基于数据场的体系作战能力分析*1



基于数据场的体系作战能力分析*1

贾子英，周世华，赵磊

(海军陆战学院，广东 广州510430)

摘要：体系作战能力是由作战单元协作生成的整体作战能力。根据作战体系及其作战能力的构成，在作战体系网络结构的基础上，利用数据场理论分析作战体系的拓扑势场，描述作战单元间的协作能力，建立基于数据场的体系作战能力模型，并进行仿真分析。得到了一种定量分析体系作战能力的方法。

关键词：作战体系；数据场；拓扑势场；协作能力；体系作战能力；仿真分析

0引言

作战体系是由众多作战单元密切协作形成的复杂作战系统。体系作战能力，是各作战单元协作行动的整体能力[1]，不简单是各单元作战能力的加权和，还要考虑由作战单元协作产生的“协作能力”。

目前，定量研究能力有2种思路：一是利用AHP法、ADC法和模糊综合评估等方法[2-4]，评估体系作战能力；二是将作战体系抽象为复杂网络，利用系统优势函数[5]、网络效能[6-7]，分析作战体系的涌现过程，研究体系作战能力。第1种思路难以分析作战单元间协作效能，不能有效反映体系作战能力的系统性。第2种思路注重分析有直接协作的作战单元间的协作能力，没有考虑作战单元间的间接协作。

1作战体系与体系作战能力

作战体系是指具有统一的使命任务和一定的组织结构，由相互关联的具有自主特性的作战单元组成的有机整体，是能够适应威胁环境的动态复杂系统[9]。根据作战体系中兵力编成类型，作战单元可划分为侦察单元、指控单元、对抗单元和保障单元[10]。在作战体系中，作战单元间存在着广泛的协作。基于复杂网络的观点，将作战单元抽象为节点，作战单元间的直接协作抽象为边，则将作战体系抽象为复杂网络，如图1所示。

图1　作战体系网络拓扑结构示意图Fig.1　Networked structure of operation SoS

体系作战能力是由作战单元协作而涌现出的能力[11]。根据复杂系统的涌现机理，体系作战能力不仅是作战单元能力的和，还应包括作战单元间协作产生的协作能力。协作能力是指由作战单元间指挥、通信、协同、保障等关系生成的作战能力。作战单元的协作可以是2个作战单元的两两协作，也可以是多个作战单元间的协作。多个作战单元间的协作可以分解为多个相应节点间的两两协作，认为多个作战单元间的协作能力是相应作战单元两两的协作能力的和。

(1)

式中：λi为第i个作战单元的权重；C为作战单元间的协作能力。

2基于数据场的体系作战能力模型

建立体系作战能力模型，必须考虑作战单元间的协作能力。数据场是将物质粒子间的相互作用及其场的描述方法引入到数域空间，研究数据对象间相互作用的理论，能够有效地分析作战单元间的协作能力。

2.1数据场的概念

场的概念是由英国物理学家法拉第提出的，用来描述对象间的相互作用。李德毅院士等借鉴物理学中场的思想，将数据对象抽象为数域空间中具有一定质量的质点，则在数据对象周围存在一个作用场，位于场内的对象受场的作用，进而在整个空间上形成了一个数据场[12]。对不依赖时间的静态数据来说，相应的数据场是一个稳定的有源场，可以采用标量势函数进行描述。

(2)

式中：‖x-xi‖为xi到x的距离；σ为影响因子，一般取σ=2[14]。

2.2作战体系的拓扑势场

1）实验的进行不能顾此失彼，对于单桩竖向抗压承载力实验来说，为了避免荷载过重造成仪器损坏，影响实验数据的准确，必须进行必要的操作过程设计规范和细节控制说明，比如：当地基周围土壤隆起时，其观测点的荷载-沉降曲线必然出现陡降，实验中要注意记录陡降前后的荷载数值。此外，当地基基础桩后一次的沉降幅度超过前一次沉降幅度的2倍时，表明沉降过程尚未稳定，因此，要注意记录前一级的荷载数值。最后，在细节把控上，荷载-沉降曲线一定要按照信号传感器反馈的时间曲线进行绘制，必要的情况下，增加辅助曲线，增加检测结果的准确性。

