解學昊,郭傳福,于藝彬

(海軍大連艦艇學院,遼寧 大連 116018)

航母編隊作戰(zhàn)能力依賴于航母編隊作戰(zhàn)體系中艦機適應性及編成內(nèi)各兵力作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。世界大部分國家海軍由于水面艦艇與航空兵在兵種文化、編制體制、作戰(zhàn)規(guī)則、指揮結(jié)構(gòu)等方面存在明顯差異[1],二者集中于同一編隊體系時,容易造成沖突，影響編隊整體作戰(zhàn)效能[2-3]。因此,艦機融合是航母編隊形成體系作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵,構(gòu)建艦機融合的指揮關(guān)系是使航母編隊指揮體系高效運行,提高編隊綜合作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1 艦機融合熵模型構(gòu)建的理論基礎(chǔ)

熵是宏觀體系混亂度或不確定性的度量,從1864年克勞修斯首次在熱力學領(lǐng)域提出熵的概念至今,熵理論的適用范圍不斷擴大,為不同領(lǐng)域系統(tǒng)研究提供了一個全新視角。近年來,國內(nèi)外學者分別在組織管理[4-5]、土地結(jié)構(gòu)分析[6]、企業(yè)結(jié)構(gòu)分析[7-8]、社會發(fā)展評價[9]和軍事指揮[10-13]等領(lǐng)域引入熵的概念,在研究系統(tǒng)有序度方面取得了相應成果。針對艦機融合涉及要素多、層次多、交互雜等問題,利用熵理論進行對空作戰(zhàn)指揮關(guān)系的艦機融合分析,為解決航母編隊艦機融合問題提供了新的途徑。 一是作戰(zhàn)指揮節(jié)點狀態(tài)復雜與熵理論的整體視角相適應。作戰(zhàn)指揮關(guān)系是指揮者與指揮對象之間、指揮員與指揮機關(guān)之間、平行指揮機構(gòu)之間,按照指揮職能規(guī)定和指揮權(quán)限劃分所形成的相互關(guān)系[14]。航母編隊作戰(zhàn)指揮涉及艦載航空兵、水面艦艇、潛艇等兵力,指揮節(jié)點種類和數(shù)量眾多,且節(jié)點性質(zhì)各異,難以用數(shù)學形式對每個節(jié)點都進行精確描述和計算,而熵理論在考察系統(tǒng)時,側(cè)重微觀節(jié)點的群體性規(guī)律,不必對每個微觀個體都精確計算。二是作戰(zhàn)指揮節(jié)點間關(guān)系呈現(xiàn)非線性特征與熵理論的統(tǒng)計性相適應。各指揮節(jié)點間呈非線性相互作用,難以由下層節(jié)點的狀態(tài)精確推導出指揮系統(tǒng)整體的狀態(tài)。 由各指揮節(jié)點的狀態(tài)變量線性相加得到系統(tǒng)宏觀效能的方法不能反映各層級節(jié)點間的深刻關(guān)系,而根據(jù)系統(tǒng)的動力學機制計算系統(tǒng)指揮效能與指揮節(jié)點狀態(tài)變量之間的關(guān)系,不僅需要了解各個指揮節(jié)點狀態(tài)變量的值,還要能形式化地描述指揮系統(tǒng)內(nèi)部具體的作用機制,這對于復雜的指揮系統(tǒng)來說是難以實現(xiàn)的[15]。自從玻爾茲曼提出統(tǒng)計物理學意義上的熵概念以來,熵理論的基本思想便是用系統(tǒng)微觀層次某種分布的性質(zhì)描述系統(tǒng)宏觀狀態(tài)。因此,將熵的概念應用于指揮關(guān)系的效能分析時,不必定量描述微觀節(jié)點間具體的相互作用機制,只需要考慮指揮系統(tǒng)在特定方面微觀狀態(tài)的概率分布。這樣既能避免對已知條件的苛刻要求,又能定量地反映指揮關(guān)系結(jié)構(gòu)與指揮效能的聯(lián)系。

2 艦機融合熵模型構(gòu)建的思路和方法

2.1 構(gòu)建思路

航母編隊對空作戰(zhàn)指揮效能的影響因素包括指揮人員素質(zhì)、指控設(shè)備性能、指揮系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)等多個方面,本文在假定其他方面因素相同的前提下考察編隊指揮效能與指揮系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

