艦艇編隊作戰體系構建方法初探?

尹曉楠 張 浩

（海軍大連艦艇學院 大連 116018）

1 引言

隨著現代科學技術的不斷發展和新型裝備的投入使用，現代海戰越來越呈現體系對體系的對抗［1］。艦艇編隊作戰體系，是以能夠遂行多樣化戰爭軍事行動為目的，立足當前我海軍新型裝備，緊緊圍繞“體系作戰”思想，由兩艘以上艦艇或兩個以上艦艇戰術群組成的兵力編隊構成，通過合理實現“任務—資源”匹配鏈接各作戰資源子體系，以形成具有特定功能且體系作戰效能不斷涌現的有機整體。

2 艦艇編隊作戰體系架構［2］

立足打贏信息化條件下的局部戰爭，艦艇編隊作戰體系以我海軍任務需求為導向，通過整合編隊內同類作戰要素、優化兵力配置，構建了預警探測、指揮控制、火力打擊、信息對抗和綜合保障五個子體系?？捎脠D1表示。

圖1 艦艇編隊作戰體系架構

2.1 預警探測子體系

預警探測作為艦艇編隊作戰的“千里眼”“順風耳”，要想發揮最大效能，必須做到高中低互補、遠中近銜接、有源無源相結合。預警探測子體系由艦艇編隊內各類具有預警探測、目標識別功能的偵察探測設備構成。主要包括艦艇編隊內各類艦載預警探測識別設備、機載預警探測識別設備以及水下潛艇預警探測識別設備。

2.2 指揮控制子體系

指揮控制子體系處于艦艇編隊作戰體系的核心領導層，在保證編隊內信息傳輸網絡暢通的前提下，由艦艇編隊作戰體系內各作戰平臺的指揮控制系統共同構成。編隊內各作戰平臺的指揮控制系統主要包括編隊群指揮控制系統、驅護艦指揮控制系統、綜合補給艦指揮控制系統、艦載機指揮控制系統、潛艇指揮控制系統等。通過網絡的互聯互通，編隊內各指控系統共同構建成指揮控制子體系。

2.3 火力打擊子體系

火力打擊子體系是由艦艇編隊內各兵力平臺上的所有具有硬摧毀能力的武器裝備構成。主要包括編隊內艦載各型防御武器裝備、艦載各型打擊武器裝備、艦載機上配置的各種空空導彈和空艦導彈、潛射魚雷和導彈等。編隊內部所有平臺上的對敵具有硬摧毀的各類攻防武器共同構成火力打擊子體系。

2.4 信息對抗子體系

制信息權在未來戰場上展現的威力越來越大，作為“軟殺傷”的信息對抗子體系，在編隊作戰中發揮著“損人利己”的重要作用。主要是由艦艇編隊內各兵力平臺上的所有電子對抗裝備、光電對抗設備、通信對抗設備、水聲對抗設備等構成。

2.5 綜合保障子體系

綜合保障子體系主要通過提供后勤補給、技術支持、裝備維修、兵力調運、通信聯絡等保障來全方位支撐艦艇編隊作戰。該體系主要是由艦艇編隊內各作戰平臺自身具備的保障裝置和綜合補給艦上的綜合補給系統以及相應的專業人員構成。

3 艦艇編隊作戰體系構建總體思路［3～4］

艦艇編隊作戰體系構建主要分為兩個階段:一是“任務-資源”匹配階段；二是“效能-涌現”［5］聚合階段。

其中，“任務-資源”匹配是指:從任務需求出發，條分縷析任務資源需求與編隊資源能力，在明確任務需求的基礎上將總任務按照編隊子體系架構分解成可直接處理的任務（也就是元任務），即預警探測元任務、指揮控制元任務、火力打擊元任務、信息對抗元任務、綜合保障元任務，此階段由元任務到子體系的匹配是總任務的初匹配階段；然后由分配到子體系的元任務與子體系內各平臺的匹配形成平臺部署配置表，最終完成“任務-資源”匹配。

“效能-涌現”是指:從艦艇編隊作戰效能出發，首先通過平臺間或者平臺內部同類作戰要素的集成，實現編隊子體系的效能涌現，這是初涌現階段；然后根據不同的作戰任務，實現不同子體系的整合集成，艦艇編隊作戰體系效能指向性更加突出，實現總體效能涌現最大化［6］。

4 艦艇編隊作戰體系構建方法

4.1 “任務-資源”匹配

在“任務-資源”匹配的過程中，為保證任務順利完成，必須遵守以下規則:

