【装备理论与装备技术 】

基于均衡准则的跨平台火力兼容决策方法

傅 冰，谢 君，贾正荣

(海军工程大学 兵器工程学院， 武汉 430033)

摘要 ：提出了在风险规避与作战效能发挥之间采取均衡准则的火力兼容决策方法，构建了跨平台武器运用的安全风险评估模型和作战效能决策模型，得到基于均衡准则的跨平台火力兼容控制策略。通过仿真计算表明，该方法在多目标对抗的全作战过程中兼顾风险规避与作战效能发挥，对存在射向交叉、射界重叠的跨平台多武器射弹交战进行火力兼容控制决策，具有一定的实用性，可为舰艇编队跨平台多武器组织运用研究与实践提供支撑。

关键词 ：火力兼容；舰艇编队；协同交战；射击效力

舰艇火力兼容技术直接影响全舰武器使用安全和全舰的作战能力^[1-2]，是保证在复杂的海上装载、作战环境中安全、有效地发挥舰载武器效能的重要手段。基于武器系统各自状态信息的实时采集和武器系统之间的火力兼容性判断，进行多武器系统的火力兼容决策是舰艇火力兼容研究的重要内容之一。我国自20世纪80年代末开始，对舰载武器火力兼容进行了理论研究与工程实践，并在单舰平台多武器火力兼容方面得到应用。其中火力兼容决策的研究和实践主要体现以下特点：第一，舰艇武器火力兼容决策多以单舰作战为研究背景，火力兼容决策的对象范畴多限于同平台武器系统运用^[1-4]；第二，火力兼容决策的基础是武器射弹的火力兼容性判断，目前的火力兼容性判断主要针对发射舰艇平台安全距离范围内武器射弹初始段弹道，判断结论多为“0-1”模式的刚性判断^[5-7]；第三，火力兼容决策多以火力兼容原则为核心，目前多以保证舰艇平台安全的防御优先原则为主^[1,5-8]；第四，火力兼容决策的输出主要限于发射干预的交战执行控制，以火力兼容控制指令或告警信息等形式体现^[1,5-8]；第五，在编队火力兼容的研究中，火力兼容决策更加侧重于协同防空中的多武器运用决策^[9-12]。随着海军战略职能从“近海防御”到“近海防御与远海防卫”的转变，以及海军建设从以平台对抗为主向以体系对抗为主的转变，舰艇编队将成为未来主要的海上作战单元，其作战系统将成为一个全方位、大范围、多层次、多功能的有机海上攻防整体，除了承担防御作战外，在信息化体系支撑下承担对岸、对海进攻作战职能逐渐成为一种愈发重要的现实需求^[13]。面对来自编队兵力编成多元、作战任务扩展、交战模式改变以及信息化支援约束带来的挑战，目前的火力兼容决策在对象范畴、决策基础、决策准则、决策输出上均不能满足舰艇编队跨平台多武器系统自动管理和兼容控制的需要。因此针对舰艇编队跨平台多武器多目标交战的火力兼容决策方法进行研究显得十分迫切。

1 跨平台火力兼容决策分析

为使舰艇编队成为有机的海上攻防整体，舰艇编队火力兼容在编队作战系统框架下，管控的范畴拓展到跨平台多武器系统，除传统的单舰平台火力兼容外，还应包含编队跨平台多武器火力协同使用得当，即舰艇编队跨平台火力兼容。在舰艇编队跨平台协同作战背景下依旧采用传统火力兼容判断和火力兼容决策，随着火力运用方案数量的增加，方案之间冲突干扰的情况也会大幅增加，许多武器交战会由于刚性排他的火力兼容决策机制而被禁射，不利于编队的整体作战效能的发挥。因此，编队跨平台火力兼容应在判断发生射向交叉、射界重叠的基础上，针对跨平台武器射弹全交战弹道采用概率模式细化火力兼容性判断，针对跨平台多武器系统多目标交战在误伤风险规避与作战效能发挥之间采取均衡准则进行综合决策，拓展跨平台多武器运用的选择空间。

若舰艇编队由m _platship 条战舰组成，共搭载有m _weap 个武器、m _sens 个跟踪引导传感器，编队内存在m _chen 个通信信道。对于这一舰艇编队跨平台火力兼容相关问题的研究，可根据战术视图的层级具体划分为任务层、行动层、动作层、资源层等4个不同层次，如图1所示。

