中国指挥与控制学会会刊 
近年来,随着我海战场网络信息体系逐步成型,我海军已经初步构建了按需求链接作战要素,按作战规则编排功能服务,按领域特点配置作战力量的海上作战体系[1],初步具备以“体系破击”战术对抗美军海上霸权的能力。美军称这种能力为反介入/区域拒止(A2/AD),并提出了“马赛克战”“分布式作战”等反制措施;其战略发展方向也开始由以体系制胜抵消单装优势的“网络中心战”向智能制胜抵消体系能力优势的“决策中心战”转变[2]。“马赛克战”的核心在于提升兵力运用的可重构性、可消耗性,实现兵力组织去中心化,增加敌方认知迷雾,加快决策过程速度,提升作战体系韧性[3-4]。
“马赛克战”“分布式作战”等作战样式的实现,需要作战体系和作战节点实现“分兵集火,能力重组”,但传统自上而下的能力分解和分配方法,如美军DoDAF中的能力视图等,只适用于静态体系能力构建,难以分析作战过程中能力的动态聚合和重组问题[5]。为解决上述问题,需要构建基于要素能力重组的网络信息体系,实现作战要素能力或功能解耦,解耦后的能力按照不同作战目的进行动态柔性重组形成战场服务,以组合服务的形式对外提供多样化作战能力支撑,满足各种作战任务的能力需求[6-7]。上述网络信息体系可通过超网络描述建模。超网络理论作为研究复杂网络的一种工具,主要用于研究节点异质的网络,可刻画真实世界网络模型及其功能和能力,为研究和分析由多种连接方式构成的强调整体功能的多重边异构动态网络提供了全新的视角[8-9]。在网络信息体系研究中,超网络主要用于作战体系建模、作战体系演化性、鲁棒性等特性研究,其中,部分研究者运用超网络模型建立了网络信息体系单元能力演化模型和体系能力涌现模型,证明了超网络模型在研究作战体系能力方面的有效性[10-11]。
本文针对海战场“马赛克战”中的要素能力重组特征,利用超网络理论,探索能力重组构建的具体方法。
1 美国海军指挥层级和动态性分析
美国海军的作战指挥链自顶向下包含作战司令部(海军司令部)、编号舰队、特混编队、特混大队、特混小队、作战单元等6个层级,如图1 所示。
该作战指挥链可划分为三个层级:战略级、战役级和战术级,其中,战略级对应作战司令部(海军司令部),战役级对应编号舰队和特混编队,战术级对应特混大队、特混小队、作战单元。海战场作战体系可根据其变化频度划分为三类:一是静态部分,主要包含作战司令部(海军司令部)及编号舰队,该部分在较长的一段时间内不会发生变化;二是准静态部分,主要包含特混编队和特混大队,该部分在单次战役过程中,基本不会发生变化;三是动态部分,主要包含特混小队和作战单元,该部分会随着作战进程的发展改变其组成、隶属关系等拓扑结构,是未来美军“马赛克战”作战能力生成的关键部分。本文研究的作战能力动态映射,主要针对动态部分,研究其作战能力向装备及信息系统动态映射方法,从而实现在作战过程中能力动态分配和聚合的“马赛克战”能力。
2 海战场作战体系超网络模型
海战场作战体系的超网络模型由节点、子网和超边构成。节点主要包含指控节点、感知节点、行动节点和目标节点等四类;子网主要包含指控网络、感知网络、响应网络等三类;跨子网的连接关系称为超边;各节点和子网连接关系如图2 所示。其中,指控节点组成指控网络,感知节点组成感知网络,行动节点组成响应网络。指控网络驱动感知网络和响应网络运行;感知网络探测目标节点信息,为指控网络提供情报保障,并为响应网络提供情报支援;响应网络打击目标节点,并向指控网络反馈响应结果。
海战场“马赛克战”超网络模型中,假定指控节点数量为m,感知节点数量为l,行动节点数量为n,目标节点数量为s,则指控节点集合为VC={VC1, VC2, …, VCm},感知节点集合为VO={VO1, VO2, …, VOl},行动节点集合为VA={VA1, VA2, …, VAn},目标节点集合为VT={VT1, VT2, …, VTs},超网络的总节点集合为V={VC, VO, VA, VT},超网络的层次结构如图3 所示。超网络中,单子网内部节点间的连接关系称为网络边,三个子网的网络边集合为指控网络边NC={NC12, NC13, …, NCij, …, NCmm}、感知网络边NO={NO12, NO13, …, NOij, …, NOll}、响应网络边NA={NA12, NA13, …, NAij, …, NAnn};其中,当两个节点i和j之间存在i→j的连接时,NXij=1,否则NXij=0,并定义NXii=1(X∈{O, C, A})。跨子网节点间连接关系为超边集合H={HTO, HCO, HCA, HOA, HAT},类似于网络边,当超边集合中的任意一项存在从子网X节点i到子网Y节点j的连接时,HXYij=1,否则,HXYij=0(X, Y∈{O, C, A})。网络边的连接关系和超边的连接关系构造了超网络的拓扑结构。
超网络模型中,信息流模体是信息产生、处理、使用的过程。依据信息流模体的定义,海战场作战体系超网络信息流模体可分为三类:一是情报流模体,二是指挥流模体,三是响应流模体。其中,情报流模体以目标节点为起点,经过至少1个感知节点,最终到达指控节点或行动节点,记为EO;指挥流模体以指控节点为起点,经过任意个指控节点,最终到达某个指控节点、感知节点或行动节点,记为EC;响应流模体以行动节点为起点,经过任意个感知节点和行动节点,最终到达某个目标节点,记为EA。不难看出,三类流模体按照一定的顺序结合在一起,从目标节点开始,到目标节点终止,形成了一条海战场作战OODA环。值得注意的是,OODA环以一个EO开始,以一个EA结束,其中,必须要经过一个EC,其余经过的流模体可以按需组合,但需要符合节点连接关系,如EA→EO、EO→EC、EO→EA、EC→EA等。
