水面舰艇防空作战能力的需求生成方法

许俊飞，邢昌风，吴　玲

（海军工程大学，武汉　430033）



水面舰艇防空作战能力的需求生成方法

许俊飞，邢昌风，吴玲

（海军工程大学，武汉430033）

摘要：为了更好地量化表达水面舰艇所具备的防空作战能力，提出了一种基于元活动的能力需求生成方法。建立了能力需求生成框架，在此框架下进行元活动库的提取，能力指标的分解，元活动-能力指标映射规则的分析得到中近程拦截能力的能力指标并进行了冲突消解，验证了所提方法的有效性。

关键词：能力需求生成，元活动，元活动-能力指标映射规则，冲突消解

0　引言

充分发挥水面舰艇在信息化条件下的防空作战能力是海军发展中十分关注的问题。舰艇作战系统能力描述了舰艇作战系统完成某一项作战任务所具备的本领［1］；舰艇作战系统的能力需求是指在一定的使命任务需求下，期望系统所具备履行使命、完成任务的能力，对这一能力进行分析的过程，称为能力需求分析。能力需求分析是实现作战能力的关键，可以帮助体系分析与设计者理清当前能力和装备在履行使命任务方面的不足，明确未来水面舰艇发展的方向与重点，较好地避免水面舰艇装备体系发展的盲目性、无序性。

水面舰艇作战能力需求分析主要包括作战任务分解，能力需求生成和能力需求验证3个关键问题，目前国内已开展了相关的能力需求指标体系的构建，能力需求方案的生成与评估等研究，但针对水面舰艇能力需求的研究相对较少。本文提出一种基于元活动的水面舰艇防空作战能力需求生成方法，在能力生成框架模型下进行能力需求指标的获取，并以舰艇防空拦截任务为例，对水面舰艇防空作战能力需求生成过程进行说明。

1　舰艇防空作战能力需求生成框架

水面舰艇防空作战能力需求生成框架模型如下页图1所示［2］。

①通过对使命任务、作战能力、历史经验等进行分析，提取作战任务的元活动，构建元活动库。元活动是作战行动过程中具有原子性事务处理性质的作战活动，这种活动是作战任务中相对固定、能够实现一定作战目标，相对独立的最小活动单元，即与能力相关的活动。一个元活动可定义为包含如下要素的集合：

Ma={name，input，output，node，driving_capacity}（1）

其中：name表示元活动的名称，input代表前驱，output表示后驱，node表示作战节点，driving_capacity表示驱动能力。

②采用单一能力最小粒度原则对使命任务进行分解，得到任务列表。不同的元活动可以根据一定的关系联系起来，结合元活动库，便可将任务列表由不同的元活动表示出来，即可获得宏观使命任务的元活动序列。

③作战能力是由众多具有层次结构的能力指标构成的，能力指标系统至少包括3个层次：能力层、子能力层和性能指标层。水面舰艇防空作战任务需求到能力需求的转换即为元活动执行水平到能力指标取值的转换，这种转化即是元活动-能力指标映射规则，其映射规则一般可分为解析规则、推理规则和学习规则。根据映射规则，便可将元活动序列转化为能力需求列表。

④根据作战系统的指标约束关系，对能力需求方案进行一致性检验和冲突消解，最终获得能力需求方案。

图1舰艇防空作战能力需求生成框架

2　舰艇防空作战能力需求生成

舰艇防空作战任务包括空中情报收集、态势评估、威胁判断、火力分配和目标拦截等。根据图1所示的能力需求生成框架，从元活动库的建立、能力需求指标的分解、元活动-能力映射规则和能力需求方案的冲突消解等方面，对舰艇防空作战的能力需求生成进行分析。