任务层反映了舰艇编队作战针对多目标达成各自战术目的所对应的战术任务。舰艇编队在当前时刻存在m _targ 个目标需要与之交战，用集合{T _mid }表示(mid ∈{1,2,…,m _targ })，在体系对抗模式下，综合各个目标在敌方作战体系中的脆弱性评价和对我方作战体系的威胁性评价两个方面，确定每个目标在体系对抗中的综合重要程度，分别用k _mid 表示。由编队协同作战的战术目的可确定出任务规划方案Pla _mp0 ，包含m _targ 个独立的战术任务，其中M _mid 表示舰艇编队针对目标T _mid 达成所要求的战术目的的战术任务，战术目的根据摧毁、驱逐、干扰、警告的不同要求，指定战术任务M _mid 中对目标T _mid 的作战效能要求，通过P _mid0 表示。

笔者通过对上述地层条件和取心难度分析，总结出了岩心堵塞、冲蚀扰动以及丢失三个导致岩心采取率低的主要因素，针对这三个因素开展技术攻关，提出了这类松软泥砂地层取心钻具设计方案。

图1 编队跨平台作战相关概念层次关系

行动层反映了为完成各战术任务可能规划的武器射弹的交战行动方案，聚焦武器射弹开展。为完成上述各战术任务M _mid ，舰艇编队需要制定战术行动方案，行动方案中针对目标T _mid 计划实施的n _mid 次交战，其中交战E _mid-attackid 表示运用射弹Pro _mid-attackid 针对目标T _mid 实施第attackid 轮打击，其中(attackid ∈{1,2,…,n _mid })。

进行跨平台火力兼容性判断时，可以根据作战的情况灵活设置火力兼容性判断准则，通过概率P _N 、P _Y 进行武器运用的安全风险评判。

资源层反映了武器射弹在不同交战战斗动作阶段涉及的相关资源。如交战战术动作执行过程中根据各自的具体需要调度分布于不同平台上不同的跟踪传感器S _senid 、舰载武器W _weapid 、通信信道Ch _chenid 等相关设备资源，以及时空间资源、频域资源等战场环境资源。

根据以上战术视图，跨平台火力兼容决策就是针对任务规划方案Pla _mp0 ，基于交战E _mid-attackid 执行过程之间干扰冲突评估，进行火力兼容控制决策，平衡E _mid-attackid 的误伤风险规避与Pla _mp0 实际执行的整体作战效能发挥，形成火力兼容控制指令用于M _mid 执行的优化调整。

班主任不能再当传统班级管理中“说一不二”的“司令员”了，而是要帮助学生摆脱被动接受命令的习惯，给学生充分的自主权，有效地组织学生在自主管理中发现自我价值。比如，我每年都会开展“我的光明我的梦”主题班会，该活动完全由学生策划、组织、参与。学生演讲、互评，对自己的未来作自我规划设计，学生和老师互动辩论，制作播放专题视频，还邀请其他老师和家长代表点评……

2 基于均衡准则的跨平台火力兼容决策模型

不失一般性，现假设通过目标威胁评估和目标选择的相关方法^[14-15]，确定目标T ₁、T ₂对舰艇编队的综合重要程度，分别用k ₁、k ₂表示(k ₁k ₁、k ₂∈{1,2,…,5})，战术任务M ₁、M ₂分别针对目标T ₁、T ₂为达成战术目的要求，制定进行m ₁、m ₂轮交战，作战效能分别不得低于P ₁₀、P ₂₀。其中交战E _1i 运用舰艇平台NV ₁搭载的武器W ₁发射射弹Pro _1i 针对目标T ₁实施第i 轮打击，交战E _2j 运用舰艇平台NV ₂搭载的武器W ₂发射射弹Pro _2j 针对目标T ₂实施第j 轮打击。现针对跨平台武器发射的射弹Pro _1i 、Pro _2j 在交战E _1i 、E _2j 过程中的火力兼容进行研究，需要基于与之间火力兼容性的判断，在误伤风险规避与作战效能发挥之间采取均衡准则进行火力兼容控制决策，其决策模型需要包含两个部分：跨平台武器运用的安全风险评估和作战效能决策。

2.1 跨平台武器运用的安全风险评估模型

通过上面的分析，跨平台武器射弹火力兼容分析需要涉及射弹交战弹道的全过程，不失一般性，射弹Pro _1i 、Pro _2j 之间的火力兼容性判断，可针对射弹Pro _1i 交战弹道的全过程的战术动作与跨平台射弹Pro _2j 的战术动作之间空间关系分析展开。

