多層觀察者模式的對抗訓練裁決方法

歐陽志宏,徐英,丁鋒

(國防科技大學 電子對抗學院，安徽 合肥 230037)

0 引言

訓練效果評估在對抗訓練進程中負責訓練成績評判、訓練質量檢驗和訓練過程分析等核心工作。對抗裁決作為訓練效果評估的重要內容，主要完成對抗訓練多源、海量、全方位數據實時收集與處理，并結合裁決任務與要求，完成紅藍對抗行動勝負判定，推動訓練進程有序進行。信息化條件下，科學、規范、實時、穩定的對抗裁決對訓練質量提升與效益發揮起著重要的支撐和催化作用。

國內外在對抗裁決和訓練評估方面的研究主要集中在評估算法[1-11]。固化的訓練模式和組訓方法使得學者們鮮有對裁決方法、模型規則和系統設計的研究。本文以訓練信息系統的全面建設為背景，明確對抗裁決的角色定位，設計了一種多層觀察者模式對抗裁決方法，分析了對抗裁決與訓練效果評估、訓練管理的相互關系，解決了穩定高效的訓練數據流轉與實時處理問題。具體針對防精確打擊對抗裁決，建立了裁決模型和裁決規則，并給出了方法在系統中的應用實例。

1 多層觀察者模式對抗裁決

1.1 裁決系統角色定位

對抗訓練裁決系統與訓練質量評估系統、評估數據支撐系統共同組成訓練效果評估系統。專業裁決人員操作裁決系統，在訓練開始前根據訓練任務、訓練計劃和紅藍雙方主要行動，擬制裁決方案，定制裁決規則。訓練開始后，裁決系統依據裁決方案內容收集訓練數據，按照不同對抗行動作用機理，執行紅藍對抗勝負裁決，并將裁決結果上報導調控制系統綜合處理。圖1是裁決系統在訓練信息系統中的角色定位。

1.2 觀察者模式

觀察者模式又稱為發布-訂閱模式，它定義了對象間的一種一對多的依賴關系，讓多個觀察者對象同時監聽某一個主題對象。這個主題對象在狀態發生變化時，會通知所有觀察者對象，而各個觀察者對象根據通知信息選擇性地對自己的表現形式進行更新[12-15]。

觀察者模式的一般結構如圖2所示。主題Subject即被觀察者，它可以有任意多個觀察者，并管理這些觀察者，同時提供增加和刪除觀察者對象的接口。觀察者Observer為那些需要在主題相關狀態發生改變時獲得通知的對象定義一個更新接口，以便在得到主題通知時獲得更新。具體主題ConcreteSubject用于存儲相關狀態，并在狀態改變時，負責向它的各個觀察者發出通知。具體觀察者ConcreteObserver維護一個指向具體主題對象的引用，并實現具體的更新接口，以接收具體主題發送的通知消息，同時還可以根據需要對消息進行特定的處理。

觀察者模式的發布-訂閱方式有“推”和“拉”2種模型。推模型是當消息產生時，把所有相關信息都通過參數的形式“推給”觀察者。不管觀察者對這些信息需要與否，目標對象都會把這些信息發送給觀察者。拉模型是當消息產生時，通知的函數不帶任何相關的信息，由觀察者到目標對象取回消息。通過被觀察者提供相應的接口，觀察者可以有選擇地得到所需信息。

1.3 多層觀察者模式

大規模的對抗訓練參訓人員和裝備種類多，配套的訓練數據采集手段多樣，使得訓練數據類型豐富且數據量極大。訓練信息系統內流轉和處理的數據主要包括實裝與模擬訓練器材工作狀態數據、紅藍對抗行動數據、導演調理數據、戰場環境數據等，由隸屬于導調控制的訓練管理系統數據中心統籌存儲與分發。顯然，觀察者模式非常適于訓練信息系統。

然而，訓練管理系統不能為訓練信息系統內眾多分系統制定詳細的發布-訂閱關系，這會帶來一定的修改風險和維護成本，也會降低數據分發的效率。因此，在訓練管理系統與訓練效果評估系統之間可以建立一層推模型觀察者模式，即訓練管理系統將所有數據發布給注冊的觀察者，無需做任何篩選處理；而訓練效果評估系統向訓練管理系統進行注冊，根據本系統擬制的發布-訂閱關系收集數據。

訓練效果評估系統的評估數據支撐分系統負責下一步的數據維護與管理，此時，可再建立一層推、拉混合模型觀察者模式，由支撐系統扮演主題角色，而對抗訓練裁決系統為觀察者。對于通用的、數據量大的訓練數據采用推模型發布，對于重要度高或需要人機交互取回的數據，采取拉模型發布。綜上所述，圍繞訓練管理系統、訓練效果評估系統、對抗裁決系統建立的多層觀察者模式裁決如圖3所示。

