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联合火力打击火力分配方案优化方法研究 an optimization approac

发布时间:2019-07-02 20:09 来源:未知 编辑:admin

  联合火力打击火力分配方案优化方法研究 an optimization approach of joint fire strike fire allocation plan.pdf

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  2005年6月 军事运筹与系统工程 Jun.2005 第1 Research锄d V01.19No.2 9卷第2期 Military0perations SystemsEn舀neering 联合火力打击火力分配方案优化方法研究 王振宇,马亚平,李柯 (国防大学信息作战与指挥训练教研部,北京100091) 摘要:联合火力打击火力分配方案的优化问题,是当前国内外亟待研究的重大课题。从思维机制出 发,以多时段计划思想为基础,在综合考虑了时段、作战损耗、天气情况、防御情况以及电子对抗等众多因 素的基础上,利用线性规划方法给出了一种较为有效的联合火力打击火力分配方案的优化方法,并探讨了 有关的数据筛选问题。 关键词:联合火力打击;火力分配;优化模型 中图分类号:E926文献标识码:A 文章编号:1672—8211(2005)02—0012—06 1 引 言 现代战争实践表明,“一体化联合火力打击”已经成为贯穿战争全过程并能够直接达成战略、战役目 的的主要作战样式,越来越受到国际社会的重视。“一体化联合火力打击”,其作战行动涉及军兵种多,远 程高技术武器种类多,信息量大,运算量大,时效性强,准确性要求高。仅就火力打击兵力编组一项,由于 各军种兵力参战数量、打击次数、打击顺序、打击目标、打击程度的不同,就可能构成若干种不同的兵力组 合。从实践看,即使在打击力量数量少、打击目标有限的情况下,依靠手工进行计划活动也是一件耗时、费 力的工作。因此,借助于规划论的方法科学地区分作战任务、合理地分配作战力量、周密地组织作战协同, 协同整体的作战能力并辅助生成火力计划对提高指挥员指挥决策水平,具有重要的现实意义。火力分配 是火力计划的主要内容。火力分配主要指火力单位对打击目标的分配。目前,研究火力分配的方法主要 是线性规划、非线性规划、整数规划、随机规划、动态规划等方法。研究的领域主要集中在地面防空火力优 化、常规地地导弹突击以及航空兵突击火力的规划和分配等。针对联合火力打击的火力分配优化研究,由 于考虑的因素较多,优化问题极为复杂,研究的较少。到目前为止,还缺乏一套行之有效的优化思想,更难 以在联合火力打击全过程实施优化活动。本文在对计划活动思维机制分析的基础上,提出了一种基于多 时段的联合火力分配优化方法,并建立了与之相适应的优化模型。经过模拟试验表明,这是一种较为科 学、合理的方法。 2计划活动的思维机制分析 在联合火力打击兵力使用计划的制定上,战役计划人员考虑的最终目标是发挥诸火力单位的整体协 调优势,寻求对敌方最大的打击效果并使自己的损耗最小,这是用兵的原则问题。因此,计划人员在优化 打击兵力、兵器使用方案时应考虑打击目标毁伤情况和己方损失情况两个方面,取益损值最优的用兵方 案。目标毁伤情况与分配的打击编队种类、数量有关。而打击编队的构建,取决于部队遂行的任务(即所 收稿日期:2005—0l一17 作者简介:王振宇(1972一),男,辽宁人,博士研究生,主要研究方向为评估理论、军事模型 万方数据万方数据 联合火力打击火力分配方案优化方法研究 13 打击的带有优先级别的突击目标清单),可用武器装备(各种作战飞机、常规地地导弹、作战飞机携带的各 种导弹及弹药等)以及对打击目标及其周围防御情况的情报感知能力。从根本上说,确定部队遂行作战 任务时也考虑到了打击目标自身情况及该目标周围的防御情况。因此,计划人员在计算毁伤目标情况时, 必须依次考察联合打击编队、打击目标清单,详细分析敌方目标及其周围的防御情况。