综上，现阶段我国体育旅游产业市场有着巨大潜力，对体育旅游专业方向的复合应用型人才有相当大的需求。为满足庞大的市场人才需求，体育旅游专业人才的培养成为我国体育旅游产业可持续发展不容忽视的课题。

第一，双方发生火力干扰冲突的概率，用P _N 来表示，即跨平台多武器火力兼容应禁止参与判断双方同时运用的概率，此时必须对其中之一进行干预。

(1)

第二，双方没有发生火力干扰冲突的概率，用P _Y 来表示，即跨平台多武器火力兼容允许参与判断双方同时安全运用的概率，显然：

(2)

动作层反映了各武器射弹执行各自交战行动方案可能涉及的交战战斗动作，交战战斗动作是对武器射弹在交战使用中不同过程环节的模型描述，在射弹Pro _mid-attackid 交战E _mid-attackid 的整个过程中，涉及准备、启动、发射、方案飞行、末制导、命中等多个交战战术动作，一般来说射弹的整个交战过程是由1个发射准备动作、1个发射启动动作、若干个方案弹道飞行动作、1个交战末端命中动作构成，符号分别表示射弹Pro _mid-attackid 在交战E _mid-attackid 中执行的发射准备动作、发射启动动作，以及k _mid-attackid 段方案弹道飞行动作和交战末端命中动作。

2.2 跨平台火力兼容的作战效能决策模型

假设跨平台射弹Pro _1i 、Pro _2j 在交战E _1i 、E _2j 过程中发生火力干扰冲突的概率为P _N 、安全运用的概率为P _Y ，且若判断射弹Pro _1i 、Pro _2j 在交战E _1i 、E _2j 过程中发生火力冲突干扰，则可采取的兼容控制策略包括：“对交战E _1i 进行禁射”、“对交战E _2j 进行禁射”、“承担风险不对交战E _1i 、E _2j 实施干预”。

为使火力兼容决策后对目标T ₁、T ₂的综合杀伤概率P _compre 最大，则：

(3)

(4)

当对交战E _1i 进行禁射时，则与式(3)同理可获得重新形成的对目标T ₁的打击方案毁伤概率当对交战E _2j 进行禁射时，则与式(4)同理可获得重新形成的对目标T ₂的打击方案毁伤概率由于交战E _1i 、E _2j 过程针对的是不同的目标，因此在进行火力兼容决策时，需要考虑兼容控制策略对目标T ₁、T ₂的综合杀伤效果的影响，通过决策后综合杀伤概率P _compre 表示。“对交战E _1i 进行禁射”、“对交战E _2j 进行禁射”、“承担风险不对交战E _1i 、E _2j 实施干预”三种决策所对应的整体作战效能可通过对目标T ₁、T ₂的综合杀伤概率来进行表征，分别用P _prohE1i 、P _prohE2j 、P _comm 表示为：

(5)

(6)

P _comm =(1-P _N )·(k ₁·P ₁+k ₂·P ₂)/(k ₁+k ₂)

(7)

假设交战E _1k 中对目标T ₁的杀伤概率为p _1k ，交战E _2l 中对目标T ₂的杀伤概率为p _2l ，战术任务M ₁、M ₂分别针对目标T ₁、T ₂进行m ₁、m ₂轮交战，则在目前方案下针对目标T ₁、T ₂的杀伤概率分别为P ₁、P ₂^[16-17]。

