基于体系推演的作战概念建模与验证方法

高 璞，刘 瑞，顾灏冰，葛鲁亲，王越欣

（上海机电工程研究所，上海 201100）

0 引言

随着联合作战、体系作战成为未来战争发展趋势，联合作战概念的开发、建模、验证已经成为体系建设和装备研制的先导环节，并对作战体系构建、装备体系发展和战争胜负有着至关重要的影响，是军事思想的核心体现和作战能力的“倍增器”。因此，如何对作战概念进行精准、全面、快速的建模和验证是新兴作战概念开发、战术战法研究、装备技术发展面临的重要课题。

1 作战概念发展概述

作战概念是军事理论创新的桥头堡，是推动战争形态演变、创新作战模式、颠覆制胜机理的驱动引擎［1］。美军历来重视作战概念的创新和实践验证，采用“基于能力，概念驱动”的方法推进理论创新和军事转型，摸索出了一套“作战需求牵引，多维联合验证”的作战概念开发机制。一是各军兵种在兵棋推演和日常训练中发掘装备的新型运用模式，并通过计算机仿真和实兵演练加以验证，典型案例包括“分布式海上作战”“敏捷作战”等［2］；二是由参联会主导，联合作战部队通过跨军种甚至跨国性质的军事演习，对新型作战理论进行验证，典型案例包括“多域战”“远征前沿基地”等；三是由军方主导整合军事院校、科研机构、智库等研发力量，从前沿技术成果和商业运营模式中汲取灵感，应用于军事领域创新，典型案例包括“网络中心战”“马赛克战”等［3］。美军通过作战概念开发，推动作战思想、作战空间、作战样式和作战体系发生根本性、颠覆性变化，力图通过改变战争规则谋求战略主动和战术优势。

相比于美军层出不穷的作战概念，俄军作战概念变化相对较少，主要注重骨干装备的发展。但在2022 年俄乌冲突中，俄军采用军事、政治、情报和舆论多管齐下的“混合战争”打法，结合“闪电战”“大纵深突击”等作战概念，在战场上取得了一定优势。

可以看出，作战概念开发在现代化战争和联合作战体系建设中起着至关重要的作用。随着数字建模和计算机仿真技术的迅猛发展，已经可在计算机环境内对战场要素实体、行为逻辑、关联关系进行快速建模，利用推演仿真技术快速对作战概念机理进行验证，可方便作战人员和科研人员对作战概念的理解和迭代开发。

2 作战概念建模验证方法

2.1 作战概念建模方法

当前，用于作战研究的建模方法主要包括基于多视图体系架构建模、基于复杂网络理论建模、基于结构分解建模和基于实体的建模开发等。其中，基于多视图体系架构的建模方法可用于对复杂作战体系建模，其他几种方法主要面向作战体系评估。在多视图体系架构建模开发中，采用基于模型的系统工程方法（MBSE）开展作战概念建模，研究作战概念产生的背景环境、作战对手、作战任务、能力需求、作战力量、指挥关系和作战活动等作战问题。

2.2 作战概念验证方法

作战概念验证方法主要包括兵棋推演、计算机仿真和实兵演习3 种手段。

兵棋推演基于预设的作战想定，将指挥和参谋人员置于动态不可预测的对抗环境中，训练其对特定战术、技术、武器系统和传感器的运用能力。具有直观、形象、便捷的优势，通常被用于作战概念的初步验证。

计算机模拟可视为融入大数据计算的强化版兵棋推演。由于计算机具有信息储存量大、处理速度快、展示能力强的优势，能够用于精细化构建作战环境，量化计算各项指标，直观展示机动/交战/损耗结果和动态连续复现作战场景，为战略战役级海量单元对抗场景仿真提供了可行的途径。

实兵演习是除实战外最高置信度的作战概念验证方法，但存在组织协调复杂、成本高昂、可重复性差等问题。随着计算机模拟技术的发展，演习中也逐步采用基于大数据的在线仿真、智能AI 对阵等计算机仿真，实现计算机兵棋系统与实战演练的融合。

3 基于体系推演的作战概念建模与验证方法

基于体系推演的作战概念建模与验证方法通过以作战概念为核心，厘清作战能力需求并剖析制胜机理，完成作战体系逻辑架构建模，基于典型场景的体系推演完成作战概念效能验证，实现作战概念效能的验证评估和制胜机理的可视化。验证方法主要流程如图1 所示。

图1 基于体系推演的作战概念建模与验证方法流程Fig.1 Modeling and verification method process of operational concepts based on system deduction

3.1 作战需求分析

作战需求分析通过梳理出作战概念的作战任务清单、作战能力需求清单、作战要素清单，明确作战概念的应用背景、任务边界、适用场景和预期能力效果，并从任务完成、要素组成、支撑保障等方面按照优先级梳理出核心能力需求和非核心能力需求，为制胜机理分析提供作战背景、作战要素、作战目标、功能需求、性能需求等输入，并在此基础上补充作战概念评价指标构建作战效能评估指标体系。

