1.3 技术分类
如前所述,本书将指挥控制技术分为态势认知、决策规划、行动控制三大类。
1.3.1 态势认知
态势认知是指挥员对战场状态和形势的认识,包括对战场态势元素含义的理解,以及对它们未来的改变进行预测,是指挥员对态势进行理解的一个过程,目的是分析战场形势、支撑决策规划与行动控制。
1.基本概念
1)战场态势
态势,指状态与形势,包括人或事表现出的形态、环境或事物的发展状况和情形等,各种事实、信息和认知等纷乱复杂的状态和现象构成了态势。
两千多年前,《孙子兵法》的形篇、势篇和虚实篇中就详细阐述了战场环境、部署、军事实力及运用对作战的影响,在谋攻篇中提出的“知己知彼,百战不殆”,进一步凸显了掌握战场态势的重要性。《军语》将态势定义为:敌我双方部署和行为所形成的状态和形势。
战场态势主要包含两方面的内容。一方面是敌我态势(或称为作战态势),是作战各方部署和行动所形成的状态和形势,以及它们的变化发展趋势。另一方面是战场环境的状态和形势,以及它们的变化发展趋势。除此之外,作战任务及其约束条件、时间与空间关系、机会与风险因素也是战场态势的重要组成部分。
根据服务对象的任务层级不同,态势可以分为战略态势、战役态势、战术态势。
战略态势服务于战略筹划,辅助对全局性、高层次问题的决策,内容主要包含:
(1)世界综合形势,如国际军事同盟关系的组成、性质,国际热点动向,国际政治经济形势、舆论方向等;
(2)周边安全环境,如世界大国在我国周边进行战略部署调整的动向及影响,周边有关国家与我国在陆地领土、岛屿主权和海洋权益争端上的基本政策、战略指导、军事部署等;
(3)与主要对手的力量对比,包括军事力量对比、政治外交状况对比、经济和科技力量对比等;
(4)关乎战略形势发展的环境因素,如战略要地和重要海峡通道的地理、气象、水文情况等。
战役态势服务于战役筹划、行动控制的全过程,主要内容包含:
(1)敌我双方主要作战力量的配置与整体状态,如参战部队编制、部署区域、任务、人员装备等;
(2)敌我双方的后援力量状况,如支援部队、情报保障部队等的职责、状态、支援保障链路等;
(3)战争潜力目标的基础信息与状态,如机场、油料库、运输线等的位置、容量与防护情况等;
(4)敌方作战体系及其薄弱点;
(5)对敌方意图的估计,包括行动企图、预计行动路线等;
(6)我方战役布局和拟采取的行动计划;
(7)环境如气候、地形、温度等。
战术态势服务于执行战术任务的部队,主要内容包含:
(1)敌方、我方、友方作战单位的位置;
(2)敌方、我方、友方作战单位的状态与实时信息;
(3)敌方作战单位的行动估计与预测;
(4)我方与友方单位的实时行动计划;
(5)战术尺度的实时环境信息,如道路状态和通行条件等。
根据不同的作战域,态势还可以分为陆、海、空、天、网、电等分域态势,以及联合作战态势。
2)态势认知模型
如前所述,态势认知是指指挥员对战场状态和形势的认识,包括对战场态势元素含义的理解,以及对它们未来的改变进行预测,是指挥员对态势进行理解的一个过程,是人类心智模型的一种体现。心智模型是指人通过眼睛、耳朵等传感器,接受外界数据与信息后会在脑中形成一个思维的模型来描述外部世界,并对它的运行发展进行分析、判断和预测。
态势认知过程从信息融合的基础开始,通过对态势要素(敌我态势、战场环境等)进行识别、描述、解释、评价等一系列处理过程,由表及里、由此及彼地梳理、判断、预测态势,形成对态势的理解和认知。一般来讲,态势认知过程可划分为四个层次,分别对应数据(Data)、信息(Information)、知识(Knowledge)和理解(Understanding)。其中,数据揭示了战场上存在的情况,信息则表示了指挥员决策时真正需要的内容,知识是针对当前态势需求对信息过滤、提炼、加工、关联而得到的有用信息,理解是形成对态势的主观认识及具备演绎出解决方案并预测未来的能力。前两个层次告诉决策者战场上有什么,而后两个层次意味着决策者已经知道了什么。
JDL、SA是与态势认知密切相关的两个过程模型,前者侧重数据融合与处理的角度,后者则侧重决策者的认知角度。
(1)JDL模型。
JDL模型由美国国防部实验室联合理事会(Joint Directors of Laboratories)提出,是一个通用的数据融合模型架构,描述了从子目标数据估计、目标估计、态势估计、影响估计到流程优化的数据融合过程,体现了如何从数据到知识,如图1-5所示[10]。
图1-5 JDL模型示意图
层次0:子目标数据估计。使用细粒度级别(如像素或信号级)的数据关联和特征化的目标可观测状态,进行评估或预测。例如,从连续的时间序列中检测信号,或者从图像区域提取特征。提取的信号或特征,可认为是待检测目标的一个部分。
层次1:目标估计。根据对观测或追踪到的状态的关联,来评估或预测目标实体的状态。
层次2:态势估计。评估或预测目标实体间的结构、关联关系、与环境之间的关系等。
层次3:影响估计。评估或预测目标行动对态势的影响,包括不同目标之间行为的相互作用及其影响。
层次4:流程优化。根据评估或预测的结果反馈,自适应优化以上流程。
JDL模型通过由低层级到高层级,由要素到影响的过程来进行态势的感知与理解,对中间层次划分清楚明晰,并通过流程优化对整个过程进行自适应调整优化。但感知过程层级过多,每一个层级传递到下一融合层级的信息量会逐步减少,且每一个层级的精准程度都会影响下一层级的感知准确度。
(2)SA模型。
SA模型是由美国学者Endsley提出的一种针对动态决策过程的态势感知理论模型[11]。Endsley从人因学的角度对态势感知过程进行了分析,认为注意力和工作负载是限制相关人员从环境中获取和理解信息从而感知态势的关键因素,强调了系统设计特性、工作负载、压力、系统复杂性、自动化程度对相关人员态势感知的影响,并给出了态势感知错误的分类。SA模型描述了动态决策中的态势感知,将其分为态势觉察、态势理解和态势预测三个阶段,如图1-6所示。
