基于OODA的艦艇編隊防空體系作戰(zhàn)效能評估研究

汪浩

(中國人民解放軍92941部隊，遼寧 葫蘆島 125001)

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭模式逐步從以“平臺”為中心發(fā)展成以“網(wǎng)絡(luò)”為中心[1-2]，各種傳感器、情報處理系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)以及武器裝備通過網(wǎng)絡(luò)互連共享形成作戰(zhàn)體系[3]。因此，著眼于未來水面艦艇編隊防空需要，新型艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)在多平臺信息共享的基礎(chǔ)上具有協(xié)同防空反導(dǎo)作戰(zhàn)能力，加大了對空作戰(zhàn)縱深，提高了體系的反應(yīng)速度，解決了艦空導(dǎo)彈的殺傷區(qū)受制于單制導(dǎo)平臺威力限制的問題[4-5]，對空中來襲目標(biāo)，尤其是低空掠海反艦導(dǎo)彈可實施“超視距”打擊，同時也提升了新型艦空導(dǎo)彈在復(fù)雜電磁環(huán)境中的抗干擾能力。

艦艇編隊協(xié)同防空反導(dǎo)體系可以使編隊內(nèi)的水面艦艇構(gòu)成一個多功能、多層次、全方位、大范圍的防御體系，充分發(fā)揮其作戰(zhàn)效能，形成較強的編隊防空反導(dǎo)作戰(zhàn)能力[6-8]。艦艇編隊協(xié)同防空反導(dǎo)體系的作戰(zhàn)效能是衡量其完成防空反導(dǎo)任務(wù)能力的基本依據(jù)，因此，協(xié)同防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)效能評估應(yīng)基于整個作戰(zhàn)過程。

1 艦艇編隊協(xié)同防空反導(dǎo)體系典型作戰(zhàn)想定和作戰(zhàn)流程

1.1 艦艇編隊協(xié)同防空反導(dǎo)體系典型作戰(zhàn)想定

艦艇編隊在海上執(zhí)行任務(wù)過程中，敵方預(yù)警機發(fā)現(xiàn)我方艦艇編隊，指揮敵方艦艇和飛機對我方艦艇編隊進(jìn)行攔截，同時敵方電子干擾機掩護戰(zhàn)斗機對我方艦艇編隊實施導(dǎo)彈攻擊，我方編隊則對敵方飛機和導(dǎo)彈進(jìn)行探測并實施干擾和攔截。

1.2 基于OODA的艦艇編隊協(xié)同防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)流程分析

水面艦艇防空作戰(zhàn)涉及多個系統(tǒng)、多個領(lǐng)域，具有系統(tǒng)復(fù)雜、協(xié)同難度大等特點。美國陸軍上校約翰·包以德提出了觀察-判斷-決策-行動(observe，orient，decide，act,OODA)環(huán)理論，該理論對體系作戰(zhàn)行動整個過程進(jìn)行抽象，能夠較為清晰地描述整個防空體系作戰(zhàn)行動的全過程[9]。利用OODA環(huán)理論[10-11]分析艦艇防空作戰(zhàn)流程，明確作戰(zhàn)各階段需要完成的任務(wù)，可以將復(fù)雜的防空作戰(zhàn)問題簡單化、模塊化，進(jìn)而有針對性地進(jìn)行作戰(zhàn)效能研究。

(1) 觀察：編隊內(nèi)各平臺預(yù)警雷達(dá)開展預(yù)警探測，并通過通信數(shù)據(jù)鏈將目標(biāo)的探測信息傳輸?shù)骄庩爟?nèi)協(xié)同處理單元，形成統(tǒng)一戰(zhàn)場態(tài)勢；編隊內(nèi)協(xié)同處理單元實時接收編隊內(nèi)各艦艇平臺的工作狀態(tài)、位置與速度信息，明確編隊內(nèi)各平臺的分布及特征。

(2) 判斷：編隊指控系統(tǒng)根據(jù)空情態(tài)勢，按照作戰(zhàn)準(zhǔn)則，對艦隊指控系統(tǒng)下達(dá)作戰(zhàn)準(zhǔn)備，進(jìn)行編隊防空隊形展開；當(dāng)發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)處來襲飛機或?qū)?，編隊指控系統(tǒng)依托對空態(tài)勢，按照作戰(zhàn)準(zhǔn)則和編隊隊形，對來襲目標(biāo)實時做出威脅判斷。

