多模式融合的武器目標(biāo)分配系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)

劉祥雨 朱坤 王剛 郭相科 付強(qiáng) 李騰達(dá)

摘 要：????? 目標(biāo)分配是指揮控制流程中的核心環(huán)節(jié)， 分配模式的優(yōu)化對于提升防空反導(dǎo)作戰(zhàn)能力具有重要意義。 為提高防空反導(dǎo)目標(biāo)分配的魯棒性、? 適用性以及博弈對抗性等作戰(zhàn)性能， 以應(yīng)對當(dāng)前復(fù)雜多變的戰(zhàn)場環(huán)境， 本文提出建立多模式融合的目標(biāo)分配體系結(jié)構(gòu)， 對商用訂單式的服務(wù)模式進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)， 將“派單” “搶單” “搶派單融合”三種模型改進(jìn)定義為軍事模型； 通過使用美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架（Department of Defense Architecture Framework， DoDAF）建立“他分配” “自分配” “他分配與自分配結(jié)合”的新型目標(biāo)分配體系結(jié)構(gòu)； 引入Perti網(wǎng)模型， 構(gòu)建并分析Petri網(wǎng)模型的可達(dá)圖， 通過仿真實(shí)驗(yàn)平臺， 構(gòu)建復(fù)雜作戰(zhàn)場景， 驗(yàn)證了分配策略機(jī)制的可行性。 結(jié)果表明三種策略各具優(yōu)勢， 本文設(shè)計(jì)的多策略結(jié)合在匹配時間、? 成功率以及效用值方面相較傳統(tǒng)的單一策略具有較大優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：???? 目標(biāo)分配; 美國國防部體系架構(gòu)框架; Petri網(wǎng); 他分配; 自分配; 指揮控制; 模型設(shè)計(jì)

中圖分類號：??? ???TJ760

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：??? A

文章編號：??? ?1673-5048（2024）01-0045-13

DOI： 10.12132/ISSN.1673-5048.2023.0086

0 引? 言

隨著網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)、? 馬賽克戰(zhàn)、? 多域戰(zhàn)等新型作戰(zhàn)概念的提出， 以及高性能無人機(jī)、? 攻擊機(jī)、? 彈道導(dǎo)彈等空地武器和遠(yuǎn)距離探測雷達(dá)、? 高精度雷達(dá)、? 天基衛(wèi)星等預(yù)警探測裝備的不斷發(fā)展［1］， 美軍完成打擊鏈閉環(huán)時間從海灣戰(zhàn)爭中的80～101 min已縮短為如今的20 s， 這對防空殺傷網(wǎng)的構(gòu)建和發(fā)展提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)［2］。

傳統(tǒng)的任務(wù)規(guī)劃耗時長， 是加速殺傷過程需要重點(diǎn)補(bǔ)齊的短板， 尤其是面對以秒級進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃的空襲打擊， 有效合理地進(jìn)行武器-目標(biāo)分配， 能夠有效縮短任務(wù)規(guī)劃時間。 在防空反導(dǎo)作戰(zhàn)中， 武器-目標(biāo)分配是指揮控制系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動參數(shù)、? 數(shù)量和地空導(dǎo)彈火力單元數(shù)量、? 性能、? 彈藥資源等， 將目標(biāo)高效分配給不同火力單元攔截， 自動完成目標(biāo)和火力單元的配對過程。 因此武器-目標(biāo)分配作為防空任務(wù)規(guī)劃的核心環(huán)節(jié)， 應(yīng)作為重點(diǎn)問題開展研究［3］。

自Manne于1957年提出武器-目標(biāo)分配（Weapon- Target Assignment， WTA）問題以來， 國內(nèi)外對于WTA的研究較為豐富， 如在李夢杰等梳理的國內(nèi)外目標(biāo)分配模型和算法中， 對國內(nèi)外目標(biāo)分配模型、? 算法及應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)梳理分析［4］， 但是大部分模型和算法偏向“數(shù)學(xué)化”研究， 缺少分配模式的系統(tǒng)化構(gòu)建， 模型和算法無法針對作戰(zhàn)場景發(fā)揮作用。 張維明等針對不確定性突出的現(xiàn)代戰(zhàn)爭， 提出邊緣指揮控制新范式及其新型特征［5］；? 趙國宏提出了構(gòu)建作戰(zhàn)管理系統(tǒng)的需求與構(gòu)想， 指出其主要功能由服務(wù)層、? 網(wǎng)絡(luò)層、? 用戶端共同實(shí)現(xiàn)， 論述了發(fā)展作戰(zhàn)管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)［1］。 以上文獻(xiàn)主要從理論層面分析任務(wù)規(guī)劃模式的特點(diǎn)、? 技術(shù)需求等， 但未建立具體模型， 因此構(gòu)建新型目標(biāo)分配模式具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。 而正在發(fā)展演進(jìn)的依托軍事物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的作戰(zhàn)管理模式， 是實(shí)現(xiàn)全域作戰(zhàn)指揮控制的技術(shù)方法， 其核心仍是作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃。 在國外的研究中， 如美軍在領(lǐng)域?qū)Ｓ玫男「拍钭鲬?zhàn)管理系統(tǒng)： 反導(dǎo)作戰(zhàn)管理指揮控制通信系統(tǒng)（Battle Management， Command， Control and Communications， BMC3）， 用于在“殺傷網(wǎng)”中選擇合適的作戰(zhàn)資源， 構(gòu)成閉合殺傷鏈； 在俄烏沖突中呈現(xiàn)的訂單式打擊仍然依靠的是新型指揮控制系統(tǒng)，? 烏克蘭開發(fā)的“電子敵人（e—Enemy）”情報(bào)眾籌應(yīng)用程序， 為烏克蘭軍方提供了一種自下而上的訂單打擊模式， 烏克蘭民眾可通過該平臺提交俄軍信息（下單）， 烏軍通過平臺接受訂單之后進(jìn)行打擊（服務(wù)）， 隨后進(jìn)行作戰(zhàn)情況的反饋（結(jié)算）； 烏克蘭炮兵作戰(zhàn)管理系統(tǒng)GIS Arta（GIS Art for Artillery）類似“優(yōu)步（Uber）”， 其早期被稱為“目標(biāo)分配網(wǎng)絡(luò)”， 采用服務(wù)器-微型計(jì)算機(jī)-終端架構(gòu)， 和優(yōu)步等打車軟件的訂單式技術(shù)類似， 原理是通過識別并跟蹤定位俄軍目標(biāo)， 選擇射程內(nèi)合適的火炮、? 導(dǎo)彈等打擊力量摧毀作戰(zhàn)目標(biāo)［6］。 新型的作戰(zhàn)管理系統(tǒng)在實(shí)戰(zhàn)中表現(xiàn)不俗， 已然成為作戰(zhàn)的核心樞紐， 尤其是軍用訂單式的打擊模式， 可以為構(gòu)建多種分配模式的目標(biāo)分配系統(tǒng)架構(gòu)提供思路。

針對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀， 分析未來戰(zhàn)爭高對抗性、? 高不確定性和高復(fù)雜性的特點(diǎn)， 研究適應(yīng)性高的目標(biāo)分配方法具有較大的研究需求， 主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1） 現(xiàn)有指揮控制系統(tǒng)在目標(biāo)分配環(huán)節(jié)缺少上下級的交互反饋， 導(dǎo)致分配結(jié)果不符合下級作戰(zhàn)單元的實(shí)際作戰(zhàn)情況， 影響最終的作戰(zhàn)效能。