图1-6 SA模型
①态势觉察是对战场环境中要素的感知。例如,一个飞行员需要感知战场敌我双方航空器的经纬度坐标、外观、速度等;一个指挥员需要感知在一个特定区域敌军和友军数量、军兵种类型、能力、机动能力等。
②态势理解是对态势察觉中分散要素的合成。态势理解不仅是简单地了解这些要素,而且是通过敌方行动意图理解这些要素的重要性。在这个阶段中,决策者需要根据当前要素信息和战场环境的历史信息,构成一套完整的态势,从而理解敌方作战行动意图。
③态势预测是基于已得出的当前态势,对未来可能出现的态势进行预测。它主要基于对当前状态的知识、要素变化,以及态势的理解,从而针对临近未来进行预测。
SA模型可用于分析影响人的态势感知能力的各类因素,从而指导系统设计、增强人的态势感知能力。
2.主要技术
态势认知的前提是先形成态势的表征,再基于此进行分析判断。例如,JDL模型所强调的对目标状态、目标之间以及目标与环境间相互关系的评估与预测,需要建立在对目标状态及其相互关系的合理表征基础之上。表征的本质就是建立模型,建模是把问题形式化,特别是数学化的过程。由于数学揭示和表征现实世界数量关系、空间形式及其之间的演化规律,只有把一个问题形式化,才有望对该问题的性质及其解有所了解,并为计算机所处理。因此,本书将态势认知技术分为态势建模技术、态势分析技术两大类。其中,态势建模技术解决如何形成战场态势表征的问题,包括从观测数据中发现、识别战场态势中的各类对象,还原对象间的结构和关系,形成关于态势的模型。态势分析技术解决如何在模型基础上形成对态势的理解与判断的问题,包括检测异常、评估威胁、识别意图等,支撑指挥员的判断与决策。
1)态势建模技术
态势建模是指基于各类战场观测数据,发现识别其中各类对象,还原对象状态及其结构和关系,从而形成关于敌、我、环境等态势要素的数字化表征。其核心问题如下。
(1)如何建立概念模型对战场态势进行统一表征?战场上包括陆、海、空、天、网等各类兵力与平台,相互之间通过复杂的信息交互形成作战体系,在多域战场环境中发生各类行为。建立概念模型对这些实体及关系进行概念抽象,是构建具体模型实现表征的前提。此外,指挥控制涉及各作战域力量的协调与同步,而公共战场态势图是协调与同步的基础。因此,需要一个统一的概念模型,以支撑不同组织与个体对战场态势的一致理解与认识。
(2)如何综合各维度观测数据,识别战场各类实体及其关系?概念模型给出了对象类别、属性及其关系的抽象,但具体对象的状态千差万别,需要综合各维度观测数据,对其进行有效的识别,还原出所观测对象的状态及其关系。例如,识别战场上有哪些目标存在、分别是什么类型、具备什么属性和特征,识别各实体在作战体系中承担的角色、发挥的作用,推断出不可直接观测的深层及潜在的关系等。
(3)如何生成并展现战场态势?在识别的基础上,需要将战场态势各要素合理地展现出来,生成公共战场态势图(COP),服务于各级指挥员的分析与决策。公共战场态势图是面向特定作战任务的一组分层融合的态势图。“公共”不是指所有态势图完全相同,而是指它们由相同的数据和模型生成,但面向不同的作战视角、作战任务、指挥层级提供不同的态势展现方式,使各级指挥员既能各取所需,减少指挥员的认知负担,又能保证对战场态势的一致理解。
态势建模的难点是在不完全观测条件下,形成关于态势各要素的准确模型。其主要挑战如下。
(1)态势要素及其关系的复杂性。态势要素包括敌情、我情、战场环境等方面,实体类型多、关联关系复杂,多样化的行动涉及陆、海、空、天、网等多域战场,具有人机混合、虚实联动、跨域耦合的特点,增加了建模的视角、要素、层次与规模,给描述和表征带来了挑战。
(2)观测的不完全性与有限性。对战场的观测在非合作条件下进行,观测手段及其运用受到环境影响与敌方对抗等限制,且敌方存在隐藏、伪装和欺骗等行为,因此很难实现完全、准确的观测。对抗强度越高,观测的不完全性与有限性越突出,可获取的数据越有限,还可能存在大量噪声和干扰,这给准确识别实体状态及其关联关系带来了挑战。
(3)知识的不完备与验证困难。不同于一般通用领域的知识,军事领域的知识具有低资源性的特点,训练数据集少、数据缺乏标注、数据结构化程度不高,使得对数据进行分析挖掘比较困难。特别是针对新域新质作战,目标的能力行为、环境影响等因素还难以建模,实战数据样本稀缺,使得人们难以准确地对建模所需的知识,以及分析挖掘获取的知识进行评估和检验。
态势建模的重点是目标态势和战场环境态势。其中,目标态势建模技术包括目标的实体关系建模、能力建模、行为建模、威胁建模等技术,用于建立目标及目标体系模型。战场环境建模技术包括地理环境建模、电磁环境建模、网络环境建模等技术,主要从作战影响的角度建立各类环境模型。本书第2章重点对态势建模技术进行介绍。
2)态势分析技术
态势分析是指在一定的时间和空间范围内,基于态势建模的结果,对态势进行分析处理的过程,包括对战场态势元素的理解,以及对它们未来行为、威胁、意图的预测,是利用技术手段辅助指挥员做出决策和判断的一个重要过程。态势分析的重点在于快速觉察、理解以及预测战场态势,是指挥控制中的重要活动。其核心问题如下。
(1)如何理解各类战场目标的行为,从而发现异常、预测变化?目标行为的分析需要对不同数据源的目标数据进行融合,形成目标行为的基线,从而发现异常并提前预警,为后续威胁估计和意图分析提供基础。一般而言,异常行为通常意味着更高的威胁,从而值得重点关注。
(2)如何准确识别、判断各类威胁?威胁估计是根据当前战场态势评估敌方力量的作战能力和威胁性,是对敌杀伤能力及对我方威胁程度的评估,主要包括计算某个要素或若干个相关联的要素所产生的威胁程度的大小;对各威胁要素的威胁度进行权衡,按照威胁源对我方目标可能产生的破坏或威胁程度进行分类,确定其所属的威胁级别等。