2.1防空作战任务元活动库

防空作战任务对应的元活动主要包括探测、侦察、通信、识别、定位、决策、协同、拦截、评估等，元活动库如表1所示。

表1防空作战任务元活动库示例表

根据舰艇防空作战流程，可以得到防空作战任务元活动序列如图2所示。

图2防空作战任务元活动序列图

2.2防空作战系统能力需求指标

舰艇防空作战能力体系如下页图3所示，其中防空作战能力可以分解为包括对空探测能力，电子干扰能力，火力拦截能力，空情信息处理能力等子能力，其中这些子能力又由更小的子能力构成，如火力拦截能力包括远程拦截能力，中近程拦截能力，末端拦截能力等。能力体系的最底层为能力指标层，如中近程拦截能力的能力指标构成包括：武器速度、拦截次数、单发命中概率、武器射程。

能力指标是对能力需求的度量，按照能力需求度量类型的不同，一般可将能力需求分为上限型、下限型、中心点型、区间型和布尔型。

①上限型：该指标的取值不超过某一上限阈值。如舰艇防空任务中，期望对敌拦截次数n不多于5次，能力指标可表示为n≤5。

②下限型：该指标的取值不低于某一下限阈值。如对敌目标进行攻击时，要求单发命中概率p不得低于60%，能力指标可表示为p≥60%。

③中心点型：该指标的取值在某一中心点附近。如打击精度50 km距离10 m误差范围内，在目标点周围10 m范围内都能满足要求，能力指标可表示为［50.01 km，49.99 km］。

④区间型：该指标的取值落在某一区间范围内。如导弹射程初始区间为［10 km，60 km］。

⑤布尔型：此类能力需求的指标没有量纲，或无法度量。

上限型、下限型和中心型能力需求指标可以看作是区间型能力需求指标的特例。

图3防空作战能力指标分解结构示意图

2.3基于元活动-能力指标映射规则的能力需求生成

基于“元活动-能力指标”的映射规则进行能力指标的推理计算，以中近程拦截能力的武器速度、拦截次数、单发命中概率、武器射程等能力指标生成为例进行分析。

作战想定如下：假设当空袭目标突破空中舰载机的拦截后，就要由中近程防空武器实施接力拦截，要求能对Rmin=10 km到Rmax=50 km内的敌目标实施导弹拦截，且射击相当可靠，即命中概率达到90%~95%。假定来袭目标的飞行高度H为20 m，速度Vm为亚音速0.8 Ma和超音速2 Ma两种，杀伤区最大高低角ε一般取60°，且已知舰空导弹发射准备时间tpre=10 s，打击评估时间teva=5 s。基于该作战想定进行中近程导弹拦截能力各项指标需求的分析计算。

2.3.1武器速度

根据现阶段各国舰空导弹以及反舰导弹武器的发展状况，由学习规则可知，舰艇在中近程对来袭目标进行拦截时，武器速度可取值为区间［0.8 Ma，2 Ma］。

2.3.2拦截次数

舰艇对目标的拦截次数主要与舰艇装备的防空导弹战术性能和来袭目标的速度有关，因此，采用解析规则和推理规则分析计算拦截次数。如图4可知，本舰到第i个拦截点的距离li为：