從信息角度理解,作戰(zhàn)指揮是利用信息流推動能量流、物質(zhì)流定向流動的過程[16],信息在指揮系統(tǒng)中的流通效能是指揮效能的重要方面。在評價指揮關(guān)系時,以信息流通效能為目標函數(shù)構(gòu)建熵評估模型。具體思路是，分別建立指揮關(guān)系的時效熵和質(zhì)量熵模型,用以計算指揮關(guān)系在信息流通時效性和準確性方面的不確定性大小。在此基礎(chǔ)上建立指揮關(guān)系的時效有序度和質(zhì)量有序度模型,用以計算指揮關(guān)系在信息流通時效性和準確性方面的效能。將時效有序度與質(zhì)量有序度綜合,建立結(jié)構(gòu)有序度模型,計算指揮關(guān)系在同時考慮信息流通時效性和準確性時的綜合效能[10-13]。邏輯框圖如圖1所示。

圖1 模型構(gòu)建思路

2.2 時效熵及時效有序度

定義1:將作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)中信息流通的迅速程度定義為作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)的時效,把對作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)時效不確定性的度量定義為作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)的時效熵,記作Ht。

(1)

(2)

(3)

(4)

由于熵具有廣延性,系統(tǒng)總時效熵可以看作各節(jié)點時效熵的加和:

(5)

系統(tǒng)最大時效熵為

(6)

將指揮系統(tǒng)時效有序度記作Rt,可表示為

(7)

Rt越大,說明指揮系統(tǒng)信息傳輸時間效用越高。

2.3 質(zhì)量熵及質(zhì)量有序度

定義2:在不考慮時間因素的情況下,將作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)中信息流通的準確程度定義為作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)的質(zhì)量,把作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)質(zhì)量不確定性的度量定義為作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)的質(zhì)量熵,記作Hq。

(8)

(9)

Aq為指揮系統(tǒng)所有節(jié)點的直接聯(lián)系節(jié)點數(shù)量的和,ki為與節(jié)點i直接聯(lián)系的節(jié)點的數(shù)量。作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)的總質(zhì)量熵為

(10)

作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)的最大質(zhì)量熵為

(11)

將指揮系統(tǒng)質(zhì)量有序度記作Rq,可表示為

(12)

Rq越大,說明指揮系統(tǒng)信息傳輸質(zhì)量效用越高。

2.4 結(jié)構(gòu)有序度

信息傳遞的綜合效率可以用信息傳輸時效性和信息傳輸準確度來表征,將指揮系統(tǒng)在信息傳遞時效性和準確性方面的綜合效率用結(jié)構(gòu)有序度來表示,記作R,則R可表示為指揮系統(tǒng)時效有序度和質(zhì)量有序度的函數(shù):

R=aRt+bRq

(13)

其中a和b分別表示指揮系統(tǒng)時效有序度和質(zhì)量有序度在結(jié)構(gòu)有序度中的權(quán)重,滿足a、b>0且a+b=1。則式(13)可轉(zhuǎn)化為

R=aRt+(1-a)Rq

(14)

R越大則系統(tǒng)在信息傳遞方面綜合效用越高。

從模型的建立過程可以看出,該模型從指揮系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)出發(fā),將各節(jié)點間的結(jié)構(gòu)關(guān)系與系統(tǒng)信息傳遞效能聯(lián)系起來,提供了由指揮關(guān)系計算信息傳遞效能,進而由信息傳遞效能評價指揮關(guān)系的方法。

3 艦機融合熵模型應用

結(jié)合外國航母編隊指揮體制,依據(jù)艦機行動關(guān)系及兵種屬性,分三種模式設(shè)計航母編隊對空作戰(zhàn)指揮關(guān)系,在定性分析的基礎(chǔ)上應用熵模型進行定量分析,從而得出三種指揮關(guān)系的優(yōu)劣對比。

3.1 典型對空作戰(zhàn)指揮關(guān)系模式

考慮到艦載航空兵與水面艦艇在編制體制、行動方式上有較大差異,且艦載機出動回收的準備和實施都要依托航母本艦進行,結(jié)合外軍航母編隊指揮體制，在設(shè)計航母編隊對空作戰(zhàn)指揮關(guān)系時，主要分三種模式，即艦機融合模式、艦機部分融合模式、艦機獨立模式。參考美軍標準的航母打擊群(CSG)的編成[18]，本文假定參與作戰(zhàn)的兵力為3架對空作戰(zhàn)艦載機、1艘巡洋艦、2艘擔負防空任務的驅(qū)逐艦、1艘航空母艦。