3.2 制胜机理分析

制胜机理是在特定时空条件下，根据敌作战体系的特点，为战胜敌人而提出的作战路径及因素［4］。在联合体系对抗中，制胜机理根据其作用原理可分为要害破击型和优势压倒型。

要害破击型主要是通过对敌方作战体系核心节点、薄弱环节等要害部位进行打击或压制，获取部分作战域的控制权或实现对敌方体系核心节点的摧毁，使敌方作战体系降级、失能甚至瓦解。典型要害破击型作战概念包括电磁频谱战、穿透式制空、决策中心战、全球快速打击等。

优势压倒型主要是通过提升己方作战体系在规模、认知、决策、协同、速度、精准、抗毁等一个或多个方面的能力，通过体系综合作战能力的提升获取对敌方作战体系的压倒性优势。典型优势压倒型作战概念包括空海一体战、一体化防空—火控、分布式杀伤、多域战、马赛克战等。

制胜机理分析主要是通过对敌方作战体系的优劣势和我方作战体系的优劣势进行综合对比分析，找到一种作战路径及因素，能够实现一个或多个方面利用敌方劣势（要害破击型）、抵消敌方优势（要害破击型）、增强我方优势（优势压倒型）或避免我方劣势（优势压倒型），实现克敌制胜。制胜机理分析的重点是对达成预期作战效果的根本因素的精准定位，从而把握作战概念涉及的作战要素、交互关系、实施途径，在建模过程中进行针对性的精准建模。

3.3 架构逻辑建模

架构逻辑建模围绕对制胜机理精准建模需求，在DoDAF2.0 框架基础上，根据作战概念特点和体系推演仿真需求，进行视图裁剪，形成既满足作战概念制胜机理逻辑关系描述，又方便快速迭代的作战概念架构逻辑模型。

在作战概念架构建模时，在满足语法规范性和数据完备性的前提下，重点完成作战概念视图OV-1、作战单位关系视图OV-2、作战活动视图OV-5b、作战时序描述视图OV-6c 等与作战强相关的视图模型的构建，实现对作战概念支撑要素、作战要素交互关系、作战行动时序流程、作战要素功能逻辑的建模描述，支撑后续作战推演要素实体、指控关系、装备功能、作战行动时序的建模。作战概念架构逻辑建模如图2 所示。

图2 架构逻辑建模视图Fig.2 Modeling view of architecture logic

此外，针对具备信息化、网络化、智能化特征的杀伤链、杀伤网建模需求，需要采用神经网络、知识图谱、机器学习等智能化算法，构建作战管理系统和自动化、自主化决策模型，模拟作战资源自适应调度、杀伤链动态重构、无人自主决策、跨域即时协同、体系动态重组等特征。

3.4 体系推演仿真

体系推演仿真主要包括想定设计、规则制定、场景建模和对抗仿真4 个阶段：

想定设计阶段主要明确作战概念涉及的红蓝双方使命任务、作战区域、参战兵力、战场环境、作战行动、作战时序，主要基于典型军事作战常识，结合作战概念架构逻辑，研讨并设计能够体现制胜机理的典型对抗场景。

规则制定阶段主要明确红蓝双方在对抗场景中武器使用、电磁管控、兵力行动、对抗效果裁定等方面的基本规则。

场景建模阶段主要完成战场环境生成、兵力部署编成建模、作战任务建模和作战行为建模。场景建模装备战技术指标数据的准确性、完备性很大程度决定了推演仿真效果的可信度。

对抗仿真阶段基于场景建模，由作战概念架构逻辑模型驱动推演仿真实体运行，在推演环境中对作战流程时序进行验证。此阶段需要开展大样本量的蒙特卡洛仿真，仿真过程中同时采集各类作战数据，支撑后续作战概念效能评估。

3.5 概念效能评估

基于推演过程中采集的作战数据，根据作战需求分析阶段构建的评估指标体系，从多角度对作战概念涉及的核心能力进行描述。传统的体系效能评估方法如AHP 分析方法、组合赋权评估法等，在挖掘和处理海量仿真数据方面存在不足，造成高价值数据的浪费［5］。

基于神经网络和深度学习技术，能够通过体系仿真大数据提供的大量样本，训练出智能高效的深度神经网络，挖掘出仿真数据蕴含的丰富信息。通过试验过程回放、数理统计、知识图谱等技术，识别与作战效能强相关的关键指标，建立起体系化、智能化的作战概念评估模型，对作战概念的作战效能进行定性、定量评估。

4 示例验证

以美国海军提出的基于NIFC-CA（海军一体化防空—火控）系统的一体化协同防空作战概念为例进行分析：

4.1 作战需求分析

NIFC-CA 系统作战任务清单、作战能力需求清单、作战要素清单如表1 所示。

表1 NIFC-CA 作战任务清单Table 1 NIFC-CA combat task list

通过构建作战活动与作战能力关联矩阵，形成作战能力需求清单如图3 所示。形成的作战要素清单如表2 所示。

图3 NIFC-CA 作战能力需求清单Fig.3 NIFC-CA combat capacity requirement list表2 作战要素清单Table 2 Operational element list