1）參與處理該任務的平臺可提供的資源不小于任務的資源需求，并且資源冗余最??；

2）參與執行該任務的所有作戰平臺均能夠在該任務開始被處理前到達任務區域；

3）在任務平臺匹配過程中，處理某一任務時該任務之前的所有前導任務都已處理完畢；

4）一個平臺每次只能處理一項任務，不能同時處理兩項及以上任務。

在平臺資源與任務匹配的問題上需要多維變量測度，任務需要不同資源或不同類型平臺的協同處理。本文提出了基于任務平臺優先級列表動態規劃模型。也就是在總任務分解成元任務的基礎上通過對任務優先權、任務選擇平臺優先權、平臺選擇任務優先權的綜合分析，得到一個任務執行優先權表。隨著執行任務進程的推進，任務執行優先權表也在動態變化，任務邊完成資源匹配，邊進行任務執行優先權更新；再完成任務資源匹配，進而動態更新任務執行優先權，如此循環下去，直到所有任務完成。

4.1.1 任務分解

現代海戰基本上是以小規模的局部戰爭為依托展開的。由于時空維度復雜多樣，作戰任務在很大程度上不能依靠單平臺獨自完成。因此，合理分解作戰任務至關重要。由于任務分解的依據不同，導致其分解的結果也不盡相同。通常情況下，任務分解的方法主要有:按照空間分解任務；按照對象分解任務；按照階段分解任務等。為實現任務平臺資源合理匹配的目標，任務分解按照艦艇編隊子體系來劃分。也就是將任務分解為與艦艇編隊作戰體系相匹配的偵察預警、指揮控制、火力打擊、信息對抗、綜合保障等五個方面的子任務。同理，子任務還可繼續細分為與平臺資源功能相對應的子任務（元任務），直到劃分成平臺可實現的元任務。

4.1.2 艦艇編隊作戰體系資源架構

1）平臺資源

平臺是艦艇編隊體系作戰中各項元任務的直接執行者，平臺的資源特性直接影響了作戰進程。通常認為平臺的資源特性包括平臺類型、平臺最大速度、平臺位置、平臺的功能資源等。

2）平臺功能資源

平臺的功能資源是平臺具備執行任務能力的體現，平臺是否有資格執行任務與其具備的資源能力密切相關，平臺的功能資源由平臺具備的功能資源矢量確定，其數學表達式為

其中Pfmj(1 ≤j≤n)表示平臺Pm在功能fj上具備的資源功能量化數值。

艦艇平臺的功能資源包括雷達類、電子戰（含光電）類、指控類、預警探測類、補給類、航海類、動力類、防空類、反艦類、反潛類、對地攻擊類、布雷類、掃雷類等。依托體系重新整合平臺資源，將其歸結為預警探測、指揮控制、火力打擊、信息對抗、綜合保障五個功能資源。通過對平臺資源的集成，作戰要素耦合形成功能資源，預警探測功能包含雷達類、預警探測類（光電、聲納）功能；火力打擊包含防空類、反艦類、反潛類、對地攻擊類功能；指揮控制包含指揮控制類功能；信息對抗包含電子戰類；綜合保障包含補給類、航海類、動力類、布雷類、掃雷類功能。

4.1.3 目標函數建立

任務與平臺資源的匹配是建立在元任務流程圖和平臺可提供資源的基礎上的合理配置與部署。在現代海戰中，任務到平臺資源匹配的目標通常有:取得任務的最大戰果、我方損失最小、最短時間完成任務、平臺資源充分利用等。

4.1.4 “任務-資源”匹配優先權

1）任務優先權Ro

當某一任務的所有前導任務都已處理完時，該任務便進入可分配的任務集Task 中，此時如果不同階段的任務有交疊，則按照戰爭進程順序優先進入Task 中。在這里以加權長度算法WL 計算任務的優先權Ro:

其中，ωT為表示任務tj的后續任務集；tm為表示任務tj的處理時間。

2）任務選擇平臺的優先權tp

任務選擇平臺優先權tp包含兩個方面的需求:一是時間優先系數tp1，即要選擇能在較短時間內到達任務區域及較快時間處理完任務的平臺；二是平臺資源優先系數tp2，即可獲得平臺組資源的充分利用且平臺組資源冗余最小。通過對tp1和tp2的綜合考慮，得出對tp1和tp2加權作為任務選擇平臺的優先權tp。公式為tp=λ1tp1+λ2tp2。

3）平臺自主選擇任務的優先權pt

平臺在未處理的任務集合中選擇任務的過程即平臺自主選擇任務。同樣，定義平臺選擇任務的時間優先系數pt1和任務資源需求矢量距離優先系數pt2。通過對pt1和pt2的綜合考慮，得出對pt1和pt2加權作為平臺選擇任務的優先權pt。公式表示為:pt=ω1pt1+ω2pt2。

