CN111784135B - 基于超网络和ooda环理论的体系作战能力量化分析方法 - Google Patents

基于超网络和ooda环理论的体系作战能力量化分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于超网络和OODA环理论的体系作战能力量化分析方法，包括：根据作战体系建立超网络模型，超网络中包括4类节点和7类边，4类节点分别为探测节点VO，决策节点VD，打击节点VA和目标节点VT，7类边分别为表示目标节点能够被探测节点探测到的探测关系ETO，表示探测节点将目标信息发送到决策节点的协同关系EOD，表示决策节点指挥打击节点进行打击的指控关系EDA，表示打击节点对目标节点进行攻击的打击关系EAT，表示探测节点之间信息共享的信息传递与共享关系EOO，表示决策节点之间的上下级关系的上下级指挥关系EDD，表示打击节点协同对同一个目标进行打击的协同打击关系EAA；根据超网络构造邻接矩阵；根据邻接矩阵特征值计算体系综合能力。

Description

基于超网络和OODA环理论的体系作战能力量化分析方法
技术领域
本发明涉及体系建模与分析技术领域，尤其涉及一种基于OODA环理论的体系能力量化分析方法。
背景技术
随着人工智能技术、无人系统技术的发展，现代战争面貌发生极大改变，战场态势瞬息万变，在快速变化的战场抓住转瞬即逝的有利战机成为打赢智能化战争的关键。现代战争是体系与体系的对抗，作战体系规模庞大，组成结构复杂，如何快速计算和分析对抗双方体系的作战能力，是抓住转瞬即逝战机所要解决的核心问题。
对复杂体系整体作战能力的分析与量化较少，主要是针对体系某些方面进行分析。例如，装甲兵工程学院的郭齐胜教授分析了装备体系结构的网络统计特征参数，提出了网络连通系数和网络抗毁系数的概念，用其对装备体系结构的网络的连通性、鲁棒性、脆弱性进行分析、描述和度量，该种分析方法只关注了体系的连通性、鲁棒性、脆弱性，并不能完整评价整个体系的作战效能。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种基于超网络和OODA环理论的体系作战能力量化分析方法。具体技术方案如下：
一种基于超网络和OODA环理论的体系作战能力量化分析方法，所述方法包括：
根据作战体系建立超网络模型，超网络模型中包括4类节点和7类边，4类节点分别为探测节点VO，决策节点VD，打击节点VA和目标节点VT，7类边分别为表示目标节点能够被探测节点探测到的探测关系ETO，表示探测节点将目标信息发送到决策节点的协同关系EOD，表示决策节点指挥打击节点进行打击的指控关系EDA，表示打击节点对目标节点进行攻击的打击关系EAT，表示探测节点之间信息共享的信息传递与共享关系EOO，表示决策节点之间的上下级关系的上下级指挥关系EDD，以及表示打击节点之间协同对同一个目标进行打击的协同打击关系EAA；
根据超网络模型构造邻接矩阵；
计算邻接矩阵的特征值，根据邻接矩阵特征值计算体系综合能力。
在一种可能的设计中，超网络模型中每条边的属性为两个，分别为能力x和频率y，并依据下述原则对每条边进行赋值；探测关系ETO中，x越大，表示探测节点发现目标的概率越大、或者探测精度越高，y越大表示探测频率越快；协同关系EOD中，x越大，表示探测节点传给决策节点信息损失越少，目标指示越准确，y越大，表示探测节点到决策节点信息传输速率越快；指控关系EDA中，x越大，表示指挥官经验越丰富，局势判断与指挥决策越准确合理，y越大，表示局势判断与指挥决策的频率越大；打击关系EAT中，x越大，表示打击节点对目标节点的杀伤概率越大，或者打击强度越大，y越大，表示打击频率越快；信息传递与共享关系EOO中，x越大，表示探测节点内部信息共享越充分，合作越密切，y越大，表示信息共享传输频率越大；上下级指挥关系EDD中，x越大，表示上下级配合越密切，y越大，表示上级指挥下级频率越快；协同打击关系EAA中，x越大，表示打击同步效率越高，y越大，表示协同频率越快。
在一种可能的设计中，超网络对应两个邻接矩阵，分别为能力值邻接矩阵和频率值邻接矩阵。
在一种可能的设计中，计算能力值邻接矩阵的PF特征值λa作为能力特征值，计算频率值邻接矩阵的PF特征值λf作为频率特征值，体系综合能力S是能力特征值和频率特征值的函数，且体系综合能力分别与能力特征值和频率特征值正相关。
在一种可能的设计中，体系综合能力与能力特征值和频率特征值的函数关系为：
S＝λaλf。
在一种可能的设计中，进行体系综合能力对比时，以能力特征值为横坐标，频率特征值为纵坐标建立笛卡尔坐标系，通过坐标系中的面积比较进行体系综合能力的对比。
本发明技术方案的主要优点如下：
