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基于效果的空戰(zhàn)訓練過程評估方法研究*

耿振余，張寒松，李德龍，陳治湘

(空軍指揮學院，北京100097)

摘要：針對目前空戰(zhàn)對抗訓練過程評估缺乏定量評估手段的現(xiàn)狀，研究探討訓練過程詳細評估方法。提出了基于效果的評估方法，以“訓練過程中的戰(zhàn)術運用效果和武器操作效果”作為評判依據(jù)，建立了基于效果的訓練過程評估指標體系，并依據(jù)實時記錄的狀態(tài)、操控、態(tài)勢等各種數(shù)據(jù)給出評估指標值的計算和表示方法。通過在嵌入式空戰(zhàn)戰(zhàn)術訓練系統(tǒng)中的實踐應用，取得了良好的效果。

關鍵詞：效果；訓練；過程；評估

0引言

近年來，空軍在訓練領域圍繞轉型建設需要，不斷深化拓展改革，大力向實戰(zhàn)化訓練的方向邁進[1-2]。訓練評估作為軍事訓練活動一個不可或缺的重要環(huán)節(jié)，已成為當前我軍推進軍事訓練科學化、精細化的一個重要抓手[3-4]。根據(jù)訓練評估的目的，目前主要有2種類型的評估：一種是訓練考核，主要是訓練結果的評估，這種評估主要通過對抗雙方的勝負，檢驗總體訓練水平，用于從總的指導思想去指導部隊訓練，或為決策機關制定規(guī)劃、決策提供依據(jù)[5]；另一種是訓練評估，主要是對訓練過程的詳細評估，是貫穿于對抗訓練整個過程的信息收集、處理、分析、解算等的活動，這種評估主要用于分析訓練中存在的問題和不足，形成反饋以指導部隊的訓練[6-7]。

由于空戰(zhàn)對抗活動的極其復雜性，對空戰(zhàn)對抗的訓練評估雖然已經(jīng)開展了不少探索性的研究，但目前仍缺乏行之有效的定量評估方法，極大制約了航空兵部隊訓練的健康、可持續(xù)發(fā)展，因此，大力開展空戰(zhàn)對抗訓練的評估研究迫在眉睫。本文在借鑒國內外研究成果的基礎上，針對訓練過程評估，研究探討航空兵空戰(zhàn)對抗訓練過程評估的定量方法，以求對每次訓練都具有實際指導價值。

1訓練過程評估原則

以航空兵自由空戰(zhàn)中單機或編隊為評估對象，以訓練中發(fā)現(xiàn)問題、糾錯與提出意見為目的，按照單機由“局部到整體”和編隊由“整體到個體”的辯證方法[8]，綜合考慮對抗過程中戰(zhàn)術運用和武器運用效果，依據(jù)訓練過程中記錄的狀態(tài)、操控、態(tài)勢等各種數(shù)據(jù)，建立量化、規(guī)范、操作性強的評估指標體系。

單機訓練評估，采取從單項指標求解到整體指標綜合的評估方法。

編隊訓練評估，首先將編隊視為一個整體進行綜合評估，然后根據(jù)個體對整體的貢獻程度得出對個體的評估。根據(jù)復雜系統(tǒng)理論，只有從整體角度去評估才能符合作戰(zhàn)實際；根據(jù)評估目的，整體評估要落到每個個體上，才能具有指導性。

2基于效果的訓練過程評估方法

基于效果的評估，是指在訓練過程評估中，將評估的關注點放在訓練對象達到的效果上，以“訓練過程中的戰(zhàn)術運用效果和武器操作效果”為評判依據(jù)，來構建評估指標體系的方法[9-10]。

理解基于效果評估的內涵，要準確把握2點：①效果指標貫穿于評估活動的全過程，評估活動各個環(huán)節(jié)的關注點都是行動的效果，對各項效果指標進行精確評估。②基于效果的評估不以效能為直接依據(jù)，但最終反應效能。效果是人員行動實踐的客觀結果，是與實踐過程直接相關聯(lián)的評估指標；效能是指達到系統(tǒng)目標的程度，是與操作過程間接關聯(lián)的、更為綜合性的指標[11]。因此，基于效果的評估更能直接揭示人員實踐活動的規(guī)律。

戰(zhàn)術運用效果主要反映在飛行員作戰(zhàn)過程中通過戰(zhàn)術運用使空戰(zhàn)態(tài)勢是否向有利的一面轉換；武器使用效果主要反映在武器運用時機、運用方式等造成的影響效果環(huán)節(jié)上。

3基于效果的空戰(zhàn)對抗訓練過程評估指標體系的建立

訓練過程評估的目的是不以得出一個綜合評估數(shù)值成績?yōu)樽罱K目的，而是為訓練提供準確的、對提高訓練質量有幫助的、與訓練效果相關的豐富的數(shù)據(jù)信息，通過數(shù)據(jù)信息可分析得出訓練存在的問題和不足。因此評估指標的建立是在追求全面、靈敏、可測、物理意義明顯等要求的同時[12]，允許存在冗余指標。如處于敵雷達探測波束內和處于敵導彈攻擊包線內2個指標不是完全獨立，但提供的信息卻大不相同，因此這2個指標同時存在對反饋訓練問題是有意義的。

