陆战场杀伤网模型与资源优化初探

杨争争，白浩，侯勇

(西北机电工程研究所，陕西 咸阳 712099)

陆战场是军队在陆地实施作战的地理空间，是陆军执行作战任务的主战场，是军事斗争达成目标的最终地域[1]。传统陆战场作战力量的能力生成，主要依赖防空力量、突击力量、压制力量，以及各平台间的固定配合[2]。传统的点对点打击模式将“感知→决策→执行”系统集为一体，可以完美应对具有压倒性力量优势的作战任务，但是面对力量相差无几的作战对手时，则很容易因为遭受到局部毁伤而丧失全部功能[3]。为了克服节点过于集中、断链风险高、陆战通道重构性弱等不足，各个国家都在对新的作战概念展开研究，以求在未来陆战场战争中占据主动，获得优势。杀伤网使用更多灵活的信息通道来连接大量较小的、功能较少的和更容易组合的作战单元，形成网络化作战体系。基于杀伤网的陆战场作战方式是将杀伤网概念引入到传统陆战场作战中而产生的新型作战思想研究领域，可以实现部队的灵活部署和配置，以便在战争中为作战任务动态配置资源，掌握战争的主动性。笔者在总结、归纳目前针对杀伤网作战方法的研究现状、应用状况的基础上，进一步对基于杀伤网的作战方法中的关键技术进行了梳理和论述，最后在总结全文的基础上探讨了该技术在未来陆战场作战中的可能发展及应用方向，为陆战场新型作战体系的设计和建立提供有益参考。

1 杀伤网作战概念

在冷战期间，美军通过将新技术与新作战概念的优势结合起来成功战胜了苏联军队，如精确制导武器和隐形技术等。在冷战结束后，随着各国对科索沃和阿富汗战争形式的观察和研究，并依此对自身作战概念进行改进，形成了各自的远程传感器和精确武器网平台，从而被美军视为严峻的潜在挑战。为了应对未来陆战场体系化作战时所面临的挑战，众多军事发达国家正在对新型作战概念展开研究，以掌握未来战争的主动性。2017年，“马赛克战”作战概念由美国国防部率先提出，并迅速进入世界各国的军方视野[4-5]。“马赛克战”以杀伤网取代杀伤链，用更多灵活的信息通道来连接更多作战单元，使作战体系结构具有动态重构可能，以适应复杂多变的作战需求。杀伤网的演化过程如图1所示[6]。

传统杀伤链的一体化多任务平台和系统集成相对不灵活的配置，制约了可组合部队的多样性，削弱了部队的适应能力，使敌方更容易预测，降低了迷惑敌人的能力。杀伤网通过高新技术手段实现多种系统、武器平台的实时组合，用更多灵活的信息通道来连接大量较小的、功能较少的和更容易组合的作战单元，以实现网络化作战，进而提高部队灵活性和适应性。

杀伤网中的节点高度分散，具有良好的韧性和较多的冗余节点及信息通道，没有不可或缺的关键节点。当部分节点主动或被动通信断链时，杀伤网可以通过通信技术快速检测断链情况，并根据当前作战范围内可供选择的作战节点，形成新的适应战场需求的陆战场作战体系，不会影响杀伤网发挥整体作战效能，反而给敌人创造更为复杂的条件来进行评估。杀伤网的核心思想是在各构件接口设计通用的基础上，通过人工指挥和机器控制相结合，实现防空作战单元、突击作战单元和压制作战单元之间的自适应动态重构，达到对更为分散的陆军部队的快速组合和重组，形成可以适应瞬息万变的战场情况的新型陆战场作战体系的目的。在不会削减各个分系统作战能力的基础上，提高了部队的适应能力，为敌方制造复杂性和不确定性，从而获得决策和信息优势。