本发明的基于超网络和OODA环理论的体系作战能力量化分析方法，在OODA环理论的基础上，建立超网络模型模拟作战体系，并根据超网络模型的邻接矩阵计算体系综合能力，实现了作战体系能力的量化和对比分析，可辅助体系效能评估、体系贡献率计算、制胜机理研究、作战体系设计、作战体系优化、体系博弈对抗分析、体系演化分析、作战任务规划等。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一实施例提供的超网络模型和邻接矩阵的构造示意图；
图2为本发明另一实施例提供的超网络模型和邻接矩阵的构造示意图；
图3为本发明一实施例提供的笛卡尔坐标系中体系综合能力对比图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。
本发明实施例提供的体系作战能力量化分析方法是在OODA环理论的基础上进行的，首先对OODA环理论进行说明：
美国空军上校约翰·博伊德提出OODA环理论：用不断循环的“观察(Observe)、判断(Orient)、决策(Decide)、行动(Act)”(OODA)过程来描述战场上指挥员的理性指挥过程，每次作战行动都可以看成是一个OODA循环过程。
假设体系A和B进行对抗，则体系A强于体系B，体现在OODA环理论上就是：
1)体系A包含更多的OODA环；
2)体系A的OODA环的循环频率更快；
3)体系A的OODA环的能力更强。
以下具体说明本发明实施例的技术方案：
本发明实施例提供了一种基于超网络和OODA环理论的体系作战能力量化分析方法，该方法包括：
根据作战体系建立超网络模型，超网络模型中包括4类节点和7类边，4类节点分别为探测节点VO，决策节点VD，打击节点VA和目标节点VT，7类边分别为表示目标节点能够被探测节点探测到的探测关系ETO，表示探测节点将目标信息发送到决策节点的协同关系EOD，表示决策节点指挥打击节点进行打击的指控关系EDA，表示打击节点对目标节点进行攻击的打击关系EAT，表示探测节点之间信息共享的信息传递与共享关系EOO，表示决策节点之间的上下级关系的上下级指挥关系EDD，以及表示打击节点之间协同对同一个目标进行打击的协同打击关系EAA。其中，4类节点中探测节点VO对应OODA环理论中的观察(Observe)节点，决策节点VD对应OODA环理论中的判断(Orient)和决策(Decide)节点，打击节点VA对应OODA环理论中的行动(Act)节点，目标节点VT表示敌方作战体系的各类节点。
超网络模型可以表示为：G＝{V,E}，其中：V＝{VO,VD,VA,VT}，E＝{ETO,EOD,EDA,EAT,EOO,EDD,EAA}。
根据超网络模型构造邻接矩阵。超网络模型和邻接矩阵示意图可以参见附图1，图1中的超网络未示出目标节点。
计算邻接矩阵的特征值，根据邻接矩阵特征值计算体系综合能力。
本发明实施例提供的基于超网络和OODA环理论的体系作战能力量化分析方法，在OODA环理论的基础上，建立超网络模型模拟作战体系，并根据超网络模型的邻接矩阵计算体系综合能力，实现了作战体系能力的量化和对比分析，可辅助体系效能评估、体系贡献率计算、制胜机理研究、作战体系设计、作战体系优化、体系博弈对抗分析、体系演化分析、作战任务规划等。
进一步地，为了使超网络模型能够反映OODA环理论中的能力和频率两方面因素对体系综合能力的影响，本发明实施例中，超网络中每条边的属性为两个，分别为能力x和频率y。探测关系ETO中，x越大，表示探测节点发现目标的概率越大、或者探测精度越高，y越大表示探测频率越快；协同关系EOD中，x越大，表示探测节点传给决策节点信息损失越少，目标指示越准确，y越大，表示探测节点到决策节点信息传输速率越快；指控关系EDA中，x越大，表示指挥官经验越丰富，局势判断与指挥决策越准确合理，y越大，表示局势判断与指挥决策的频率越大；打击关系EAT中，x越大，表示打击节点对目标节点的杀伤概率越大，或者打击强度越大，y越大，表示打击频率越快；信息传递与共享关系EOO中，x越大，表示探测节点内部信息共享越充分，合作越密切，y越大，表示信息共享传输频率越大；上下级指挥关系EDD中，x越大，表示上下级配合越密切，y越大，表示上级指挥下级频率越快；协同打击关系EAA中，x越大，表示打击同步效率越高，y越大，表示协同频率越快。如下表所示：
Figure BDA0002550401910000041
Figure BDA0002550401910000051
按照上述原则，对每条边进行赋值后，超网络G对应两个邻接矩阵，分别为能力值邻接矩阵Na和频率值邻接矩阵Nf。具体可以参见图2。
根据Perron-Frobenius定理，非负矩阵至少存在一个大于其他所有特征值的、非负实数特征值。因此，可以计算作战体系超网络G的两个指标，分别是能力值邻接矩阵的PF特征值λa和频率值邻接矩阵的PF特征值λf。λa表示体系OODA环的能力，λf表示体系OODA环的频率。体系OODA数量在计算特征值过程在隐含在了λa和λf值的大小中，因此，体系综合能力S是λa和λf的函数，即