圍繞航空兵單機或編隊自由空戰(zhàn)，建立單機或編隊的訓練過程評估指標體系，如圖1所示，圖中只列了三級指標(部分指標還可以劃分四級指標)。對于單機1對1空戰(zhàn)對抗訓練，主要考慮各武器設備的使用和戰(zhàn)術選擇指標，如火控雷達的使用效果主要考慮先敵發(fā)現(xiàn)、先敵跟蹤、以及紅藍雙方位于對方雷達探測/跟蹤波束內的時間比。對于編隊空戰(zhàn)對抗訓練，戰(zhàn)術運用效果除了考慮戰(zhàn)術選擇指標外，還需考慮編隊戰(zhàn)術決策、編隊指揮協(xié)同等指標；武器使用效果主要從編隊整體去考慮雷達、武器、電子對抗以及數(shù)據(jù)鏈等的使用情況，得出戰(zhàn)術運用和武器運用的評估結果后，再來分析編隊中長、僚機之間的貢獻關系。

空戰(zhàn)訓練的可量化評估指標的建立是十分困難的。本文在建立指標時大都采用了時間因素指標，既避免了不同量綱的歸一化問題，又能在很大程度上反映訓練效果。而且空戰(zhàn)訓練是對抗、博弈的過程，不能撇開對手因素來進行評估，因此在戰(zhàn)術運用和武器運用效果中很多都采用了雙方指標值比。

圖1　訓練過程評估指標體系Fig.1　Index system of effects-based training evaluation

4指標值的表示和求解

評估指標體系的量化計算是實現(xiàn)對訓練效果量化評估的基礎，訓練效果的評估指標是由空戰(zhàn)對抗過程中多個環(huán)節(jié)的效果因素所決定的，指標值的量化計算又必須對這些環(huán)節(jié)的效果因素做適當?shù)暮喕c量化處理，并依靠訓練過程中實時記錄的各種狀態(tài)、操控、態(tài)勢等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和量化計算來實現(xiàn)。對于大多數(shù)時間指標，很容易求得各項指標值；但對于戰(zhàn)術運用效果指標，需建立軍事理論知識庫模型來進行求解。此外，除指標值正確、合理的求解外，各項指標值還需要用清晰、直觀的方式表示出來，這樣才能便于飛行員從大量的數(shù)據(jù)中獲取有用的信息。

4.1指標值的表示

本文以建立的訓練過程評估指標體系為依據(jù)，圍繞空戰(zhàn)對抗過程時間主線，可以畫出紅藍雙方在各指標評估點上的優(yōu)勢圖，如圖2所示，可以直觀表示紅藍雙方在各個效果評估點上的優(yōu)勢關系，從圖中還可以得出武器使用的時機、運用的方式、使用的效果(如先敵發(fā)現(xiàn)、先敵跟蹤、先敵發(fā)射、位于對方雷達探測波束內的時間比等)。此外，還可以用柱狀圖表示紅藍雙方在各個指標上的時間比。

4.2戰(zhàn)術運用指標的求解方法

戰(zhàn)術運用效果指標的評估是對一段時間戰(zhàn)術態(tài)勢變化的統(tǒng)計分析，每一個時刻點的戰(zhàn)術態(tài)勢評估不能用數(shù)理統(tǒng)計和簡單的計算來進行求解，必須建立相應的指標評估求解模型[11]。每一個時刻點的戰(zhàn)術態(tài)勢是從無序的、不確定的、復雜的空戰(zhàn)環(huán)境中獲取與敵方意圖和能力相關的信息并通過評估判斷或推理計算而來的，這些判斷推理具有很大的模糊性和不確定性，必須采用人工智能等不確定性推理的方法。由于貝葉斯網(wǎng)絡模仿了人的推理機制，能很好地表達知識的不確定性，并且能夠實現(xiàn)快速的雙向推理(預測和診斷)，因此本文采用動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡推理和模糊邏輯技術，并運用專家知識和案例分析方法，來構建戰(zhàn)術運用指標的評估求解模型。

以單機空戰(zhàn)的超視距戰(zhàn)術運用效果為例，首先提取與超視距戰(zhàn)術運用相關的態(tài)勢變量，如：方位角、進入角、距離、高度、速度、空戰(zhàn)能力(火控雷達、空空武器能力)、事件(如：雷達探測、雷達跟蹤、導彈發(fā)射)等，依靠領域專家的知識來建立貝葉斯網(wǎng)絡的結構；通過案例庫的分析確定網(wǎng)絡的參數(shù)(邊緣概率和條件概率)。模型的邊緣概率表現(xiàn)為超視距戰(zhàn)術先前的運用特點；而條件概率表現(xiàn)為各節(jié)點變量之間的依賴關系。建立的超視距戰(zhàn)術態(tài)勢評估的貝葉斯網(wǎng)絡如圖3所示。