（2） 現(xiàn)有目標(biāo)分配模式固化單一， 不同的場景輸入產(chǎn)生同樣的結(jié)果輸出， 顯然不符合非線性作戰(zhàn)特點(diǎn)， 確定性的分配方法在不確定性突出的現(xiàn)代作戰(zhàn)中將會導(dǎo)致模型失配甚至崩潰的發(fā)生。 需要研究設(shè)計(jì)能夠針對不同場景、? 不同目標(biāo)適應(yīng)性地選擇不同分配模式的目標(biāo)分配方法， 以提高針對性和適應(yīng)性。

（3） 雖然國外的作戰(zhàn)管理系統(tǒng)已有類似研究， 但其分配機(jī)制仍然單一， 無法適應(yīng)多種作戰(zhàn)場景。 針對空襲方進(jìn)行逆梯度非線性攻擊的作戰(zhàn)特點(diǎn)， 構(gòu)建混合多樣的分配策略非常關(guān)鍵。

針對上述研究需求及目前存在的問題， 本文從概念邏輯出發(fā)， 分析商用訂單匹配的內(nèi)涵機(jī)理， 將商用訂單式的服務(wù)模式機(jī)制（搶單、? 派單、? 搶派單結(jié)合）引入到武器-目標(biāo)分配問題中， 構(gòu)建適應(yīng)復(fù)雜性、? 不確定性突出的作戰(zhàn)場景的“他分配” “自分配” “他分配與自分配結(jié)合”的新型目標(biāo)分配模式［7］； 通過使用美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架（Department of Defence Architecture Framework， DoDAF）建模方法， 設(shè)計(jì)建模步驟， 構(gòu)建多模式融合的目標(biāo)分配系統(tǒng)架構(gòu)， 為模型和算法運(yùn)行求解提供系統(tǒng)支撐［8］； 最后使用Petri網(wǎng)模型建立相應(yīng)的可達(dá)圖并進(jìn)行分析， 驗(yàn)證構(gòu)建模型的合理性和正確性。

1 機(jī)理分析

指揮與控制的定義為“指揮員及指揮機(jī)關(guān)對部隊(duì)作戰(zhàn)或其他行動進(jìn)行掌握和制約的活動”。 在防空反導(dǎo)作戰(zhàn)過程中， 指揮與控制的核心任務(wù)是進(jìn)行目標(biāo)分配， 商用訂單式的任務(wù)分配模式也是一種“指揮控制”形式。 其借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的提高而迅速發(fā)展， O2O商業(yè)模式充分利用互聯(lián)網(wǎng)跨地域、? 無邊界、? 信息融合等優(yōu)勢， 使訂單式服務(wù)快捷方便。 商用訂單式服務(wù)模式， 能夠?yàn)檐娪糜唵问侥繕?biāo)分配模式提供方法思路， 軍事物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展， 為軍用訂單式目標(biāo)分配模式提供了技術(shù)支撐［9］。

商用訂單式任務(wù)分配工作機(jī)理［10］與防空反導(dǎo)目標(biāo)分配模式相類似， 在構(gòu)建本系統(tǒng)架構(gòu)之前， 首先對打車訂單模式的“任務(wù)”“工人” “請求者”“平臺”進(jìn)行遷移轉(zhuǎn)化， 使之適用于軍用訂單模式。 以網(wǎng)約車（如滴滴打車、? Uber）為例， 其任務(wù)分配包括： （1）任務(wù)（Tasks）， 具有時空約束的任務(wù)（如乘客發(fā)出的具有位置和期限要求的訂單請求）被提交給平臺， 為了完成任務(wù)， 工人（司機(jī)）必須移動到任務(wù)要求的位置。 （2）請求者（request）， 向平臺提交任務(wù)需求， 在打車軟件中的請求者則為乘客。 （3）工人（Workers）， 工人（司機(jī)）向平臺提交時空信息， 根據(jù)具體的應(yīng)用程序， 司機(jī)被分配具體訂單（派單）， 也可以自己選擇訂單（搶單）。 （4）平臺（Platform）， 平臺是將乘客訂單與司機(jī)聯(lián)系起來的橋梁， 其核心是根據(jù)算法將乘客訂單分配給合適的司機(jī)、? 匯總司機(jī)訂單執(zhí)行結(jié)果， 為司機(jī)設(shè)置獎勵機(jī)制等［11］。 在目標(biāo)分配模式中， 對這四部分進(jìn)行定義： （1）“任務(wù)”， 表現(xiàn)為攔截空襲目標(biāo)， 保護(hù)我方重要資源及重要地域的安全， 或者配合空中力量攔截?cái)撤娇罩心繕?biāo)以達(dá)成作戰(zhàn)目的。 （2）“請求者”， 預(yù)警探測裝備偵察獲取空襲目標(biāo)信息之后， 上傳至指揮控制中心的目標(biāo)分配模塊。 將預(yù)警探測裝備作為任務(wù)的“擬請求者”， 真正的請求者則為“空襲目標(biāo)”， 但是“空襲目標(biāo)”具備非合作的性質(zhì)， 因此將預(yù)警探測裝備作為此系統(tǒng)架構(gòu)的“請求者”便于分析和理解， 但是不能忽視真正的“請求者”和任務(wù)整體具備非一致性的必然屬性。 （3）“工人”， 表現(xiàn)為火力單元或具備攔截能力的武器系統(tǒng)。 其向“平臺”上傳時空信息， 反饋本級武器裝備、? 作戰(zhàn)環(huán)境及人員情況， 接受“平臺”派單， 或者根據(jù)自身情況參與“搶單”。 （4）“平臺”， 不同于傳統(tǒng)的指揮控制信息系統(tǒng)， 本平臺基于軍事資源物聯(lián)網(wǎng)， 構(gòu)建平臺模式的指揮控制平臺， 其以模型和算法為核心， 內(nèi)含作戰(zhàn)原則及準(zhǔn)則， 將目標(biāo)和武器進(jìn)行適應(yīng)性匹配， 并對作戰(zhàn)結(jié)果進(jìn)行評估分析。

雖然打車訂單匹配問題和武器目標(biāo)分配問題具有諸多共同特征， 最為突出的是兩者“任務(wù)”的不確定性都尤為突出［12］， 前者中乘客發(fā)出訂單請求的時間和空間均具備較強(qiáng)的不確定性， 后者中空襲兵器的來襲方向、? 來襲時間和來襲目標(biāo)類型、? 襲擊目標(biāo)等因素均未知， 在分配過程中需要處理各種時空沖突。 但是兩者的差異仍然存在且明顯， 一是網(wǎng)約車訂單模式中“乘客”發(fā)出訂單后的一段時間內(nèi)， 位置不會有較大變動， 而武器-目標(biāo)分配問題中， 目標(biāo)位置不斷發(fā)生變化， 具備高實(shí)時性特點(diǎn)， 在分配過程中會造成時空沖突， 給任務(wù)分配造成困難， 對分配模式的敏捷性和實(shí)時性提出更高的要求； 二是網(wǎng)約車訂單匹配模式中的各個主體是為完成任務(wù)達(dá)成一致性的合作者， 而武器目標(biāo)分配模式中， 來襲目標(biāo)會通過各種技戰(zhàn)術(shù)手段擺脫防守者的偵獲， “請求者”和“工人”是未達(dá)成一致性的非合作者， 因此將預(yù)警探測裝備作為“擬請求者”， 但是探測跟蹤能力需不斷提高， 才能削弱“非一致性”特點(diǎn)； 三是在網(wǎng)約車訂單模式中， 司機(jī)的位置信息不斷變化， 匹配的實(shí)時性和全局的資源調(diào)配能力需要達(dá)到一定要求［13］， 而在作戰(zhàn)目標(biāo)分配模式中， 火力單元的位置信息在有限時間內(nèi)不會發(fā)生變化， 但是其彈藥資源有限， 在分配過程中應(yīng)考慮彈藥資源的消耗。

