中国指挥与控制学会会刊 
机动岸导突击群是一个由多个机动岸导火力单元构成的复杂作战系统,其作战能力定量评价通常较为困难。系统学的观点认为,复杂系统具有非线性、层次性、动态性、自适应性、涌现性等特性,其中,涌现性是认识复杂系统的关键[1]。由于组成机动岸导突击群的各个火力单元既能独立运行又相互关联,在把各火力单元进行编组形成新的作战系统过程中必然会出现涌现性特征。科学地分析和评价这些涌现特性可以定量地描述机动岸导突击群的作战能力,为优化机动岸导兵力资源,合理编成机动岸导突击群,提高对海突击能力提供依据。为此,本文从复杂系统的涌现性现象出发,将机动岸导突击群视为一个复杂作战系统,考查该系统各组分之间的相互作用,分析该系统是否产生出“新性质”即“涌现”,并在机动岸导单个火力单元作战能力指标体系进行对比分析的基础上,给出评价机动岸导突击群作战效能的数学模型,为研究机动岸导突击群的作战能力提供一种思路。
1 机动岸导突击群作战效能涌现性概念
1.1 机动岸导突击群作战效能涌现性的阐释
根据上述概念阐释,当着眼单个机动岸导火力单元时,其作战能力更多地体现在有效射程、突防概率、命中精度、杀伤威力等技战术指标上,此时火力单元遵循的是“先敌发现、先敌攻击、隐蔽机动”等作战原则,反映的是平台或系统间的对抗。而当多个机动岸导火力单元编成突击群形成一个复杂作战系统时,其作战能力则体现在战场态势感知、指挥控制、火力分配、协同突防、作战资源重组等方面,并催生了“灵活部署、快速反应、机动寻歼、密切协同”等战术思想,反映的是体系与体系间的对抗。如图1 所示,从单个火力单元到突击群,岸舰导弹武器系统的性能并没有发生变化,但由于数量规模、编成模式以及战术运用等方面的因素却引起了从平台、系统作战能力到体系作战能力的跃变,这种跃变实现“1+1>2”的效果,产生了“整体具有而部分及其部分和不具备的特性”,即机动岸导突击群作战效能的涌现性。
因此,机动岸导突击群的涌现性可解释为机动岸导突击群整体所具有并且超出火力单元加和的作战能力,这种能力主要体现在两个方面:1)机动岸导突击群从各个火力单元“继承”而来的能力,但其能力指标并非相关分系统能力指标的代数和;2)机动岸导突击群具有各个火力单元原来没有的能力,表现在突击群整体作战能力指标上。
1.2 机动岸导突击群作战效能涌现性的判定原则
关于涌现性判定,美国学者穆勒从微-宏观特征给出了可加性、新奇性和演绎性3个判据[4]:1)整体的涌现性特征不是其组成部分的特征之和;2)整体的涌现性特征种类与其组成部分特征的种类并不完全相同;3)整体的涌现性特征不能从独立考察其组成部分的行为中进行推导或预测出来。借鉴穆勒的3个判据,可将机动岸导突击群作战效能的涌现性分为承袭类和非承袭类涌现两个类别。
1)承袭类涌现性的判定原则。如果机动岸导突击群的某项作战能力源于火力单元的作战能力,并且突击群的该作战能力指标要优于其中任何火力单元(当该指标不具备可加性)或者所有火力单元相关指标的代数和(当该指标具备可加性),这种非线性的作战能力变化就是突击群作战效能的承袭类涌现,比如突击群的航路规划能力源自于各火力单元,但突击群的该能力指标要优于任何一个火力单元。
2)非承袭类涌现性的判定原则。如果机动岸导突击群具备某项能力,并且该能力是火力单元所不具备的,这种非承袭关系的作战能力便可认为是非承袭作战能力涌现,比如当突击群的各个火力单元进行信息组网后便具备了一定的态势感知能力和抗毁伤能力,这是单个火力单元所不具备的。