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跨平台武器射弹在进入末制导段、命中目标前，射弹Pro _1i 的战术动作与射弹Pro _2j 的战术动作之间发生火力干扰冲突，双方都是按照预先设定的方案弹道在运动，干扰冲突主要是源于多武器射弹对同一战场空域资源的同时占用。而在武器射弹交战弹道的命中末端，射弹Pro _1i 的战术动作A _imp (E _1i )与射弹Pro _2j 的战术动作之间发生火力干扰冲突将涉及“弹-敌-友”三方，主要源于命中区域范围内射弹在命中点处的杀伤效应在对目标产生杀伤的同时对友方产生的附带杀伤、干扰，以及射弹命中造成目标爆炸对友方产生的附带杀伤、干扰。由于各种误差的存在，上述干扰冲突都是随机事件，现假设：与之间发生火力干扰冲突，射弹Pro _1i 、Pro _2j 之间在距离最小时刻、在公共空域资源S _co 上的占用概率分别为P ₁、P ₂；在射弹Pro _1i 命中末端，对目标T ₁的毁伤概率为P _k10 ，对友方射弹Pro _2j 的附带毁伤概率为P _k11 ，目标T ₁被射弹Pro _1i 毁伤后爆炸的概率为P _E ，目标T ₁爆炸对友方射弹Pro _2j 的附带毁伤概率为P _k12 ，友方射弹Pro _2j 进入命中点附近射弹附带毁伤范围和目标爆炸附带毁伤范围的概率P ₃、P ₄。在舰艇编队跨平台协同作战背景下，应在判断发生射向交叉的基础上，针对跨平台武器射弹全交战弹道采用概率模式细化火力兼容性判断，对编队内跨平台火力运用的安全风险进行评估，兼容性判断的参数包括：

P _compre =max{P _prohE1i ,P _prohE2j ,P _comm }

(8)

针对目标T ₁、T ₂达成战术目的，要求作战效能分别不得低于P ₁₀、P ₂₀，针对“对交战E ₁₃进行禁射”、“对交战E ₂₁进行禁射”后是否满足条件可分以下4种情况进行讨论。

3 仿真计算与分析

3.1 跨平台火力兼容决策仿真计算

选择舰艇编队对目标T ₁、T ₂作战作为仿真背景。战术任务M ₁、M ₂分别针对目标T ₁、T ₂为达成战术目的要求，制定交战行动方案进行m ₁=4、m ₂=3轮交战，现针对跨平台武器发射的射弹Pro ₁₃、Pro ₂₁在交战E ₁₃、交战E ₂₁过程中的基于均衡准则的火力兼容决策进行静态解题仿真。为便于分析，若存在某轮交战的禁射，在交战行动方案修改时，除禁射外不对其他轮交战进行修改。具体的仿真初始条件和计算结果分别如表1、表2所示。

表1 跨平台火力兼容决策仿真初始条件

表2 跨平台火力兼容决策仿真结果

3.2 仿真计算结果分析

可在跨平台火力兼容决策时应选择满足式(8)多对应的兼容控制策略。

其中Ei是第i个样本散射参数的均值，Di是第i个样本散射曲线平滑程度，b是截距(阈值)，yi是第i个样本的分类结果.w1是Ei的权重，w2是Di的权重.m是样本数据的数量.

如果有一刹那，上帝忘记我是一只布偶并赋予我片刻生命，我可能不会说出我心中的一切所想，但我必定会思考我所说的一切。

情况说明当对交战E ₁₃进行禁射后对目标T ₁的打击方案和对交战E ₂₁进行禁射后对目标T ₂的打击方案的毁伤概率均不满足各自达成战术目的要求，如仿真计算1-5。从仿真结果看出：在目标T ₁、T ₂对编队综合重要程度相同的情况下，交战E ₁₃与交战E ₂₁之间安全风险评估对决策影响较大(详见仿真1-3)，二者之间发生火力冲突干扰的可能性较低时(仿真1、2)，采取“承担风险不对交战E ₁₃、E ₂₁实施干预”以保证对目标T ₁、T ₂战术目的要求的达成，若二者之间发生火力冲突干扰的可能性较高时(仿真3)会被迫选择对其中之一进行禁射，但不干预策略的指标与之依旧较为接近；在目标T ₁、T ₂对编队综合重要程度不相同的情况下，打击综合效能对决策结果影响较大(详见仿真3-5)，其中目标对编队的综合重要程度可直接影响决策结果，目标T ₁、T ₂的综合重要程度越接近越容易采取“承担风险不对交战E ₁₃、E ₂₁实施干预”的策略，而三种决策对应的P _prohE13 、P _prohE21 、P _comm 取值区别越大，越容易对综合重要程度较低的交战采取禁射(仿真4、5)。