己方损失不仅与对 我构成潜在的空中威胁和地面威胁有着直接的关联,而且与我选择的作战力量协同程度、电子对抗能力、 作战时间的选择以及战场气象环境有关。因此,研究联合火力打击优化方法,构建联合火力打击火力分配 模型时,只有充分考虑到敌方目标周围的防御能力、电子对抗能力、战场的地形、气象环境等各种因素,在 掌握好开战时机、确定好打击波次并作好自身作战力量的协同时,才能制定出科学、合理的火力分配方案。 联合火力打击火力规划的思维机制可用图l表示。 图1 联合火力打击火力分配计划活动的思维机制图 说明:联合火力打击火力分配研究中不考虑防御部队的损耗情况 上述思维机制的分析表明,在构建火力分配模型前,详细分析联合火力打击计划活动的过程,并通过 过程的分析归纳和总结诸如打击力量实体的组成、打击目标、打击目标的防御、电子对抗以及天气情况等 影响联合火力打击方案制定的各种要素,能够更加合理地分配和利用各种打击力量,制定出符合作战规 律、损耗小而取得的作战效益大的火力分配方案。 3联合火力打击诸要素的处理 3.1作战时间阶段的划分 作战行动是一个以时间为变量的运动过程。一次战役的周期可能持续一天、两天或数天。联合作战 行动计划通常根据作战任务、目的、特点以及敌我双方的作战能力划分几个作战阶段,每个作战阶段又可 划分为若干个时节等。联合火力打击火力计划周期一般划分为轮次(相当于作战阶段)、波次(相当于时 节)和打击行动几个时间层次。如果以每一次打击行动的时间长度为基础构建火力分配模型虽然可充分 考虑战场评估、目标再生和兵力的重复出动(重新装添)等问题。但一次作战行动的时间短而且具有很大 的随意性,将会使模型工作量大,耗费的时间也较多。为此,本文将以一个打击波次所持续的时间作为构 建火力分配模型的基本时间长度。并规定一个打击波次的时间为一个时段。一个时段由一次或数次打击 行动组成。一次打击行动则规定为导弹的一次发射和飞机的一次出动。计划人员依照联合火力打击的作 战目的和对兵力计划的精度要求决定了联合火力打击作战的总体时间长度和打击的波次,同时也确定了 时段的数量。图2给出了模型中使用的时段及时段的划分。 万方数据万方数据 14 《军事运筹与系统工程》20Q5年第2期 作战阶段(轮次) 时段长度(波次) 一次f仁战行动时间 厂—八—_弋 厂、 STARTlSTARTlSTA]艮TlENDl(ST』诹T2)ST』恨T2 START2END2 T, T2 T3 T】 T2 T3 联合火力打击战役时间长度 图2时段及时段的划分 3.2 联合火力打击相关实体的定义 本文主要研究远程兵力兵器联合火力打击地面目标的作战行动。因此,作战力量实体主要包括导弹 及作战飞机;打击的目标主要指地面目标。将要研究的作战力量实体主要包括:作战飞机和常规地地导弹 的数量、突击目标、使用弹药以及作战的飞行架次等。对于作战飞机来说,一个飞行架次是某一飞机种类、 弹药种类、挂载方案、打击目标种类和所用时段的组合;对于常规地地导弹来说,一个打击批次是某一导弹 种类、携带弹头种类、打击目标种类和所有时段的组合;而一个打击目标是指经过目标分析得到的某一具 体目标或某一目标群。一个波次主要指联合作战力量的一次联合火力打击行动,如联合火力打击机场等。 3.3 战场毁伤评估和目标再生 一个目标被打击后,认为永久被毁是不现实的。实际上,一个目标一旦被打击,可能出现数个结果。 战场评估正确时,可能永久被毁,也可能目标再生;战场评估不正确时,把永久被毁的目标错认为是活目 标。无论是再生的目标还是错认为的活目标,都需要重复打击。基于多时段的计划思想对每一个目标种 类输入一个概率数值,反应在某时段打击的目标种类在该时段及后续时段处于被毁状态的情况。 3.4天气状况 由于联合火力打击作战力量受到各种不同天气状况的影响,恶劣的天气条件将降低导弹和作战飞机 的作战效能,极端的天候条件将使导弹不能发射和飞机不能起飞,致使作战武器失去效能等。因此,在进 行火力分配时,要根据天气预报的情况分析不同的气象条件对作战力量的影响。 3.5威胁程度与作战力量损耗 由于敌军的反击,而使我军的打击力量受到不同程度的损耗。