(3)如何准确理解、推断敌方的意图?意图是指敌方为完成一定的作战任务的基本设想和打算。意图识别指在行为分析、威胁估计的基础上,对敌方意图进行推测,并判断其可能采取的后续动作。
态势分析的主要难点如下。
(1)对海量、多维战场观测信息的分析与利用。复杂的战场环境存在大量异构来源的目标观测数据,这些数据规模大、标注成本高、要素复杂,甚至互相矛盾、带噪声,或者被注入针对性的对抗样本,因此信息的提取、去重、去伪、消歧困难,关联、挖掘、印证也需要设计特殊的算法。
(2)对方对于真实意图的刻意隐藏与欺骗。在作战中,敌我双方都千方百计地想通过各种各样的办法来伪装、隐蔽自己的行动,或者制造种种假象麻痹对方,以达到隐真示假,欺骗对方的目的,导致我方指挥员在面临海量的、迟滞的、模糊的甚至带有欺骗性质的战场数据时,难以准确地分析战场态势要素间的关系,把握关键态势,从而难以对敌方的作战构想、作战计划以及作战目标进行判断和解释。
态势分析的主要技术包括行为分析技术、威胁估计技术,意图推断技术等,大数据与AI技术的突飞猛进为态势分析提供了新的方法与思路,自动化、智能化的态势认知技术成为发展趋势。本书第3章重点对态势分析技术进行介绍。
1.3.2 决策规划
决策规划是指在态势认知的基础上,确定意图、生成行动方案和计划,并对其效果、效率、代价、风险等进行评估的过程。其目的是把有限的资源在正确的时间部署到正确的地点去执行正确的任务,并在这一过程中实现预设目标的优化。
1.基本概念
1)作战决策
作战决策是指挥员对作战问题做出的各种决定,是作战指挥的核心,是指挥员的中心任务和基本职责。战争从某种意义上,就是在一定的物质基础上,双方指挥员在决策过程中互争胜负的斗争。因此,作战决策的正确与否,对战争胜负有决定性的作用。只有充分提高决策的科学性和艺术性,才能夺取战争的胜利。
作战决策是一个贯穿在指挥各个环节之中的过程,内容一般包括作战目标(企图)、主要作战方向、战役布势、作战任务区分、协同方法、战役保障等。这些内容是在决策的各个阶段中,由指挥员反复研究逐步形成的。从决策活动的层次与分工看,作战决策过程可以分为筹划、计划两个阶段。筹划侧重酝酿、策划,生成决策的总体构想;计划侧重决策的具体化、是决策到行动的重要桥梁。从筹划到计划体现了自上而下的过程,从构想到行动,自上而下、逐层分解。例如,美军在《联合作战计划制定流程(JOPP)》中认为:一项战争计划的制定通常包括两个相对独立而又紧密联系的过程,一个是作战概念化过程,是在认知、理解作战任务和战场环境的基础上筹划作战构想的过程;另一个是行动细节化过程,是将作战筹划形成的概念化成果,通过作战计划制定流程和工具转化为可实施的作战方案和行动计划过程。
筹划是从战争全局上进行的运筹谋划。“运筹于握之中,决胜于千里之外”,说的就是对军事谋略进行通盘考虑和全面策划,可以决定千里之外的胜负。作战筹划是一种创造性思维活动的过程,主要运用批判性、创新性思维,对战略意图和敌我情况及战场环境加以深刻理解,对战役和战术行动做出总体构想,进而制定符合实际的行动策略和方法以破解作战问题。筹划通常由指挥员通过对话和与参谋团队协作,以及上下级之间的交互沟通,形成对战场情况的判断和对作战的总体构想,包括打不打、打谁、在哪里打、什么时间打、怎样打等,从而明确行动的意图(目的)、资源投入、约束、底线等要素。
计划是实现决策的桥梁,是将作战决策进一步具体化,通盘考虑各参战力量的活动做出的具体安排,是对系统各部分之间关系的组织与协调。计划是指挥机构在战役准备中最重要的工作,也是其遂行指挥的一种重要手段。拿破仑曾经指出:“只有拟定出深思熟虑的计划,才有可能在战争中成功。”计划通常由参谋人员和专业技术人员合作,按照联合作战计划制定流程,完成方案计划的制定和行动指令的生成。根据战略层所确定的意图、资源、约束等条件,明确具体目标、阶段划分、力量编成,生成、分析、优选行动序列,并细化生成可实施的行动计划,包括行动路线、任务时序、协同方式等。
为确保决策质量和效率,作战决策通常还有规范的流程作为依据,大体可分为以下几个步骤:发现问题、确定目标、制定方案、分析评估、方案选优、推演评估。例如,美军联合出版物JP5-0《联合任务规划》(Joint Planning)将联合作战计划生成的流程分为:任务分析、行动序列(Course of Action,COA)生成、COA分析与推演、COA比较、COA批准、计划与指令生成等阶段。
2)任务规划
由于战争形态的变化,以及高新技术特别是信息化、智能化技术在军事领域的广泛应用,作战体系更加复杂、战争节奏更快、对抗也更加全面激烈。在此条件下,如何快速、高效地生成与战场环境和作战任务相适应的作战计划,并根据变化进行及时调整和优化,日益成为指挥决策中的重难点问题。单靠参谋团队的手工计划作业,已经很难适应现代战争中指挥决策的要求,亟须使用技术手段进行辅助。例如,大规模空中突击行动,涉及多个机场的多种机型的调度、不同类型的弹药使用、多个子任务的安排与分配、多个目标的打击序列等,需要对整个战场的空间、时间、资源、任务和协同等进行全面规划,以实现效果和资源的优化。此外,还必须考虑环境及对抗带来的影响,如机场遭到打击、油库被炸、跑道被破坏、计划执行过程中的各种偏差等,需要根据变化进行快速调整。
在这一背景下,任务规划(Mission Planning)的术语被提出,突出“筹划、计划”中的技术特性,强调过程的工程化、精确化和信息化,是作战决策的一种技术化体现。美军在二战期间,就已经使用相应的技术工具来辅助进行任务规划了。到了现代,由计算机来辅助计划生成已经非常普遍,如美军所使用的联合任务规划系统(Joint Mission Planning System,JMPS)就是典型案例。事实上,“计划”和“规划”在英文中并无区别,均为Planning。在以往的翻译中,作战方案和方案筹划相关的系统,一般翻译为“计划”。最初被翻译为“规划”的,是针对飞机、导弹等战术平台的航迹规划、攻击规划等战术级系统。因为“规划”所体现的技术特性符合战争与技术的发展趋势,这一术语逐渐被用于更高的层级和更多的场合。
