基于OODA循环的反舰导弹作战效能评估研究*

卜晓东，张军

(南京航空航天大学 航空学院，江苏 南京 210016)

0 引言

当前，以现代通信、网络、数据库技术为基础的信息化系统正在向智能化方向飞速发展，新一代作战装备接连推出，新型作战样式不断涌现，未来战争必定处于陆、海、空、天、电、磁、网一体化的复杂空间中。随着美国“重返亚太”战略的提出，我国因日益增长的海外贸易和能源需求，正逐渐感受到岛链对国家安全和海洋权益的现实影响与潜在威胁。由于强敌具有体系化作战能力，为了捍卫国家安全利益，快速提升我军联合体系下的协同作战能力显得极为紧迫。因此，我国亟需发展并达到一系列“不对称”优势，强化一体化防御作战系统。本文从侦察预警、指挥控制和火力打击等多个方面研究体系中武器装备的特性，建立作战体系能力指标体系，考虑导弹在攻防中的显著作用，借助观察-判断-决策-行动(observe，orient，decide，act，OODA)循环[1]构建作战网络，论证其在协同作战中的作用，并结合改进信息熵方法对反舰导弹作战效能开展评估研究，这对我国降低装备与技术发展风险，提高军事效益具有重要意义。

1 作战效能评估研究

对于武器装备体系的作战效能评估而言，目前常用的评估方法有解析法[2-5]、专家评估法[6-8]、作战模拟法[9-10]等，评估中常面临需要获取大量的、真实可信的基础数据，并且涉及的知识领域多、层次跨度大以及结构不确定因素多等问题，使得评估工作进展缓慢、评估结果可信性不高。针对上述问题，本文建立全面系统的能力指标体系，结合行业专家的经验指导，采用改进信息熵法开展作战效能评估工作。

1.1 能力指标体系构建

基于使命和方法框架(missions and means framework，MMF)对体系结构进行建模[11]，对军事使命进行明确的层层分解，并从武器装备出发向上或者向下探索装备变化对体系作战的影响，评估分析装备系统的作战行为及能力表现。基于我军使命任务，结合反舰作战特点[12-13]，开展体系能力需求分析以及功能需求分析。

(1) 能力需求分析

基于使命任务确定的作战能力需求及其分解如图1所示。

图1 能力需求分析图

(2) 能力指标划分

实现能力需求的系统功能主要有：侦察预警功能、指挥控制功能、作战功能、通信功能、机动功能、保障功能等。这些功能需要各种装备下的多样化指标进行支撑，下面以侦察预警能力为例，建立能力指标体系，实现侦察预警功能。

侦察预警能力着重于对战场的侦察和预警，同时包含对目标的监视，将划分为战略侦察能力、战略预警能力和战场侦察监视能力。

1) 战略侦察能力

战略侦察能力是指对蓝方的战争意图、战争能力和战争动向等战略情报以及战斗机和弹道导弹等战略目标的侦察能力，其主要分为战略情报获取能力和战略目标侦察能力，如图2所示。

图2 战略侦察能力划分

2) 战略预警能力

战略预警能力指对导弹、战斗机以及临近空间进攻武器的攻击行为预先警报能力，其划分如图3所示。

图3 战略预警能力划分

3) 战场侦察监视能力

军事行动中，考虑在电磁辐射或静默状态下考察战场侦察监视能力，对其划分如图4所示。

图4 战场侦察监视能力划分

1.2 OODA循环作战模型分析

基于OODA循环理论，本文将体系作战视为动态周期循环过程，周期长短与作战兵力规模、空间范围、作战样式有关。OODA循环模型[14]的基本内容如图5所示。

图5 OODA循环模型图

作战过程中，军队战斗力的形成很大程度上是多武器、多装备在作战人员的指挥调配下协同作用的结果。综合电子信息系统作为所有信息化军队的神经中枢，将武器装备体系中的各个系统和单元连接起来，形成一个以物质、能量和信息流向为推动力的网络，用来对作战过程进行描述分析。下面给出节点、作战边和作战环的定义。

(1) 节点

节点作为作战网络的基本单元，根据其功能属性可划分为四大类：侦察预警节点(S)、指挥控制节点(D)、火力打击节点(I)、目标节点(T)。以侦察预警节点为例，是OODA的O环节，这类节点主要是在战场中侦察、预警或者监视蓝方目标的实体，如卫星、侦察机、雷达等，并将获取的信息发送到指挥控制中心。

(2) 作战边

构建网络结构最重要的部分就是确定节点间的单向边，这也是影响网络整体特性的关键。为了对蓝方目标形成战斗力，体系中的各作战实体之间由信息流牵引形成的作战活动抽象为一条单向边，即作战边。根据作战边所连接的2个节点的能力指标以及二者相互作用特征，实现对作战边的能力建模。

作为衡量信息量的基本单位，信息熵表示随机变量取值不确定性程度。假设X是离散随机变量，它的不确定性程度用信息熵表示如下：

(1)

式中：p(x)为X的概率分布函数。本文取b=e，量纲为纳特。

发现概率Pf为

Pf=1-(1-fi)tg,

(2)

式中：fi为S在第i次探测中能够发现蓝方T的概率；tg为持续掌握时长下的态势更新率。

(3)