2 作战效能涌现性评价指标构建
机动岸导突击群作战效能涌现性评价指标应满足完整性、准确性、可测性要求。如图2 所示,按照性能指标、能力指标、效能指标3个层次进行构建,步骤如下。
1)对机动岸导武器系统的性能指标进行分析,聚类简化为平台机动能力、航路规划能力、命中准确度等22个子系统级的能力指标。
2)按照武器系统功能的各个重要属性对22个子系统级能力指标归类,由此递推出兵力机动能力、火力机动能力、选捕能力、突防能力等9个系统级的能力指标,刻画出机动岸导火力单元作战能力。
3)承袭类涌现指标进行判定。①机动岸导自行化程度高,快速机动作战是其基本战术思想,但仅用兵力机动和火力机动还不能全面反映突击群快速出动、快速抵达、快速发射、快速撤收转移的作战要求,需用“快速反应能力”作为承袭类涌现性指标来表征;②选捕能力、突防能力、命中能力、毁伤能力4种能力组成的“火力打击能力”可表征火力单元的打击效能,作为承袭类涌现性指标在突击群中同样适用;③自然环境适应能力、电磁环境适应能力可表征火力单元的战场环境适应能力,但实战中突击群除了要适应严苛的战场环境,还要经受连续作战的考验,为此由自然环境适应能力、电磁环境适应能力、综合保障能力构成的“战场适应能力”来表征突击群的战场适应性。
4)非承袭类涌现指标进行判定[5]。①在该指标体系中将火力单元作战能力视作系统级指标,将突击群作战能力视作体系级指标。系统组成部分联系紧密,强调通过技术手段或信息交流形式形成整体,而体系组分联系相对松散,强调通过指挥和决策形成整体,包含了许多由“人”介入的决策指挥等行为。故引入“战术运用能力”作为非承袭类涌现指标,用来表征指挥控制中合理选用岸舰导弹攻击方式、齐射方式,合理规划导弹攻击航路,灵活运用火力方面的能力。②突击群的功能以作战流程稳定顺畅运转为前提,可以将其看作信息流、控制流、能量流等综合形成的流程,表现为信息流从信息获取系统经过指挥控制系统到达火力打击系统,控制火力打击系统对目标实施打击,从而实现机动岸导突击群的作战功能。如图3 所示,在该指标体系中已分别用“战术运用能力”、“快速反应能力”和“火力打击能力”表征控制流、能量流,考虑实战中机动岸导自身虽不具备态势感知能力,但通常能得到上级或友邻部队分发的作战信息,因此引入“体系支撑能力”来表征涵盖情报支撑、信息支撑、网电支撑等方面的信息流。③突击群的战场生存能力不仅取决于单个武器系统的故障率、维修率、隐蔽性等,更要考虑多个火力单元以指挥控制和通信手段为连接形成作战网络后的整体生存能力,故引入“战场生存能力”来表征。
3 作战效能涌现性评价指标的建模
3.1 战场生存能力
用机动岸导突击群的生存概率E1反映战场生存能力,E1由突击群的伪装概率Pf、突击群网络抗毁伤概率Pd、突击群网络连通性Pl来描述,用公式表示如下[6]:
E1=Pf+(1-Pf)Pd+(1-Pf)(1-Pd)Pl(G)
式中,Pf通过借助地形和植被以及利用迷彩伪装、烟幕伪装、构筑假阵地、实施电磁欺骗等方式达成的阵地伪装成功概率进行衡量;Pd通过突击群网络抗击硬毁伤的概率和抗击软毁伤的概率进行衡量;Pl指突击群作战网络遭受攻击后仍是一个“连通图”的概率,假定突击群有n个指挥控制节点、b条通信链路,若其中指挥控制节点十分可靠,但通信链路会独立地以概率P失效,则突击群作战网络仍能保持连通性,发挥预定作战效能的概率可表示为
