防空导弹火力分配决策支持系统（DSS）分析

防空导弹火力分配决策支持系统（DSS）分
析
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14.《情报指挥控制系统与仿真技术》2001年第2期
防空导弹火力分配决策支持系统(DSS)分析
田建锋娄寿春
摘要本文针对防空导弹火力分配决策支特系统(DSS)的建模作了四个方面的分析,指出
一
奇研究和设计防空导弹火力分配DSS相对有效的连径.
关键词决策支持防空导弹托力分配
1引言
未来高技术防空作战行动由于具有复杂,快速和多变的特点,因此有必要对指挥员的
决策提供一定程度上的支持.防空导弹火力分配决策支持系统(DSS)就是提供这种支持
的相对有效手段.建立防空导弹火力分配DSS的本质是实现防空导弹与目标之间的最佳
匹配,使有限的防空资源达到优化调度的预期效果.
防空导弹火力分配DSS应具有下列功能:1)DSS能收集,存储,预测并实时提供与分
配决策有关的各种外部数据;
2)DSS能实时提供常用的数学分析工具和有关模型,并能灵括地利用模型和方法;
3)DSS具有良好的实时性;
4)DSS具有良好的人机交互性能.
问题是基于模型之上的防空火力分配DSS究竟"好"到怎么样的程度,是否真能使有
限的防空资源达到最佳调度?应用此系统真能达到最佳的战场效果吗?分析一个防空导弹
火力分配DSS的有效性时必须注意二个事实:首先对于防空火力分配这样的一个实时动
态闾题,据其上而建立的模型不可能达到绝对理想;其次是衡量防空火力分配DSS 有效
性的正确的,绝对的尺度不存在.有效性是一个多维的和高度主观的概念,这种概念很难
用数量上的有效单位来定义,如计算某个DSS的有效单位是多少,而另一个DSS 的有效
单位又是多少.可以说防空导弹火力分配DSS的建立和运用是指挥艺术和科学技术的有
机结合.
2模型建立及变量结构分析
在防空导弹火力分配问题中,我们常考虑三个相关因素:一是导弹武器方面,主要考
虑导弹的射程,反应时间,精度,杀伤威力,射击多目标能力等;二是目标方面,主要考虑目
随着新技术在鱼雷上的不断应用,新型鱼雷的智能化程度和抗欺骗,抗干扰能力得到极大
的提高,仅仅依靠软杀伤手段已不能适应未来舰艇对抗的要求,必须将软硬杀伤有机地结
合起来,组成多层次纵深防御系统.为此国外最新研制开发的反鱼雷防御系统均考虑采用
硬杀伤手段,硬杀伤武器的研制已成为鱼雷对抗发展的重点.
考文献(略)
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标的价值,威胁程度,目标数量,空间位置等;三是综合因素,主要考虑战场环境,期望目
的,兵器状况,指挥权限等.
防空导弹火力分配DSS的建模一般基于二种方法:一种方法是包含系统的所有变量
和关系的模型开始,然后再简化这个模型;另一种方法是搞清模型所需要的特殊数据后,
从系统的初步简化模型开始,简化模型仅包含系统中最基本的变量和关系,然后再细化这
个模型,直到响应结果的主观判断满意为止.但无论采用何种方法建模,希望得到的是如
何将战场数据信息转换成相应的行动,对获得的战场数据信息须进行一系列的获取,评
估,筛选和变换诸过程.对于保留下来的数据必须确定它们之间的联系,必须对各种信息
深层的含义进行挖掘.从诸多数据中获取信息,凭借它迅速形成并且估什出它们的价值及
相互影响.同时对模型的历史状态和当前状态进行比较,以提高拟用变量的有效性和可靠
性.
通过模型求解而获得的结果好坏,主要依赖于模型本身的好坏.一般可以运用多种优
化方法,如运用动态规划,整数规划和多目标规划建立防空火力分配模型,对模型的求解
又有多种行之有效的算法,如分枝定界法,割平面法,启发式方法,以及解决多维问题的遗
传算法,这些都是必需的步骤,根椐这些系统步骤建立的模型所产生的火力分配方案,肯
定要比没有任何优化步骤而采取的行动方案要合理.
防空火力分配DSS系统是一个庞大,复杂的系统,确定模型变量的合适途径应从一个简化的模型开始,尽可能使所研究的变量个数减少,要从对系统输出有重大影响的变量
着手,结合防空导弹的特点,分解,简化或调整,细化目标函数与约束条件,得到数学优化
模型,然后对它的输出结果进行分析,再把必要的细节加入到模型之中,达到辅助决策实
际需要的"深"度.
模型的变量结构涉及到模型表达系统的详细程度,如变量的个数,优先等级,约束条
件,一种错误的观点是认为模型越"深",即模型越大,越精细,越复杂,模型就越好,相反的
是,高度"深"化了的模型可能是一些无谓的假设,过精细的参数要求或许产生一些不精确
的输出结果,也容易导致实时性条件的不满足.在现实的防空间题中,并不一定要数学上
的最优解,而需要的是次最优解.
