺分系統(tǒng)、戰(zhàn)技指標等分層次分步構(gòu)建，關鍵子系統(tǒng)或戰(zhàn)技指標在藍軍模擬過程中優(yōu)先考慮，相似度計算時重點考慮；重要子系統(tǒng)或戰(zhàn)技指標則需要根據(jù)作戰(zhàn)任務要求在藍軍模擬中進行體現(xiàn)，相似度計算時適當考慮；一般子系統(tǒng)或戰(zhàn)技指標在藍軍模擬過程中視情況而定，相似度計算時選擇性考慮。

在相似度計算時，注重對應關系，比如己方載機性能對敵方載機性能，己方預警雷達對敵方預警雷達，己方掛載武器對敵方掛載武器。在系統(tǒng)中，最底層為戰(zhàn)技指標，考慮其相似度時，也應遵循對應關系。

3 相似度模型

3.1 單特征相似度模型

設A為構(gòu)設裝備，B為原型裝備，二者為模擬和被模擬的關系。根據(jù)相似度原理可以建立如下相似度模型。

1）精確值相似度模型。A與B裝備性能相似度第i個特征所對應的裝備性能參數(shù)值分別為ai、bi，則相似度模型為：

這類模型可以計算兩軍作戰(zhàn)飛機的實用升限、上升性能等特征的相似度。

2）區(qū)間值相似度模型。A與B裝備性能相似度第i個特征所對應的裝備性能參數(shù)取值范圍分別為[ai，bi]和[a′i，b′i]，則相似度模型為：

式中，L為區(qū)間的長度。

這類模型可用于計算兩軍作戰(zhàn)飛機的M數(shù)、機載雷達天線掃描范圍等特征的相似度。

3）枚舉值相似度模型。A與B裝備性能相似度第i個特征所對應的裝備性能參數(shù)取值范圍分別為A[ai1,ai2,…,ain]，B[bi1,bi2,…,bij]，則相似度模型為：

式中，N為裝備性能參數(shù)值的個數(shù)。

這類模型可用于計算兩軍作戰(zhàn)飛機機載雷達掃描寬度選擇中的俯仰、方位等特征的相似度。

4）是非值相似度模型。A與B裝備性能相似度第i個特征取值屬性分別為A′i、B′i，則相似度模型為：

這類模型可用于計算兩軍作戰(zhàn)飛機是否有空中加油等參數(shù)的相似度。

3.2 系統(tǒng)級相似度模型

系統(tǒng)級相似度就是指構(gòu)設裝備模擬映射的藍軍裝備與敵實際的裝備（原型裝備）之間的相似度。通過單特征相似度模型可以計算出N個特征的相似度，由于N個特征的相似度與系統(tǒng)的關聯(lián)性，建立系統(tǒng)的相似度模型為：

系統(tǒng)級相似度模型依據(jù)餅圖原理建立的。系統(tǒng)級相似度不是多個單特征相似度的線性疊加，而是引入了權(quán)重變量，從而使得相似度的精度更高。

4 權(quán)重確定方法

敵軍裝備作戰(zhàn)性能涉及到多個方面，根據(jù)這些性能分解成了n個戰(zhàn)技指標特征，b1、b2、…、bn，例如在模擬映射藍軍的殲擊機時，可以將其分解為實用升限、飛行速度、盤旋性能、水平加速度、上升性能、最大作戰(zhàn)半徑等多個戰(zhàn)技指標特征。根據(jù)作戰(zhàn)任務的不一樣，每一項特征在整個作戰(zhàn)系統(tǒng)中的重要性是不一樣的，從而其所占的權(quán)重也就不一樣。權(quán)重的計算可以通過一致性排序方法確定。

4.1 一致性排序原理

同一上級系統(tǒng)中任意2個子系統(tǒng)Ci,Ck∈C（C為該上級系統(tǒng)所屬的下一級子系統(tǒng)集合）關于模糊概念“重要性”做兩兩比較，規(guī)定：①若Ci比Ck重要，則aik=1，aki=0；②若Ci與Ck同樣重要，則aik=aki=0.5；③若Ck比Ci重要，則aik=0，aki=1。這里aik用于評價系統(tǒng)C關于重要性的定性排序，稱為定性排序標度[18]。于是構(gòu)成二元定性排序度矩陣：

這里，aik僅在0，0.5與1中取值且滿足：

a為二元對比定性排序一致性標度矩陣的充分必要條件是：

a的各行元素值之和Si由大到小排列可確定出屬性集C關于重要性的一致性排序。

4.2 一致性排序方法

邀請專家X1,X2,…,XQ對系統(tǒng)集C={C1,C2,…,Cm}

將a中的各行元素值之和記為：的同一上級系統(tǒng)下任意2個同層子系統(tǒng)進行兩兩評價，按照一致性排序原理分別給出各自的二元對比定性排序一致性標度矩陣Ek(k=1,2,…,Q)，假定專家對排序的重要性相同，從而可以確定各專家Xk(k=1,2,…,Q)對目標集C的一致性排序。設φk(Ci)表示專家Xk(k=1,2,…,Q)對目標集C的一致性排序中位于目標Ci后的目標數(shù)目。記：

