基于作战环的综合型武器装备体系贡献度评估方法

谢晓阳，陈轶迪，赵晓宁，杨 健，喻 涛

基于作战环的综合型武器装备体系贡献度评估方法

谢晓阳，陈轶迪，赵晓宁，杨 健，喻 涛

（中国运载火箭技术研究院，北京，100076）

针对体系作战下兼具侦察、指控、火力等多种功能的综合型武器装备的发展论证需求，提出一种面向多种作战任务基于作战环的装备体系贡献度评估方法。根据武器装备作战使命与任务，构建装备体系贡献度评估框架；阐述装备实体层向装备模块功能层的抽象关系，提出基于作战环的装备模块功能层作战体系网络模型与装备体系贡献度计算方法；面向多种作战任务，构建综合型武器装备体系贡献度表达形式及综合评估模型。以察打一体导弹为例进行分析，结果表明：该方法构建的模型可行且有效，可体现综合型武器装备多种功能集成的特点，能够为评估装备在体系中的贡献度提供方法支撑。

作战体系；贡献度评估；综合型武器装备；作战环；多任务

0 引 言

随着体系作战的发展，装备建设的体系特征更加明显，必须从体系角度衡量武器装备对于体系整体作战能力的贡献程度和地位髙低，并以此作为武器装备论证、研制和使用的基本依据[1,2]。装备对作战体系的贡献度评估正是顺应体系化时代要求、推进武器装备体系化建设发展与作战运用的一项重要举措，对军队武器装备成体系优化发展具有重大现实意义[3]。

随着军事技术的飞速发展和不断应用，作战体系中的装备呈现出功能多样、数量精简、实战应用的趋势，兼具侦察、指控、火力、干扰等多种功能于一体的综合型武器装备建设需求日益迫切。综合型武器装备加入作战体系后能够承担多样化的作战任务，利于开展体系协同作战[4,5]，同时可以精简型谱系列构成，减少装备之间不必要的功能重叠，提髙装备作战管理和维护保障的效率。

基于作战环的装备体系评估方法[6,7]是装备体系贡献度评估方面最具有代表性的研究方法，其结合OODA（Observation、Orientation、Decision、Action，OODA）理论[8]，充分考虑了武器装备体系中装备的多样性以及装备之间复杂的关联关系，从作战能力、体系结构和任务支撑等多个维度对武器装备体系的贡献度进行评估和分析，评估的结果更加科学全面[3]。然而，该方法默认单个装备的功能是单一不变的[9,10]，并将单个装备归类为侦察（S）、决策（D）、影响（I）3类节点中的某一类进行建模。综合型武器装备具备多种典型功能，不再满足建模的基本条件。文献中提出当某个装备具备多种典型功能时，可以将其分别抽象为多个不同类型的节点，但并没有给出通用性的建模方法[9]。针对上述问题，考虑到综合型武器装备必须适应多种作战任务的需求，本文提出了一种基于作战环、面向多样化作战任务的综合型武器装备体系贡献度评估方法。

1 装备体系贡献度评估方法

1.1 面向多任务的评估框架

未来战争中武器装备需承担多样化的作战任务，武器装备论证面向作战，遵循“任务需求-能力需求-能力指标-任务评估”的论证过程[11~13]。武器装备体系贡献度评估就是评估装备能力满足多样化任务的程度，评估框架如图1所示。

图1 评估框架

武器装备体系贡献度评估步骤如下：

a）根据装备作战使命，分解形成装备具体作战任务集合；

b）面向单一作战任务，基于作战环进行作战网络建模和体系贡献度计算；

c）针对作战任务集合中各项作战任务，逐个计算装备的体系贡献度，形成面向多种作战任务的体系贡献度集合；

d）分析体系贡献度集合，进行装备体系贡献度综合评估。

1.2 基于作战环的装备体系贡献度计算

1.2.1 装备分层描述

装备是体系作战的实体，目前在基于复杂网络理论对作战体系进行建模时，将作战体系中的装备抽象为侦察、决策、攻击3类节点已经基本达成了共识[14~16]。然而，综合型装备具备多种功能，如察打一体导弹具有目标侦察、火力打击等功能；预警机具有侦察、指控等功能；干扰弹具有信息支援、火力打击等功能。针对综合型装备建模，如果简单地表示为某一类节点，则对其评价不够全面；如果表示为二类或三类节点，则作战网络将形成双向有环图，不符合作战环通过信息和能量交互相互配合构成武器装备体系这一主要特征。