Pl(G)= Ai(1-P)iPb-i
式中,Ai为i条通信链路组成的子网络数目。同理,假定突击群作战网络有n个指挥控制节点、b条通信链路组成,若通信链路十分可靠,但指挥控制节点会独立地以概率Q失效,则突击群作战网络仍能保持连通性的概率可用下式表示为
Pl(G)=1- NiQi(1-Q)n-i
式中,w为不连通的指挥控制节点数;Ni为不连通子图的数目,Q为指挥控制节点失效概率。由式(4)可知,E1的值越大说明突击群的战场生存能力越强,涌现出的战场生存特性越明显。
3.2 火力打击能力
按照指标体系(见图3 ),突击群的火力打击能力E2是武器系统选捕、突防、命中和毁伤能力的承袭类涌现。假定火力单元中第i型岸舰导弹对目标舰艇Tj的打击能力可表示为[7]
E2i=pij/αij
式中,Pij∈[0,1]为第i型岸舰导弹的单发命中概率,与岸舰导弹的技战术性能和目标舰艇的反导能力有关;αij为毁伤目标舰艇Tj平均必须命中的i型岸舰导弹数量,通常按照轻伤、重创、击沉3个毁伤等级取相应的数值,αij与岸舰导弹引信性能、战斗部性能以及目标舰艇防护能力等有关。机动岸导突击群通常进行集中齐射攻击或分波齐射攻击,当第i型岸舰导弹齐射数量不同时,Pij的取值也不相同。假设Pfd为岸舰导弹被发现的概率,与岸舰导弹的隐身性能和飞行性能有关;Pfjk为目标舰艇Tj上的舰空导弹对岸舰导弹的服务概率,Pfjp为舰炮对岸舰导弹的服务概率,n为舰空导弹发射总数,K1为大口径舰炮系统对岸舰导弹实施射击的总次数,K2为密集阵等近防火炮系统对岸舰导弹实施射击的总次数。在硬抗击条件下若有N枚i型岸舰导弹齐射攻击,则该型岸舰导弹的突防概率QN为[8]
QN=[Pfjk +(1-Pfjk)][Pfjp +(1-Pfjp)] QdzPfd+[Pfjp +(1-Pfjp)](1-Pfd)Qdz
N枚i型岸舰导弹在与目标舰艇Tj对抗条件下的单发命中概率Pij可表示为
Pij=PoQN
式中,Po为无抗击条件下岸舰导弹的单发命中概率。对式(4)进行修正,N枚i型导弹对目标舰艇Tj的打击能力可表示为
E2i=1-
由此可得出,机动岸导突击群的导弹对目标舰艇Tj齐射时的打击能力可表示为
E2=1-
式中,N1为参与打击目标舰艇Tj的岸舰导弹型号数量;xij为第i型岸舰导弹对目标舰艇Tj的发射数量。
3.3 快速反应能力
机动岸导突击群的快速反应能力E3主要包括兵力机动能力和火力机动能力,分别找出与其对应的子能力指标性能参数,然后采取指数分析法进行计算:
式中,C1、C2分别表示兵力机动能力和火力机动能力。D为平台机动性能,A为战备等级转换能力,S为展开撤收能力,I为岸舰导弹的航路规划能力,H为弹道选择能力;w1,w2,…,w5为指标权重。实战中突击群的快速反应能力还将受到人的因素影响和群规模的影响。当官兵训练有素,严格服从命令时会对快速反应能力产生正向促进效应,反之将迟滞反应速度,故加入人的因素影响系数Tj。随着突击群规模增大,机动能力将受到限制,规模增长越快机动能力下降越明显,用函数E(n)表示这一关系,E(n)由军事专家结合训练演练的数据得出。经过修正后机动岸导突击群的快速反应能力E3可表示为
E3= · · · · ·Mj·E(n)
3.4 战场适应能力
机动岸导突击群的战场适应能力E4可表示为[9]
E4=Na·Fe·Su