打車訂單系統(tǒng)中針對大區(qū)域內(nèi)的各種客戶需求， 為客戶提供適應(yīng)性的乘車服務(wù)， 其針對大區(qū)域場景的適應(yīng)性和針對性值得借鑒， 因此本文構(gòu)建區(qū)域大場景聯(lián)合防空作戰(zhàn)的問題背景， 在場景構(gòu)建中來襲目標(biāo)復(fù)雜多樣： （1）威脅度低但是數(shù)量極大， 占用指揮控制及探測資源的無人機(jī)蜂群； （2）一定數(shù)量的巡航導(dǎo)彈以及高性能戰(zhàn)斗機(jī)； （3）起到體系核心作用的預(yù)警機(jī)以及電子偵察機(jī)。 同時設(shè)置多種功能防空武器以及傳感器： （1）地面近程、? 中近程、? 中程和遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈； （2）空中各型攔截武器； （3）天基預(yù)警平臺、? 空中預(yù)警平臺、? 地面預(yù)警雷達(dá)。 敵方從多方向來襲， 各個防空武器系統(tǒng)在關(guān)鍵保衛(wèi)目標(biāo)部署。

指揮與控制可以分為三種模式， 分別為任務(wù)式（他組織）、? 事件式（自組織）和自組織與他組織相結(jié)合的指揮控制模式［14］， 本文首先將搶單、? 派單和搶派單融合的匹配思路引入到指揮控制模式之中， 隨后將三者指揮控制模式有機(jī)融合。

1.1 基于任務(wù)式指揮的目標(biāo)分配模式

在Uber的派單模式中， 一個訂單只發(fā)送給一個司機(jī)， 司機(jī)在響應(yīng)時間之后如果拒絕接單， 則再發(fā)送給另一個司機(jī)， 直到司機(jī)接單為止。 此模式在全局進(jìn)行分單， 能夠在整體上考慮三方利益， 有利于達(dá)到全局最優(yōu)［15］。 其派單模式的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

“任務(wù)式”的指揮控制方式類似于搶單的任務(wù)分配模式。 任務(wù)式指揮是指揮控制的方式之一， 是一種自上而下的指揮控制模式， 如圖2所示。 在“任務(wù)式”指揮控制模式中， 下級根據(jù)“任務(wù)”隨即自主作戰(zhàn)， 不需要“步步聽令”， 避免“無令難行”， 減少了作戰(zhàn)過程中的冗余指揮控制行為， 賦予下級指揮員極大的自主性， 在實(shí)施過程中， 表現(xiàn)為上級通過“命令”向下級明確作戰(zhàn)任務(wù)， 而完成任務(wù)的具體方法， 由下級指揮員根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢自行實(shí)施。

根據(jù)打車派單模式的匹配機(jī)制， 構(gòu)建防空反導(dǎo)指揮控制系統(tǒng)的“任務(wù)式”目標(biāo)分配模式， 如圖3所示。 在網(wǎng)約車派單系統(tǒng)中， 乘客根據(jù)需求在平臺發(fā)出訂單請求，

而在防空作戰(zhàn)中， 將預(yù)警資源作為“訂單”請求方， 向區(qū)域級指揮控制平臺發(fā)送任務(wù)請求， 指揮控制中心與網(wǎng)約車派單平臺的功能相似， 是整個派單系統(tǒng)的“大腦”， 通過核心算法， 將作戰(zhàn)任務(wù)和戰(zhàn)術(shù)單元進(jìn)行匹配， 將司機(jī)的“工作范圍”表征為戰(zhàn)術(shù)單元的“作戰(zhàn)責(zé)任范圍”， 戰(zhàn)術(shù)單元指揮控制其火力單位， 完成分配任務(wù)。

此分配模式主要針對大規(guī)模復(fù)雜場景下， 作戰(zhàn)對象較多， 戰(zhàn)場信息量巨大， 區(qū)域級平臺對來襲目標(biāo)進(jìn)行分類， 由于目標(biāo)數(shù)量巨大且類型多樣， 對大部分目標(biāo)， 區(qū)域級指揮控制平臺無法逐一下達(dá)精細(xì)化任務(wù)， 可通過下達(dá)粗粒度指揮命令給戰(zhàn)術(shù)級單元、? 前線指揮所、? 空中預(yù)警平臺等， 戰(zhàn)術(shù)單元、? 預(yù)警機(jī)等中間指揮控制節(jié)點(diǎn)將作戰(zhàn)任務(wù)逐步分解， 進(jìn)而控制所屬武器抗擊目標(biāo)； 對于高時敏目標(biāo)、? 高威脅目標(biāo)等， 也可直接控制相應(yīng)的火力節(jié)點(diǎn)， 通過穿越式的指揮控制模式， 下達(dá)精細(xì)的目標(biāo)分配任務(wù)。

1.2 基于事件式指揮的目標(biāo)分配模式

事件式指揮與任務(wù)式指揮相反， 是一種自下而上的指揮控制方式， 由于上級指揮員和一線指揮員所處的層級不同， 即便通信技術(shù)不斷更新， 兩者之間仍存在必然的時空差異， 在作戰(zhàn)過程中， 戰(zhàn)爭迷霧對上級的指揮控制造成較大干擾， 突發(fā)事件需要一線指揮員現(xiàn)場緊急決策， 如果繼續(xù)通過“任務(wù)式”的指揮方式， 往往錯過戰(zhàn)機(jī)， 增加不必要的指揮控制流程， 因此事件式的指揮方式在信息量紛繁復(fù)雜、? 戰(zhàn)場態(tài)勢瞬息萬變的現(xiàn)代化作戰(zhàn)中， 也是一種重要的指揮控制模式。 其原理如圖4所示。

在防空作戰(zhàn)中， 面對隱身目標(biāo)、? 超低空目標(biāo)等空襲武器， 往往需要一線指揮員現(xiàn)場決策， 特別是在一線火力節(jié)點(diǎn)的作戰(zhàn)任務(wù)中， 事件式指揮也成為處理戰(zhàn)爭不確定性的重要方式。 通過圖5流程圖對比分析， 可以看出事件式指揮方式在處理突現(xiàn)高時敏目標(biāo)中的重要作用。

通過流程圖分析， 當(dāng)遇到突現(xiàn)高時敏實(shí)時性目標(biāo)時， 如果選擇任務(wù)式指揮模式（等待上級分配任務(wù)目標(biāo)）， 要比事件式指揮模式多兩到三個處理步驟， 往往會延誤射擊窗口， 因此在目標(biāo)分配模式的構(gòu)建中， 自下而上的事件式指揮模式也是重要手段。