3 海战场作战能力模型
针对海战场“马赛克战”作战过程中的动态战术任务,如防空作战、对地打击、反潜作战、反舰作战以及电子战等,其任务均可根据作战要素分解为探测感知任务、决策与控制任务和响应执行任务,与情报流模体、指挥流模体和响应流模体存在对应关系。因此,作战能力需求就是对流模体的能力需求,记为RE={REO, REC, REA},其中,REO、REC、REA均为能力集合。
对于单个流模体中的每个节点,记节点自身的单项能力为Cii,节点间相互作用为Cij,则各节点集合的单项能力矩阵为:
CO=
CC=
CA=式中,CO为感知节点能力集合,CC为指挥节点能力集合,CA为行动节点能力集合。考虑节点联通性,单个子网内部的单项能力矩阵为:
CO=
CC=
CA=针对超边跨子网连接带来的能力提升,采用如下矩阵表示:
COC=
CCA=
COA=式中,COC为感知节点与指控节点连接形成的能力集合,CCA为指控节点与行动节点连接形成的能力集合,COA为感知节点与行动节点连接形成的能力集合。
依据能力指标类型的不同,流模体的整体能力存在不同的聚合方法,具体可分为范围类能力指标、时延类能力指标、概率类能力指标和开销类能力指标等。范围类能力指标主要包含探测范围、指控覆盖范围、打击范围等,其主要聚合方法为:
CEO=
CEC=CEA= ( NAjiCAji HOAkiCOAki HCAkiCCAkiCAii)
CE=CEO∩CEA∪CEC
式中,CEO为感知流模体相关能力,CEC为指挥流模体相关能力,CEA为响应流模体相关能力,CE为流模体整体能力。在这类指标中,CXii代表节点本身的范围能力,CXji和CXYki代表其他节点与本节点连接带来的能力增益或减益系数(X, Y∈{O, C, A})。
时延类指标主要包括发现时延、决策时延、响应时延等,其主要聚合方法为:
CEO= NOjiCOji+ HOCkiCOCki
CEC= CCjiCCji+ HOCkiCOCkiCEA= NAjiCAji+ HOAkiCOAki+ HCAkiCCAki
CE=CEO+CEA+CEC
在这类指标中,CXii代表节点本身的处理或响应时延,CXji和CXYki代表其他节点与本节点连接的传输时延(X, Y∈{O, C, A})。
概率类指标主要包括发现概率、指控信息有效下达概率、毁伤概率等,其主要聚合方法为:
CEO=1- (1-NOjiCOji+ HOCkiCOCki HOAkiCOAki)
CEC=1- (1-NCjiCCji+ HOCkiCOCki+ HCAkiCCAki)CEA=1- (1-NAjiCAji+ HOAkiCOAki+ HCAkiCCAki)
在这类指标中,CXii代表节点本身的概率,CXji代表同质节点协同探测带来的概率增长和CXYki信息跨子网传输后的概率损失(X, Y∈{O, C, A})。因各流模体之间概率指标不同,跨流模体聚合较为困难,暂不考虑这类指标跨流模体聚合情形。
开销类指标主要包括带宽消耗、作战资源消耗等,其主要聚合方法如下:
CEO= NOjiCOji+ HOCkiCOCki
CEC= CCjiCCji+ HOCkiCOCkiCEA= NAjiCAji+ HOAkiCOAki+ HCAkiCCAki
CE=CEO+CEA+CEC
在这类指标中,CXii代表节点本身的开销,CXji代表同质节点协同带来的开销,CXYki代表跨子网连接带来的开销。
4 能力动态映射方法
能力的动态映射是将特定的一组流模体能力需求REO、REC、REA映射到一组或多组流模体能力聚合结果CEO、CEC、CEA中。其本质是一类权衡问题,即在满足REO、REC、REA等需求条件的情况下,按照一定的标准,计算最优的流模体能力聚合结果,从而选择最优的流模体组合,完成作战能力的动态重组。
具体的权衡方法包括两类:一是极值权衡法,包含最小开销、最优概率和最大范围等;二是综合评价法,主要依赖任务目标需求对指标进行综合评价。本文以最小开销法为例,说明极值权衡法的主要步骤。
步骤1:提取所有可能的流模体聚合结果;
步骤2:从中筛选CEOi≥REOi, CEAj≥REAj, CECk≥RECk,形成筛选完成的合格流模体集合 、 、 ;
步骤3:对于每个流模体,选取各自的开销类特征指标CTO、CTC、CTA;
步骤4:在合格流模体集合中,寻找CEOi∈ ,使得CTO最小化;寻找CECk∈ ,使得CTC最小化;寻找CEAj∈ ,使得CTA最小化;
步骤5:整合连接CEOi、CECk、CEAj,形成OODA环。
与最小开销法相比,最优概率和最大范围等方法仅在取极值过程选取的能力指标对象不同,实质方法一致。
综合评价法需要根据任务目标,选取任务中需要的一系列核心指标,开展多目标优化,在指标之间进行调和与折中处理,使得每个流模体的整体能力达到最优。
5 结束语
本文运用超网络理论,对美国海军作战体系及“马赛克战”作战概念中要素动态组合、能力动态生成的特征进行了描述和分析,构建了由节点、子网、超边组成的超网络模型,以及情报流、指挥流、响应流模体模型,提出了作战单元能力的构成及其向流模体聚合的方法,以及通过求解流模体能力开展能力分解和分配的方法,可为进一步探索美军“马赛克战”“分布式作战”等新兴作战概念的实现机理提供参考。