式中：Psearch为红方S用随机搜索方式下的探索概率;Phide为蓝方反侦察概率;k为环境调节参数;st为蓝方T的隐身系数。

(4)

(5)

式中：fg，ts，A，xj和tx分别是S的侦察范围覆盖率、预警时间、目标容量、虚警率和时效性；Rh,Rl和Rg分别是T的抗红外系数、抗雷达系数和抗光学系数的隶属函数。

利用S探测概率的表达式，跟踪能力可以表示为

Ptr=(Psearchi)tg,

(6)

考虑蓝方T的反跟踪能力，表示为

Pz=exp(-wvdlnRvd-wstlnRst)，

(7)

式中：vd为T机动速度。因此，对蓝方T的监视概率Pt可表示为

(8)

式中：kz为环境调节参数，范围0

辨别概率Pr即为S的识别正确率sb。

分别用Rf，Rt和Rr表示S类节点发现、监视和辨别T类节点能力的功效函数，即

(9)

(10)

(11)

(3) 作战环

利用改进信息熵评估作战环的作战效能，第i个作战环的各个边带来的不确定性的自信息量之和Ii，则

(12)

式中：ISj表示第j个边的自信息量；m表示作战任务中所包含的边数。

自信息量之和Ii可以衡量该作战环对相应蓝方目标所形成的作战效能Pi，计算公式为

(13)

1.3 体系作战效能评估

通过作战过程中构建不同的作战环组合，武器装备体系可以对T采取不同的军事行动，其作战效能就是所有这些作战环的综合作战效能。本文类比物理学中并联电路电阻的计算方法，将环之间的关系看作电路之间的并联关系，将每个作战环的不确定性看作该电路的电阻。设红方武器装备体系对蓝方目标T可制定M种作战任务，即可形成M个协同环，这些环的总体不确定性可以定义为

(14)

那么，这些协同环所构成的军事行动对蓝方目标T的作战效能P为

(15)

因此，装备Xi的体系贡献度QXi为

(16)

式中：PO表示原来体系的整体作战效能；PN表示改进后新的体系整体作战效能。并定义体系贡献度值在[0，10%]为有较小提升；(10%，30%]为有较大提升；(30%，60%]为有显著提升；(60%，100%]为有巨大提升；大于100%为有突破性提升。

2 案例设计与仿真分析

基于OODA循环建模方法，以反舰作战想定为例，验证体系作战评估机制的可行性。

2.1 作战体系建模

(1) 使命任务分析

某时期内，红蓝双方爆发冲突。红方体系作战网络武器装备分别有S：卫星S1、侦察机S2和雷达车S3；D：作战指控中心D1和通信指控车D2；I：新型反舰导弹I1(携带多弹头I2)和常规导弹I3。由于蓝方舰艇T1侵入红方领土，将对其展开火力打击。作战使命：维护国家主权、统一和领土完整。作战任务：红方计划用导弹攻击蓝方舰艇，使其丧失作战能力，处于瘫痪状态。

(2) 作战模型构建

基于典型作战想定，立足武器装备间的物质能量和信息流通关系，各作战装备以及蓝方目标构成基本的体系作战网络[15]，如图6,7所示。

图6 包含I1的作战网络模型图

图7 包含I3的作战网络模型图

2.2 作战能力指标评估

基于作战体系网络模型，结合实际作战和专家经验，评估各节点的能力指标值。以导弹为例，新型反舰导弹是一款具备侦察能力的近程弹道导弹，在定位精度、机动过载等方面有较大提升，能增强对战场态势感知能力和反应速度。作为侦察打击一体化利器，其在打击对手目标时，可以实时将结果传回指挥部，可对后续作战计划的制定提供重要的现场实时数据支持，其指标参数评估结果如表1所示。

表1 导弹能力指标参数评估表

从表1可以看出，新型反舰导弹I1具有良好的突防、毁伤能力，综合性能提升10%以上，能高效完成作战任务。

2.3 效能评估及结果分析

基于节点能力指标评估值，采用改进信息熵度量各作战边的作战能力，评估结果汇总如表2所示。

将各作战边能力评估值代入作战效能公式计算，评估每个作战任务的完成情况，作战环效能如表3所示。

表2 作战边能力评估值统计表

表3 基于改进信息熵方法的体系作战效能值

由表3可知，环数越多，效能降低，验证了本评估方法在作战中度量不确定程度的准确性。包含I3的作战环效能范围为[0.261，0.294]，而包含I1则为[0.351，0.425]，对比发现新型反舰导弹的优良性能提升体系的战斗力，确保了作战行动的可靠性，提高了作战任务的完成度。

基于上述作战环效能的评估结果，计算出新型反舰导弹I1的体系贡献度QI1为

因此，针对同一目标T1而言，2种作战体系作战带来的差距较为明显，新型反舰导弹的体系贡献度为16.2%，结果表明：新型反舰导弹I1对体系作战效能的提升贡献较大，可以改善体系的协同性和威慑力，能带来较高的应用价值。

3 结束语

现代化战争归根结底是武器装备体系对抗，本文以反舰作战为背景，立足武器装备之间的物质能量和信息流通关系，建立武器装备体系的作战网络模型。基于改进信息熵评估作战边能力和作战效能，准确评估了新型反舰导弹的体系贡献度，该方法为武器装备体系的设计和优化提供了有力的理论支撑。