如敌军通过部署爱国者导弹拦截我军 的导弹,通过派遣截击机和部署不同射程的防空导弹及高炮来拦截我军作战飞机。敌军的反击程度不同, 我军的损耗也不同,因此,应根据反击程度来分析和计算我军的作战力量损耗。从实际条件出发以及考虑 模型的运算速度,可将敌军的反击程度(即对我军的威胁程度)分为两个方面三个级别:即空空和地空两 个方面及高、中、低三个级别。空空主要针对作战飞机的拦截。 3.6电子对抗影响 电子对抗是作战中为削弱、破坏敌方电子系统和设备的使用效能,并保障己方电子系统和设备的正常 发挥效能而采取的综合措施。因此,人们常常称以电子对抗能力为基础的信息力为战斗力的“倍增器”。 电子对抗措施的实战效用,无论是进攻还是防御,都是通过降低敌方武器系统正常工作效能来实现的,即 已方电子对抗能力越强,则敌方作战系统正常工作的概率越低。在联合火力打击作战筹划过程中,深人、 细致、准确地探讨以电子对抗为基础的信息力对火力打击力的影响,能够制定出更加合理的联合火力打击 作战计划。 万方数据万方数据 联合火力打击火力分配方案优化方法研究 15 4火力分配模型 4.1 目标函数 联合火力打击火力计划模型初步确定3种基本的目标函数。根据需要,可进行必要的增减,也可进行 适当调整。这些目标函数可单独使用,也可结合起来一并使用。 4.1.1最大化作战效果 ma】【彳=∑粥r附k·y0西一∑p}∥ⅣDm_ ” ”_… … (1)、’ 成:M.%≯ (2) 式中,t指时段;6指目标类型;粥r班k指£时段6目标的价值;y瓯指时段t内6目标达到预期毁伤 要求时为l,否则为0;们坫指时段£内6目标未达到毁伤要求时为1,否则为O;p七拈指时段l未达到对目标 6预期毁伤的惩罚值;pm指f时段打击6目标的实际毁伤概率;PD小指z时段打击目标6要求的预期毁伤概 率;时为调整系数。 该目标函数分为两部分。前一部分为赢得值,它说明打击的目标数量越多,目标价值越大,越能达成联 合火力打击的战役目的。目标函数的后一部分是罚值,其作用是通过为高难度突击目标群赋予较高的罚 值,确保该目标得到打击。该目标函数体现了实现战役目的的思想,是模型考虑的主要目标函数。 4.1.2 最小化武器装备耗损 min,,=∑M‰ (3) ⅣA丁毛曲=ⅣPRZo·口打鼬·舵A掰E尺。 (4) 式中,^HT柚指t时段口部队的i种武器装备打击6目标的损耗数量,若为导弹则为被击毁的导弹数 量,若为飞机则为被击毁的飞机数量;Ⅳ艘‰指£时段口部队的i种武器装备打击6目标时的出动数量; 口打。曲出指t时段。部队出发的i种武器装备在d种防御下以及c种电子支援(或电子干扰)下打击6目标的 损耗率;别附嗍。指f时段训种天气状态下出动率影响系数。 4.1.3 最小化的武器数量 ming=∑Ⅳ咫死西 (5) 联合火力打击作战使用的武器装备的总量(对于作战飞机为总架次,对于导弹则为总的发射数量), 为不同时段内对不同目标种类进行打击的武器装备使用数量总和。 4.2 约束条件 根据上述目标函数,建立了6类约束条件。 4.2.1 打击目标约束 y.Ⅳ姒。≤Ⅳ (6) ● ∑y0西+∑ⅣD坫=∑Ⅳ黝。 (7) 式中,Ⅳ指联合火力打击计划打击的目标总数;Ⅳ黝。指t时段打击的目标总数(不考虑再生目标情 况);其余参数含义同上。 4.2.2 打击力量约束 ∑脚k≤∑Ⅳ删“ (8) ∑Ⅳ删。i=∑d“e6口c七(t,口,i,6)+∑胁e批(}一l,口,i)(9) 万方数据万方数据 16 《军事运筹与系统工程》2005年第2期 ‘n∞ Ⅻ mI 一∑Mrr(£一1,口,i,6)].鲋似(t—l,口,i,6) (10) 上。 4.2.3 打击力量损耗约束 ∑ⅣA巩晶≤∑厶 (11) 式中,厶指武器装备的最大允许损失数量。 式(11)说明,在联合火力打击的整个过程中某一种类武器装备的耗损不能超过该种武器装备的最大 允许损耗数量。 4.2.4 弹药耗损约束 ∑叩nMsd础·Ⅳ艘t。晶≤∑q (12) _『种弹药所具有的总数量。 该式说明,联合火力打击全过程某一种类弹药的耗损不能超过该种类弹药的可用量。如果必要,可类 似地对某一时段内所有弹药种类或某一种类弹药的耗损情况建立约束。 