舰艇编队作战体系构建方法初探∗

尹晓楠 张 浩

（海军大连舰艇学院 大连 116018）

1 引言

随着现代科学技术的不断发展和新型装备的投入使用，现代海战越来越呈现体系对体系的对抗［1］。舰艇编队作战体系，是以能够遂行多样化战争军事行动为目的，立足当前我海军新型装备，紧紧围绕“体系作战”思想，由两艘以上舰艇或两个以上舰艇战术群组成的兵力编队构成，通过合理实现“任务—资源”匹配链接各作战资源子体系，以形成具有特定功能且体系作战效能不断涌现的有机整体。

2 舰艇编队作战体系架构［2］

立足打赢信息化条件下的局部战争，舰艇编队作战体系以我海军任务需求为导向，通过整合编队内同类作战要素、优化兵力配置，构建了预警探测、指挥控制、火力打击、信息对抗和综合保障五个子体系。可用图1表示。

图1 舰艇编队作战体系架构

2.1 预警探测子体系

预警探测作为舰艇编队作战的“千里眼”“顺风耳”，要想发挥最大效能，必须做到高中低互补、远中近衔接、有源无源相结合。预警探测子体系由舰艇编队内各类具有预警探测、目标识别功能的侦察探测设备构成。主要包括舰艇编队内各类舰载预警探测识别设备、机载预警探测识别设备以及水下潜艇预警探测识别设备。

2.2 指挥控制子体系

指挥控制子体系处于舰艇编队作战体系的核心领导层，在保证编队内信息传输网络畅通的前提下，由舰艇编队作战体系内各作战平台的指挥控制系统共同构成。编队内各作战平台的指挥控制系统主要包括编队群指挥控制系统、驱护舰指挥控制系统、综合补给舰指挥控制系统、舰载机指挥控制系统、潜艇指挥控制系统等。通过网络的互联互通，编队内各指控系统共同构建成指挥控制子体系。

2.3 火力打击子体系

火力打击子体系是由舰艇编队内各兵力平台上的所有具有硬摧毁能力的武器装备构成。主要包括编队内舰载各型防御武器装备、舰载各型打击武器装备、舰载机上配置的各种空空导弹和空舰导弹、潜射鱼雷和导弹等。编队内部所有平台上的对敌具有硬摧毁的各类攻防武器共同构成火力打击子体系。

2.4 信息对抗子体系

制信息权在未来战场上展现的威力越来越大，作为“软杀伤”的信息对抗子体系，在编队作战中发挥着“损人利己”的重要作用。主要是由舰艇编队内各兵力平台上的所有电子对抗装备、光电对抗设备、通信对抗设备、水声对抗设备等构成。

2.5 综合保障子体系

综合保障子体系主要通过提供后勤补给、技术支持、装备维修、兵力调运、通信联络等保障来全方位支撑舰艇编队作战。该体系主要是由舰艇编队内各作战平台自身具备的保障装置和综合补给舰上的综合补给系统以及相应的专业人员构成。

3 舰艇编队作战体系构建总体思路［3～4］

舰艇编队作战体系构建主要分为两个阶段:一是“任务-资源”匹配阶段；二是“效能-涌现”［5］聚合阶段。

其中，“任务-资源”匹配是指:从任务需求出发，条分缕析任务资源需求与编队资源能力，在明确任务需求的基础上将总任务按照编队子体系架构分解成可直接处理的任务（也就是元任务），即预警探测元任务、指挥控制元任务、火力打击元任务、信息对抗元任务、综合保障元任务，此阶段由元任务到子体系的匹配是总任务的初匹配阶段；然后由分配到子体系的元任务与子体系内各平台的匹配形成平台部署配置表，最终完成“任务-资源”匹配。

“效能-涌现”是指:从舰艇编队作战效能出发，首先通过平台间或者平台内部同类作战要素的集成，实现编队子体系的效能涌现，这是初涌现阶段；然后根据不同的作战任务，实现不同子体系的整合集成，舰艇编队作战体系效能指向性更加突出，实现总体效能涌现最大化［6］。

4 舰艇编队作战体系构建方法

4.1 “任务-资源”匹配

在“任务-资源”匹配的过程中，为保证任务顺利完成，必须遵守以下规则:

1）参与处理该任务的平台可提供的资源不小于任务的资源需求，并且资源冗余最小；

2）参与执行该任务的所有作战平台均能够在该任务开始被处理前到达任务区域；

3）在任务平台匹配过程中，处理某一任务时该任务之前的所有前导任务都已处理完毕；

4）一个平台每次只能处理一项任务，不能同时处理两项及以上任务。

在平台资源与任务匹配的问题上需要多维变量测度，任务需要不同资源或不同类型平台的协同处理。本文提出了基于任务平台优先级列表动态规划模型。也就是在总任务分解成元任务的基础上通过对任务优先权、任务选择平台优先权、平台选择任务优先权的综合分析，得到一个任务执行优先权表。随着执行任务进程的推进，任务执行优先权表也在动态变化，任务边完成资源匹配，边进行任务执行优先权更新；再完成任务资源匹配，进而动态更新任务执行优先权，如此循环下去，直到所有任务完成。

4.1.1 任务分解

现代海战基本上是以小规模的局部战争为依托展开的。由于时空维度复杂多样，作战任务在很大程度上不能依靠单平台独自完成。因此，合理分解作战任务至关重要。由于任务分解的依据不同，导致其分解的结果也不尽相同。通常情况下，任务分解的方法主要有:按照空间分解任务；按照对象分解任务；按照阶段分解任务等。为实现任务平台资源合理匹配的目标，任务分解按照舰艇编队子体系来划分。也就是将任务分解为与舰艇编队作战体系相匹配的侦察预警、指挥控制、火力打击、信息对抗、综合保障等五个方面的子任务。同理，子任务还可继续细分为与平台资源功能相对应的子任务（元任务），直到划分成平台可实现的元任务。

4.1.2 舰艇编队作战体系资源架构

1）平台资源

平台是舰艇编队体系作战中各项元任务的直接执行者，平台的资源特性直接影响了作战进程。通常认为平台的资源特性包括平台类型、平台最大速度、平台位置、平台的功能资源等。

2）平台功能资源

平台的功能资源是平台具备执行任务能力的体现，平台是否有资格执行任务与其具备的资源能力密切相关，平台的功能资源由平台具备的功能资源矢量确定，其数学表达式为

其中Pfmj(1 ≤j≤n)表示平台Pm在功能fj上具备的资源功能量化数值。

舰艇平台的功能资源包括雷达类、电子战（含光电）类、指控类、预警探测类、补给类、航海类、动力类、防空类、反舰类、反潜类、对地攻击类、布雷类、扫雷类等。依托体系重新整合平台资源，将其归结为预警探测、指挥控制、火力打击、信息对抗、综合保障五个功能资源。通过对平台资源的集成，作战要素耦合形成功能资源，预警探测功能包含雷达类、预警探测类（光电、声纳）功能；火力打击包含防空类、反舰类、反潜类、对地攻击类功能；指挥控制包含指挥控制类功能；信息对抗包含电子战类；综合保障包含补给类、航海类、动力类、布雷类、扫雷类功能。

4.1.3 目标函数建立

任务与平台资源的匹配是建立在元任务流程图和平台可提供资源的基础上的合理配置与部署。在现代海战中，任务到平台资源匹配的目标通常有:取得任务的最大战果、我方损失最小、最短时间完成任务、平台资源充分利用等。

4.1.4 “任务-资源”匹配优先权

1）任务优先权Ro

当某一任务的所有前导任务都已处理完时，该任务便进入可分配的任务集Task 中，此时如果不同阶段的任务有交叠，则按照战争进程顺序优先进入Task 中。在这里以加权长度算法WL 计算任务的优先权Ro:

其中，ωT为表示任务tj的后续任务集；tm为表示任务tj的处理时间。

2）任务选择平台的优先权tp

任务选择平台优先权tp包含两个方面的需求:一是时间优先系数tp1，即要选择能在较短时间内到达任务区域及较快时间处理完任务的平台；二是平台资源优先系数tp2，即可获得平台组资源的充分利用且平台组资源冗余最小。通过对tp1和tp2的综合考虑，得出对tp1和tp2加权作为任务选择平台的优先权tp。公式为tp=λ1tp1+λ2tp2。

3）平台自主选择任务的优先权pt

平台在未处理的任务集合中选择任务的过程即平台自主选择任务。同样，定义平台选择任务的时间优先系数pt1和任务资源需求矢量距离优先系数pt2。通过对pt1和pt2的综合考虑，得出对pt1和pt2加权作为平台选择任务的优先权pt。公式表示为:pt=ω1pt1+ω2pt2。