一般认为,任务规划是适应信息化战争的特点,用智能化和工程化的方法设计战争,将作战行动明确化、具体化、精确化,以便快速生成作战方案、行动计划及任务指令,从而提高指挥员及其指挥机关的指挥效能。任务规划的核心是,基于技术手段,对各类作战资源的科学配置和优化,以及对作战行动过程的科学调度和安排。
按照工作时机,任务规划可分为预先规划、临战规划和战中规划等三种。预先规划(美军称之为周密计划)是平时基于对战略形势的分析判断,为有效应对战争威胁或突发事件,利用任务规划系统预先进行方案的制定,因而作战任务规划时间比较充裕。临战规划(美军称之为危机行动计划)是预见到危机即将来临或者出现战争时,使用任务规划系统对平时制定的方案进行条件匹配和临机修订,快速生成战时可执行的作战方案、行动计划和任务指令。战中规划(美军称之为当前计划)是在作战实施过程中,基于对战场实时态势以及情况判断,使用任务规划系统对当前行动、后续行动和情况处置进行的滚动作业,往往与态势分析、临机决策和行动控制交织在一起,实施一体化作业。
3)目标选择
在军事决策中,一项重要工作是根据作战意图和战场态势,对目标进行选择。目标的选择与战略、战役、战术目的之间存在着内在逻辑联系,打击目标的选择最终都会与作战决心、意图相关联。因此,目标的判定、评估、选择、打击是支撑联合作战的基础,对于作战决心的下达、计划的拟制,都有着深刻的影响[12]。
目标是指可以通过对其进行打击、摧毁从而改变、破坏对手作战行动、作战意图的对象,通常包括固定建筑和地域、作战人员群体、网络空间节点、武器平台、指挥枢纽等。正确地选择目标,可以达到快速瓦解对手,以最小的代价实现意图。
例如,在1991年的海湾战争中,美军把伊拉克军事目标情报输入相关的目标体系分析系统,对目标逐个分析、筛选、排序,对准备突击伊拉克的5类12余种600多个目标在计算机系统的辅助下进行了分析,并最后确定主要打击的50个重要目标,实现了快速瘫痪伊拉克作战能力的目的。2015年,联军在叙利亚及伊拉克境内对“伊斯兰国”(IS)的空袭中,除了消灭IS的作战力量,另一个重要的作战意图是削弱IS通过石油获利的能力。IS的石油获利链条包括油田、运输系统、炼油厂、石油黑市等。为了打击IS通过石油获利的能力,同时避免环境和人道灾难,联军重点空袭了IS获取和运输石油的设备、油田集中控制设备等目标,以实现瘫痪油田生产、运输和黑市交易。通过合理选择打击目标,联军在2015年12月将IS的石油产量削减了30%。在俄乌冲突中,除各类军事目标外,(核)电站、油气管道、水坝、桥梁、企业、科研基地等民用基础设施也成为攻防的重点,以实现战争的整体目的。
在大国博弈中,“斗而不破”是重要的战略意图,对方最重要、最核心的资产未必就是需要直接打击和摧毁的目标。通过巧妙选择目标,配合以新域新质作战能力,可以以低成本、低烈度的方式有效实现意图。例如,伊朗核设施中的离心机控制系统被“震网”计算机病毒精准攻击,系统运行参数被篡改导致离心机超速运转从而损坏,导致伊朗核能力被有效破坏。
为了科学合理地选择目标,需要按照作战需求、能力以及以往评估结果,对目标进行系统、全面的分析,从而判断打击顺序、选择打击方法。这就是联合目标工作的核心。联合目标工作是联合作战指挥中的必要组成部分,涉及多个作战领域,贯穿于战斗的全过程,其首要目的在于统合各军种、各作战域的武器系统、作战单元的能力,从而实现火力与指挥控制、情报侦察、机动运输、后勤补给等联合职能的同步。
随着多域作战概念的完善,联合目标工作也必然更加重要,与任务规划的联系更为紧密。传统上,目标工作通常存在于以军种为中心的思维框架中。例如,陆军以对手陆上作战单元为目标,海军以海上领域为目标,空军以空天领域为目标等,但现代联合作战对多域、全域联合的要求越来越高,各军种的作战对象、力量的活动范围,已经不局限于传统的作战域。例如,陆军需要不仅局限于与陆地目标的交战,还要考虑防空与空地协同,海军需要对陆地、空中甚至太空目标的打击或拦截,所有的传统军种都需要考虑网电、认知等新型作战域。目标工作联结了各级指挥层的作战、情报、计划等职能,将现有能力同步于联合作战行动中,通过参谋部门对目标反复进行“分析、识别、确定、验证、评估”流程,使联合作战行动得以有效遂行,如图1-7所示。
图1-7 联合目标工作
为了在激烈的对抗中获得优势,当前在决策规划中一个重要的发展趋势是针对时敏目标,构建秒级杀伤链,实现“发现即摧毁”。例如,基于目标的杀伤链模型F2T2EA主要包括六个阶段,即发现(Find)、定位(Fix)、跟踪(Track)、瞄准(Target)、交战(Engage)和评估(Access),整个过程围绕目标展开,一旦发现目标立刻进行识别、定位、跟踪和打击。在这一视角下,目标的实时发现、识别与选择,对于任务规划更加重要,对于技术的要求更高。
2.主要技术
决策规划技术有一条清晰的主线,即面向作战方案的生成,包括任务分配、方案生成、推演评估等阶段。其中,任务往往围绕目标展开,目标选择的结果为任务分配与方案生成提供输入。因此,本书将决策规划技术分为目标选择技术、任务规划技术两大类。其中,目标选择技术基于作战意图与战场态势,为目标优选提供技术支撑。任务规划技术则围绕方案生成的主线,在目标选择的基础上,为其中各主要阶段提供技术支撑。
1)目标选择技术
目标选择是指在获取目标情报信息基础上,依据作战需求和作战能力对战场目标进行分析,从中挑选出最佳打击目标的过程。目标选择的重点在于以最小的风险、最短的时间和最低的资源消耗创造预期的、与作战意图相关的效果。其核心问题如下。