圖2　紅藍雙方的優(yōu)勢圖Fig.2　Advantage plot of red and blue sides

圖3　超視距戰(zhàn)術態(tài)勢評估的貝葉斯網(wǎng)絡圖Fig.3　Bayesian network model of beyond visual range tactical situation evaluation

圖3中，帶虛線弧的節(jié)點成為持久節(jié)點，表示該節(jié)點在前一時間片與后一時間片之間具有因果關系；虛線弧表示時間因素的瞬時的因果關系。然后根據(jù)專家知識劃分各變量節(jié)點的屬性狀態(tài)。以距離屬性狀態(tài)為例，通過模糊劃分構成為模糊集，對距離屬性的各模糊集建立隸屬度函數(shù)，如表1所示。其中，DRmax表示機載雷達最大搜索距離；DMmax表示中距彈最大攻擊距離；DMEmax表示中距彈不可逃逸區(qū)最大距離；DMEmin表示中距彈不可逃逸區(qū)最小距離。

表1　距離屬性的隸屬度表

上述建立的隸屬度就等同于距離屬性的觀測值屬于各個狀態(tài)的概率。

對于圖3的網(wǎng)絡模型，貝葉斯網(wǎng)給出的聯(lián)合概率分布的分解為

ξ={P(O),P(I),P(D),P(H),P(V),P(P|H,V),P(R),P(W),P(C|R,W),P(E),P(T|O,I,D,P,C,E)}.

(1)

動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡第2個時間片的聯(lián)合概率是在第1個時間片基礎上，增加了第1時間片節(jié)點對當前時間片節(jié)點的影響關系，它的聯(lián)合概率分布的分解為

ξ1={P(O1|O),P(I1|I),P(D1|D),P(H1|H),P(V1|V),P(E1|E),P(P1|H1,V1),P(C|R,W),P(T1|O1,I1,D1,P1,E1,C,T)}.

(2)

在第1個時間片中，從各節(jié)點的狀態(tài)劃分和式(1)可以得出，圖1所示的動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡共需確定的網(wǎng)絡參數(shù)有：8個邊緣概率分布和1 800個條件概率分布。通過大量的案例數(shù)據(jù)訓練，可以確定網(wǎng)絡中的各個條件概率分布，網(wǎng)絡參數(shù)確定后即可進行判斷推理，從而得出戰(zhàn)術態(tài)勢優(yōu)劣的模糊隸屬值。

5應用示例

上述建立的訓練過程評估方法已經(jīng)應用于戰(zhàn)斗機嵌入式戰(zhàn)術對抗訓練仿真論證平臺中。仿真論證平臺的地面任務支撐環(huán)境系統(tǒng)由訓練想定制定、二/三維態(tài)勢監(jiān)控、訓練成績評估和作戰(zhàn)過程回放等模塊組成，其中訓練成績評估的目的是用于總結分析訓練中存在的問題和不足，為真正達到練一次進步一次、以評促訓的目的提供科學的技術支撐。通過大量的實踐檢驗，該方法準確合理，各項指標符合客觀實際。訓練評估的運行畫面如圖4所示。

圖4　訓練過程評估的程序畫面Fig.4　Realization of the effects-based　　　training evaluation

6結束語

訓練過程評估是部隊戰(zhàn)術訓練中不可或缺的一個重要組成部分，直接影響到訓練效果的提升。隨著空戰(zhàn)對抗訓練向實戰(zhàn)化的大力邁進，訓練成績評估手段嚴重滯后的矛盾越來越突出，急需科學有效的訓練評估手段的大力支撐。針對目前缺少全面詳細的過程定量評估的現(xiàn)狀，本文做了大量的探索性研究，提出了基于效果的訓練過程評估方法，為訓練過程評估的研究起到了拋磚引玉的作用。

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Study on Method of Effects-Based Evaluation of Air Combat Training Course

GENG Zhen-yu, ZHANG Han-song, LI De-long, CHEN Zhi-xiang

(Air Force Command Collage, Beijing 100097，China)

Abstract:Aiming at the fact thatthe air combat training lacks quantitative evaluation, the method of training evaluation in detail isstudied. The method of training evaluation based on effects isput forward. The effects of using tactics and weapon operating in training aretaken as evaluation basis to set upthe index system of effects-based training evaluation. The method of calculating and showing index values isgiven based on recording data of states, operating and situation.When used in the embedded air combat training system, theeffects-based evaluation method can achieve good results.

Key words:effect; training; course; evaluation

中圖分類號：TP391.9

文獻標志碼：A

文章編號：1009-086X(2015)-02-0185-06

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2015.02.030

通信地址：100097北京市海淀區(qū)北四環(huán)西路88號E-mail：gengzhenyu@sina.com

作者簡介：耿振余(1973-)，男，山西太谷人。講師，博士，主要研究方向為系統(tǒng)建模與仿真、作戰(zhàn)效能評估。

基金項目：空軍武器裝備軍內科研重點項目(KJ2011116)

* 收稿日期：2014-03-12；
修回日期：2014-05-05