1.1 必要性

传统陆战场中，各个国家针对不断增长的精确制导武器威胁采取了多平台力量组合模式，形成了相对较大的作战编队，如陆军的旅战斗队和陆战队远征部队等。通过将各个单一作战部队集中在一起，便于协调大规模进攻火力，使得防御互相支援，提高保障效率。但是在陆战场中，多平台组合编队规模太大、作战力量太集中，从而限制了编队作战的灵活性，因此杀伤链断链风险极高，决策响应时间较长。杀伤网概念提出高度自主智能与协同作战的新型作战体系，火力协同系统更加“扁平化”，创建“按作战需求定制重组”的混合型合成作战部队，实现为各种作战任务动态配置资源。在陆战场作战中引入杀伤网概念，构建基于杀伤网的陆战场作战体系，将极大提高作战灵活性和动态响应性。基于杀伤网的陆战场作战方法研究是前沿的国防战略和作战概念，目前各个国家对杀伤网作战体系理论概念和体系构建还处于初步探索阶段，因此进行基于杀伤网的陆战场作战方法的进一步研究非常有必要。

1.2 颠覆性

传统陆战场的点对点打击模式将感知、判断、决策和执行(Observation, Orientation, Decision, Action, OODA)系统集成为一体[7-10]。该类型作战系统只能通过单链产生杀伤力，一旦遭到单点打击，容易产生断链风险而丧失全部功能。基于杀伤网的陆战场作战方法是一种为了应对传统作战中关键节点容易遭受致命毁伤而提出的新型作战方式，在节点遭到破坏时能够进行杀伤网动态重构，具有灵活重组、快速反应、适应性强的特点，能有效降低整个系统的脆弱性，推动新型、低成本无人化、智能化系统发展，极大地颠覆了传统作战理念。

2 杀伤多层网建模

杀伤多层网由侦察网、通信网、指控网和打击网4种功能网络组成。杀伤多层网属于由多种功能网融合在一起的复杂网络结构，难以使用单层和同质网络模型对其进行理论建模。因此通常使用多层网络技术完成对杀伤多层网的模型构建[11-13]。

多层网络杀伤网S由两个集合构成，S=(L,C)，其中，

L={Lα}，

(1)

式中：L表示基于杀伤网的陆战场作战体系中的杀伤网模型的4层网络，由Lα=(Xα,Eα)构成；α取值为1,2,3,4，分别表示侦察层、通信层、指控层和打击层；Eα中的元素为层内连接。

C表示层Lα和Lβ的节点之间的交互连接关系集合：

C={Eαβ⊆Xα×Xβ}，

(2)

式中：α,β∈{1,2,3,4}，且α≠β；Eαβ中的元素为层间连接。

(3)

式中：i≥1；j≤Mα。

(4)

式中：1≤i≤Mα；1≤j≤Mβ。

对应地，陆战场杀伤网模型中的作战节点要素由蓝方目标和红方侦察、通信、指控、打击等节点构成，作战节点关系由侦察、通信、指控、打击等关系组成。设定基于杀伤网的陆战场作战体系对抗作战时，红方有m个装备ej，且j=1,2,…,m，用四元组集合E表示，E={(sj,tj,zj,hj),j=1,2,…,m}，且蓝方有n个装备，用集合D表示，D={di,i=1,2,…,n}。其中，sj代表红方装备ej的侦察属性，如果ej具有侦察能力的话，sj=1，否则sj=0；tj代表红方装备ej通信属性，如果ej具有通信能力，tj=1，否则tj=0；zj代表红方装备ej指控属性，如ej具有指控能力，zj=1，否则zj=0；hj代表红方装备ej打击属性，如果ej具有打击能力，hj=1，否则hj=0。

使用多层网络技术对杀伤多层网进行建模时，各个作战节点不仅需要定义在各个层内的连接关系，还需要定义在层间的连接关系。在陆战场杀伤网中，实质上是由同一个实体作战节点在不同层之间的映射形成层间的连接关系。因此，将层间关系定义为Eαβ={(xα,i,xβ,j),xα,i=xβ,j∈L}，表示层间的连接关系是由同一个实体作战节点分别在各层上映射的网络节点形成的。