式中,Na为自然环境适应能力;Fe为电磁环境适应能力;Fu为综合保障能力。自然环境适应能力包含水文、气象和地形3种适应能力,为便于计算,岸舰导弹的自然环境和电磁环境适应能力可由导弹自身性能确定,当突击群中编有不同类型岸舰导弹时其自然环境和电磁环境适应能力可由军事专家根据试验结果或经验值给出。则综合保障能力Su可表示为
Su=
式中,S1r、S2r、S3r分别表示物资保障能力、维护抢修能力、技术支援能力;K1、K2、K3分别为权重系数;nu、nb分别表示机动岸导突击群的规模权重值和武器系统数量权重值,当群的规模较大、武器系统类型较多时,给突击群的综合保障带来的难度越大,相应的权值越高。
3.5 战术运用能力
战术运用量化计算较为困难,本文在兰彻斯特平方律战斗模型框架内分析该能力,兰彻斯特平方律战斗模型为[10]
式中,α、β为毁伤率系数,分别表示我方、敌方战斗单元的平均战斗效能,双方初始兵力为ro、bo,战斗结束时的兵力为r、b。可将毁伤率系数表示为战术射速和单发毁伤概率的乘积:
式中,nr、nb分别为我方、敌方的战术射速,prb为我方对敌方的毁伤概率,pbr为敌方对我方的毁伤概率。战术运用对战斗效能的提升可看作提升突击群火力这个“能量流”输出的 “精度”和“速度”,即:合理分配火力带来更高的火力密集度,增加了敌方抗击的难度,相当于提升了火力打击精度,用大于1的系数πr乘以prb;指挥员熟谙战术、处置果断、战机把握准确相当于提升单位时间内的战术射速,可以用大于1的系数k1r乘以prb;突击群内指挥通信协同会带来战斗延时,用小于1的系数k1r去除nr;优化阵地部署、隐蔽机动兵力即能够增大我方武器火力杀伤范围,还能达成突然性态势,形成突袭的优势,在平均战斗效能中增加大于1的突然性因子T。修正后我方对蓝方敌方平均战斗效能可表示为
αs=nrPrb T
根据式(15),显然在其他条件不变情况下,我方对敌方的平均战斗效能增加会使敌方战斗结束时的剩余兵力减少。故可用修正后的我方对敌方平均战斗效能表示战术运用能力E5。
3.6 体系支撑能力
机动岸导突击群实施战斗通常依托网络信息系统,实施体系支撑下的战斗。体系支撑主要包括情报支撑、信息支撑、网电支撑3个方面。情报支撑包括战场态势、敌情动态、预警信息等;信息支撑包括通信网络接入、频谱管理规划、地理环境数据等,帮助融入联合作战指挥体系;网电支撑包括网络对抗和电子对抗,增强突击群抗敌网络攻击和电子攻击的能力,同时对目标防空反导进行电子压制干扰。1)指标量化:由于战场态势、敌情信息、地理环境数据等既有定量数据又有定性描述,故依据军事用户给出的性能参数常用范围值,征询专家意见,采取专家打分、归一化处理等方法得出量化值,且这些值范围在0到1之间。2)确定权重系数:按照AHP法分别计算情报支撑、信息支撑、网电支撑的系统指标以及子系统指标的权重系数[9]。3)用线性加权和法确定体系支撑能力E6:
E6= μi( μijFij)
式中,μi、μij分别为系统指标和子系统指标的权重系数,Fij为对应子指标的专家打分值,m为一级指标数量,ni为第i类一级指标中二级指标数量。
4 结束语
作战系统的作战效能评估是一个较为复杂的问题,本文从复杂系统的涌现性视角分析机动岸导突击群的作战效能,通过阐释概念,分析判定原则,结合机动岸导作战特点建立了作战效能的涌现性评估数学模型。该模型能够为机动岸导突击群基于作战效能优化编成模式、优化阵地部署等提供一种计算方法。