3输入输出信息分析
防空火力分配DSS属于复杂性高,决策时间短,信息密度高的系统,其结构化的程度
较高,它所要求的详细信息量大.DSS模型的演算离不开数据,当模型的逻辑叙述越明确,
输入的数据质量越高,那么系统便越能够更直接地将输人数据转化为输出结果及响应,防
火力分配DSS将会最大限度地发挥作用.如果没有内部和外部的数据来源,那么DSS就
会变成无水之源.
3.1输入信息
需要的基本输入数据有目标的类型,方位,进入方向,距离,高度,速度,战略战术意图
和使用的兵器种类,数量,精度,破坏威力,目标对我攻击方式的预测等等.还应考虑我方
武器各单元的射击远界与近界,火力转移时间等.
不容否认的事实是防空作战过程中,输入信息往往具有不确定性,由于使用了不正确
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或不可靠的信息,使得构模工作被否定,或者模型在运作过程中,输^了不正确或不可靠
的信息,使得模型的输出不能反映初始设想,对这二种情况的任何一种忽视,都可能严重
地降低模型的有效性.如果将决策用一个基本结构式子表示,则为:
=F(A.S)
其中:A:是供选择的决策方案,是决策变量.
S:是决策所需要的客观状态变量,是不可能控制的.
V:是效益或价值.
确定型决策要求A和S都是已知的,但对于踌空作战则A是已知的,S是不确切的, 但是可以经过估算或推理,防空火力分配属于这类半结构化的风险型决策.对于这样一类
风险型决策,利用数学分析方法,建立数学模型,计算效益期望值,实现决策方案的优选目
的,即采用硬决策或定量决策方法具有一定的局限性,硬决策方法缺乏灵活性,完全的硬
决策只适用常规的局部决策,对于防空火力分配应该将硬决策与软决策方法结合起来.
未来防空火力分配DSS要求有极高的信息处理能力,更高的对新的信息加工与预处
理技术.防空火力分配DSS除提供有价值的信息以辅助各级指挥人员决策外,还须能辅
助解决一些非结构化即动态结构的问题,使之具有知识处理的功能,成为智能DSS (IDSS).踌空火力分配智能DSS不仅具有定量的计算功能和定性的知识推理功能,而且
能将这两种功能结合起来进行分析,成为一种知识信息处理系统KIPS(KnowledgeInfor
mationProcessingSystem),该阶段要求应用人工智能语言及推理机能,并且快速运算,大
容量是多模式,多层次,多变化,和速度的体现.
3.2输出信息
分析防空火力分配DSS有效性的直觉方法是检查由它作出的决策的结果,这个问题
与这二个方面有关:一是系统是否能够完成既定任务?二是涉及到系统对用户以及辅助所
处环境的适合程度,这是导致降低辅助效能的因素之一.分析既要重视理论原则与数学方
法的重要性,更要重视实践,实践是检验决策正确与否的唯一的标准.但是,在这个问题
上,通常不存在确定一个决策正确与否的准则,需要由相关专家进行仿真分析.
分析输出信息不能单纯根据现实的结果,还应考虑系统的预测能力.系统响应的有效
性检验需要通过历史的,估计的和现行的数据输入来完成,模型对现行数据的有效响应不
能保证对未来数据的有效响应.
4价值度量及约束关系分析
模型变量的结构反映的是对系统输出有重要影响的系统元素,而价值度量及约束关
系的分析是描述元素之间的地位,相互作用和相互关系,使模型逻辑确实能反映系统逻
辑.
4.1目标或变量的价值度量
为揭示决策本质,需找出参与决策过程的诸变量之间的约束关系,建立数学模型,用
状态集5=b),状态存在的概率P=b),方案集A=k},效益集V(a,s)及决策准则jIf
的五重数据结构形式而涉及到的目标或变量的价值度量是防空火力分配DSS的困难所
防空导弹火力分配决策支持系统(Dss)分析?l7?
在,没有一套现成的正确的规则能确立目标或变量的合适优先次序.
防空火力分配的效率指标,可定义为对目标的毁伤概率,目标生存概率,毁伤目标期
望数,目标突防期望数或目标对我毁伤概率,我不被目标毁伤概率,目标毁伤我期望数等
等.把目标分饵成若干层次的确定的价值指标,这些指标实现的程度就是衡量实现决策目
标的程度.每类价值指标又可以分成若干项,每项又可以分成若干条,构成一个价值体系
即分析体系.把目标赋予适当的优先次序主要是靠客观环境以及经验和洞察力,只有通过
实践才能加深理解.
多目标决策可采用特尔斐法,特尔斐法是对若干决策目标按决策者的判断分析,进行
重要性的优先排队结果包括有群体决策成员的集中意见及协调程度,协调程度又有变异
系数有协调系数,用变异系数表示昕有决策成员对某一方案的离散程度,而协调系数表示
所有决策成员对全部决策方案的调程度.也可用其他常用的方法,如综合评分法,约束
法,功效系数法,平方和法,分层序列法及排序法等.