4）修正后的任務優先權XC

由于任務選擇平臺和平臺選擇任務存在沖突，不能單方面考慮，因而在這里采取二者加權的方式。即XC=α*tp+β*pt（α+β=1）。

4.1.5 “任務—資源”匹配流程

“任務—資源”匹配流程，首先根據原始的任務優先權對元任務進行粗排序，初步完成元任務的整理，送入集合Row 中；然后，進行可行性判斷，通過任務需求與可獲得資源的比較，篩選出資源需求滿足的任務并送入可執行任務集Ready 中；其次，進入任務選擇平臺、平臺選擇任務的優先權中，得出修正后的任務優先權。最后，根據任務優先權選擇平臺，完成一個元任務的平臺資源匹配。如此循環往復，完成作戰任務與平臺資源的匹配。具體流程如圖2所示。

根據此算法模型，利用Matlab軟件編寫求解程序，構建出“任務-資源”匹配模型。

4.2 “效能-涌現”聚合

4.2.1 子體系聚合

艦艇平臺在生產設計裝備時是有一定冗余度的，合理配置平臺裝備冗余度可以提高艦艇編隊整體效能。通過將同類型的作用相似的裝備進行數據融合、資源共享、效能互補等手段，組網構成作戰效能子體系，擺脫單艦單平臺的束縛。編隊中平臺的各個作戰要素在集成子體系的過程中，涌現出自身所不具備的效能或使自身優勢更加明顯，從而實現資源要素到子體系的效能聚合［7～8］。以結合保障子體系為例，如圖3所示。

圖2 “任務-資源”匹配流程圖

圖3 子體系“效能-涌現”聚合模型

4.2.2 編隊體系“效能-涌現”聚合［9～10］

艦艇編隊平臺資源要素的集成構建了作戰子體系，基于不同的任務，通過調控權重系數改變編隊效能指向，子體系間的配比權重不同，耦合涌現出的作戰效能也會產生巨大變化。通過調控不同子體系的權重值，逐步優化任務資源匹配方案。最終，可以根據任務需求，經過迭代運算，找出最優的任務資源分配方案，實現艦艇編隊作戰體系效能最大化。如圖4所示。

圖4 編隊體系“效能-涌現”聚合模型

5 案例分析

以某次登陸作戰為例，為使任務最短時間完成，通過Matlab對該模型進行仿真建模，構建了“任務—資源”動態匹配模型［11～12］，列出了任務平臺的對應關系，如圖5（行為任務，列為平臺）所示。

圖5 “任務-資源”匹配表

平臺的協作量為87。用甘特圖（圖6）表示。

圖6 “任務-資源”匹配甘特圖

以南區防御元任務為例，作戰任務的火力打擊子體系劃分為包含南區防御在內的一系列元任務，通過平臺間或平臺內部作戰資源的整合，實現南區防御任務的效能最大化。南區防御為任務t2，參與任務t2 的平臺為P2、P4、P7、P8、P9、P10、P11、P12、P13、P15、P16，關系圖如圖7所示。

圖7“任務-平臺”關系圖

此時λ1=0.7，λ2=0.3；ω1=0.7，ω2=0.3；α=β=0.5，總任務的完成時間為849.17s，平臺協作量為87。艦艇編隊作戰體系的作戰效能可以通過改變調控因子的指向來改變，當改變調控因子的值時，平臺資源的匹配發生變化，由于作戰要素相互耦合，平臺作戰效能不斷涌現，因此艦艇編隊的作戰功能指向也隨之改變。如當調控因子值λ1=λ2=0.5，ω1=ω2=0.5，α=10β 時，總任務的完成時間為1767.5s，平臺協作量為107。任務平臺的對應關系如圖8所示（行為任務，列為平臺）。

圖8 任務平臺的對應關系

圖9 “任務-資源”匹配甘特圖

平臺的協作量為107。畫出甘特圖（圖9）。

以南區防御元任務為例，參與任務t2的平臺為P1、P 2、P3、P 4、P7、P8、P9、P10、P11、P12、P13、P14、P15、P16、P17。關系圖如圖10所示。

圖10 “任務-平臺”關系圖

通過改變調控因子的值，平臺資源和平臺間資源耦合效果均發生變化，子體系、作戰體系和體系之間不斷涌現出新的效能，體系作戰效能指向性愈發明顯。

6 結語

通過對該案例的分析，本文構建的艦艇編隊作戰體系完成了“任務-資源”匹配優化，作戰任務細化分配到平臺作戰要素；實現了體系效能聚合涌現，作戰任務作戰要素間、子體系間的作戰效能涌現十分明顯。合理改變調控因子，可以優化任務與平臺資源匹配，進一步激發艦艇編隊體系作戰效能，為指揮員提供更科學的決策。