4）修正后的任务优先权XC

由于任务选择平台和平台选择任务存在冲突，不能单方面考虑，因而在这里采取二者加权的方式。即XC=α*tp+β*pt（α+β=1）。

4.1.5 “任务—资源”匹配流程

“任务—资源”匹配流程，首先根据原始的任务优先权对元任务进行粗排序，初步完成元任务的整理，送入集合Row 中；然后，进行可行性判断，通过任务需求与可获得资源的比较，筛选出资源需求满足的任务并送入可执行任务集Ready 中；其次，进入任务选择平台、平台选择任务的优先权中，得出修正后的任务优先权。最后，根据任务优先权选择平台，完成一个元任务的平台资源匹配。如此循环往复，完成作战任务与平台资源的匹配。具体流程如图2所示。

根据此算法模型，利用Matlab软件编写求解程序，构建出“任务-资源”匹配模型。

4.2 “效能-涌现”聚合

4.2.1 子体系聚合

舰艇平台在生产设计装备时是有一定冗余度的，合理配置平台装备冗余度可以提高舰艇编队整体效能。通过将同类型的作用相似的装备进行数据融合、资源共享、效能互补等手段，组网构成作战效能子体系，摆脱单舰单平台的束缚。编队中平台的各个作战要素在集成子体系的过程中，涌现出自身所不具备的效能或使自身优势更加明显，从而实现资源要素到子体系的效能聚合［7～8］。以结合保障子体系为例，如图3所示。

图2 “任务-资源”匹配流程图

图3 子体系“效能-涌现”聚合模型

4.2.2 编队体系“效能-涌现”聚合［9～10］

舰艇编队平台资源要素的集成构建了作战子体系，基于不同的任务，通过调控权重系数改变编队效能指向，子体系间的配比权重不同，耦合涌现出的作战效能也会产生巨大变化。通过调控不同子体系的权重值，逐步优化任务资源匹配方案。最终，可以根据任务需求，经过迭代运算，找出最优的任务资源分配方案，实现舰艇编队作战体系效能最大化。如图4所示。

图4 编队体系“效能-涌现”聚合模型

5 案例分析

以某次登陆作战为例，为使任务最短时间完成，通过Matlab对该模型进行仿真建模，构建了“任务—资源”动态匹配模型［11～12］，列出了任务平台的对应关系，如图5（行为任务，列为平台）所示。

图5 “任务-资源”匹配表

平台的协作量为87。用甘特图（图6）表示。

图6 “任务-资源”匹配甘特图

以南区防御元任务为例，作战任务的火力打击子体系划分为包含南区防御在内的一系列元任务，通过平台间或平台内部作战资源的整合，实现南区防御任务的效能最大化。南区防御为任务t2，参与任务t2 的平台为P2、P4、P7、P8、P9、P10、P11、P12、P13、P15、P16，关系图如图7所示。

图7“任务-平台”关系图

此时λ1=0.7，λ2=0.3；ω1=0.7，ω2=0.3；α=β=0.5，总任务的完成时间为849.17s，平台协作量为87。舰艇编队作战体系的作战效能可以通过改变调控因子的指向来改变，当改变调控因子的值时，平台资源的匹配发生变化，由于作战要素相互耦合，平台作战效能不断涌现，因此舰艇编队的作战功能指向也随之改变。如当调控因子值λ1=λ2=0.5，ω1=ω2=0.5，α=10β 时，总任务的完成时间为1767.5s，平台协作量为107。任务平台的对应关系如图8所示（行为任务，列为平台）。

图8 任务平台的对应关系

图9 “任务-资源”匹配甘特图

平台的协作量为107。画出甘特图（图9）。

以南区防御元任务为例，参与任务t2的平台为P1、P 2、P3、P 4、P7、P8、P9、P10、P11、P12、P13、P14、P15、P16、P17。关系图如图10所示。

图10 “任务-平台”关系图

通过改变调控因子的值，平台资源和平台间资源耦合效果均发生变化，子体系、作战体系和体系之间不断涌现出新的效能，体系作战效能指向性愈发明显。

6 结语

通过对该案例的分析，本文构建的舰艇编队作战体系完成了“任务-资源”匹配优化，作战任务细化分配到平台作战要素；实现了体系效能聚合涌现，作战任务作战要素间、子体系间的作战效能涌现十分明显。合理改变调控因子，可以优化任务与平台资源匹配，进一步激发舰艇编队体系作战效能，为指挥员提供更科学的决策。