(3) 決策：在觀察、判斷基礎(chǔ)上，指揮員進(jìn)行統(tǒng)一的任務(wù)分配和資源配置，為編隊內(nèi)各艦艇指控系統(tǒng)分配作戰(zhàn)任務(wù)。

(4) 行動：艦艇指控系統(tǒng)根據(jù)編隊指控系統(tǒng)下達(dá)的作戰(zhàn)任務(wù)，對艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)下達(dá)目標(biāo)指示，協(xié)同處理單元對交戰(zhàn)全過程進(jìn)行監(jiān)控，并根據(jù)需要規(guī)劃與協(xié)調(diào)傳感器和制導(dǎo)平臺等資源的使用。協(xié)同處理單元通過數(shù)據(jù)鏈獲取艦艇編隊中各傳感器目標(biāo)原始信息，當(dāng)艦艇平臺遭到電子戰(zhàn)飛機干擾時，協(xié)同處理單元可以利用各艦艇平臺雷達(dá)對目標(biāo)的被動交叉定位信息，形成統(tǒng)一的制導(dǎo)信息場，送導(dǎo)彈武器系統(tǒng)進(jìn)行射擊諸元解算，控制導(dǎo)彈發(fā)射完成火力打擊；當(dāng)接力制導(dǎo)時，由協(xié)同處理單元選擇制導(dǎo)平臺并向編隊指控系統(tǒng)提出指定接班制導(dǎo)雷達(dá)請求，編隊指揮發(fā)送指令完成制導(dǎo)平臺的交班。當(dāng)一次攔截過程結(jié)束后，各作戰(zhàn)單元對目標(biāo)毀傷效果進(jìn)行評估和二次攔截可行性判斷，并將結(jié)果上報編指。

利用OODA環(huán)理論分析單艦防空作戰(zhàn)流程[10]，觀察、判斷、決策和行動4個階段雖然相互關(guān)聯(lián)但是相對獨立，而艦艇編隊體系作戰(zhàn)流程復(fù)雜性和協(xié)同難度較之增大很多。在艦艇編隊體系作戰(zhàn)的行動階段，單艦可能完成了不止一次OODA過程，首先得到艦隊指控系統(tǒng)分配的作戰(zhàn)目標(biāo)，進(jìn)行判斷，根據(jù)來襲目標(biāo)情況對自身火力進(jìn)行分配，屬于決策階段，而作戰(zhàn)單元完成對空火力打擊任務(wù)屬于行動階段；當(dāng)需要接力制導(dǎo)時，由協(xié)同處理單元選擇制導(dǎo)平臺并向編隊指控系統(tǒng)提出指定接班制導(dǎo)雷達(dá)請求，編隊指揮需再次進(jìn)行判斷決策發(fā)送指令完成制導(dǎo)平臺的交班。

2 艦艇編隊防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)任務(wù)剖面及功能要求

艦艇編隊防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)效能評估主要結(jié)合編隊防空反導(dǎo)體系特點和作戰(zhàn)運用模式，利用敵我雙方對抗結(jié)果體現(xiàn)艦艇編隊防空反導(dǎo)體系完成規(guī)定任務(wù)的能力[12]。水面艦艇編隊防空作戰(zhàn)能力是指編隊在海上作戰(zhàn)中，依靠編隊自身所攜帶的兵力兵器對空中來襲的飛機和導(dǎo)彈等目標(biāo)進(jìn)行抗擊、規(guī)避的能力[7]。因此，水面艦艇編隊防空作戰(zhàn)目的是：通過攔截敵方飛機和導(dǎo)彈或者采取規(guī)避，保護我方艦艇等重要目標(biāo)安全。

根據(jù)編隊內(nèi)艦艇協(xié)同作戰(zhàn)的不同目的，協(xié)同作戰(zhàn)應(yīng)用模式大致可以分成超低空防空反導(dǎo)作戰(zhàn)模式、協(xié)同接力制導(dǎo)模式和協(xié)同抗干擾模式3種。進(jìn)行艦艇編隊防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)能力評估指標(biāo)體系構(gòu)建時先要進(jìn)行體系作戰(zhàn)任務(wù)剖面及功能要求梳理，如表1所示。