(1)如何准确判断目标价值?判断目标价值是一项复杂的工作,其影响因素有诸多方面,如目标的重要性、威胁度、易损性、可修复性、打击紧迫性等,既有定性因素又有定量因素,影响的方式、程度也具有较大差异性。价值判断也有多个维度,如对实现我方作战意图的贡献度、对削弱对方作战体系能力的影响等。因此,判断目标价值不是简单地根据目标属性进行加权计算,而是需要考虑目标间的相互关系、目标在目标体系中的重要程度,并根据作战意图选取合适的维度进行综合判断。
(2)如何准确分析目标毁伤对目标体系造成的影响(级联失效分析)?目标体系内各要素关联性、依赖性增强,部分关键要素和结构在体系中具有不可替代的作用,能够牵一发而动全身,这些目标的失效会大大削弱体系能力,甚至导致整个目标体系的瘫痪。例如,在电力网络中,一个节点的失效会引起电力负载分配的变化,继而形成连锁反应,可能造成整个电网的瘫痪。典型的级联失效效应包括重心效应、链条效应、瓶颈效应、连累效应、层次效应等,需要建立相应的模型,从体系的角度分析评估目标毁伤对目标体系造成的整体影响。
(3)如何结合作战意图、各类约束来科学选择目标?目标优化选择的目的在于综合考虑打击成本、限制避免打击目标等约束条件下,优化生成打击目标清单,为行动方案生成提供支撑。目标选择除了从对方(目标体系)角度考虑外,还需要从己方的角度考虑,考察目标选择的有效性、可行性和代价。有效性是指通过毁伤所选择的目标,可以有效地实现作战意图。可行性是指目标选择要考虑资源、时间、交战规则等约束。此外,目标打击需要消耗资源、时间,并可能遭到敌方的对抗或反制,因此还需要考虑资源、时间等方面的代价,与效果进行综合权衡。
目标选择的难度在于两个方面的复杂性。
(1)目标体系状态空间的复杂性。复杂性一方面来源于目标间的复杂关联关系,以及由于失效、恢复等行为引起的结构、能力的状态变化等,另一方面来源于敌方的对抗行为。目标的失效或状态变化,通过目标之间的关联关系影响体系状态和能力。目标体系结构复杂度越高,体系要素间的状态影响关系越难以被建模。目标在遭受打击前后,对方采取的对抗性行为,如隐蔽、备份、接替、修复等,会改变目标体系的结构和运行机制、影响信息获取和情况判断,从而增加目标选择的决策难度。
(2)目标选择方案空间的复杂性。目标选择方案空间的复杂性来源于目标选择组合的多样性、目标毁伤效果等因素。由于在打击时能够选择不同的目标组合,可能的组合数量随着目标单元数量的增加而急剧增加。例如,目标体系包含N个目标单元,则所能选择的打击目标组合方案有2N个,当目标单元数量成百上千时,难以通过列举全部组合的方法求解。目标的不同毁伤效果及其组合,也增加了目标选择方案空间的复杂性。在多阶段的目标打击过程中,不同阶段的目标选择组合也大大增加了选择空间的复杂性。
目标选择的主要技术包括目标价值评估技术、目标体系级联失效分析技术,目标优选技术等。其中,目标价值评估技术主要从目标的个体价值和网络价值两个角度进行分析计算,解决目标价值的评估问题。目标体系级联失效分析技术主要分析目标体系受打击后的级联失效过程及其对体系能力的影响。目标优选技术主要基于最优化模型,综合考虑收益、代价与可行性,对目标进行优化选择。本书第4章对目标选择技术进行介绍。
2)任务规划技术
任务规划需要根据意图生成具体可实施的行动计划,其本质是把有限的资源在正确的时间部署到正确的地点去执行正确的任务,并在这一过程中实现效果与资源的优化。它是一个涉及行动过程、资源调度、时空协同等要素的决策过程。其核心问题如下。
(1)如何合理分解并分配各类作战任务?作战意图的实现往往需要包含多个相互关联的具体作战任务,为了完成既定作战目标,需要通过综合考虑战场态势、资源,以及作战目标,合理规划作战过程,生成COA,并将其中的作战任务分配给不同的作战平台和单元来执行,包括哪些任务应该由哪些作战平台和单元完成,平台之间应该如何协同配合等。COA生成、任务分配的优化要素包括作战任务和平台资源两大类,同时需要满足能力、时空等约束。
(2)如何生成具体的行动方案?在COA生成与任务分配的基础上,需要进一步对任务、资源、时序、行动等进行细化,生成可行的具体方案。例如,在作战资源部署中,导弹部队需要选择发射阵地,战斗机需要选择合适的前线机场等。在路径规划中,需要规划部队行军路线、无人机的战场侦察路径等。在作战平台资源调度中,需要根据不同任务的时序关系、资源需求,对作战任务及所需资源进行规划,生成行动计划等。
(3)如何科学评估作战方案的效果与优劣?对于生成的方案,需要充分考虑各种不确定性、对抗性,在不同场景下进行综合评估,以验证方案的可行性,评估其在各种情况下的效果、风险和代价,并基于评估结果对方案进行选择和优化。
任务规划问题的难点主要体现在以下三个方面。
(1)问题建模的复杂性。由于作战过程涉及因素多,其中不少要素难以定量化描述,难以用数学语言进行精细刻画和准确描述。然而,数学建模是问题求解的基础和前提,因此,如何对问题进行合理简化与抽象,量化描述各类要素,精准表达出目标函数与约束条件,是任务规划的难点之一。此外,问题规模的复杂性、高精度的建模要求,以及强实时性等,都对任务规划问题的建模带来挑战。
(2)规划前提与效果的不确定性。任务规划必须考虑各类不确定性与对抗性的影响。作为任务规划的前提和输入,战场环境要素、敌方决心与行动、平台作战能力等,都存在诸多不确定性。此外,作战行动的实际效果最终需要在实战中去检验,在缺乏实战检验的条件下,作战行动的效果同样也存在不确定性。这些不确定性都增加了任务规划的难度。
(3)规划所需信息的不完全性与动态性。由于战争迷雾的存在,很难获取完全准确的战场环境和目标情报信息,这对任务规划的适应性和稳健性提出了要求。高动态性对任务规划的求解效率也提出了很高的要求。在高实时、高强度的对抗中,分钟级甚至秒级的时延就可能导致任务的失败。