3.1.1 艦機融合模式

美軍航母編隊在遂行防空反導任務時，航母編隊指揮所與各兵力節(jié)點間可不設(shè)其他指揮節(jié)點，編隊指揮所的對空作戰(zhàn)指揮部位直接指揮對空作戰(zhàn)艦載機、航母本艦、編隊屬艦、機務保障部門和航空保障部門[19]。在作戰(zhàn)中，編隊對空方面指揮員統(tǒng)籌對空作戰(zhàn)艦載機的出動回收和空中交戰(zhàn)、航母本艦及編隊屬艦的防空行動,在作戰(zhàn)準備、實施的全過程對艦機行動直接進行協(xié)調(diào)。在這種指揮關(guān)系下,編隊指揮所直接將指令下達至末端作戰(zhàn)節(jié)點,各末端作戰(zhàn)節(jié)點能根據(jù)上級精確的指令實現(xiàn)行動的精準協(xié)同和銜接。但是,航母編隊對空作戰(zhàn)的所有決策活動都集中在編隊指揮所,編隊指揮所信息處理負荷較大,影響指揮效率。其指揮結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 艦機融合模式

3.1.2 艦機部分融合模式

美軍航母戰(zhàn)斗群在遂行空襲作戰(zhàn)任務時，設(shè)立空中作戰(zhàn)中心與航空管制中心兩個二級指揮機構(gòu)。前者負責指揮所屬兵力的作戰(zhàn)行動，后者負責對艦載機出動回收的指揮控制[20]。以此為參考，同時為了提高航母本艦防空行動與艦載機出動回收行動的協(xié)同效率，航母編隊指揮所可下設(shè)防空群指揮所和航母本艦指揮所兩個二級指揮所，實施委托式指揮。依據(jù)末端兵力節(jié)點行動屬性的區(qū)別,委托防空群指揮所指揮已出動的艦載機和編隊屬艦的防空行動,委托航母本艦指揮所指揮艦載機機務保障、航空保障以及航母本艦的防空行動。編隊指揮所依據(jù)作戰(zhàn)總體態(tài)勢,對二者進行協(xié)調(diào)。這種指揮關(guān)系保證了已出動艦載機和編隊屬艦防空行動協(xié)同的準確性、艦載機保障節(jié)點間行動協(xié)同的準確性、艦載機出動回收行動與航母本艦末端防空行動間協(xié)同的準確性。同時,編隊指揮所將對末端兵力節(jié)點具體行動的指揮委托給二級指揮所,降低了自身信息處理負荷,有利于提高指揮效率。其指揮結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 艦機部分融合模式

3.1.3 艦機獨立模式

美軍兩棲作戰(zhàn)部隊在確定指揮關(guān)系時，可保留各軍種指揮官對所屬軍種部隊的指揮權(quán)，各軍種部隊在兩棲作戰(zhàn)部隊指揮官的協(xié)調(diào)下相互支援[21]。參考這種指揮模式，航母編隊指揮所可下設(shè)航空兵指揮所、水面艦艇群指揮所、航母本艦指揮所三個二級指揮所。依據(jù)末端兵力節(jié)點兵種屬性的區(qū)別,委托航空兵指揮所指揮艦載機的作戰(zhàn)和機務保障行動,委托水面艦艇群指揮所指揮編隊屬艦的防空行動,委托航母本艦指揮所指揮艦載機航空保障以及航母本艦的防空行動。編隊指揮所依據(jù)作戰(zhàn)總體態(tài)勢,對三者進行協(xié)調(diào)。這種指揮關(guān)系雖然保證了艦載機之間協(xié)同的準確性、編隊屬艦之間協(xié)同的準確性、航母本艦與艦載機航空保障節(jié)點之間協(xié)同的準確性,但是艦載機、編隊屬艦、航母本艦三者之間協(xié)同復雜,準確性較低。同時,將對同類型兵力節(jié)點行動的指揮委托給二級指揮所,雖然與關(guān)系1相比降低了編隊指揮所信息處理負荷,但是編隊指揮所在對空作戰(zhàn)全過程都要對不同類型兵力節(jié)點間的協(xié)同進行實時決策,信息處理負荷依然較大。其指揮結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 艦機獨立模式