表1 艦艇編隊防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)任務(wù)剖面及功能要求

(1) 階段劃分：在艦艇編隊防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)效能評估分析時，針對具體作戰(zhàn)模式，將整個作戰(zhàn)行動劃分為作戰(zhàn)準(zhǔn)備、戰(zhàn)斗實施、兵力撤收3個主要階段，在具體戰(zhàn)斗實施階段再利用基于OODA模型的作戰(zhàn)流程進(jìn)行子階段劃分。

(2) 建立主要任務(wù)：可以比較清楚地表述各個階段的主要作戰(zhàn)任務(wù)。

(3) 功能要求：對應(yīng)各階段主要任務(wù)提出具體功能要求。

3 艦艇編隊協(xié)同防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)體系構(gòu)建

進(jìn)行作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)體系構(gòu)建時，首先確立指標(biāo)構(gòu)建原則，然后對各階段主要任務(wù)提出的功能要求，即單項效能指標(biāo)進(jìn)行分析，結(jié)合單項效能指標(biāo)，建立體系的作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)。

3.1 構(gòu)建原則

(1) 指標(biāo)體系要具有系統(tǒng)性、完整性和層次性，上層指標(biāo)由下層指標(biāo)聚合得來，確保最底層指標(biāo)可以通過定性或定量方式度量[13]。

(2) 體系作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)體系必須是在完整的作戰(zhàn)過程中建立起來的，要體現(xiàn)對抗性。

3.2 單項效能指標(biāo)構(gòu)建

從典型作戰(zhàn)流程分析，艦艇編隊協(xié)同防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)能力主要和以下6個單項效能指標(biāo)緊密相關(guān)：預(yù)警探測能力、指揮控制能力、艦艇機動能力、火力打擊能力、電子防御能力、毀傷效果評估能力。如圖1所示。

圖1 單項效能評估指標(biāo)體系

3.3 體系作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)

艦艇編隊協(xié)同防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)可從4個層次來進(jìn)行分析。第1層是體系分系統(tǒng)的能力度量；第2層是體系的單項效能度量；第3層次是體系不同階段的效能度量；第4層是體系作戰(zhàn)效能。如圖2所示。在體系中，上層指標(biāo)都由其下層指標(biāo)聚合而來，最終體系作戰(zhàn)效能是各作戰(zhàn)階段效能的加權(quán)和。

4 艦艇編隊防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)效能評估模型

先利用層次分析法(analytic hierarchy process,AHP)-指數(shù)法對單項效能進(jìn)行評估，然后根據(jù)表1劃分的各作戰(zhàn)行動階段，分別求得各階段作戰(zhàn)效能，最終對各個階段作戰(zhàn)效能進(jìn)行加權(quán)和得到完整的體系作戰(zhàn)效能。

4.1 基于AHP-指數(shù)法的單項效能評估模型

(1) 構(gòu)造判斷矩陣

采用層次分析法[12-14]，對影響某個單項效能的能力要素兩兩比較量化，形成判斷矩陣為

(1)

(2) 判斷矩陣的一致性檢驗[12]

2) 根據(jù)表2，查找N對應(yīng)的隨機一致性指標(biāo)RI；

表2 隨機一致性指標(biāo)表[12]

圖2 艦艇編隊協(xié)同防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)

當(dāng)CR<0.10，判斷矩陣一致性可接受。

(3) 確定權(quán)重[13]

根據(jù)判斷矩陣CNN求得最大特征值和其對應(yīng)的特征向量(w1，w2，…，wN-1，wN)，該特征向量即為影響該單項效能的各能力要素的權(quán)重；如果CR≥0.10，則說明判斷矩陣一致性不好，重新調(diào)整兩兩比較值，直到矩陣一致性可接受為止。

(4) 最底層能力度量規(guī)范化

對于最底層能力度量，采用裝備試驗訓(xùn)練歷史數(shù)據(jù)，綜合集成專家經(jīng)驗判斷給出，通過比較國外同類裝備能力，對作戰(zhàn)使用裝備能力進(jìn)行規(guī)范化，將其轉(zhuǎn)換為一個無量綱的相對值。

(5) 利用指數(shù)法進(jìn)行評估[13-15]