此分配模式主要針對作戰(zhàn)對象數(shù)量以及類型存在諸多不確定性因素、? 戰(zhàn)爭迷霧較多的作戰(zhàn)場景， 在空防協(xié)同作戰(zhàn)中， 空中力量發(fā)現(xiàn)超低空等空襲目標(biāo)時， 可將目標(biāo)信息傳至同級的地面火力單元進(jìn)行火力協(xié)同； 地面防空力量發(fā)現(xiàn)突現(xiàn)的超低空突防目標(biāo)時， 也可在有限時間內(nèi)引導(dǎo)空中力量探測攔截目標(biāo)， 通過空地協(xié)同或自主發(fā)現(xiàn)目標(biāo)進(jìn)行制導(dǎo)攔截； 也可針對作戰(zhàn)目標(biāo)數(shù)量較多， 如無人機(jī)蜂群攻擊， 飽和巡航導(dǎo)彈攻擊等， 指揮控制系統(tǒng)無法對目標(biāo)進(jìn)行逐個分配， 可將目標(biāo)清單下達(dá)給合適的多個執(zhí)行節(jié)點(diǎn)， 執(zhí)行節(jié)點(diǎn)根據(jù)本節(jié)點(diǎn)情況自主搶單進(jìn)行攔截。

1.3 結(jié)合式的目標(biāo)分配模式

面對空天進(jìn)攻力量的體系化以及進(jìn)攻手段的多維化， 防空反導(dǎo)指揮控制系統(tǒng)目標(biāo)分配模式也隨之不斷豐富， 以應(yīng)對各種作戰(zhàn)場景。 目標(biāo)分配模式的多類型融合， 不是將“任務(wù)式”指揮模式和“事件式”指揮模式進(jìn)行簡單的堆砌， 而是將兩者進(jìn)行有機(jī)融合， 并且能夠根據(jù)不同的作戰(zhàn)場景進(jìn)行快速轉(zhuǎn)換， 充分發(fā)揮他組織和自組織指揮模式的優(yōu)勢。

在目前網(wǎng)約車的派單模式中， 以Uber為代表的派單和以滴滴為代表的搶單成為主要的訂單分配模式。 在滴滴的搶單模式中， 一個訂單被分給多個司機(jī)， 司機(jī)可以根據(jù)自己的喜好和當(dāng)前的自身情況接受訂單或者拒絕訂單， 多個司機(jī)去搶一個訂單， 提高了訂單的匹配效率， 但是搶單的這種匹配模式， 將司機(jī)、? 平臺和乘客三者的利益平衡向司機(jī)傾斜， 不利于整體最優(yōu)。 Uber的派單模式進(jìn)行全局派單， 但是增大了二次派單的風(fēng)險， 一旦司機(jī)拒絕接單， 需要進(jìn)行重新派單， 降低了匹配效率， 因此可以通過設(shè)置拒單懲罰， 來降低司機(jī)的拒單概率［16］。

搶單和派單各有優(yōu)劣， 派單有利于平臺對全局進(jìn)行整體調(diào)配， 搶單有利于司機(jī)結(jié)合自身當(dāng)前情況考慮是否接受訂單。 在防空作戰(zhàn)的目標(biāo)分配中， 將搶派單模式進(jìn)行改進(jìn)， 既充分發(fā)揮各火力節(jié)點(diǎn)的主動性， 也兼顧了上級的作戰(zhàn)意圖， 避免了上下層級由于時空壁壘而帶來的影響。 通過將搶派單結(jié)合的方式可以構(gòu)建“他組織與自組織結(jié)合”的目標(biāo)分配模式， 如圖6所示。

此分配模式既考慮了上下級的信息交互反饋， 又兼顧了分配結(jié)果的局部最優(yōu)和全局最優(yōu)， 是較為穩(wěn)健的分配策略。 不同于“搶單”和“派單”兩種分配機(jī)制的強(qiáng)針對性， 結(jié)合式的分配方式適用于大部分非極端作戰(zhàn)場景， 即來襲目標(biāo)數(shù)量非極端、? 目標(biāo)威脅度非極端， 能夠起到較為穩(wěn)健的分配效果。

2 多模式融合的目標(biāo)分配系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

2.1 模型設(shè)計(jì)步驟

基于美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架（DoDAF）的建模方法在軍事領(lǐng)域已有諸多研究， 結(jié)合文獻(xiàn)［17-24］， 以及呂衛(wèi)民等［25］對國內(nèi)外基于DoDAF建模的相關(guān)技術(shù)和研究成果進(jìn)行的梳理概括， 本文主要通過作戰(zhàn)視點(diǎn)構(gòu)建目標(biāo)分配系統(tǒng)模型， 具體開發(fā)步驟如下。

步驟一： 首先通過總體描述， 在頂層角度分析復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境下防空反導(dǎo)多模式融合的目標(biāo)分配模式機(jī)理和功能需求， 以圖形為載體制作高層作戰(zhàn)概念模型， 構(gòu)建OV-1；

步驟二： 細(xì)化防空反導(dǎo)目標(biāo)分配系統(tǒng)的功能， 從而結(jié)合部隊(duì)的實(shí)際情況建立組織關(guān)系圖， 以說明指揮關(guān)系， 構(gòu)建OV-4；

步驟三： 根據(jù)防空反導(dǎo)作戰(zhàn)中多模式融合的目標(biāo)分配流程， 構(gòu)建OV-5；

步驟四： 在OV-5的基礎(chǔ)上， 詳細(xì)描述作戰(zhàn)過程中信息動態(tài)的時序邏輯， 構(gòu)建OV-6c；

步驟五： 根據(jù)作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)的作戰(zhàn)狀態(tài)變化情況， 構(gòu)建OV-6b， 對OV-5進(jìn)行補(bǔ)充［26］。

2.2 多模式融合的目標(biāo)分配系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)

基于對“任務(wù)式”“事件式” “任務(wù)式和事件式結(jié)合”的目標(biāo)分配模式的機(jī)理分析， 發(fā)現(xiàn)三種分配模式各有針對性， 該系統(tǒng)模型將從上述的五個開發(fā)步驟， 設(shè)計(jì)出能將三種模式有機(jī)融合的多模式目標(biāo)分配系統(tǒng)， 以應(yīng)對不同的作戰(zhàn)環(huán)境， 從而提高系統(tǒng)的適應(yīng)性。

2.2.1 高級作戰(zhàn)概念圖

OV-1描述了系統(tǒng)架構(gòu)與環(huán)境之間的交互關(guān)系， 以及架構(gòu)與外部系統(tǒng)之間的交互， 其目的是在頂層快速描述體系結(jié)構(gòu)的背景及功能。 在本模型中， OV-1是對多模式融合的目標(biāo)分配系統(tǒng)應(yīng)對復(fù)雜空襲環(huán)境下的一種頂層圖形描述。 宏觀描述了多種分配模式融合的目標(biāo)分配系統(tǒng)在防空作戰(zhàn)中的作戰(zhàn)過程以及分配流程。 其高層作戰(zhàn)概念圖如圖7所示。

2.2.2 組織關(guān)系圖OV-4

組織關(guān)系圖顯示了組織結(jié)構(gòu)以及組織互動， 從而明確各個組織之間的指揮控制關(guān)系、? 協(xié)作關(guān)系、? 監(jiān)督關(guān)系等。 在本模型中， 指揮控制節(jié)點(diǎn)作為目標(biāo)分配的核心樞紐， 將傳感器節(jié)點(diǎn)的預(yù)警、? 監(jiān)視及探測跟蹤信息進(jìn)行綜合處理， 為火力節(jié)點(diǎn)提供任務(wù)清單攔截?cái)?shù)據(jù)， 同時對傳感器節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)出引導(dǎo)指令， 各火力節(jié)點(diǎn)互相協(xié)作， 進(jìn)行組網(wǎng)作戰(zhàn)。 各組織在作戰(zhàn)活動中的順序和資源交互用OV-4描述， 如圖8所示。