任务规划的主要技术包括任务分配技术、资源规划调度技术、部署方案规划技术、行动路线规划技术等。任务规划技术中应用最为普遍的是运筹优化、数据挖掘、机器学习相关理论和方法。一些值得注意的新技术包括具备高效探索未知能力、基于深度强化学习的智能博弈技术,可快速适应变化的实时在线规划技术等。本书第5章对任务规划技术进行重点介绍。
1.3.3 行动控制
行动控制是指挥员及其指挥机关对编成内部队及其他参战力量进行组织、协调、掌握、制约的活动,保障作战行动同步有序,保证行动目标、行动计划的完成,确保行动意图得以贯彻和实现。
1.基本概念
1)手段与方式
不论指挥员在定下决心、编制计划时设想得如何全面周密,一旦打起仗来,所属各部的相互支援、配合关系的空间序和时间序都有可能发生紊乱,偏离原定目标和计划。这种紊乱和偏离现象往往持续地出现于作战过程的始终。指挥员欲实现既定决心,必须不断对所属各部的紊乱现象进行调节和纠正。这是指挥控制中指挥员和指挥对象相互作用的基本方式,是指挥控制活动保持持续不间断控制的内在需求。
控制就是掌握、操控,在事务可能性空间中进行选择的过程。行动控制是指挥员把作战决策付诸实践的过程。能否实现决策,关键在于实现优化的行动控制。从这个意义上看,行动控制是实现决策目标的过程。如果控制协调不力,正确的决心、周密的计划就得不到实际贯彻执行,会落空和难以实现,只是美好的愿望或一纸空文,毫无价值。
行动控制的手段,主要可分为作战目标、时机、作战进程、协同关系四类。
(1)作战目标的控制。作战目标体现着作战行动所要达到的预定目的和企图,部队作战行动的基本走向和预期最终状态必须与之基本吻合。指挥员通过确定或调整作战目标,实现对部队行动的整体性、全局性控制。
(2)时机的控制。时机与战机相辅相成,是交战双方主观指导与客观条件、精神力量与物质力量、位置和态势以及自然环境诸因素综合作用的结果。对时机的控制,是对战争时间、空间因素的充分把握与合理利用,在最适合的时间促使部队进入或者退出战场、开展指定的行动。指挥员需要在正确理解和领会上级作战企图,正确认识和掌握战场客观条件的基础上,选择有利战机调控部队。
(3)作战进程的控制。对作战进程的控制,需要控制行动的节奏和速度,驱动作战要素和单元按计划完成特定作战任务。对进程的控制主要基于作战计划,监控战场环境及其他偶然因素造成的计划执行偏差,并确定纠正作战行动偏差量的标准。只有当偏差量超过标准时,才进行调整。这有利于发挥部队灵活机动的优势,保持作战行动的整体连续和稳定。
(4)协同关系的控制。军事行动的成败,很大程度上取决于各参战力量行动配合的质量。指挥员及其指挥机关需要及时调整、控制各参战部队间的协同关系。协同失调或遭破坏时,应当立即查明原因,并及时调整各部队的作战任务和支援关系,迅速恢复或重新建立协同。
行动控制的方式,除了基于政策和规则的方式,还有两类基本的控制方式:基于计划的反馈式控制和基于任务的自主式控制。其中,基于计划的反馈式控制,通过将系统状态与计划进行比较,识别偏差并进行及时调整。基于任务的自主式控制,则强调下级在准确理解上级意图条件下,根据当前情况和可用资源自我纠偏、自行同步。前者是集中式的控制,关注实现目标过程中的每一具体步骤和环节,后者则是分散式的控制,注重最终的结果状态。
①基于计划的反馈式控制。
基于计划的反馈式控制(见图1-8),以行动计划作为控制的依据和标准,是实践运用中最主要的一种方法,符合经典控制论的基本思想。这种方式强调对指挥对象行为过程的控制和掌握,通过对比行动结果与计划中的预期状态或任务目标找出偏差,并针对性地下达调控指令,对控制对象行动偏差进行纠正或调整。
图1-8 基于计划的反馈式控制示意图
其一般程序:一是规定作战行动的标准,指挥员和指挥机关下达的作战任务、行动方法和行动标准,这是部队行动的依据,又是控制行动的标准;二是检查部队的行动效果,指挥员运用各种手段,掌握系统运行状态,衡量部队的作战行动效果;三是反馈比较,指挥员通过将行动效果与行动标准进行比较,找出偏差问题及其原因;四是采取纠正偏差的措施,寻找解决问题的方案,使作战系统沿着目标轨道运行。
②基于任务的自主式控制。
传统的行动控制方式强调基于计划的控制,各作战行动都必须按照既定计划进行,并依靠指挥中心进行集中式的调控,在强对抗条件下,战场信息的反馈和处理效率低,敏捷性差。与之相比,基于任务的自主式控制,则强调下级指挥员在准确理解上级意图条件下,根据当前情况和可用资源,自我纠偏、自行同步,是充分发挥一线自主性应对非预料情况的一种控制方式。在这种控制方式下,上级指挥员及指挥机关的主要作用:一是明确任务/目标,二是为下级提供所需的资源,支持和保障下属部队的有效行动。例如,辽沈战役歼灭廖耀湘兵团时,各部队遵照“哪里有枪声就往哪里打、哪里有敌人就往哪里追”的命令,成功歼灭廖耀湘的指挥部,使敌人陷入混乱,而自身则迅速达到新的协调一致,迅速夺取了胜利。基于任务的自主式控制示意图如图1-9所示,下级指控决策单元根据接受的作战目标/任务、作战资源以及感知的当前态势情况,生成实际行动计划,同时根据实时行动反馈结果进行作战行动执行的同步/纠偏、更新行动信息,并由指挥控制平台发出作战行动指令给作战行动单元具体执行。
随着信息化技术的发展与广泛使用,各指挥机构和友邻部队之间能更方便地进行信息交互,实现对战场态势的一致理解,为自主式控制的运用提供了基础。例如,以5G、星链为代表的新型网络通信技术,使得战场末端的高带宽、低时延的广域接入成为可能。边缘计算、嵌入式人工智能等技术的发展,使得战术末端具备了更强的感知与判断能力,为机器的自主控制提供了条件。在新技术的支撑下,地理上分散的各作战力量可以形成网络化的组织结构,按需共享战场态势,实现作战行动的自适应、自同步,大大加快了OODA闭环速度。