利用規(guī)范化的能力度量和權(quán)重系數(shù)進(jìn)行指數(shù)評估

(2)

式中：Xi代表影響某個單項效能的第i項能力度量；N代表影響某個單項效能的能力度量的數(shù)量；l代表修正系數(shù)；wi為根據(jù)第i項能力度量的權(quán)重系數(shù)，表示該能力要素對某個單項效能的貢獻(xiàn)大小。

4.2 基于分階段的艦艇編隊防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)效能綜合評估

根據(jù)圖2所示的體系作戰(zhàn)效能指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)，整個作戰(zhàn)任務(wù)劃分為6個階段，因此某一作戰(zhàn)模式下艦艇編隊防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)效能為

(3)

式中：Sqi為第i階段體系作戰(zhàn)效能；Wqi為第i階段體系作戰(zhàn)效能指標(biāo)權(quán)重。

根據(jù)指數(shù)法計算模型，指數(shù)法評估用“耦合聯(lián)接”方法[15]將各單項效能關(guān)聯(lián)成一個整體，如果是串聯(lián)關(guān)系，Sqi用式(4)表示；如果是并聯(lián)關(guān)系，Sqi用式(5)表示。

(4)

(5)

式中：Js表示第i階段有串聯(lián)關(guān)系的功能要求即單項效能數(shù)；Jp表示第i階段有并聯(lián)關(guān)系的功能要求即單項效能數(shù)；Iij表示第i階段要求的第j個單項效能。

5 編隊協(xié)同反導(dǎo)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估實例

本文以某現(xiàn)役艦艇編隊作為評估實例，對裝備底層能力度量規(guī)范化時，利用公開資料中得到的美國艦艇編隊能力進(jìn)行對比，各類權(quán)重系數(shù)由AHP方法結(jié)合專家評估數(shù)據(jù)得到。

5.1 單項效能評估結(jié)果

單項效能的底層能力度量規(guī)范化時采用類比計算方法，選擇美國艦艇編隊能力作為類比的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為一個無量綱的相對值，如果沒有獲得美國艦艇編隊能力中相對應(yīng)的指標(biāo)值，則用1表示相應(yīng)的規(guī)范化指標(biāo)值。

由4.1所示步驟，根據(jù)專家評估數(shù)據(jù)給出預(yù)警探測能力Ade、指揮控制能力Aco、火力打擊能力Afi、艦艇機動能力Amo、電子防御能力Ael、毀傷效果評估能力Aes等單項效能的判斷矩陣如式(6)～(11)，6項單項效能的評估結(jié)果見表3～8。

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

表3 預(yù)警探測能力評估結(jié)果

表4 艦艇機動能力評估結(jié)果

表5 指揮控制能力評估結(jié)果

表6 火力打擊能力評估結(jié)果

表7 電子防御能力評估結(jié)果

表8 艦艇毀傷效果評估能力評估結(jié)果

5.2 體系作戰(zhàn)效能綜合評估結(jié)果

根據(jù)4.2節(jié)式(4)和(5)，得到不同階段體系作戰(zhàn)效能。

Spa=Ide·Imo·Ico=0.697 8,Sob=Ide·Ico=0.837 4，Sor=Imo·Ico·Ies=0.618 4，Sde=Ico=0.890 6，Sac=Ico·(Ifi+Iel)=1.453 8，Spa=Ide·Imo·Ico=0.697 8.

對6個階段體系作戰(zhàn)效能指標(biāo)權(quán)重選用(0.01,0.245,0.245,0.245,0.245,0.01)，根據(jù)式(3)得到在該算例給出的作戰(zhàn)模式下艦艇編隊防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)效能為：Sp=0.945 0。

6 結(jié)束語

本文提出了基于OODA作戰(zhàn)過程的艦艇編隊協(xié)同防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)體系構(gòu)建方法，突出體系作戰(zhàn)效能是由作戰(zhàn)過程中的具體行動和體系中的裝備效能等因素共同決定的。并且面向各作戰(zhàn)階段利用AHP-指數(shù)法構(gòu)建了艦艇編隊協(xié)同防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)效能綜合評估模型，最后通過實例驗證了方法的可行性，可以為艦艇編隊協(xié)同防空作戰(zhàn)效能評估開展提供支撐。