2.2.3 作戰(zhàn)活動模型（OV-5b）

作戰(zhàn)活動描述了作戰(zhàn)活動之間的交互關(guān)系， 以及模型與所建模型范圍之外的交互活動。 根據(jù)目標(biāo)分配各個作戰(zhàn)活動之間的信息輸入輸出關(guān)系， 構(gòu)建作戰(zhàn)活動模型（OV-5b）， 如圖9所示。 可以看出， 對于特定訂單可直接對火力節(jié)點(diǎn)進(jìn)行指派， 對于部分訂單則下達(dá)至戰(zhàn)術(shù)級目標(biāo)分配模塊進(jìn)行精細(xì)指揮控制； 戰(zhàn)術(shù)級目標(biāo)分配模塊有普單推薦和急單指派兩種處理方式， 具體分配活動將在OV-6中描述； 除了預(yù)警探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的來襲目標(biāo)外， 對于隱身目標(biāo)、? 超低空目標(biāo)等突現(xiàn)目標(biāo)， 火力節(jié)點(diǎn)對其進(jìn)行直接打擊， 進(jìn)行“自組織”作戰(zhàn)。

2.2.4 作戰(zhàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換描述（OV-6b）

OV-6b是描述作戰(zhàn)活動中各作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)改變狀態(tài)來響應(yīng)各種事件的圖形方法， 用以補(bǔ)充OV-5b無法充分描述的作戰(zhàn)活動的關(guān)鍵順序和時間安排。 本模型通過劃分區(qū)域級、? 戰(zhàn)術(shù)級和火力節(jié)點(diǎn)三個作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)， 將多模式的目標(biāo)分配活動進(jìn)行清晰描述， 如圖10所示。

2.2.5 作戰(zhàn)事件跟蹤模型（OV-6c）

OV-6c提供特定場景下資源流的時間序列， 本模型通過序列圖描述復(fù)雜防空作戰(zhàn)場景下多模式的目標(biāo)分配所要完成的作戰(zhàn)活動及時間順序， 如圖11所示。

通過完成上述具體建模步驟， “他組織”“自組織”“自組織和他組織融合”的三種指揮范式較好融入該目標(biāo)分配模型中， 從區(qū)域級平臺到戰(zhàn)術(shù)級平臺， 主要是任務(wù)責(zé)任的區(qū)分， 區(qū)域級平臺接收到預(yù)警探測系統(tǒng)的訂單請求， 此時的任務(wù)時敏特征并不突出， 主要進(jìn)行群目標(biāo)的粗粒度指揮控制， 如遇到高價值目標(biāo)， 如彈道導(dǎo)彈、? 高性能隱身轟炸機(jī)等， 需要直接精細(xì)指派相應(yīng)的火力節(jié)點(diǎn)進(jìn)行攔截； 戰(zhàn)術(shù)級平臺將訂單分類， 由于此階段目標(biāo)的時敏特征更加突出， 戰(zhàn)術(shù)級平臺與火力節(jié)點(diǎn)的通信鏈路中間環(huán)節(jié)少， 能夠滿足信息傳輸和態(tài)勢反饋要求， 此時以直接派單為主， 進(jìn)行精細(xì)化指揮控制。 以上分配活動表現(xiàn)“他組織”的指揮方式。

對于突現(xiàn)的來襲目標(biāo)， 上級并未獲得預(yù)警組織提供的預(yù)警信息， 火力節(jié)點(diǎn)首先組織進(jìn)行跟蹤攔截， 同時上報(bào)上級， 體現(xiàn)“自組織”的指揮方式。

區(qū)域級平臺對訂單進(jìn)行批量匹配， 并預(yù)測后續(xù)有無共同匹配的目標(biāo)， 之后根據(jù)目標(biāo)函數(shù)設(shè)置閾值， 將訂單推薦符合閾值條件的多個戰(zhàn)術(shù)級平臺， 這種分配模式體現(xiàn)了“任務(wù)式”指揮的思想。 戰(zhàn)術(shù)級平臺在有限時間內(nèi)根據(jù)訂單參數(shù)的實(shí)時更新， 結(jié)合本級具體情況， 給出執(zhí)行意愿度， 并且每單位時間內(nèi)更新一次意愿度， 最終形成匹配清單， 體現(xiàn)“事件式”指揮的思想。 在戰(zhàn)術(shù)級平臺處理任務(wù)清單中， 如遇到復(fù)雜場景， 戰(zhàn)場信息量超過戰(zhàn)術(shù)級平臺的指揮控制容量， 戰(zhàn)術(shù)級平臺則將分配到的訂單清單按照訂單“重要度”的處理順序分配給符合要求的多個火力節(jié)點(diǎn)， 體現(xiàn)“他組織”的指揮方式， 多個火力節(jié)點(diǎn)根據(jù)裝備、? 人員、? 環(huán)境等自行給出執(zhí)行意愿度， 體現(xiàn)“自組織”的指揮方式， 區(qū)域級-戰(zhàn)術(shù)級-火力節(jié)點(diǎn)目標(biāo)分配活動體現(xiàn)了“他組織和自組織融合”的指揮方式。

3 多模式融合的目標(biāo)分配系統(tǒng)模型求解

3.1 問題描述

基于平臺進(jìn)行訂單處理式的任務(wù)分配能夠根據(jù)目標(biāo)特性、? 各個火力單元自身情況、? 全局空情態(tài)勢等進(jìn)行沖突消解， 完成目標(biāo)分配。 本文假設(shè)共有M個火力節(jié)點(diǎn)參與作戰(zhàn)， 面對D個來襲目標(biāo)， 保護(hù)L個價值為V的要地。

3.2 問題定義

目標(biāo)tr={T， K， U}， Ti={Stimei， Etimei}表示訂單處理耗時， {Stimei， Etimei}中Stimei表示發(fā)起者發(fā)出訂單請求時刻， Etimei表示執(zhí)行者開始執(zhí)行訂單任務(wù)時刻， Stimei≤Etimei； K={Kmatchi， Krejecti}表示任務(wù)匹配及拒絕概率， 其中Kmatchi表示任務(wù)i的匹配概率， Krejecti表示任務(wù)i被拒絕概率， Ui={u1， u2， u3}表示訂單緊急程度， u1表示急單或者專單， 一般為彈道導(dǎo)彈、? 預(yù)警機(jī)、? 高性能隱身轟炸機(jī)等， u2表示普單， 一般為直升機(jī)、? 戰(zhàn)斗機(jī)、? 巡航導(dǎo)彈等， u3表示蜂群或者飽和式訂單， 一般為無人機(jī)蜂群， （超）飽和式巡航導(dǎo)彈攻擊等。

3.3 優(yōu)化函數(shù)設(shè)計(jì)

定義目標(biāo)被成功攔截概率為P， 目標(biāo)威脅值為W， J表示作戰(zhàn)收益， 該收益既考慮了任務(wù)價值， 同時考慮任務(wù)成本， 成本損耗為X， 則預(yù)期的作戰(zhàn)收益為

J∞J（W， P， X; T， i， j， k）（1）

式中： T為作戰(zhàn)時間域； i， j， k分別為任務(wù)參數(shù)標(biāo)號。

3.4 目標(biāo)攔截可行性約束

對于任意作戰(zhàn)單元w及分配給w的來襲目標(biāo)集合Tw， 將Tw的序列表示為Tr（Tw）， 代表了作戰(zhàn)單元對來襲目標(biāo)實(shí)施攔截的時間順序。 作戰(zhàn)單元對每個來襲目標(biāo)完成攔截的時間t（w， tr）需滿足式（2）：

t（w， tr）≤Ft（tr）（2）

式中： Ft（tr）表示目標(biāo)tr攔截任務(wù)最遲完成時間。

有效攔截任務(wù)集（Effective Interception Task Set， ETS）。 當(dāng)且僅當(dāng)式（3）的條件成立時， 攔截任務(wù)集合Tw被稱為作戰(zhàn)單元w的有效任務(wù)集合， 即

trj∈Tw， t（w， trj）≤Ft（trj）（3）

如果有效攔截任務(wù)集合Tw的任意超集都不是有效攔截任務(wù)集合時， 則此Tw為極大有效攔截任務(wù)集（Extremely Effective Interception Task Set， EETS）。