3.2 典型對空作戰(zhàn)指揮關(guān)系模式仿真分析

將圖1、2、3中指揮節(jié)點按照從上到下、從左到右

的順序編號,得到三種指揮關(guān)系下航母編隊對空作戰(zhàn)指揮結(jié)構(gòu)的拓撲圖。如圖5、6、7所示。

圖5 艦機融合模式的指揮關(guān)系

圖6 艦機部分融合模式的指揮關(guān)系

圖7 艦機獨立模式的指揮關(guān)系

由式(1)、(2)、(5)、(6)、(7)可分別計算出三種指揮關(guān)系下航母編隊對空作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)的總時效熵、最大時效熵、時效有序度;由式(8)～(14)可分別計算出三種指揮關(guān)系下航母編隊對空作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)的總質(zhì)量熵、最大質(zhì)量熵、質(zhì)量有序度和結(jié)構(gòu)有序度,如表2所示。三種指揮關(guān)系的結(jié)構(gòu)有序度隨權(quán)重系數(shù)a的變化關(guān)系如圖8所示。

表1 三種指揮關(guān)系下指揮系統(tǒng)的各項參數(shù)

表2 三種指揮關(guān)系下指揮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性指標

3.3 結(jié)果分析

對表2中各項指標的分析如下:采取艦機融合模式的指揮關(guān)系時,編隊指揮系統(tǒng)信息傳輸?shù)臅r間效用最差,但質(zhì)量效用最優(yōu)。說明從指揮結(jié)構(gòu)上分析,這種指揮關(guān)系指揮精確性較高,但指揮時效性較差。艦機部分融合模式的指揮關(guān)系與艦機獨立模式的指揮關(guān)系相比,編隊指揮體系信息傳輸?shù)臅r間效用與質(zhì)量效用都更優(yōu)。說明按兵力節(jié)點的行動屬性構(gòu)建指揮關(guān)系比按兵力節(jié)點的兵種屬性構(gòu)建指揮關(guān)系更有利于提高指揮效能。

下面進一步分析時效有序度權(quán)重a的含義。可以認為,指揮的時效性和準確性同等重要,而指揮系統(tǒng)指揮時效性和準確性的影響因素都主要有兩方面:一是處理和傳遞信息的硬件設(shè)備的性能,二是指揮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。硬件設(shè)備處理和傳遞信息速度越快,在評價指揮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時就越側(cè)重于信息傳遞的準確性,a的取值越小;反之則評價指揮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時越側(cè)重于信息傳遞的時效性,a取值越大，如圖8所示。

圖8 三種模式的結(jié)構(gòu)有序度與權(quán)重α的關(guān)系

分析圖8可知,當a取值較小,在[0,0.379)范圍內(nèi)取值時,指揮關(guān)系1的綜合指揮效能最高,當a取值較大,在(0.379,1]范圍內(nèi)取值時,指揮關(guān)系2的綜合指揮效能最高。說明指揮系統(tǒng)硬件設(shè)備處理和傳遞信息速度足夠快,能在各種指揮關(guān)系下滿足指揮時效性要求時,艦機融合模式的指揮關(guān)系更具優(yōu)勢,反之則艦機部分融合模式的指揮關(guān)系更具優(yōu)勢。

3.4 結(jié)論

通過以上分析,可得如下結(jié)論:1)艦機部分融合模式的指揮關(guān)系在綜合指揮效能方面優(yōu)于艦機獨立模式的指揮關(guān)系。2)指揮系統(tǒng)硬件設(shè)備處理和傳遞信息速度足夠快時,艦機融合模式的指揮關(guān)系更具優(yōu)勢,這種指揮關(guān)系能夠從指揮結(jié)構(gòu)上最大限度地保證指揮的準確性;反之則艦機部分融合模式的指揮關(guān)系更具優(yōu)勢,這種指揮關(guān)系能從指揮結(jié)構(gòu)上兼顧指揮的時效性和準確性。

4 結(jié)束語

為提高航母編隊中艦機融合程度,增強編隊整體作戰(zhàn)效能,本文從指揮時效和質(zhì)量方面構(gòu)建了航母編隊對空作戰(zhàn)指揮關(guān)系艦機融合熵評估模型,從艦機融合角度出發(fā)設(shè)計了三種模式的航母編隊對空作戰(zhàn)指揮關(guān)系,并應用模型對所設(shè)計的三種指揮關(guān)系進行了評估分析。得出的結(jié)論可為航母編隊綜合作戰(zhàn)、對潛、對海作戰(zhàn)指揮關(guān)系建立提供參考。