引入OODA 關聯度的火力打擊目標排序方法*

劉 昊，張 策，葛貴斌

（國防大學聯合作戰學院，石家莊 050084）

0 引言

隨著聯合作戰中的體系破擊思想成為未來聯合火力打擊的指導思想，對其戰法的相關研究日益深入系統，體系破擊的關鍵內容即為對打擊目標的體系價值評估，以選取目標網絡體系中的關鍵節點予以殲滅打擊，達成體系破擊的最佳毀傷效果。國內外專家對聯合火力打擊中對于目標價值評估的研究成果豐碩，大致可梳理為3 類：以專家主觀評分為主的單屬性價值評估、以多屬性融合算法為主的多屬性價值評估和以網絡體系價值計算為主的體系價值評估。文獻［1-2］側重于使用層次分析法，利用專家評分實現多層次的目標價值評估；文獻［3-5］使用模糊聚類方法在目標多屬性矩陣中實現了目標綜合評分的降維和量化對比分析；文獻［6-7］使用了數學上的模糊決策算法用以模擬作戰中對目標的火力打擊順序排序，也屬于多屬性融合算法之一；文獻［8-9］則通過推理中的證據鏈機制將目標多屬性融合并實現了目標排序；文獻［10-12］屬于網絡體系價值評估，將目標構成了超網絡體系，進而在網絡中分析各目標的體系綜合價值，并構思了體系破擊的評估指標；文獻［13-15］則對網絡體系中的屬性關系進行融合，使用熵權算法及其變體算法實現了目標價值評估和排序。3 類方法中，以主觀賦予分值為主的專家評分類方法效率較低，但能結合指揮員的主觀傾向予以科學評估，排序結果較為科學合理；多屬性融合算法的計算效率最高，相對于網絡體系評估的計算流程更簡單，因此，應用最為廣泛，但在體系破擊戰法中難以有效評估目標的體系綜合價值，導致排序結果失真；體系評估算法相對來說達成了計算效率與體系破擊目的的有效統一。本文在總結前人工作的基礎上，引入OODA 關聯度，試圖通過網絡體系中的OODA 循環評估各節點在火力打擊中發揮的作用，并使用合適的綜合評分算法實現火力打擊目標排序。

1 算法原理

20 世紀70 年代，美國空軍少校John Royd 根據空中作戰的特點總結出OODA 環軍事理論［16-18］，其主要觀點為：火力打擊的執行過程可細化分解為觀察（Observe）- 判斷（Orient）- 決策（Decide）- 打擊（Act）4 個作戰環節的循環過程，敵對雙方誰能更快地完成“OODA 循環”，誰就能在作戰中取勝。根據OODA 循環理論，火力打擊的過程目的就是在加速自身OODA 循環的過程中，切斷或遲滯干擾敵方的OODA 循環，使單位時間內己方OODA 循環效率高于敵方，即可完成火力打擊并獲得勝利。通過對OODA 循環理論的分析，可將火力打擊目標區分為偵察情報目標、指揮控制目標、火力打擊目標、信息傳輸目標和后裝保障目標等類別，并根據目標與目標之間的信息關聯關系組成各子網絡，并在子網絡基礎上構建目標超網絡體系。超網絡的示例如圖1所示：

圖1 OODA 關聯度示意圖

圖1 中，A 為控制節點，BC 為偵察節點，DEF 為打擊節點，通過OODA 循環理論可知，圖中共有OODA 循環6 個，分別為：BAE、BAD、BAF、CAD、CAE、CAF。6 個循環中，A 出現6 次，則A 的OODA關聯度為6，同理可得BCDEF 的OODA 關聯度分別為3、3、2、2、2。

2 算法描述

根據OODA 循環理論設計目標排序算法的基本思路為：一是利用目標打擊清單和戰前對作戰對手梳理的編制配屬清單匯總可能出現的目標節點，并將目標之間構建信息關聯生成目標的超網絡體系；二是利用偵察節點、控制節點、打擊節點統計OODA 循環；三是計算各節點的OODA 關聯度；四是使用綜合評分算法確定火力打擊目標排序。算法流程如圖2 所示。

