中国指挥与控制学会会刊 
信息技术的发展带动了武器装备的发展和军事思想的创新,并促使某些军事领域实现了跨越式发展,战争样式与以往相比,具有很大的不同。建模与仿真是研究和预实践战争的重要手段和工具,可用于在实验室中探索未来战争的特点,研究新的作战思想、力量编成和装备编制。
建模与仿真的核心是模型构建。本文从分析信息化战争的特点着手,以体系对抗的视角思考、探讨、研究信息化作战建模与仿真亟待解决的相关问题,构建“机械化作战仿真为基础,信息化作战仿真为重点,智能化作战仿真为补充”的复合作战仿真模型体系,解决了信息化条件下陆军体系对抗仿真所面临的难题,为陆军体系对抗模拟训练和作战实验提供支撑。
1 信息化战争的特点
1.1 网络支撑
网络支撑是打赢信息化战争的基础,集成战场感知、通信网络、时空基准、计算存储、安全保密、综合管理、兵力火力等各类作战资源而形成的信息基础网络,不仅具备通信传输功能,还具备对作战资源进行配置、管理的服务功能以及对作战资源进行自动化、智能化应用的支撑功能[3]。其本质内涵是依靠网络“无疆界、零距离、即时性”的特性,把各类作战资源有效地汇聚起来,实现“网络聚能”。
1.2 体系对抗
信息化战争不仅仅是单武器平台与单武器平台的对抗,而是由信息系统链接陆、海、空、天、电、网多维战场空间的各类作战单元,融合各种作战要素组成的作战体系之间的对抗。战争的胜利将取决于各作战单元面向体系开放通过网络支撑、要素重组、功能融合而整合起来的作战体系。
1.3 信息主导
信息是感知、决策、交战、支援各环节快速运行的核心驱动力。信息主导,即依据作战活动的内在规律和对信息支撑保障的需求,合理配置信息资源,优化信息服务流程,通过信息的按需流动、高效共享、全面使用实现作战资源动态、高效聚合,促使作战要素高效释能。其本质内涵是信息活动环驱动感知—判断—决策—行动(OODA)作战活动环,实现“加速释能”。
1.4 精准快反
信息技术快速发展,推动信息化战争形态加速演变,战争的节奏和进程也随之加快,这就促使指挥、作战和保障也要做出更加精准、快速的反应。精确指挥、快速决策、快速行动、精确打击、精确保障成为信息化作战的基本要求。
1.5 多维联合
信息化战争仅靠单一军兵种无法实现战略意图,也就无法取得战争的最终胜利,多维联合成为信息化战争的重要方式。从过去的陆、海、空三维作战空间,扩大到陆、海、空、天、电、网多维战场空间,多维空间紧密融合,多路信息融合共享,多源数据高效利用,进一步加剧了战争的复杂性。
2 体系对抗建模方法
2.1 体系对抗仿真建模
针对信息化战争的特点,从仿真建模的观点来看,体系对抗仿真可看作对信息化战争的某一局部或全局问题的抽象描述,要比较真实地体现体系对抗行动、关系和效能,就要对信息化战争的物理域、信息域和认知域进行建模,如图2 所示。
认知域是人的感知、思维、决策及价值观存在的领域,主要针对人的思维和决策进行建模;信息域是信息产生、流转、处理与作用的领域,主要针对数据、信息和信息流进行建模;物理域是对抗双方存在和作战的物理空间,主要针对武器装备、部队实体、部队行动以及相关的战场环境进行建模。目前,不同域的仿真建模存在以下问题和难点[2]。
在物理域方面:1)只注重单武器平台或个体系统的建模,忽视了作战体系整体结构的建模,模型无法对联合多维的体系对抗进行仿真;2)对建模方法的研究不够,导致不同粒度模型描述细致程度达不到要求,难以精准模拟单武器平台、精确制导弹药对部队(聚合实体)的毁伤交互;3)模型体系不完善,尤其是在作战对手模型构建方面,存在明显不足。
在信息域方面,普遍忽视对基于信息系统的信息流转过程的建模,缺少对信息处理关键节点的模拟,难以体现关键节点对作战体系的影响效果。
在认知域方面,存在难以准确模拟人的指挥决策过程和结果,难以用仿真的方法模拟智能武器装备的问题,现阶段人们对领域知识还没有足够认识,因此建模困难。
2.2 物理域仿真建模方法
体系对抗中,对抗双方的首要目的是保护并发挥己方作战体系的优势,同时尽量破坏敌方的体系,当敌方的作战体系被破坏时,就形成了“不对称作战”,对抗的结果不言而喻。为了能够达成体系对抗条件,必须能够对各个作战体系的关键节点建模。体系的关键节点有多种:侦察保障体系的关键节点可能是雷达站和情报处理中心;通信保障体系的关键点可能是各通信枢纽;火力打击体系的关键点是火力协调指挥中心等。因此,针对陆军体系作战进行建模时,不同的建模对象对建模力度的要求是不一致的。如传统的部队行动要求是聚合级建模(人与武器装备相结合的作战行动),而为了体现陆军新质作战能力和体系作战的关键节点,需要对武装直升机、无人侦察机、新型数字火炮、通信与侦察车辆等建立武器平台级模型,而对通信仿真、基于指挥信息系统的信息共享仿真则可能需要建立聚合级的仿真模型(体现通信、信息处理效能)。此时,在EATI建模方法的基础上,通过采用聚合级与平台级混合建模的方法实现对陆军体系对抗的仿真是较为可行的方法。