图1-9 基于任务的自主式控制示意图
2)控制与协调
在行动控制中,“控制”与“协调”经常被一起使用。其中,“控制”主要针对作战目标的达成,强调对指挥对象采取纠正措施、使其符合期望。“协调”则关注内部视角,强调对所属各兵力、作战平台在时间、空间、任务等方面的相互关系进行调整,确保有序、协调一致地行动,发挥好整体作战效益,形成合力。控制与协调必须连续不断地贯穿于作战全过程,这样才能达成联合行动控制的目的。
与“协调”关系密切的另一个词是“协同”。在行动控制中,两者的共同点在于强调多方配合,合力完成任务。不同之处在于,“协调”突出手段,即通过调整多方之间的关系使其实现同步,这往往是上级指挥员或指挥机构的职能;“协同”则突出效果,即形成团队合力,既可以通过上级的协调实现,也可以自主实现。因此,不依赖于集中控制的自主协同与基于任务的自主式控制方式密切相关。随着联合作战的层次从军兵种联合向全域要素融合发展,如何利用新技术有效实现一线自主协同,加速OODA闭环、增强指挥控制的敏捷性,成为当前指挥控制技术领域的重点问题。
3)战场管理
战场,通常被理解为敌我双方之间发生接触的区域。传统的战场管理是指对战场及战场上部队的各项管理,包括交通、工事、阵地等,目的是对各类战场设施进行高效、安全的使用,支撑部队的作战行动。以上理解,偏向于物理战场,特别是陆战场的视角,而且暗示着战斗仅在双方有物理接触的相对有限区域中展开,尽管参加战斗的部队可能分布在广大的地理区域内。
随着技术的发展与作战样式的变化,战场的形态发生了显著变化。
(1)维度增加。太空、网络等新型作战力量快速发展,对战争的影响越来越显著,为战场带来了全新的维度。传统地理环境视角的战场,已从平面拓展到立体,从有形拓展到无形。
(2)范围扩大。武器系统在打击速率、精度、距离等方面已经远远超出区域性地理空间的限制,不再局限在双方有物理接触的有限区域。从海洋表面到大洋深处,从陆上高地到大气空间与外层空间,从小范围影响作战行动的地貌特征到影响远程精确火力作用的“地球曲面”等,整个地球均可成为战场。
(3)整体性增加。联合作战需要多域战要素紧密融合,各军种的装备和兵力结构也不再局限于所在的单一作战域。
传统上相对分离的陆、海、空等战场,需要从一体化联合的角度更加紧密地关联起来,形成整体。
因此,在现代军事理论和原则中,对战场的理解已从地理环境视角向更多维度、更大范围的视角转变,并打破某一军种主导某一作战域的传统思维框架,将各作战域放在一个整体的作战环境中加以认识。
例如,美军在《美国国防部军事及相关术语词典》中用“战斗空间”(battlespace)代替“战场”(battlefield),将其定义为:为确保能够顺利运用战斗能力、保护部队或者完成任务而必须了解的环境、因素和条件,包括作战区域及其相关区域内的空中、陆地、海上、太空以及敌方和友方部队、设施、天气、地形、电磁频谱和信息环境。在2006年9月联合出版物JP 3-0《联合作战》的修改说明中,再次用“作战环境”(Operational Environment,OE)代替“战斗空间”,并将其定义为:由影响联合能力使用和指挥员决策的各种可变因素、情况、影响等组成的,包括空域、陆域、海域、太空域等物理域,信息环境(含网络空间),电磁频谱,以及其他与具体的联合作战有关的,包括敌对的、友好的、中立的政治、军事、经济、社会、信息、基础设施等各种系统。这些系统的性质及相互作用,将影响指挥员如何计划、组织、实施联合作战,如图1-10所示。
图1-10 美军联合出版物中对作战环境的表述
从“战场”到“战斗空间”再到“作战环境”,体现了美军对战场的认识,从以地理环境为主,向多维度、全要素转变。
与之对应,战场管理的内涵、手段等也随之发生了显著变化。管理的范围,由管理自己向管理对手、管理环境拓展,既包括己方控制的区域,也包括公域,甚至包括敌方地域。管理的对象,由阵地、工事等物理设施向信息资源以及网络、电磁等新型作战域拓展。管理的目的,从对战场设施的高效、安全使用,向动态组织各类作战资源、支撑打击链构建拓展,成为行动控制的重要前提。管理的手段,从数据处理向数字化战场发展,通过运用数字孪生、人工智能、虚拟现实等技术,面向信息时代重塑业务流程,提高对战场要素和作战环境的管理效率,支撑跨域协同。战场管理系统逐渐成为指挥控制系统的重要组成部分。
例如,美空军20世纪90年代初提出的战场管理(Battle Management,也译为作战管理或战斗管理),目的是对空战的计划、执行和监控所需的各类资源进行有效管理,让各类作战平台和武器系统实现实时的互联互通互操作,实现“发现即摧毁”。从1995年年底开始研发战区战场管理系统(TBMS),将E-3预警机作为核心节点,并新增对无人机、E-8和RC-135飞机等侦察监视平台、电子战平台、火力平台等的管理和调度,提供远程精确目标指示信息,火控解算、接力制导等交战控制功能,重点解决武器系统“打得远,但看不远”的问题,缩短打击链时间。美空军正在发展新型的先进作战管理系统(ABMS),并将其作为联合全域指挥控制(JADC2)的核心。其中,打击链形成与运用的本质是战场动态管理能力,其关键是高效的信息获取、处理与利用,以及对物理域、信息域等作战环境的管控与利用。
2.主要技术
行动控制的本质是对分布在各作战域的作战力量进行调控,使之符合预期并形成合力,前提则是有效的战场管理。因此,本书将行动控制技术分为战场管理技术、监控与协同技术两类。其中,战场管理技术侧重利用数字化手段,管理战场信息资源和各作战域,构建数字化战场,为行动控制提供基础。监控与协同技术侧重于对计划执行过程的监控与调整,使之符合预期,并为各参战力量之间的高效协同提供支撑。
1)战场管理技术
战场管理需要有效管理战场的各类信息资源以及各作战域,以实现各类作战资源的有序组织,支撑打击链的快速构建。其核心问题如下。