圖2 引入OODA 關聯度的目標排序流程圖

2.1 生成超網絡

超網絡由Sheffi 等人［19］提出，主要用于處理群體交織網絡，其定義了超網絡的概念范疇，特指組合層次高于各子網的復雜網絡體系，超網絡內部由各子網交織疊加，因此，超網絡結構也可看作網絡層次上的網絡，超網絡因內部子網構成復雜，而體現出超越各子網特性的復雜網絡涌現性。聯合火力打擊目標構成的超網絡，因其子網的目標性質，大致可區分為偵察情報子網、指揮控制子網、后方保障子網、遠程打擊子網、近程打擊子網、防空火力子網。各子網內目標種類的大致劃分范圍如表1 所示：

表1 子網與目標種類對應表

2.2 統計OODA 循環

該模塊是OODA 關聯度算法的核心，統計OODA 循環的原則是：1）循環中必須包含偵察節點、控制節點、火力節點各有且只有1 個；2）循環中可包含其他類節點，數量不限但不能重復出現；3）循環必須構成閉合環路。統計OODA 循環流程圖如圖3所示。

2.3 計算OODA 關聯度

以各節點在所有OODA 循環中的出現次數作為OODA 關聯度的度量指標。設超網絡中OODA循環數目為n 個，其中第i 個OODA 循環中，節點j出現過kij次，則節點j 的OODA 關聯度Tj計算公式如下：

2.4 計算綜合評分

OODA 關聯度可以評估各節點在OODA 循環中的重要性，但僅將其作為火力打擊排序的唯一指標有失偏頗，必須結合節點的重要程度、威脅程度、易毀程度、機動能力綜合衡量。本文在OODA 關聯度評估指標基礎上，定義目標的重要程度評估指標，用以衡量該目標在指揮員心目中的價值地位；定義威脅程度評估指標，用以衡量該目標對我產生的現實火力威脅；定義易毀程度評估指標，用以衡量該目標是否易于被我火力打擊力量摧毀；定義機動能力評估指標，用以衡量該目標的戰場機動性。上述評估指標相互獨立，可由指揮員在目標屬性表中根據戰場實際情況確定。

圖3 統計OODA 循環流程圖

本文引入熵權法、空間距離法、理想點法作為綜合評分的備選算法。設OODA 關聯度、重要程度、威脅程度、易毀程度、機動能力的評估指標分別對應T1-5，目標總數為n，其中第i 個目標對應的第j 項評估指標值為xij（1≤j≤5），構建出評估指標矩陣X。

熵權法計算步驟如下：

1）對矩陣X 進行歸一化處理，得到矩陣P。

2）計算每個評估指標的熵值ej。

式中，若pij=0 時，ej=0。

3）計算每個評估指標的權重tj。

理想點法計算步驟如下：

1）找到正負理想點A+和A-。設A+中的最佳評估指標值為，A-中的最差評估指標值為（1≤j≤5），則計算公式如下：

3 實例分析

輸入初始條件：戰時動態獲取的目標打擊清單包含已發現的目標和根據對戰場情報采集分析假定存在的還未發現目標，如不導入未發現目標，則構建的超網絡不具備復雜網絡和涌現性特征，計算目標體系價值時會失真，未發現目標的坐標用“-”表示，一旦確定位置則更新具體位置坐標值。目標打擊清單示例如表2 所示：

表2 目標打擊清單示例

理想目標清單中，用“L”表示未發現但存在的目標編號；目標屬性表中，使用專家評分法對各目標的各方面性能指標作以量化評分，分值按重要性賦予1-5 分；目標關聯表中，若兩類目標之間具有信息強關聯關系，則用“通”表示，否則用“不通”表示；理想目標清單、目標屬性表和目標關聯表的示例如表3～表5 所示：

