基于复杂网络的空天防御作战指挥体系结构优化研究

  EquipmentAcademyApril2016Vol〃27基于复杂网络的空天防御作战指挥体系结构优化研究装备学院研究生管理大队，北京101416;装备学院航天指挥系，北京101416)御作战指挥体系为例，对其指挥体系结构进行网络抽象，将指挥体系中的军事机构作为网络的节点，指挥或协同关系作为网络的边，建立了复杂网络模型。在传统的层级树状型指挥体系的基础上，用概率的高低来区分网络节点之间随机的横向联系，用复杂网络理论的相关测度对各种联系作比较，并论述了它们在指挥效能和结构关系方面的差异。复杂网络;空天防御;指挥体系结构;复杂网络中图分类号E211;TP391-0078-05文献标志码DOI10ResearchAerospaceDefenseOperationCommandSystemBasedComplexNetworkHERongLUOXiaomingZHUYanleiGraduateManagement，EquipmentAcademy，Beijing101416，China;SpaceCommand，EquipmentAcademy，Beijing101416，China)AbstractAerospacedefensesystemimportantshieldnationalsecuritycoreaero-spacedefenseoperationcommanding〃Therefore，itoperationcommandsystemarchitectureaerospacedefensesystem〃Takeaerospacedefenseoperationcommandsystemarchitecturepaperestablishescomplexnetworkmodelnetworkabstrac-tionoperationsystemarchitecture〃First，takingmilitaryorganizationscommandsystemnetwork，andusingcoordinatingrelationstraditionalhierarchicaltreecommandingsystem，thepaperdifferentiatesrandomhorizontalconnectionprobability，comparesdifferentconnectionscorrelationcomplexnetworktheorycommandingefficiencystructure〃Keywordscomplexnetwork;aerospacedefense;commandsystemarchitecture;complexnetwork随着战争形态向信息化转变和以信息技术为核心的高新武器装备的不断应用，各个国家的航空、航天力量正在快速转型和发展，尤其是以美国为首的科技和军事强国，在弹道导弹、无人机、太空武器等空天兵器方面的实力慢慢地加强，并积极构建反导弹防御体系。空天威胁慢慢的变成了国家军事安全的主要威胁，为维护国家安全，必须积极构建国家战略级空天防御体系。空天防御是指防收稿日期2015-10-10基金项目国家社科基金资助项目(14GJ003-129)作者简介，女，讲师，博士研究生，主要研究方向为系统仿线〃com罗小明，男，教授，博士生导师。基于复杂网络的空天防御作战指挥体系结构优化研究79御来自空中、临近空间和太空的威胁目标而采取的军事行动，其典型作战对象主要有空气动力目标、弹道导弹目标、太空目标和临近空间目标，而在目前信息技术日新月异的情况下，联合空天防御作战指挥体系在空天防御作战中已经逐渐重要。指挥效能，是衡量指挥要素在实施指挥过程中发挥作用的有效程度，对部队达成最终目的具备极其重大影。因此，构建高指挥效能、高区域集团化水平、强抗毁性的空天防御作战指挥体系，对于维护国家空天安全具备极其重大的战略意义。具有自组织、自相似、吸引子、小世界、无标度中部分或全部性质的网络称为复杂网络。复杂网络动力学在随机游走、标度律、生物系统、社会系统方面已经有了相当广泛的应用［2-5。对于军事体系，尤其是对军事指挥体系来说，可以将各军事指挥或武器)机构看成节点，各机构之间的挥或协同)关系看作边，建立复杂网络模型，然后就可以在传统的主观评定法(如会议评估法、德尔菲法、主观概率法)等定性分析方法的基础上，对模型进行定量分析，从而对军事指挥体系效能做评估，进而提出改进的方法［6-8］在防空反导体系方面，复杂网络理论也有所应用。但是，相关文献对于防空反导体系的复杂网络研究仅局限于其体系结构研究，并未突出指挥的作用(未考虑战略层)，而且每一层之间的同层信息连接概率均相同。众所周知，战略层的指挥作用是十分明显的，它们还可以跨级指挥武器控制层(火力层)，而高层之间的信息传输的需求明显高于低层。因此，对空天防御作战指挥体系建立一个考虑战略层、战役层、战术层和武器控制层的层模型，并用概率高低区分开每一层之间的横向联系，更符合目前指挥体系建设与运用现状。空天防御作战指挥体系复杂网络模型空天防御作战指挥体系的层次结构描述空天防御作战体系包含了陆、海、空、天等多维空间作战力量，需要统筹指挥、联合作战。以美国空天防御作战指挥体系(如图为例，美国是在联合作战指挥体制框架下构建的空天防御作战指挥组织架构［10］，分为国土防空和战区防空两部分，采取统一指挥，分散执行的原则，实现了空天防御作战一体化联合指挥。美空天防御作战指挥体系示意图80所示，本着加强信息传输与交互、提高指挥效率的原则，按照战略层、战役层、战术层、武器控制层个层次，建立了美国空天防御作战指挥体系。体系结构包括:战略层。以美国国家指挥当局(总统、国防部长、参谋长联席会议)为最高指挥机构，下属北美防空防天司令部和美国战略司令部，二者在信息上相互支援、相互协同。武器控制层。包含了战术层部队所指挥的各种防空、导弹等武器系统，方便起见，假设每个战术层部队配置个武器系统，因此武器控制层一共有28个军事火力单元。空天防御作战指挥体系复杂网络模型构建将各军事(指挥或武器)机构看成节点，各机构之间的(指挥或协同)关系看作边，对上述空天防御作战指挥体系进行网络抽象，一共有44个节点，前层均为指挥节点，第四层为武器节点。对于作战指挥体系来说，上一级和下一级节点之间的连接，描述了指挥和被指挥的关系，而同一级节点之间的连接，描述了同级节点之间的信息传递和协同作用。中能够准确的看出，按照传统的“指挥-被指挥”关系建立的模型，同级节点之间需要通长的通路才能传递出信息，不符合目前效率之上的信息传输原则。因此，在作战指挥系统中，不能 只有上级和下级之间的指挥关系，而必须在各个 节点之间建立网络化连接( 横向连接) ，这样才可以 发挥信息优势，提高指挥决策速度、作战控制和指 挥保障效率。但是，如果各个节点之间都直接连 接，会造成网络冗杂，信息量过大。因此，需要在 每一层的节点之间建立合适的横向联系。假设各 层的节点横向连接概率为 高层之间的横向联系是十分重要的。由于第一层只有 的概率来连接，则会导致模拟的方差过大，结果不可信，而且第二 个节点相对独立，因此，假设战略层和战役层的节点之间的横向联系是确定 的。由于各个战术部队之间的横向联系要比各武 器控制层之间的横向联系重要，因此可假设战术 层各节点之间的横向连接概率 大于武器控制层各节点之间的横向连接概率 。在复杂网络建模方面，可在原有的节点和纵向指挥边的基础 个节点之间建立横向联系边，作 为模型 的基础上，分别以 在第三层和第四层的节点之间添加横向联系边，作为模型 在第三层和第四层的节点之间添加横向联系边，作为模型 第三层和第四层的节点之间添加横向联系边，作为模型 随机边的添加和邻接矩阵的生成是用Fortran 语言( Version 2011，Intel，Cal〃 VisualStudio 2008 环境，Microsoft，WA) 、模型2、模型 的复杂网络拓扑结构分别如图 所示(模型 的连接边过多，拓扑结构图省略)