图4舰艇拦截目标示意图

假设来袭目标能被及时探测到且舰艇能及时进行拦截，第1枚导弹恰好在杀伤区远界处与来袭目标相遇，则l1=Rmax，所以拦截次数n：

由式（4）计算可得表2。

表2不同Vm和Vw下的拦截次数n

从表2中可以看出，舰空导弹的杀伤远近界确定时，在满足速度相应的范围内变化时，舰艇对目标的拦截次数n＜4。

在此基础上采用推理规则进行拦截次数指标的确定。

if Vm=0.8 Ma，VW=0.8 Ma

then舰艇对目标的拦截次数为2次

else if Vm=0.8 Ma，VW=2 Ma

then舰艇对目标的拦截次数为3次

…

else if Vm=2 Ma，VW=2 Ma

then舰艇对目标的拦截次数为2次

output拦截次数

因此，由解析规则和推理规则可知，在中近程武器杀伤区内，舰艇对来袭目标可进行2次~3次有效拦截。

2.3.3单发命中概率

对杀伤区域内来袭目标进行n次拦截，最终要求对敌目标射击命中概率相当可靠，即要求Pn达到90%~95%，则单发命中概率为：

由于舰空导弹与来袭目标速度的不同导致了拦截次数的不同，由式（5）可得表3所示。

表3不同拦截次数下的命中概率P

由表3可知，要求对敌目标的命中概率Pn达到90%~95%时，由解析规则可得导弹单发命中概率必须在［53.58%，77.64%］之间。

2.3.4武器射程

采用解析规则和学习规则分析武器射程指标。想定中要求能对10 km~50 km范围内的目标实施拦截，这就对导弹的射程提出了要求。以拦截2次为例进行分析，如图5所示。

图5导弹射程与杀伤区纵深关系

对目标进行拦截，设第2次拦截时最后1发弹恰好在杀伤区近界与来袭目标相遇，因此，进行2次拦截射程的需求为：

由式（7）经计算可知，进行两次拦截时舰空导弹所需的最小射程为14 km。导弹射程的能力需求指标上限，可以依据现阶段舰空导弹发展的技术水平或实战演习、模拟实验得到的样本数据，采用学习规则为60，从而得到导弹射程能力指标区间为［14，60］。

综上所述，经过一系列元活动-能力映射规则对能力指标进行提取，得到舰艇防空作战中近程拦截任务的各项能力需求指标，如表4所示。

表4舰艇中近程拦截能力需求指标列表

2.4能力需求指标方案冲突消解

在能力需求生成分析中，要根据任务指标体系中的各项任务要求，提出一项或几项相应能力的数量和质量要求。但是当几项能力需求指标共同反映一个任务要求时，就可能存在指标间的一致性冲突，要在能力需求生成基本方法的框架内，通过考虑问题的约束类型，并采用一定的方法实现指标冲突消解。

防空作战系统能力需求指标的约束类型包括作战需求约束、能力需求约束、系统需求约束、技术水平约束等，冲突消解方法可以采用约束网络法、推理法、专家经验法等［9］。

例如，在上述防空作战想定中，综合考虑该舰艇所承担的使命任务，如果武器实际上只能对Rmin=13 km到Rmiax=40 km内的敌目标实施有效拦截，所以拦截次数、命中概率都会随之发生改变。经过推理计算可得到较优的能力指标需求方案，计算结果如表5所示。

表5冲突消解后的舰艇中近程拦截能力指标计算结果

3　结论

水面舰艇防空作战能力需求生成是水面舰艇作战能力需求分析的关键环节，舰艇作战需求明确了武器装备要实现的作战使命以及为了实现使命需要完成哪些作战任务，实现这些作战任务需要相

应的武器装备具备一定的作战能力，而能力需求处在作战需求和体系需求之间，具有“承上启下”的作用。

本文以舰艇对空作战为例分析了元活动模型，并给出了其中的对空拦截能力的映射规则和冲突消解的初步方法。通过算例表明该方法可以有效获取能力指标需求方案，既满足使命任务需求，又满足各利益相关者需要。

参考文献：

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［10］DoD Architecture Working Group. DoD architecture framework version1.0［R］. US Department of Defense，2003.

Demand Generation Method of Surface Ship Air Defense Capability

XU Jun-fei，XING Chang-feng，WU Ling
（Naval University of Engineering，Wuhan 430033，China）

Abstract：In order to better quantify the expression of surface vessels possess air defense capability，capacity needs of a generation method based on the meta activity is proposed. a framework for generation capacity needs is establishes.In this framework，to extract meta activity library，decomposition indicators meta activity-analytical indicators of mapping rules，the ability to intercept short-range targets，and a conflict resolution，and those verify the effectiveness of the proposed method.

Key words：capabilities requirement generation，meta activity，meta activity-capability index mapping rules，conflict resolution

作者简介：许俊飞（1990-），男，陕西韩城人，硕士研究生。研究方向：作战系统工程。

收稿日期：2015-01-11

文章编号：1002-0640（2016）02-0128-04

中图分类号：N94

文献标识码：A

修回日期：2015-03-01