給定作戰(zhàn)單元集合W和來襲目標(biāo)集合Tr， 攔截任務(wù)分配S由眾多〈w， ETS（w）〉構(gòu)成， 例如S={〈w1， ETS（w1）〉， 〈w2， ETS（w2）〉， …， 〈wn， ETS（wn）〉}。 定義S.Tr為分配給所有作戰(zhàn)單元的攔截任務(wù)集合， 即S.Tr=∪w∈WTw。 在模型中表示為攔截任務(wù)分配矩陣S， 其元素sij取值如式（4）所示。

sij=1 來襲目標(biāo)trj分配給作戰(zhàn)單元wi0 其他 （4）

3.5 策略選擇準(zhǔn)則

（1） 派單策略

當(dāng)遇到高價值、? 高威脅、? 高時敏目標(biāo)， 上級指揮員做出針對性處理， 具體處理為將來襲目標(biāo)直接指派給有攔截能力的執(zhí)行單元， 以達(dá)到任務(wù)的快速處理、? 快速執(zhí)行， 緩解空襲壓力， 其策略函數(shù)如下：

在滿足條件的火力單元集合中通過算法選擇最大化目標(biāo)函數(shù)的火力單元， 形成攔截任務(wù)分配矩陣S， 其中ci為作戰(zhàn)單元火力通道數(shù)目， ai為作戰(zhàn)單元剩余攔截?cái)?shù)目， t（wi， trj）為火力單元i攔截目標(biāo)j完成時間， Ft（trj）為目標(biāo)j最遲被完成攔截的時間， sij為目標(biāo)分配矩陣的元素， 其由作戰(zhàn)單元與來襲目標(biāo)計(jì)算得出， W為作戰(zhàn)單元集合， Tr為來襲目標(biāo)集合。

（2） 搶單策略

當(dāng)來襲目標(biāo)為超飽和目標(biāo)， 如果仍按照派單策略進(jìn)行處理， 將占用大量的指揮控制資源， 則可以采用搶單策略， 一方面減少上級指揮控制壓力， 將目標(biāo)分派給多個執(zhí)行節(jié)點(diǎn)， 執(zhí)行節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前自身情況進(jìn)行“搶單”， 另一方面可減少該單的被拒絕概率， 避免二次派單。

假設(shè)一個訂單trj發(fā)送給M個執(zhí)行單元， 那么該訂單被接受的概率為

則N個u3類型的任務(wù)訂單的匹配率可以表示為

（3） 搶派單融合策略

搶派單融合策略將派單策略與搶單策略的優(yōu)勢進(jìn)行結(jié)合， 首先將待分配目標(biāo)分配給多個執(zhí)行節(jié)點(diǎn)， 多個執(zhí)行節(jié)點(diǎn)對目標(biāo)執(zhí)行意愿進(jìn)行打分， 在滿足執(zhí)行意愿度閾值dth的執(zhí)行節(jié)點(diǎn)集合內(nèi)， 進(jìn)行派單處理， 一方面既滿足和考慮了執(zhí)行節(jié)點(diǎn)自身情況， 提高匹配概率， 另一方面兼顧了全局效益。 一般通過此策略對u2等級的目標(biāo)進(jìn)行處理， 因此需要考慮全局效益與訂單匹配率的關(guān)系。 定義系統(tǒng)效用函數(shù)：

L=J－λKrejectall（9）

其中： J代表平臺全局收益； Krejectall代表訂單被拒絕概率。 由于訂單被拒絕概率越大， 訂單需要重新進(jìn)行分配的概率越大， 耗用時間越長， 對我方保衛(wèi)目標(biāo)的威脅也就越大， 給防守帶來較大損失。 因此認(rèn)為， 訂單被拒絕概率與系統(tǒng)效用函數(shù)成反比， 并引入系數(shù)λ調(diào)節(jié)全局與局部效益在效用函數(shù)中所占用的比重。

3.6 評估指標(biāo)

不同的分配策略具有不同的特點(diǎn)， 需要針對不同場景、? 空襲目標(biāo)特性等針對性地選擇訂單處理策略。 為了分析每種策略的優(yōu)勢， 設(shè)定處理時間T、? 匹配成功率Kmatch、? 全局收益L三個指標(biāo)對三種分配策略進(jìn)行評估。

首先通過T=Etime－Stime， 在簡單場景下計(jì)算三種策略完成訂單匹配的時間， 其結(jié)果如圖12所示。

由圖可以看出， 派單策略對于目標(biāo)的處理時間最短， 搶派單結(jié)合策略其次， 搶單策略所耗費(fèi)的時間最長， 這是由于搶單將目標(biāo)分配給多個執(zhí)行單元之后， 需要多個執(zhí)行單元根據(jù)人員、? 武器裝備、? 作戰(zhàn)環(huán)境等對目標(biāo)進(jìn)行評估， 進(jìn)而決定是否接受目標(biāo)， 而派單將目標(biāo)通過直通式的方式指派給對應(yīng)的執(zhí)行節(jié)點(diǎn)， 節(jié)省中間環(huán)節(jié)和過程。

通過式（6）， 隨機(jī)設(shè)置執(zhí)行節(jié)點(diǎn)的拒絕概率， 計(jì)算三種策略下目標(biāo)的匹配率， 其結(jié)果如圖13所示。

分析結(jié)果可以看出， 搶單策略的匹配成功率最高， 搶派單結(jié)合策略其次， 派單策略最低。 由于搶單是將目標(biāo)分配給多個執(zhí)行節(jié)點(diǎn)， 最終根據(jù)執(zhí)行節(jié)點(diǎn)的意愿程度進(jìn)行最終的分配， 其匹配率遠(yuǎn)比派單要高。

通過L=J－λKrejectall來計(jì)算三種策略的效用值， 其結(jié)果如圖14所示。

這里將λ設(shè)置為0.3。 從結(jié)果能夠看出， 搶派單結(jié)合策略兼顧了派單和搶單的優(yōu)勢， 隨著目標(biāo)的增多， 優(yōu)勢更加明顯。 在目標(biāo)數(shù)目較少時， 派單策略比搶單策略的效用值大， 但是隨著目標(biāo)數(shù)目的增多， 派單策略的優(yōu)勢逐漸減弱。