对于输入变量的价值度量,可采用信息价值(VOI)的概念,VOI精确地表达了信息内
容的适当性问题.权重有必要由决策者根据每个属性对总体效能度量(MOE)的影响人为
地确定,对每一建议的聚集MOE值可以在价值树中的某一层次计算出来:
一一
1.0
其中是总体价值,是在任一低层次的价值,通过从一个体系中最底层次开始并应用加权平均规则依次向上,可以计算出一个总体MOE.如果决策者在分析之前不曾深入地
考虑这些问题,可能会导致这些假设的一致性和稳定性不正确.值得注意的是对优先等级
的数量必须作适当限制.
42约束关系
如果在一次作战过程中目标多,延续时间长,那么DSS系统不可能等所有的来袭目标数据都录取以后再进行火力分配,因此这是一个动态的不断再分配的过程,这样前一次
分配方案在一定时间限期内对后续若干次配会有影响,如果不计及前几次分配的后效影
响,就会造成前后两次分配方案的互相抵触,甚至无法执行.
实际上,只有将所有来袭目标一次录入时,分配结果才是全局最优的,但往往来袭目
标是分批突入,开始的方案是局部优化方案,而当录入的目标过多时,优化过程的计算量
将增大,造成实时分配的困难.所以防空导弹火力分配DSS须考虑如下约束关系
1)空间约束;
2)时间约束;
3)装弹数约束;
4)火力转移时间约束;
5)制导导弹数约束.
5指挥员素质及期望使用环境分析
防空火力分配DSS是辅助决策者利用数据和模型解决半结构化或非结构化问题的
人机交互式信息系统,归根结底是用户驱动的动态系统.在半结构化的决策问题中指挥员
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的主观作用是十分重要的,有关指挥员的经验,知识,理论观点,思想方法以至个人素质和
爱好,都对于半结构化决策具有直接的影响.决策模型应通过设计者和用户之闾的交互迭
代来构筑,从各级指挥员,防空专家与设计者之间的交互作用中得出一个需求"决策模
型.
任务和环境的来往信息是模型调用数据的信息.对于防空作战这样一个半结构化或
非结构化问题的决策,本身就是一个探索和研究的过程,各种实际问题的约束条件,决策
变量及目标形式是多样化的,没有一个一成不变的标准模式能适应各种实际问题的需
要.由于战场环境的复杂多变,获得的数据信息不可能完全正确,而DSS系统通常按模型
的结构,逻辑关系,输入信息,按给定的程序运行.如果指挥员过份信赖这种方式,就会导
致由于错误的信息输入而引起火力分配的混乱,因此,指挥员的判断与最后决策是十分必
要的.根据当前防空战斗的实际情况及DSS的性能,DSS系统必须由一定技术和指
挥素质
的指挥员所监视,使他们能够有效地监视和干预.在决策过程中,通过人机交互,发挥决策
者的经验,推理和判断,使问题得到一个精意而又具有一定可信度的解答.随着指挥员使
用DSS系统经验的增加,军方对DSS的接受能力也将随之增加.
对于防空火力分配DSS,要求人机对话予系统对一般指挥员是友好的,不防碍指挥员
对DSS的运用和理解,使之成为指挥员理解和运用DSS的友好接口.如果一个系统不能
与所期望的使用环境相结台,那么,该系统注定会是一个失败的系统.
防空火力分配DSS的研制应具有以下特点:(1)动态性.DSS的设计要随环境条件的
变化而变化;(2)快速性.不能应D$S研制周期而延误其生命周期;(3)积木式结构.能支
持当代防空武器发展快速和多变的特点.(4)用户参与.军方的决策层用户参与设计和实
施,使其能体现防空作战决策策略,这一点对于一个实用系统尤为重要.
防空火力分配DSS的设计要求的专业知识范围很大,专业知识的选项也是多种多样,必须具备大量的防空领域的专业知识,高水准的有关专业知识加上科学的思维方式预
期着设计的成功,如果对该系统的专业知识只是一知半解,或者追求单方面的"高","精,
那么,要设计高水准的防空火力分配DSS只是徒劳,或决非是一个实用的系统.
6结束语
本文从四个方面对防空火力分配DSS进行了述评,指出了一个相对基础上研究和比
较防空火力分配DSS有效性的途径.要提高对某个防空火力分配DSSR信赖度的实用性,
减少各种浪费,那么一开始就必须对防空火力分配DSS的模型,逻辑,输^信息,输出响
应,对用户和环境作合乎实际的科学考虑.
参考文献
1.(UI系统分析设计研究和分析》(译文集),机电部五十四研究所,1993.
2.陈定昌,王连成等.《防空导弹武器系统软件工程】,宇航出版社,1994.。