則分系統(tǒng)C（ii=1,2,…,m）的對上一層系統(tǒng)的權(quán)重為：

5 用例分析

以日本F-4EJKAI戰(zhàn)斗機和中國臺灣F-5F“虎II”戰(zhàn)斗機為例，用中國臺灣F-5F“虎II”戰(zhàn)斗機映射模擬日本F-4EJKAI戰(zhàn)斗機，計算兩者之間的相似度。主要考察載機性能、主要武器、機載雷達、機載通信、敵我識別器5個二級子系統(tǒng)，最大飛行速度、作戰(zhàn)半徑、轉(zhuǎn)戰(zhàn)航程等15個三級戰(zhàn)技指標特征（或子系統(tǒng)）以及若干個四級戰(zhàn)技指標特征。根據(jù)相似度評價體系的劃分，主要武器、機載雷達為關鍵子系統(tǒng)，敵我識別器為重要子系統(tǒng)，載機性能和機載通信為一般子系統(tǒng)。機載雷達的作用距離、主要武器的射程等為關鍵戰(zhàn)技指標，主要武器的最大速度、載機的最大飛行速度等為重要戰(zhàn)技指標，機載雷達、敵我識別器的工作頻率等為一般戰(zhàn)技指標。

表1、2分別為計算近距空空彈和機載雷達作用距離三級子系統(tǒng)相似度，計算結(jié)果分別用于和服務于主要武器和機載雷達2個二級系統(tǒng)相似度的計算。

表3為系統(tǒng)計算日本F-4EJKAI和中國臺灣F-5F“虎II”兩型戰(zhàn)斗機的二級系統(tǒng)的相似度，邀請5位專家對載機性能、主要武器、機載雷達、機載通信、敵我識別器5個二級子系統(tǒng)的重要性進行兩兩比較，按照一致性排序的方法，確定其權(quán)重，如表4所示。

表1 兩型戰(zhàn)斗機近距空空彈相似度計算表Tab.1 Similarity calculation table for short range air to air missile of two type fighter

表2 兩型戰(zhàn)斗機機載雷達作用距離相似度計算表Tab.2 Similarity calculation table for range of airborne radar of two type fighter

表3 F-4EJKAI與F-5F“虎II”戰(zhàn)斗機二級子系統(tǒng)相似度計算表Tab.3 Similarity calculation table for two level subsystem of two type fighter

表4 F-4EJKAI與F-5F“虎II”戰(zhàn)斗機相似度計算表Tab.4 Similarity calculation table of two type fighter

本文中是從平臺角度上考慮兩型飛機的相似度，而不是根據(jù)作戰(zhàn)任務角度，因而在權(quán)重確定上沒有偏向性。根據(jù)系統(tǒng)級相似度模型，可計算出兩型號戰(zhàn)斗機的相似度。根據(jù)系統(tǒng)級相似度模型式（5）可計算出日本F-4EJKAI與中國臺灣F-5F“虎II”戰(zhàn)斗機相似度δ=72.0%。該計算是基于載機性能、主要武器、機載雷達、機載通信、敵我識別器5個二級子系統(tǒng)，以及若干個3級子系統(tǒng)（或戰(zhàn)技指標特征）和若干4級戰(zhàn)技指標特征，沒有全部考慮兩型飛機的戰(zhàn)技指標特征，加之權(quán)重的確定中人為因素影響，因而F-4EJKAI和F-5F“虎II”兩型戰(zhàn)斗機的實際相似度應小于計算值。但在對抗演習任務中，映射模擬藍軍裝備時，只需要考察其主要戰(zhàn)技指標，這涉及不同任務時實裝映射模擬戰(zhàn)技指標優(yōu)化問題，也就是說不同任務中，各項戰(zhàn)技指標在系統(tǒng)中所占權(quán)重不一樣，權(quán)重小的戰(zhàn)技指標可以忽略不計。在系統(tǒng)相似度式（5）中，權(quán)重小的可以近似為0，這樣可以突出重要戰(zhàn)技指標，簡化訓練問題。因此，雖然相似度的計算值高于實際值，但仍可以作為判定兩型機是否相似的依據(jù)，對藍軍裝備映射模擬具有重要的指導意義。

6 結(jié)束語

在使用己方航空兵裝備模擬映射假想敵的裝備時，首先考慮的是相似度。本文提出了模擬映射敵航空兵藍軍的方法，建立了相似度評價體系，設置了兩級相似度模型，確定了單指標特征在系統(tǒng)中的權(quán)重，從而求得精度較高的系統(tǒng)相似度，解決了藍軍模擬過程中“像不像”的問題，為航空兵裝備是否能模擬映射藍軍找到了依據(jù)，并為構(gòu)建藍軍的思路奠定了基礎。