4.2.5 毁伤距离约束 rn几g℃“6≥d括£86 (13) 部队。到目标6的距离。 式(13)说明,所有打击目标的武器射程(作战半径)必须大于等于武器装备所在部队与目标之间的 距离。 4.2.6 电子对抗约束 口打。眦≥6 (14) 口f‘。曲如=口£r删·E形 (15) E形=‘/L (16) 式中,口tr痂姚指£时段从口部队出发的i种武器装备在d种防御下以及c种电子干扰下打击6目标的损 力量所拥有的电子对抗能力系数;6指最大允许损耗率;t,指t时段打击力量所具有的信息力;厶指打击目 标所具有的信息力。 对抗能力的影响。我方的电子对抗能力强则突防概率提高,反之,则减少。敌我双方电子对抗能力的计算, 可通过计算敌我双方电子对抗部队的信息力方法实现。同时,哦r“。如的最大值不能超过1。 5 关于模型数据筛选问题 对于一个给定的作战想定,模型可能包含有成千上万个变量。所以建议使用模型之外的一些约束,对 模型进行预处理,用以限制可选择的飞机架次与弹药、导弹与弹头匹配的数量,提高模型的运算速度和可 万方数据万方数据 联合火力打击火力分配方案优化方法研究 17 行性。 基本措施包括: (1)删除对作战力量的不恰当使用。不同种类的飞机或导弹适宜打击不同种类的目标。有些飞机如 远程轰炸机,适宜打击敌方纵深内固定的高价值目标,而有些飞机如强击机、歼轰机适宜打击战线前沿或 战役浅近纵深内一般性的活动目标;而常规地地导弹具有较强的突防能力和较大的毁伤面积适宜打击防 御较强的面目标如机场跑道等目标。按照这些原则,在应用模型前,应将不适宜打击某一种类目标的作战 力量排除在外。 (2)删除对弹药的不恰当使用。这些弹药应用到一定的飞机一弹药一突击目标组合时,打击效果不 够明显,只能造成兵力浪费。选用弹药应坚持的原则是:对防御严密、不宜实施临空打击的目标,应选用远 距离发射的空地导弹或常规地地导弹或巡航导弹;对需要直接命中才能毁伤的重要目标,应选用精确制导 弹药;对暴露的各种火炮、导弹发射装置、飞机、运输车辆、雷达等技术兵器,应选用爆破弹或杀爆弹;对机 场跑道应选用侵彻子母弹等。 (3)删除具有较低作战价值和较高损耗率的作战力量分配。可以规定低于某一数值的目标价值和高 于某一数值损耗率的作战力量分配将被删除。 模型之外的上述约束,是基于计划人员经验考虑的。尽管这些经验总结和处理起来比较繁琐,但却能 使其更好地发挥作用。建立知识库,并使知识库与联合火力打击模型库密切联接,是基于联合火力打击火 力分配方案优化方法的远景考虑。 6结束语 联合火力打击的火力分配问题是一个相当复杂和困难的问题,参战的武器装备数量多、各种武器装备 组合以及武器装备与弹药的组合多、考虑的各种因素多。探索一种合理、可信的联合火力打击火力分配方 案优化方法是相当困难的。 本文从思维机制的分析出发,在综合考虑了时段、目标性质、作战损耗、天气情况、防御情况以及电子 对抗等等众多因素的基础上,利用线性规划并结合整数分析变量的方法给出了一种比较有效的联合火力 打击火力分配方案优化方法。该模型为联合火力打击战役计划人员制定兵力使用方案提供了定量分析工 具。 参考文献 1董彦非,郭基联,张恒喜.空中突击编队优化配置算法研究[J].系统工程与电子技术,2001,23(12):53—55. 2苏英振,徐洗,邓乃友.空中突击兵力使用方案的优化方法[J].火力与指挥控制,200l,26(2):10一13. 3 da ModelsAnoc“on0fAir蛐keAssetswitll Davi silva for Ro酌Iio c鹪tlD.optilIliz鲥on Pe糟istence[R].Nav8lPost目HlduateSchool, Monterey,2002. 4 0ftheweapon KolesmrGE.ADescliption teforDef葫se Analysis,1999. 5 Dol蛐MH.Air Model[R].usA,califomia:Navalsch00l,1993. 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