Figure BDA0002550401910000052
为了对体系综合能力进行计算，我们提出下列假设：
假设：体系OODA环能力特征值和体系OODA环频率特征值具有对称关系，假设体系OODA环能力特征值为0，则无论体系OODA环频率多块，体系综合能力都是0；假设体系OODA环频率特征值是0，则无人体系OODA环能力多强，体系综合能力也是0。这个假设在现实世界中也是有意义的：无论武器杀伤能力多强，只要杀伤需要的时间无限大，则该武器的效能就是0；无论武器打击频率多块，只要打击造成的伤害为0，则该武器的效能就是0。
基于上述假设，有下式：
Figure BDA0002550401910000053
基于上述公式，给出一种可能的体系综合能力计算方式
Figure BDA0002550401910000054
C为常数，假设为1，即有：
S＝λaλf
体系综合能力是OODA环能力特征值和频率特征值的乘积，以能力特征值为横坐标，频率特征值为纵轴建立笛卡尔坐标系，则体系综合能力就是坐标系中的面积，如附图3所示。
图3是红蓝对抗过程中双方作战能力对比图。其中，红方能力特征值和频率特征值分别是
Figure BDA0002550401910000061
和
Figure BDA0002550401910000062
蓝方能力特征值和频率特征值分别是
Figure BDA0002550401910000063
和
Figure BDA0002550401910000064
则红蓝双方综合作战能力就是图中相应的面积，面积大的一方存在一定优势，抓住该优势，就能够取得战场主动权。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。
最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种基于超网络和OODA环理论的体系作战能力量化分析方法，其中所述OODA环为观察、判断、决策、行动的循环过程，其特征在于，所述方法包括：
根据作战体系建立超网络模型，超网络模型中包括4类节点和7类边，4类节点分别为探测节点VO，决策节点VD，打击节点VA和目标节点VT，7类边分别为表示目标节点能够被探测节点探测到的探测关系ETO，表示探测节点将目标信息发送到决策节点的协同关系EOD，表示决策节点指挥打击节点进行打击的指控关系EDA，表示打击节点对目标节点进行攻击的打击关系EAT，表示探测节点之间信息共享的信息传递与共享关系EOO，表示决策节点之间的上下级关系的上下级指挥关系EDD，以及表示打击节点之间协同对同一个目标进行打击的协同打击关系EAA；
根据超网络模型构造邻接矩阵；
计算邻接矩阵的特征值，根据邻接矩阵特征值计算体系综合能力；
其中，超网络模型中每条边的属性为两个，分别为能力x和频率y，并依据下述原则对每条边进行赋值：
探测关系ETO中，x越大，表示探测节点发现目标的概率越大、或者探测精度越高，y越大表示探测频率越快；
协同关系EOD中，x越大，表示探测节点传给决策节点的信息损失越少，目标指示越准确，y越大，表示探测节点到决策节点的信息传输速率越快；
指控关系EDA中，x越大，表示指挥官经验越丰富，局势判断与指挥决策越准确合理，y越大，表示局势判断与指挥决策的频率越大；
打击关系EAT中，x越大，表示打击节点对目标节点的杀伤概率越大，或者打击强度越大，y越大，表示打击频率越快；
信息传递与共享关系EOO中，x越大，表示探测节点内部信息共享越充分，合作越密切，y越大，表示信息共享传输频率越大；
上下级指挥关系EDD中，x越大，表示上下级配合越密切，y越大，表示上级指挥下级频率越快；
协同打击关系EAA中，x越大，表示打击同步效率越高，y越大，表示协同频率越快。
2.根据权利要求1所述的基于超网络和OODA环理论的体系作战能力量化分析方法，其特征在于，超网络对应两个邻接矩阵，分别为能力值邻接矩阵和频率值邻接矩阵。
3.根据权利要求2所述的基于超网络和OODA环理论的体系作战能力量化分析方法，其特征在于，计算能力值邻接矩阵的PF特征值λa作为能力特征值，计算频率值邻接矩阵的PF特征值λf作为频率特征值，其中所述PF特征值指矩阵的非负最大特征值，体系综合能力S是能力特征值和频率特征值的函数，且体系综合能力分别与能力特征值和频率特征值正相关。
4.根据权利要求3所述的基于超网络和OODA环理论的体系作战能力量化分析方法，其特征在于，体系综合能力与能力特征值和频率特征值的函数关系为：
S＝λaλf。
5.根据权利要求4所述的基于超网络和OODA环理论的体系作战能力量化分析方法，其特征在于，进行体系综合能力对比时，以能力特征值为横坐标，频率特征值为纵坐标建立笛卡尔坐标系，通过坐标系中的面积比较进行体系综合能力的对比。
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