为适应综合型武器装备建模，提出装备层与实体域向装备功能层与功能域的抽象方法。装备层表示装备实体，可以是单一型武器装备或综合型武器装备；装备功能层表示装备模块，其从功能上属于且仅属于侦察、决策、攻击三类之一。

基于此，单一型武器装备可直接抽象为该功能对应的装备模块；综合型装备可抽象为若干虚拟的装备模块，若干虚拟的装备模块可物化为综合型装备，如图2所示。装备1是单一型武器装备，其可抽象为装备模块1；装备2是综合型武器装备，可抽象为装备模块2、装备模块3。

图2 装备分层描述

1.2.2 作战网络建模

作战网络建模主要构建装备体系形式化模型，由于装备功能层中的功能模块节点属于且仅属于侦察、决策、攻击3类中的某一类，适用于基于复杂网络的建模方法。用网络中的节点表示装备模块，用节点之间的边表示装备模块之间的关系。

式中a为装备节点的数目。

式中b为装备模块节点的数目。

装备模块间关系的集合为ArcW，主要包括T-S、S-D、D-I、I-T、S-S、D-D６种边，

式中c为装备模块间关系的数目。

装备体系网络化模型可以表示为

1.2.3 体系贡献度计算

基于作战环建模，目前体系贡献度评估指标大致可以分为3大类：a）基于对目标的影响能力；b）基于作战环的数量变化；c）基于作战过程的信息熵。本文采用第3类中的基于自信息量的装备体系贡献度评估方法[9]。

为全面分析综合型武器装备及装备各功能的体系贡献度，记：

1.3 面向多任务的装备体系贡献度计算

武器装备面向多样化作战任务，尤其综合型武器装备的主要特点是多任务适应性。因此装备的体系贡献度并不是单一的数值，而是一组数值，即一个装备在面向每一个任务时都具有其贡献度。

1.4 装备体系贡献度综合评估

武器装备体系贡献度评估的目的是辅助装备发展论证。在综合型武器装备发展规划中，决策者希望获取尽可能全面的信息，在了解单个装备的贡献度的同时，获得每项功能的贡献度。

根据分析，装备对体系的贡献度不是单一的值，而是随不同的任务发生变化的。为了合理地对装备体系贡献度进行排序，将装备的体系贡献度表示为

类似的，可计算出综合型武器装备火力、侦察、指控等单类功能的贡献度，进而为功能间的综合权衡提供依据。

2 算例分析

为更加直观地展示本文提出的基于作战环的装备体系贡献度评估方法，以察打一体导弹为例，对单任务场景下的体系贡献度计算和多任务场景下的体系贡献度综合评估进行分析。

2.1 单任务场景分析

察打一体导弹是典型的综合型武器装备，具备侦察和火力打击双重功能，导弹飞行全程通过高精度制导命中并毁伤目标，同时在飞行中段和末段对目标进行侦察定位并将信息回传至指控中心。

以典型反舰作战想定进行分析：天波超视距雷达、侦察卫星、预警机对敌方目标进行侦察并将目标信息传回地面指控中心，地面指控中心进行信息处理与分析，分别指挥空中、地面进行反舰作战；空中由预警机指挥轰炸机发射空射反舰导弹；地面发射察打一体导弹，在命中目标前将目标探测信息发送至地面指控中心，由地面指控中心控制发射陆基反舰导弹。

根据作战想定梳理参战装备，共有察打一体导弹和预警机2个综合型武器装备、天波超视距雷达等5个单一型武器装备，建立装备与装备模块的抽象关系。装备及功能分解如表1所示。

表1 装备及功能分解

Tab.1 Equipment and Function Abstraction

装备装备模块 天波超视距雷达SW1_S 侦察卫星SW2_S 地面指控中心SW3_D 预警机MW1_S MW1_D 察打一体导弹MW2_S MW2_I 陆基反舰导弹SW5_I 空射反舰导弹SW4_I

在装备模块层，根据作战信息流和能量流，进行作战网络建模，如图3所示，T1为目标。

图3 反舰作战模型

将有无某装备时作战体系效能之差与原作战体系效能的比值作为衡量某装备体系贡献度的评估指标。首先计算作战体系的作战效能，移除察打一体导弹后，计算其体系贡献度；逐个移除陆基反舰导弹、空射反舰导弹后，分别计算二者的体系贡献度，如表2所示。

表2 反舰作战装备体系贡献度

Tab.2 Weapon Equipment Contribution Rate of Anti-ship Task

装备体系贡献度装备模块体系贡献度 察打一体导弹12.05%侦察功能3.76% 火力功能8.29% 陆基反舰导弹8.68%火力功能8.68% 空射反舰导弹7.27%火力功能7.27%