通过以上多层网络模型构建技术，可以将陆战场杀伤网的复杂关系构建为结构清晰的多层网络杀伤网模型，如图2所示。

在构建杀伤多层网模型的基础上，可使用网络领域中的研究理论，对基于杀伤网的陆战场作战体系进行计算和分析，进而可开展联合打击资源池适配优化等关键技术研究。

3 资源池适配建模

资源池适配优化问题是从已知装备候选集中选择一定数量的装备，以在满足一定约束条件下，发挥最好的作战效果。杀伤网作战效果的评估指标包含风险性、冗余性、敏捷性和战术性4个方面，使得装备选择的数量和形成的杀伤网的作战效果之间不存在绝对的线性关系。因此需要构建装备选择多目标优化模型，以得到合理的装备选择方案。设定蓝方作战装备目标集合为D={di,i=1,2,…,n}，红方作战装备候选集合为E={ei,i=1,2,…,m}，且已知所有作战装备在各个层的连接关系。G=[gi]m×1表示某种装备组合方案，gi∈{0,1}，gi=1表示选择红方装备ei，gi=0表示不选择该装备；C=[ci]1×n是装备成本矩阵，其中ci>0，表示选择装备ei的成本，总预算为W[3]。

资源池适配优化输入包括资源池集合、边连通结合、作战任务、目标特性、领域特性、目标区域、战术策略，输出包括杀伤链/簇，最终形成应用算子超图、体系结构超图[3,14]，如图3、4所示。

3.1 应用算子超图

由图3可知，资源池适配应用算子超图由作战功能/作战样式、杀伤链簇、杀伤链和适配要素组成。杀伤链簇kci主要有防空、突击、压制3种类型；杀伤链kni是杀伤链簇子集，某个杀伤链可以同时属于多个杀伤链簇，其数量由目标数量、资源池适配结果决定；适配要素主要由多个感知要素、多个决策要素、多个打击要素组成，对应为侦察武器载荷、决策武器载荷、打击武器载荷。

3.2 体系结构超图

由图4可知，资源池适配体系结构超图由作战任务、杀伤链簇、杀伤链和适配建制单元组成。杀伤链簇主要有防空反导、突击攻坚、远程压制3种类型；同样地，杀伤链是杀伤链簇子集，某杀伤链可以同时属于多个杀伤链簇，其数量由目标/任务数量、资源池适配结果共同决定；适配要素主要由多个感知单元、多个决策单元、多个打击单元组成，包括感知与决策、感知与打击、决策与打击、感知决策打击一体化集成平台。

4 资源池优化流程

由目标装备D和方案G对应红方装备组成的杀伤网SG是S的子网，步骤如下：

步骤1构建目标方程，资源池适配优化组合问题有风险性、冗余性、敏捷性和战术性4个子目标，对应的适应度分别为f1、f2、f3、f4，需同时考虑装备组合方案的4个目标值，以及是否满足约束及成本条件C·G≤W。目标函数取值越小，表明资源适配越优。目标方程Fm计算公式为

(5)

式中：ε为风险性指标权重系数；φ为冗余性指标权重系数；φ为敏捷性指标权重系数；η为战术性指标权重系数；γ为惩罚系数；R(SG)为风险性计算指标；F(SG)为冗余性计算指标；A(SG)为敏捷性计算指标；V(SG)为战术性计算指标。

SG=D∪{ei|gi=1,i=1,2,…,m}.

(6)

满足的约束条件为

(7)

步骤2基于杀伤网S=(L,C)，生成初始解。

步骤3计算当前目标值。

步骤4领域贪婪搜索，生成新解。

步骤5计算新目标值，按Metropolis接受新解。

资源池适配优化处理流程如图5所示。

5 结束语

杀伤网通过人工智能的决策辅助工具、自动化无人系统等新技术实现多种作战单元的实时灵活组合，并进行网络化作战，产生一系列群体性作战效果。基于杀伤网的陆战场作战概念是一个新的研究领域，后续仍需要继续研究杀伤网的本质特点，并从武器装备编配、部队设计、指挥控制系统优化、作战效果评估等方面展开研究。虽然在陆战场作战体系中引入杀伤网技术目前仍处于概念研究阶段，且技术支持和作战体系的实现还存在各种各样的困难，但是随着对陆战场杀伤网作战概念的深入研究，将牵引各项技术不断发展成熟，为当前的装备体系及作战模式带来新的创新方向，为我军下一步作战体系的设计和发展提供有益参考。