需要注意的是,当不同分辨率的实体模型在仿真系统中共同运行时,需要针对模型间的交互做聚合和解聚的处理,以适应不同分辨率模型间一致性运行的需求。
2.3 信息域仿真建模方法
信息域的仿真围绕信息、信息流以及信息系统的运用展开。长期以来,陆军作战训练中通信保障和情报保障这两个要素通常是被简化处理的,是因为构建可满足两类要素训练的仿真环境过于复杂,训练组织难度大,训练效费比低。但在体系对抗条件下,敌对双方可采取网络攻击、电子干扰软杀伤,火力打击、兵力破坏硬毁伤等信息作战行动对通信节点和信息节点进行破坏,从而达到影响对方整体作战能力的目的。因此,在信息域仿真中,必须围绕信息作战行动过程和作用目标进行建模,即必须能够反映基于指挥信息系统的网络通信和情报整编、指挥控制过程。具体来说,信息域的仿真不仅需要对各类信息的流转过程进行仿真,还应该能反映部队运用指挥信息系统能力的差别,即体现不同部队基于信息系统组织作战能力的区别,如情报整编速度、指挥决策速度、部队状态监控能力等。具体可采取以通信仿真和信息交互仿真相结合的实际描述信息能力的仿真方法予以实现。具体结构如图4 所示。
其中,信息交互仿真是关于信息生成、存储、处理、传输、管理与共享等过程的仿真,信息内容主要包含情报侦察、指挥控制、行动报告、部队状态等。信息交互仿真包含三部分内容。一是信息交互规则定义,即设计每一条信息的传递路线及每个节点的处理逻辑,包括各信息处理节点部队信息处理能力的定义;二是基于仿真通信网,按照信息交互规则的信息传输过程仿真;三是动态信息交互仿真,即随着作战进程和作战行动动态生成各种信息数据以及对动态生成信息数据传递过程的仿真。信息交互规则定义基本方法如图5 所示。
2.4 认知域仿真建模方法
认知域仿真主要反映人的思维水平对作战的影响。在陆军体系对抗仿真中,认知域需重点体现两个层面内容:一是部队基于信息系统的作战运用能力;二是部队基于信息系统的决策判断能力。其中,第一个层面的内容可放在信息交互仿真中予以解决,即通过定义不同信息节点的信息处理能力(如情报判断速度和准确度)反映其基于信息系统的作战运用能力。第二个层面的内容在陆军体系对抗仿真中主要体现为指挥决策和行动决策仿真,描述对象是对抗双方基于信息系统对所属部队的指挥控制能力。决策仿真可以归为人工智能领域,但是纯粹以人工智能技术实现决策仿真存在很多困难。根据陆军作战特点,结合国外仿真领域的一般做法,可以采取决策规则建模[6]与指挥效能仿真相结合的方法予以实现。
规则建模基本原理如图6 所示。
决策规则建模是指对交战过程中可能遇到的战场情况做事先预想,针对各种编成内的作战力量,按照任务、行动、事件的关系以可视化的手段描述决策内容的过程。其基本思想是建立在对作战任务的详细分析和对作战行动分解的基础上的,通过对完成任务过程中遇到的各种可能事件和与之相关的处理方法、控制逻辑的定义,最终形成包含行动规则库、行动模型库、任务规则库在内的决策规则数据库,用于驱动指挥决策和行动决策模型的运行。
3 体系对抗仿真模型体系
本文按照上述对抗仿真建模方法,建立体现“网络支撑、信息主导、体系对抗、多维联合、精确快速”等信息化作战特点的模型体系,以解决传统仿真建模存在的一系列问题。
3.1 模型空间
从实现角度出发,可依据通用化、组件化、参数化、服务化、全要素、可组合、可重用、广覆盖的建设思想,采用分层分类的方式,从模型形式、模型类型和模型层次三个维度设计体系对抗仿真模型体系,如图7 所示。
按体系仿真模型的形态及其对描述对象的抽象程度,将仿真模型分为军事概念模型、数学逻辑模型和仿真程序模型等三类。
按照模型对象及模型用途,将体系仿真模型分为实体模型、行动模型、环境模型、效果模型等四类。
3.2 模型体系
体系对抗仿真必须能够反映部队体系化程度的区别,能够实现两支具有“代差”的部队之间的对抗仿真。
从具体建模需求看,须在实现对传统陆军作战力量和作战样式仿真的基础上,增加陆军新型作战力量运用、信息作战建模等内容。针对当前陆军基于信息系统的体系化作战仿真,初步划分作战仿真模型体系如图8 所示。
3.3 建模示例
本文以炮兵连作战体系为例,采用聚合级与平台级混合建模的EATI建模方法,基于组件建模实现对指挥车、火炮物理属性、基本行动、毁伤效果等建模,如图9 所示。运用通信仿真和信息交互仿真方法,可实现对炮兵连作战过程中指挥节点信息处理能力、火炮节点诸元自动装填等关键信息处理、传递过程的建模,这是体现新型数字化装备与传统火炮系统之间能力差异的关键。运用基于规则库的行动决策仿真方法,可实现动态战场事件发生时,炮兵连自主行为决策的建模。通过三类方法的综合运用,能够较好满足信息化战争中体系对抗仿真建模的需求。
4 结束语
陆军体系对抗仿真建模是当前军事建模与仿真领域的重难点问题,本文在总结信息化战争特点的基础上,综合现有建模理论和方法解决实际问题的思路,针对三类领域中的建模需求深化研究体系对抗建模方法,建立体现“网络支撑、信息主导、体系对抗、多维联合、精确快速”等信息化作战特点的模型体系。