由表2可知，相比于陆基反舰导弹和空射反舰导弹等单一火力打击功能的导弹，察打一体导弹具有更高的体系贡献度，分别提高了38.82%和65.75%。然而，仅从火力打击角度来讲，三型装备的贡献基本相当。这是符合作战实际的，敌方舰船通常采用电磁静默、功率管控等手段提高其生存能力，通过导弹近实时探测，可提升探测信息的维度和时效性，为体系作战提供更多贡献。

2.2 多任务场景分析

设想第1波次火力突击、多波次火力打击、遭受打击后的反击、信息支援作战4种作战任务，分析察打一体导弹进行多种作战任务下的体系贡献度。计算得到4种作战任务下的装备体系贡献度，如表3所示。

表3 多任务下的装备体系贡献度

Tab.3 Weapon Equipment Contribution Rate of Mulit-tasks

作战任务装备体系贡献度火力功能体系贡献度侦察功能体系贡献度 第1波次火力突击9.87%9.87%0% 多波次火力打击11.02%8.65%2.37% 遭受打击后的反击13.54%8.784.76% 信息支援作战12.63%3.87%8.76% 平均值11.77%7.79%3.97% 最大值13.54%9.87%8.76% 最小值9.87%3.87%0%

从表3可看出：a）在外部信息保障弱的情况下，如遭受打击后的反击作战，察打一体导弹具有较高的贡献度，因为其同时具备侦察和打击功能，仅需要较少的外部信息支持，即可实现作战闭环；b）执行第1波次火力突击任务时，目标信息可以由侦察系统较好地保障，察打一体导弹侦察功能并不进入作战环路，存在侦察功能贡献度为0的情况；c）火力功能在所有任务中都能发挥一定效能，因为导弹只要能够命中目标，均能起到一定的对敌毁伤效果。

3 结 论

为全面合理评估综合型武器装备对作战体系的贡献程度，提出基于作战环的面向多样化作战任务的装备体系贡献度评估方法。阐述了综合型武器装备的评估框架，为装备体系贡献度评估提供了通用性的指导；基于作战环思想，分析了装备实体向装备功能的抽象关系，建立了作战网络模型和体系贡献度计算方法，可实现具体作战任务下的装备整体及装备单项功能的体系贡献度评估；针对综合型武器装备实施多样化任务的作战应用需求，建立了面向多任务的综合评估模型，通过更加全面、精细的评估数据，可为装备规划提供依据。实例分析结果表明：该方法构建的模型可用且有效，可体现综合型武器装备多种功能集成的特点，具有良好的实用性。在后续工作中，将考虑多样化任务的差异化特点，优化面向多任务的评估模型，研究综合型武器装备各功能对体系贡献度的影响机理与综合权衡方法，更好地为装备发展提供决策支持。

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Evaluation Method of Integrated Weapon Equipment’s Contribution Rate to System-of-Systems Based on Operation Loop

Xie Xiao-yang, Chen Yi-di, Zhao Xiao-ning, Yang Jian, Yu Tao

(China Academy of Launch Vehicle Technology, Beijing, 100076)

The need of integrated weapon equipment with multiple functions, such as reconnaissance, control and firepower, is urgent in operation system-of-systems. An evaluation method of integrated weapon equipment’s contribution rate under multi-tasks is proposed to solve the problem of building and developing it. Firstly, the evaluation framework is constructed based on the combat mission. Secondly, the abstract relationship between the physical layer of weapon equipment and the functional layer of equipment module is described, and the network model in the equipment module function layer based on operation loop and the method of calculating the contribution rate are proposed. Then, the evaluation form and the comprehensive model are introduced for multi-tasks. Finally, taking the missile with both reconnaissance and firepower as an example, the result shows that the method is feasible and effective, which can reflect the characteristics of multi-functions integrated weapon equipment, and can provide methodological support for evaluating the contribution rate in the system-of-systems.

operation system-of-systems; evaluation of contribution rate; integrated weapon equipment; operation loop; multi-tasks

1004-7182(2020)03-0122-05

10.7654/j.issn.1004-7182.20200323

N936

A

谢晓阳（1985-），男，高级工程师，主要研究方向为体系总体设计、体系仿真。

陈轶迪（1978-），男，研究员，主要研究方向为导弹总体设计。

赵晓宁（1982-），男，高级工程师，主要研究方向为导弹总体设计、体系总体设计。

杨 健（1986-），男，博士，高级工程师，主要研究方向为体系总体设计、体系仿真。

喻 涛（1992-），男，高级工程师，主要研究方向为体系总体设计、信息网络。

2020-03-13；

2020-04-28