2 防精確打擊對抗裁決模型與規則

2.1 裁決模型

裁決模型是對抗裁決系統的核心，直接決定裁決的科學性、準確性、合理性，以及對抗裁決系統運行的實時性與穩定性。為實現通用設計，構建裁決模型數據庫，需要將裁決模型標準化并獨立封裝，同時模型參數可修改。

現階段，藍軍精確打擊行動通常采取數字模擬的方法，即采用推送數字報文的形式描述武器發射、尋的跟蹤、受擾致偏、爆炸等各階段狀態。因此，建立基于炸點預測的防精確打擊裁決模型，運用對抗裁決計算機接收模擬導彈當前位置、飛行姿態、工作模式、瞄準情況等信息，同步監控紅軍遂行區域防護和要點防護電子干擾參數，在干擾有效性判決的基礎上預測武器炸點。裁決方法的流程如圖4所示。受擾致偏和炸點預測也可由藍軍模擬計算，對抗裁決計算機只需接收最終的炸點信息，結合紅軍目標的分布情況，以及現地人員采集的重點目標所在地域和隱蔽防護情況，計算得出武器爆炸瞬時紅軍主要目標的毀傷數量和受損程度，從而為部隊重點目標防護能力裁定提供依據。

在干擾效能分析的基礎上計算紅方部隊針對性實施的光電干擾、雷達干擾、無線電引信干擾等對抗手段對目標命中概率的影響，并充分考慮紅方部隊施放干擾的及時性和干擾樣式選擇的準確性，因此，命中概率P(Z)為

P(Z)=(1-P(J|T))(1-P(J|M))·

P(Z|J)P(Z0)

(1)

式中:P(J|T)，P(J|M)為當前干擾時機和干擾樣式條件下的干擾成功率;P(Z|J)為干擾效能分析模型根據武器性能參數、干擾參數、傳播因素等計算得出的干擾條件下的武器命中概率;P(Z0)為武器典型發射后命中概率。

命中概率的變化直接反映到模擬導彈彈道和瞄準情況的變化，最終結合地形數據生成炸點位置。假設武器對目標的毀傷是破片毀傷，對特定目標的毀傷半徑為Rh，Rh與武器戰斗部攜帶的炸藥類型等因素有關，那么精確制導武器對目標的毀傷概率為

(2)

式中:CEP為武器撞擊目標時偏離目標中心的誤差，這里用炸點與目標的距離誤差代替;σ為現地人員采集的爆炸瞬時重點目標所在地域和隱蔽防護情況影響因子，利用坑洞或運用器材等防護措施越好，σ越小，從而毀傷概率越小。

定義毀傷程度裁決指標Ih，將毀傷概率Ph按數值區間分級處理，并建立對應關系。Ih為

(3)

2.2 裁決規則

裁決規則是形成裁決結果的基本依據和準則，也是確保自主和公平對抗的基本條件，反映著對抗訓練的剛性要求和約束。裁決規則一般以戰術數據和裝備性能為基礎，依據影響對抗結果的各要素制定。裁決規則的擬制注重指標量化和科學計算，對可能存在模糊爭議、難以評判的對抗行動要在訓練前經權威專家評議確定，重點是規則內容、要素權重和裁決結果的分級方法，最終形成紅、藍、白三方確認的裁決規則體系。以精確打擊與防護對抗裁決為例，建立的退出型和遲滯型裁決規則如表1所示。

裁決規則體系是隨著作戰訓練背景的變化和訓練條件的改善逐步調整完善的，針對不同的訓練層次和考核對象，裁決規則應能夠靈活定制，體現不同的對抗要求。表1中“**”(目標類型、參考數值、遲滯時間等)和比較運算符為裁決規則可定制內容。

表1 退出型和遲滯型裁決規則Table 1 Exit-type and delay-type arbitrament rules

3 系統實現與應用

研制的對抗裁決系統已投入訓練使用，在精確打擊與防護對抗訓練階段，對抗裁決計算機實時采集紅軍重點目標位置信息，另一方面監控藍軍精確制導武器發射與瞄準情況。武器在飛行過程中受到紅軍多手段干擾，模型實時計算武器受擾后的致偏情況，并推算最終落點，如圖5所示。

精確制導武器爆炸后，按模型計算紅軍特定對象瞬時毀傷概率和毀傷程度，得出裁決結果。圖6為紅軍重點目標毀傷情況示意圖。

4 結束語

隨著對抗訓練內容與要求的不斷拓展，以及訓練信息化建設的深入推進，對抗裁決必然要從傳統人工現地裁決向人機交互式裁決、內外場綜合裁決轉型。本文設計了一種多層觀察者模式對抗裁決方法，為海量訓練數據流轉與處理、對抗裁決系統框架設計、裁決規則與裁決模型設計、裁決系統研制與應用等問題提供了思路。