(1)如何管理、利用战场信息资源?战场信息资源管理的目的在于解决作战过程中信息在不同部队、平台间共享与利用的问题,以提升作战效率。管理的对象主要包括战场信息资源与战场信息活动,其中,战场信息活动则主要指围绕侦、控、打、评,在信息获取、信息传输、信息利用、信息反馈、信息对抗等过程中采取的一系列行动。其主要问题包括如何构建战场信息资源体系对战场信息资源进行有效分类组织,如何对来源多样、结构不同的战场信息资源进行治理、存储、管理、共享与利用等。
(2)如何管理作战域以协调多域联合行动、充分发挥作战资源效能?新型作战力量不断涌现,新域战场不断拓展,作战环境已没有明显的单一关键作战域。传统以军种为核心的作战域边界逐渐消失,各军种作战力量在不同作战域中的交叠也更加密集,跨域协同的复杂性和动态性日益显著。因此,对作战域进行有效管理,实现对作战域的高效利用,是多域、全域联合作战中行动控制的关键。作战域管理既包括陆、海、空传统作战域,也包括延伸至太空、网络、电磁等的新域,管理的核心问题是在时间、空间、资源等维度实现对各作战域的合理分配与利用。
(3)如何基于数字化手段提高战场管理的效率?传统基于二维、三维地图“看图用图”的管理手段,侧重战场态势要素的可视化展现,在数据规模与粒度、更新实时性、预测分析、人机交互与动态控制等方面都存在不足,需要从“数字地图”升级为“数字战场”,充分利用数字化手段,提高管理的效率。其主要问题包括如何实现敌我双方作战力量以及战场环境的实时、高分辨率的数字孪生,如何增强系统对战场态势的理解与分析能力,如何基于数字战场对态势快速推演预测并进行平行控制等。
这一问题的难度在于三个方面的复杂性。
(1)战场信息资源管理的复杂性。战场信息资源体系包括敌方、我方、环境等各种信息,非常庞杂,组织治理面临巨大的困难与挑战。对于庞杂的信息资源,需要在环境动态变化、通信不可靠的条件下,在合适的时间将合适的信息资源提供给合适的作战单元,这对信息的存储、分发与处理提出了很高的要求。此外,如何在高强度的敌我对抗中确保战场信息资源的安全性与机密性,也是一个非常困难的问题。
(2)作战域管理的复杂性。作战域是作战行动展开与效果释放的空间,在作战域中高效地协调联合作战行动是个复杂动态的过程,需要考虑不同部队、平台的行动特点及其对作战域利用的不同需求,实时调整,避免冲突,并实现作战域的高效利用。例如,在物理空间中,多飞行器需要协调空域、精确制导武器弹道轨迹需要规避火力点及避免交叉、地面行动路线需要协同掩护等;在电磁频谱空间中,通信用频、电磁攻击频段、电磁防护频段等用频需求变化快、干扰多;在网络空间中,作战空间边界模糊、攻守快速变化、与物理空间行动的协同困难等。
(3)数字战场建模与平行控制的复杂性。数据战场需要构建作战环境的高精度模型,细粒度表达所有战场要素,包括自然环境、信息环境、部队与装备等,全量高分辨率建模面临巨大挑战。在此基础上,还需要建立战场数字孪生模型与战场实体间的实时交互与控制关系,基于数字孪生模型对战场实体进行模拟、预测和控制,对信息交互与控制的方式、大规模平行推演的实时性与准确性等提出了很高的要求。
战场管理的主要技术包括战场信息资源管理技术、作战域管理技术,数字战场技术等。其中,战场信息资源管理技术主要包括战场信息的组织与治理、战场信息的存储与管理、战场信息的服务与共享等技术,解决战场信息资源管理的问题。作战域管理技术主要包括空域管理、频域管理和网络空间管理等技术,解决对应作战域的管理与高效使用的问题。数字战场技术主要包括数字战场环境、计算机兵力生成、基于数字战场的平行控制等技术,解决数字战场的构建与应用的问题。本书第6章重点对战场管理技术进行介绍。
2)监控与协同技术
监控与协同是指在任务规划的基础上,对联合作战行动的执行进行监控,及时发现、纠正计划执行偏差,并建立任务部队之间的有效协同,以确保按预期实现作战决心。其核心问题如下。
(1)如何及时发现行动过程中的偏差并进行有效调控?在行动过程中,往往会遭遇资源、环境、对手行为等方面的意外变化,从而影响计划执行。因此,需要及时发现对计划执行产生重大影响的偏差并加以调控。但是调控可能产生时空、资源、效果等方面的冲突,甚至带来不可预期的结果,因此需要准确判断调控的关键环节、生成可行的调控方案,并评估其对作战目标和效果产生的影响。
(2)如何实现高效的跨域协同?特定的作战力量一般都有其针对性的作战域,不同作战域力量或平台在信息保障、作战要求、运用条件等方面差别较大,要使其协同配合,必须解决跨域协同的问题,包括如何生成跨域协同计划、消解冲突,如何临机构建跨域协同机制、实现自主跨域协同等。
监控与协同的难度主要在以下几个方面。
(1)作战行动面临的高对抗性和不确定性。在高强度对抗中,战场态势瞬息万变,信息交互存在较大时延和不稳定性,对行动进行调控时兵力系统的状态转换存在时滞性,因此调控可能跟不上态势的变化,这对偏差影响的判断、调控时机等提出了很高的要求。此外,在反馈不及时、不完整的条件下,准确识别调控的关键环节、计算可行调控方案也将变得非常困难。
(2)作战行动协同的复杂性。多域联合作战行动协同需要解决不同作战视角、技术体制、时空尺度下的态势一致认知、冲突消解、效果同步等复杂问题。随着联合层次从军兵种联合发展到要素深度融合,协同的粒度进一步细化,范围与广度进一步扩展,从而对协同的时效性、精确性、自主性等方面提出了更高的要求。此外,无人平台的应用,使得传统的兵力结构发生显著变化,有人无人混合、全无人等新型兵力结构,增加了行动协同问题建模的维度和要素,使其变得更为复杂。
监控与协同的主要技术包括计划监控技术与行动协同技术两类。其中,计划监控技术包括偏差识别、关键链分析、偏差处理等技术,行动协同技术主要包括预先计划协同、临机自主协同等技术。本书第7章将重点针对监控和协同技术进行介绍。