节点的数据场受节点作战能力指数影响。节点作战能力指数越大，对整个作战体系的影响就越大，表现为数据场就越强。因此，定义节点质量为相应作战单元的作战能力指数，即mi=pi。由式(2)，对∀vj∈V，vj在vi的数据场中的势能为

(3)

式中：‖vi-vj‖为节点vi，vj间距离。

作战体系包含多个节点，各节点共同作用形成了作战体系的拓扑势场。作战体系的拓扑势场是标量场，拓扑势场中节点v处的势可表示为

(4)

(5)

作战单元间相互协作，可认为是节点在数据场中相互作用。由此，作战单元间的协作能力，可用节点在数据场中的势函数表示。当节点间有边直接相连时，即作战单元间存在直接协作，则dij为作战单元间协作有效度eij。当节点间通过其他节点间接相连时，即作战单元间存在间接协作，则dij为节点间的最短路径长度。

2.3体系作战能力模型

(6)

式中：αi为节点vi在作战体系中的重要度。

节点在作战体系中的位置不同，其重要性也不同。因此，αi用节点vi的一级扩展度表示为

(7)

式中：di为节点vi邻居节点的数量；Dk为第k个邻居节点的度。

由式(5)可得，作战体系中各作战单元间协作能力的和为

(8)

由式(6)～(8)可得，基于数据场的体系作战能力模型为

(9)

3仿真分析

以图1表示的作战体系为例，在作战体系网络模型结构稳定的条件下，分析单元作战能力和协作有效度对体系作战能力的影响。

图2　单元作战能力影响仿真结果图Fig.2　Simulation of influence by unit capability

由图2可知，体系作战能力与单元作战能力成正比，随着单元作战能力下降比例增大，体系作战能力下降比例也增大。不同类型的作战单元对体系作战能力的影响不同，对抗单元对体系作战能力的影响最大，侦察单元对体系作战能力的影响最小。

在单元作战能力不变的条件下，假定作战体系中协作有效度相等，体系作战能力受协作有效度的影响如图3所示。

图3　协作有效度影响仿真结果图Fig.3　Simulation of influence by cooperative degree

由图3可知，协作有效度下降比例小于20%时，体系作战能力下降幅度不大，说明了在能够进行有效协作的情况下，作战体系能够生成相对稳定的协作能力；协作有效度下降比例在20%～80%之间时，体系作战能力迅速下降，即作战单元协作不稳定的条件下，协作能力迅速降低；协作有效度下降比例大于80%时，体系作战能力趋向于单元作战能力的加权和，即作战单元间不能进行协作，作战体系没有形成协作能力。

4结束语

本文建立的基于数据场的体系作战能力模型，能够有效分析作战单元作战能力和作战单元间协作有效度对体系作战能力的影响，反映了体系作战能力的生成机理和变化规律。研究结论有助于分析影响体系作战能力的主要因素，对体系作战能力建设具有指导意义。在模型建立过程中，对影响因子、协作有效度等参数的研究还不够深入，需进一步研究探讨。

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Analysis of Combat Capability of Operation SoS Based on Data Field

JIA Zi-ying，ZHOU Shi-hua，ZHAO Lei

(Naval Marine Academy,Guangdong Guangzhou 510430, China)

Abstract:The capability of operation system of systems (SoS) is holistic capability generated by unit coordinated. According to the capability composition, the topological potential field and cooperative engagement capability are analyzed with data field theory, and the analysis model of operation SoS is established, which are based on the analysis of network structure of operation SoS, and simulation shows that a quantitative method of the capability of operation SoS is achieved.

Key words:operation system of systems(SoS); data field; topological potential field; cynergic capability; combat capability of SoS; simulation analysis

中图分类号：E911；E917；TP391.9

文献标志码：A

文章编号：1009-086X(2015)-06-0194-05

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2015.06.034

通信地址：510430广州市白云区石井石沙路1951号战术教研室E-mail：284870076@qq.com.

作者简介：贾子英(1984-)，男，河北定兴人。讲师，博士，主要研究方向为海军兵种战术。

基金项目：国家社科基金(12GJ003-127)

*收稿日期：2014-12-23；修回日期：2015-03-22