分析上述評估結(jié)果， 每種策略都各有利弊。 （1）派單策略能夠?qū)崿F(xiàn)上級指揮控制平臺將高時敏、? 高威脅目標(biāo)直接指派給執(zhí)行火力單元， 減少了下級火力單元搶單以及訂單流轉(zhuǎn)的時間， 目標(biāo)匹配的時間相對較短。 同時對高威脅目標(biāo)的執(zhí)行火力單元， 其性能較為先進(jìn)， 武器彈藥價值相對較高， 彈藥資源數(shù)量以及武器裝備情況上級相對掌握， 出現(xiàn)目標(biāo)與執(zhí)行單元失配情況的概率相對較小， 但是如果應(yīng)對一般的空襲目標(biāo)， 仍采用派單的方式， 不僅會消耗大量的指揮控制資源， 容易出現(xiàn)派單失配問題， 二次派單的概率相對較高， 因此對于高威脅價值目標(biāo)， 需要將權(quán)力控制在上級指揮控制平臺中。 采用派單策略， 既能夠?qū)崿F(xiàn)盡遠(yuǎn)攔截， 充分利用射擊窗口， 縮短指揮控制時間， 同時相應(yīng)的執(zhí)行火力單元信息上級掌握較為清晰， 避免了目標(biāo)失配問題的出現(xiàn)。 （2）搶單策略能夠?qū)⒛繕?biāo)預(yù)先分配給多個執(zhí)行節(jié)點(diǎn)， 各個執(zhí)行節(jié)點(diǎn)根據(jù)一線作戰(zhàn)情況給出執(zhí)行意愿度， 并向上級反饋?zhàn)鲬?zhàn)態(tài)勢， 提高了目標(biāo)的匹配成功率， 將一定的決策權(quán)力下放給下級單位， 也減少了上級的指揮控制壓力。 但是其耗時相對較長， 如果面對高時敏、? 高威脅目標(biāo)， 一旦錯過射擊窗口， 將對防守方造成極大的威脅。 因此針對蜂群目標(biāo)、? 飽和式巡航導(dǎo)彈等空襲目標(biāo)， 采用搶單的策略， 既能提高目標(biāo)的匹配成功率， 還能減輕上級指揮控制平臺的決策壓力。 （3）搶派單結(jié)合策略將派單和搶單的優(yōu)勢結(jié)合， 平衡了全局效益和局部效益。 雖然其匹配速度不及派單策略， 匹配成功率不及搶單策略， 但是對于射擊窗口較長、? 目標(biāo)數(shù)量一般的目標(biāo)， 其將匹配時間和匹配成功率兩方面因素充分考慮， 通過系統(tǒng)效用函數(shù)分析， 采用此種策略能夠獲得較好的效果。

4 基于Petri網(wǎng)的系統(tǒng)正確性驗(yàn)證

DoDAF為系統(tǒng)建模提供了重要的方法理論， 對模型正確性及有效性分析至關(guān)重要， 直接影響作戰(zhàn)效果。 由于Petri網(wǎng)能夠?qū)?gòu)建模型進(jìn)行有效驗(yàn)證［27］， 本文采用Petri網(wǎng)對OV-6b模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換， 如圖15所示， 各Petri網(wǎng)模型對應(yīng)的可達(dá)圖如圖16所示， Petri網(wǎng)模型中庫所和變遷的含義如表1所示， 從而對多模式融合的目標(biāo)分配系統(tǒng)概念模型進(jìn)行分析驗(yàn)證。 由于國內(nèi)外對于Petri網(wǎng)模型的構(gòu)建方法已有諸多研究［28-30］， 這里不做具體介紹。

從可達(dá)圖中可以分析由OV-6c轉(zhuǎn)換的Petri網(wǎng)模型的特性： （1）Petri網(wǎng)模型是有界的、? 安全的， 在可達(dá)圖中沒有出現(xiàn)n； （2）各Petri網(wǎng)模型中的標(biāo)識是可達(dá)的； （3）各Petri網(wǎng)模型不存在死鎖， 模型可達(dá)圖中出度為0的葉節(jié)點(diǎn)分別為M1-4，? M2-4，? M3-4， 且

從可達(dá)圖中也能夠分析Petri網(wǎng)模型中存在的沖突。 在區(qū)域級任務(wù)管理平臺中， M1-0標(biāo)識會同時觸發(fā)兩個轉(zhuǎn)移t1-1和t1-2， 分別達(dá)到M1-3和M1-2， 由于來襲目標(biāo)的種類不同， 需要根據(jù)威脅程度、? 緊急程度及目標(biāo)價值等對來襲目標(biāo)進(jìn)行分類， 從而給予不同的處理； M1-2標(biāo)識也會同時觸發(fā)兩個轉(zhuǎn)移t1-3和t1-4， 分別達(dá)到M1-2和M1-3。 在任務(wù)分配過程中， 如果逐個對來襲目標(biāo)進(jìn)行逐一分配， 將極大浪費(fèi)系統(tǒng)資源， 并且由于前期區(qū)域級任務(wù)分配中， 來襲目標(biāo)距離較遠(yuǎn)， 具體意圖尚不清晰， 因此對來襲目標(biāo)分批匹配， 如預(yù)測無后續(xù)目標(biāo)， 則進(jìn)行打包處理， 如有后續(xù)目標(biāo)則繼續(xù)進(jìn)行批量匹配。 這類沖突一方面可由相關(guān)的算法解決， 另一方面也可由指揮員根據(jù)預(yù)警探測信息憑借作戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)解決。

M2-2標(biāo)識會同時觸發(fā)兩個轉(zhuǎn)移t2-2和t2-3， 分別達(dá)到M2-1和M2-3。 由于目標(biāo)、? 環(huán)境以及防守方的裝備人員情況不斷變化， 來襲目標(biāo)群在未到達(dá)分配終線前， 可以進(jìn)行多次意愿度評價以及排序， 目的是到達(dá)分配終線時， 任務(wù)分配情況更符合實(shí)時戰(zhàn)場環(huán)境。 由于在作戰(zhàn)過程中， 空襲目標(biāo)需要到達(dá)其武器火力攻擊半徑才能產(chǎn)生威脅， 因此該沖突會隨著來襲目標(biāo)的飛臨而解決。 標(biāo)識M2-3會同時觸發(fā)兩個轉(zhuǎn)移t2-4和t2-5而到達(dá)M2-4。 任務(wù)配對清單完成后， 執(zhí)行相關(guān)任務(wù)的戰(zhàn)術(shù)級目標(biāo)分配模塊需要對任務(wù)進(jìn)行處理， 由于上級是以任務(wù)清單的形式下發(fā)的， 一個任務(wù)可能含有多個目標(biāo)或多個目標(biāo)群， 在戰(zhàn)術(shù)層級， 來襲目標(biāo)的實(shí)時性和意圖性更加突出， 需要對任務(wù)進(jìn)行精細(xì)分解， 根據(jù)不同目標(biāo)特性對其細(xì)粒度指揮控制， 從而有急單指派和普單推薦兩種處理方式， 這類沖突同樣可由相關(guān)的分配算法或者指揮員的作戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)來解決。

綜上分析， 由OV-6b模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到的Petri網(wǎng)模型是可達(dá)、? 有界且具有活性的網(wǎng)， 在實(shí)行過程中存在的沖突是能夠化解的， 由此也能夠判斷所構(gòu)建模型的合理性和正確性。

5 仿真驗(yàn)證

5.1 作戰(zhàn)想定設(shè)置

本文設(shè)定紅藍(lán)對抗的區(qū)域防空作戰(zhàn)場景， 在該場景下分析不同威脅程度下目標(biāo)的分類結(jié)果， 并針對結(jié)果使用不同的分配策略， 以達(dá)到最優(yōu)的分配方案。

5.1.1 藍(lán)方場景

（1） 藍(lán)方企圖

藍(lán)方在紅方沿海區(qū)域集結(jié)強(qiáng)大?？毡?， 不斷挑起軍事沖突， 向紅方挑釁。 其?？哲娮鲬?zhàn)企圖為： 憑借局部?？哲姳?yōu)勢， 利用戰(zhàn)斗機(jī)、? 轟炸機(jī)、? 精確制導(dǎo)武器等對紅方機(jī)場、? 指揮控制中心、? 防空陣地等戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)施多方向、? 多批次、? 飽和式打擊， 削弱紅方作戰(zhàn)力量。