4.2 制胜机理分析

基于NIFC-CA 系统的一体化协同防空作战概念属于优势压倒型作战概念，其制胜机理在于通过先进数据链网络，将空基平台、水面舰艇、远程防空导弹组网集成，实现信息和火力的深度铰链和一体化运用，从而将空基平台远程探测优势、先进数据链信息共享优势和远程防空导弹火力优势综合集成，提升体系的精准复合跟踪能力、快速指挥决策能力和协同火力拦截能力。

4.3 架构逻辑建模

基于NIFC-CA 系统的一体化协同防空作战概念视图如图4 所示。

预警探测要素 网络通信要素 指挥控制要素 拦截对抗要素E-2D JLENS F-18E/F F-35C EA-18G UCLASS TPS-59 G/ATOR协同交战能力系统（CEC）Link-16/TTNT MADL CMN-4复合跟踪网络（CTN）宙斯盾（基线9.0）F-18E/F F-35C 通用航空指挥控制系统（CAC2S）标准-6 舰载远程防空导弹AIM-120D 先进中程空空导弹AIM-120D 陆基型

涉及的作战单位关系OV-2 视图如下页图5所示。

涉及的作战活动OV-5b 视图如图6 所示。

涉及的作战时序OV-6c 视图如图7 所示。

图7 OV-6c 作战时序视图Fig.7 OV-6c operation time sequence view

4.4 体系推演仿真

为验证NIFC-CA 系统对编队防空作战能力的提升效果，设置1 个基础组与1 个对照组试验进行对比，分别模拟常规防空作战模式和协同防空交战模式，并采集相应的作战推演数据。

4.4.1 想定设计

红方舰艇编队与蓝方舰艇编队在某海域爆发小范围低烈度的反舰-防空对抗。

4.4.2 规则制定

本次推演仿真的主要目的在于验证NIFC-CA概念对导弹作战效能的提升，因此，在电磁管控条令中规定红方在交战过程中暂不开启电子干扰设备。

蓝方发射36 枚亚音速反舰导弹作为红方拦截目标。

4.4.3 场景建模

水文气象环境：平均气温15℃，无雨，晴朗，海况平静；

红方兵力部署：包括1 艘尼米兹级航母，2 艘提康德罗加级巡洋舰及3 艘阿里伯克驱逐舰组成的航母编队；

蓝方兵力部署：海上兵力由3 艘阿利伯克级驱逐舰组成，部署在距红方编队以东约300 n mile 处；另有一架E-2D 预警机部署在驱逐舰编队前方，提供目指信息。

4.4.4 对抗仿真

常规舰载防空模式：红方因缺乏有效的早期预警探测手段，在反舰导弹接近本编队时才能发现目标。如下页图8 所示。

图8 红方无法进行有效预警探测Fig.8 The red fails to make effective early warning detection

红方在耗尽全部舰载远程、中程防空导弹后，2艘驱逐舰被彻底毁伤。如图9 所示。

图9 基础组拦截作战结束Fig.9 The end of the interception operations of basic groups

远程交战模式：在预警机早期预警和协同制导的情况下，红方预警机发现蓝方反舰导弹的威胁态势，引导防空导弹尽早发射。红方远程防空导弹由预警机全程提供中制导信息。如图10 所示。

图10 OV-6c 作战时序视图Fig.10 OV-6c operation time sequence view

中程防空导弹在脱离本舰制导范围后，由前出的预警机提供中制导信息。如图11 所示。

图11 红方防空导弹受预警机接力制导Fig.11 The air defense missile of the red is guided by relays by an early warning aircraft

对抗结束后，红方仅1 艘驱逐舰受轻度损伤。

4.5 概念效能评估

基于蒙特卡洛仿真方法，设置单枚防空导弹的拦截概率区间，通过统计实验得到红方战损和消耗的均值，试验交战数据如图12 所示。

图12 不同试验条件下的交战数据对比Fig.12 Comparison of engagement data under different experimental conditions

常规防空模式下，由于缺乏有效的早期预警手段，尽管红方所配备的远程防空导弹具有较远的射程，但无法实现远中近分层拦截。同时，由于缺乏有效的协同作战手段，尽管发射大量导弹进行拦截，红方舰船依旧受到重创。

协同防空模式下，为红方预警机、导弹增加了协同制导能力后，通过预警机为远程防空导弹提供中制导，大幅拓展拦截远界，形成梯次拦截能力。

毁伤与消耗对比情况如图13 所示。

图13 毁伤与消耗对比Fig.13 Comparison of damage and consumption

通过对比，红方在拓展预警范围和采用协同防空模式后，导弹的消耗与平台的损伤均有明显下降，说明基于NIFC-CA 系统的一体化协同防空作战概念对超低空目标防御具备较好的能力提升。

5 结论

本文结合国内外作战概念开发、建模、验证和评估方法，提出了基于体系推演的作战概念建模与验证方法，从作战需求分析、制胜机理研究、架构逻辑建模、体系推演仿真和概念效能评估5 个方面，完成作战概念建模和验证。同时，基于上述方法，对美国海军基于NIFC-CA 系统的一体化协同防空作战概念进行了建模和验证，初步验证了本文提出方法的可行性。