表3 理想目標清單示例

表4 目標屬性表示例

表5 目標關聯表示例

目標排序計算流程如下：

1）生成超網絡。首先根據理想目標清單和目標關聯表生成超網絡，如下頁圖4 所示。

2）統計OODA 循環。根據統計OODA 循環算法，生成58 749 個循環序列，示例如表6 所示：

表6 OODA 循環示例

3）計算OODA 關聯度。根據式（1），計算出各目標的OODA 關聯度，如表7 所示。

4）計算綜合評分。分別使用熵權法、空間距離法、理想點法對各目標計算綜合評分，如表8 所示。

4 算法應用

圖4 理想目標清單超網絡圖

表7 OODA 關聯度

表8 各類算法綜合評分

為了檢驗算法的實際應用效果，根據算法原理設計仿真實驗，并制作聯合火力打擊目標排序軟件，以檢驗分析算法的體系評估能力和計算時間消耗。軟件功能主要有：生成目標超網絡體系；統計OODA 循環數量；計算目標超網絡體系的OODA 關聯度；計算每個目標在體系中的綜合評分；生成輔助決策建議（目標的火力打擊排序）。實驗計算機配置：MFC 及vc6.0 編譯環境、Intel 酷睿雙核T7300 2.0 GHz 處理器、3 G 運行內存容量。

4.1 模塊設計

目標排序軟件由導入數據模塊、網絡關聯生成模塊、綜合評分計算模塊、輔助決策生成模塊組成。導入數據模塊用于將產生目標排序的各輸入表導入軟件，并計算出目標的融合價值。網絡關聯生成模塊用于形成目標編號之間的關聯矩陣，并將矩陣導入UCINET 軟件生成如圖4 所示的超網絡結構圖。OODA 關聯度模塊用于統計OODA 循環的數目，并計算每個網絡節點的OODA 關聯度。綜合評分計算模塊可調用改進熵權法、空間距離法或理想點法將多目標屬性融合為單一屬性評分，并計算超網絡的OODA 關聯度評分，進而計算出去除該目標后的超網絡體系價值下降幅度評分。輔助決策生成模塊用于計算所有目標的超網絡體系價值下降幅度評分，進而形成火力打擊的目標排序，輸出為輔助決策排序建議，供指揮員參考借鑒使用。軟件運行界面如下頁圖5 所示。

4.2 實驗分析

圖5 軟件界面顯示效果

1）對比分析。為了驗證該各評估指標間的獨立性，將OODA 關聯度、重要程度、威脅程度、易毀程度、機動能力進行歸一化處理，對比結果如圖6 所示：

圖6 各評估指標歸一化結果

通過對比，各目標的評估指標之間相互獨立，能夠反映該目標不同維度的評估分值。OODA 關聯度上，M203（通信樞紐）和M204（電子對抗分隊）的分值相對較高；重要程度上，M101（旅指揮所）和M202（雷達站）的分值相對較高。其分值波動分別為0.29、0.06、0.15、0.05、0.17，相比較來說，OODA 關聯度的區分度最高，同時也能體現體系破擊戰法思想。

2）排序分析。為了檢驗各綜合評分算法的有效性，將各目標在各綜合評分算法下的排名統計分析，對比結果如圖7 所示：

圖7 各目標在各綜合評分算法的評分

通過對比，各綜合評分算法的排名順序大體相同，對于電子類目標、遠程火力打擊目標和指揮控制類目標排名靠前，對近程火力打擊目標和后裝保障類目標排名靠后。其分值波動分別為0.19、0.24、0.81，理想點法對各目標綜合評分區分度較大，在目標數量較多時具備更強的排序區分度，因此，選取理想點法作為最佳排序綜合評分算法。

4.3 效果評估

輔助決策建議運行結果如圖8 所示：

圖8 輔助決策運行結果

5 結論

本文在給定目標打擊清單基礎上，以體系破擊思想為牽引，使用理想目標清單補齊目標超網絡，進而在超網絡中計算目標在網絡體系內的OODA關聯度評分，形成基于體系破擊的火力打擊目標排序結果。該方法較傳統基于專家評分的主觀單指標評分和以多指標融合算法為基礎的目標排序方法更能體現目標的體系價值，也更適用于體系破擊戰法，目標評估排序更為科學合理。創新點有：一是構建了網絡之上的超網絡體系結構，區分層次分析目標在體系中的價值，使OODA 循環分析成為可能；二是設計OODA 關聯度算法，以往的研究中，OODA循環還停留在理論研究層面，很少涉及算法計算，本文實現了OODA 循環理論的工程應用；三是檢驗了各綜合評分算法的排序效果，確定使用理想點法實現火力打擊目標排序的區分度最高。