（2）? 主要兵力構(gòu)成

藍(lán)方展開空襲時， 首先發(fā)射巡航導(dǎo)彈、? 無人機(jī)群打擊紅方機(jī)場與防空力量， 并消耗紅方的彈藥資源， 隨后發(fā)射彈道導(dǎo)彈打擊重要戰(zhàn)略節(jié)點(diǎn)， 集結(jié)戰(zhàn)斗機(jī)、? 轟炸機(jī)等在巡航導(dǎo)彈、? 無人機(jī)蜂群及預(yù)警機(jī)的掩護(hù)和支持下， 突防紅方縱深， 利用空地導(dǎo)彈等打擊紅方戰(zhàn)略目標(biāo)。 其兵力構(gòu)成如表2所示。

5.1.2 紅方場景

（1） 紅方企圖

紅方區(qū)域防空力量作戰(zhàn)企圖為， 集中地面、? ?；α慷糁扑{(lán)方空襲， 保衛(wèi)紅方重要目標(biāo)， 粉碎藍(lán)方作戰(zhàn)企圖， 迫使其接收紅方和平談判。 紅方作戰(zhàn)兵力在區(qū)域空防基地指揮部統(tǒng)一指揮下協(xié)同展開防空作戰(zhàn)行動， 作戰(zhàn)企圖為， 以點(diǎn)防空、? 面防空相結(jié)合， 重點(diǎn)攔截藍(lán)方高價值、? 高威脅目標(biāo)， 各軍兵種協(xié)同配合進(jìn)行聯(lián)合防空作戰(zhàn)， 阻止藍(lán)方實(shí)施空襲。

（2） 保衛(wèi)要地?cái)?shù)據(jù)

在區(qū)域空防基地指揮部統(tǒng)一指揮下， 重點(diǎn)防御紅方戰(zhàn)略目標(biāo)， 對藍(lán)方空襲單位實(shí)施攔截。 紅方戰(zhàn)略目標(biāo)位置如表3所示。

（3） 紅方兵力編成

紅方主要以地面防空兵為主， 配屬遠(yuǎn)程、? 中遠(yuǎn)程、? 近程各型地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)， 能夠?qū)崿F(xiàn)對各類型空襲兵器的攔截。 其兵力結(jié)構(gòu)如表4所示。

5.2 仿真分析

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)策略的合理性， 本文對不同威脅等級進(jìn)行相應(yīng)的策略處置， 分析分配結(jié)果及攔截效果。

5.2.1 態(tài)勢分析

本實(shí)驗(yàn)仿真均在一臺CPU3.50 GHz， 16G RAM計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺上進(jìn)行仿真計(jì)算。

戰(zhàn)前態(tài)勢信息如圖17所示。

推演過程中， 紅方根據(jù)目標(biāo)威脅等級信息、? 設(shè)定的作戰(zhàn)原則準(zhǔn)則等， 通過三種分配策略對目標(biāo)進(jìn)行不同的分配處理。 其中作戰(zhàn)推演過程如圖18所示。

5.2.2 推演結(jié)果分析

根據(jù)該場景下目標(biāo)的威脅等級、? 緊急程度、? 目標(biāo)價值等因素， 目標(biāo)等級及目標(biāo)分派策略如表5～6所示。

通過分析推演結(jié)果， 證明了邏輯概念模型的合理性以及分配機(jī)制的實(shí)用性， 解決了不同目標(biāo)適用的分配機(jī)制問題。 但是后續(xù)需要針對不同的策略機(jī)制設(shè)計(jì)不同的目標(biāo)分配模型以及目標(biāo)分配算法， 以達(dá)到通過相應(yīng)策略實(shí)現(xiàn)目標(biāo)分配的最優(yōu)化。

6 結(jié) 束 語

武器目標(biāo)分配是防空反導(dǎo)指揮控制系統(tǒng)的重要組成部分， 建立多模式融合的目標(biāo)分配體系結(jié)構(gòu)對于提高防空反導(dǎo)指揮控制系統(tǒng)應(yīng)對不同作戰(zhàn)場景的適應(yīng)性和魯棒性具有重要意義， 也為建立新型的目標(biāo)分配方式提供了新思路。 其主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1） 將傳統(tǒng)確定性的目標(biāo)分配系統(tǒng)優(yōu)化為能夠根據(jù)戰(zhàn)場環(huán)境調(diào)整分配策略的多策略分配系統(tǒng)， 具備一定的適應(yīng)性。

（2） 打破傳統(tǒng)分配系統(tǒng)上下級信息交互壁壘， 通過多模式融合的目標(biāo)分配系統(tǒng)， 能夠加強(qiáng)上下級信息交互能力， 提高戰(zhàn)場信息的利用率。

（3） 提高組網(wǎng)作戰(zhàn)能力， 傳統(tǒng)的目標(biāo)分配系統(tǒng)僅僅依靠自身信息進(jìn)行解算， 缺乏與作戰(zhàn)單元之間的信息交互。 多模式的目標(biāo)分配通過訂單處理的方式提高各作戰(zhàn)單元的協(xié)同攔截能力。

（4） 為多域多維防空反導(dǎo)作戰(zhàn)資源的一體化運(yùn)用提供解決思路， 基于搶派單模式的訂單分配方法能夠協(xié)同多平臺作戰(zhàn)， 具備處理大場景時空沖突的能力。

本文將商業(yè)搶派單模式轉(zhuǎn)化為軍用訂單匹配模式， 通過對商業(yè)搶單、? 派單和搶派單三種任務(wù)分配模式分析理解， 進(jìn)而將其適應(yīng)性轉(zhuǎn)化為具有“他組織”“自組織”“他組織與自組織結(jié)合”的新型指揮控制范式思想的目標(biāo)分配模式， 使用DoDAF2.0視圖產(chǎn)品建立多模式融合的目標(biāo)分配系統(tǒng)概念模型， 結(jié)合體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， 主要從作戰(zhàn)視點(diǎn)進(jìn)行描述， 建立了多模式融合的目標(biāo)分配體系結(jié)構(gòu)作戰(zhàn)視點(diǎn)模型視圖， 通過構(gòu)建由作戰(zhàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的Petri網(wǎng)模型及相應(yīng)可達(dá)圖， 驗(yàn)證本文所建模型的合理性和正確性。

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Model Design of Weapon Target Assignment System

Based on Multi-Mode Fusion

Abstract： Target assignment is the core part in the command and control process， and the optimization of the allocation mode is of great significance for improving the air defense and anti-missile combat capability. In order to improve the robustness， applicability， game antagonism and other combat performance of air defense and anti-missile target allocation， so as to cope with the current complex and changeable battlefield environment， this paper proposes the target allocation architecture establishment of multi-mode fusion， and adaptively improve the commercial order-type service mode. The improvement of three kinds of dispatching models， that are “dispatching order” “grabbing order” and “dispatching- grabbing order fusion”， are defined as military models. By using the US department of defense architecture framework （DoDAF） to establish a new target allocation architecture of “other allocation” “self-allocation”and “combination of other allocation and self-allocation”. With the introduction of Perti net model， the reachable map of Petri net model is constructed and analyzed. Through the simulation experiment platform， the complex combat scenario is constructed to verify the feasibility of the distribution strategy mechanism. The results show that each of the three strategies has its own advantages. The multi-strategy combination designed in this paper has greater advantages than the traditional single strategy in matching time， success rate and utility value.

Key words： weapon target assignment； US department of defense architecture framework； Petri net; other allocation; self-allocation; command and control; model design