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情况2：当说明当对交战E ₁₃进行禁射后对目标T ₁的打击方案的毁伤概率依旧能够满足达成战术目的要求，而对交战E ₂₁进行禁射后对目标T ₂的打击方案的毁伤概率已不满足达成战术目的要求，如仿真计算6-8。从仿真结果看出：基于均衡准则的火力兼容决策更倾向于采取交战E ₁₃进行禁射的策略(仿真7-9)；当交战E ₁₃与交战E ₂₁之间发生火力冲突干扰的可能性较低时(仿真6)，更容易采取“承担风险不对交E ₁₃、E ₂₁实施干预”以兼顾对目标T ₁、T ₂作战效能最大化；当目标T ₁的综合重要程度相比目标T ₂高出太多时，依旧忽略禁射交战E ₂₁造成对目标T ₂的打击方案不能达成战术目的的影响，而采取“对交战E ₂₁进行禁射”的火力兼容决策(仿真10)。

情况3：当与情况2对称，在此不做赘述，结果详见仿真11-15。

情况4：当说明当对交战E ₁₃进行禁射后对目标T ₁的打击方案和对交战E ₂₁进行禁射后对目标T ₂的打击方案的毁伤概率均还能满足各自达成战术目的要求，如仿真计算15-20。从仿真结果看出：基于均衡准则的火力兼容决策在目标T ₁、T ₂对编队综合重要程度相同的情况下，交战E ₁₃与交战E ₂₁之间安全风险评估对决策影响较大(详见仿真16-18)，若二者之间发生火力冲突干扰的可能性较低时(仿真16)，更容易采取“承担风险不对交战E ₁₃、E ₂₁实施干预”以保证对目标T ₁、T ₂战术目的要求的达成，若二者之间发生火力冲突干扰的可能性较高时(仿真17、18)，则会被迫选择对其中之一进行禁射；在目标T ₁、T ₂对编队综合重要程度不相同的情况下，目标对编队的综合重要程度可直接影响决策结果，综合重要程度较低的交战易被采取禁射(仿真19、20)。

如何有效让学生自身的生活经验得到积累呢，教师可以为学生开展口头作文的训练。从客观的角度来讲，说话与作文是分不开的，大胆的说话练习在有助于学生写作的同时，可以促进学生对生活经验的总结。教师可以在课前五分钟，针对学生展开听说的联系，教师可以抛出一个话题，如“使你最为兴奋的事情是什么”？让学生以口头的形式完成一篇简短的作文。通过这简短的几分钟，可以有效的让学生针对生活经验进行一次总结，为其之后的作文语言打下基础。

4 结论

1) 通过算例仿真计算表明，能够在多目标对抗的全作战过程中，综合考虑目标综合重要性、火力兼容安全与作战效能发挥等因素，对存在射向交叉、射界重叠的跨平台多武器射弹交战进行火力兼容控制决策，仿真结果与实际相符合。

2) 该方法具有较强的实用性，可为舰艇编队跨平台多武器组织运用研究提供支撑。

3) 火力兼容决策需要与作战目标选择、武器-目标动态分配等问题联合求解，但造成求解难度的增大和时效性的降低，如何在耦合性、复杂性、时效性之间取得平衡是联合求解的难点，还需要进一步分析研究。

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Decision Method of Cross -Platform Firepower Compatibility Based on Equalization Criterion

FU Bing, XIE Jun, JIA Zhengrong

(Weapon Academy, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China)

Abstract : The decision method of cross-platform firepower compatibility based on equalization criterion was researched. The risk estimating model of firepower compatibility and the decision model of firing effectiveness were established, and through the balance of the cooperative risk and the combat effectiveness, the compatible control strategy of the cross-platform projectile of naval vessel formation was sought. The simulation results show that the decision method has practicability and popularization value. The conclusions of this paper are meaningful to sustain the research on the optimization of multi-weapon organizing of naval vessel formation in network centric warfare.

Key words : firepower compatibility; naval vessel formation; cooperative engagement; firing effectiveness

本文引用格式 ：傅冰，谢君，贾正荣.基于均衡准则的跨平台火力兼容决策方法[J].兵器装备工程学报，2019,40(2):22-27.

Citation format :FU Bing, XIE Jun, JIA Zhengrong.Decision Method of Cross-Platform Firepower Compatibility Based on Equalization Criterion[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2019,40(2):22-27.

中图分类号 ：TG391

文献标识码： A

文章编号： 2096-2304(2019)02-0022-06

收稿日期 ：2018-09-04；

修回日期： 2018-09-20

基金项目 ：海军武器装备预先研究项目(1011303020202)

作者简介 ：傅冰(1979—)，男，讲师，博士研究生，主要从事编队火力兼容研究，E-mail:13476039901@139.com。

doi: 10.11809/bqzbgcxb2019.02.005

(责任编辑 周江川)

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