信息化条件下情报对抗系统建模与仿真_武赫男.pdf

电子设计工程Electronic Design Engineering第31卷Vol.31第6期No.62023年3月Mar.2023收稿日期：2022-01-18稿件编号：202201109作者简介：武赫男（1980），女，吉林农安人，硕士，副教授。研究方向：情报理论和应用。情报对抗是指敌对双方在情报领域围绕着情报获取、传递、处理及应用而展开的对抗活动1。情报对抗是系统与系统之间的对抗，在研究过程中存在以下困难：系统的参数关系难以量化、缺少实战数据、系统难以用结构化模型来描述、描述方程复杂等。系统动力学是一门以信息反馈控制理论为基础，以计算机仿真技术为手段研究复杂系统问题的学科2-3，其特点恰好能够解决情报对抗系统研究中存在的困难4，因此，该文利用系统动力学原理来研究情报对抗问题。1情报对抗系统的系统动力学模型1.1模型建立的前提假设为了便于模型的建立，在不影响准确性的前提下，该文作出如下假设：情报对抗是一种接近实时的对抗作战，没有时间延迟。获取的情报均真实、准确、详尽。未考虑边际效益影响，获取的情报越信息化条件下情报对抗系统建模与仿真武赫男1，顾 德2，陈 健1（1.空军航空大学，吉林 长春 130022；2.中国人民解放军31104部队，江苏 南京 210018）摘要：针对信息化条件下情报对抗系统中参数关系难以量化等特点，以深入研究情报对抗机理为目的，采用系统动力学（SD）方法建立情报对抗模型，介绍了情报对抗内涵和系统动力学特点，明确了情报对抗模型的前提假设、边界界定，构建了情报对抗模型的因果关系图和流图，进行了基于系统动力学的仿真分析，可知情报软杀伤能力在情报对抗中具有倍增器的作用，为信息化条件下情报作战理论研究提供参考。关键词：系统动力学；情报对抗；情报软杀伤力；信息化中图分类号：G350文献标识码：A文章编号：1674-6236（2023）06-0114-05DOI：10.14022/j.issn1674-6236.2023.06.024Modeling and simulation of intelligence counterwork system under the condition ofinformationizationWU Henan1，GU De2，CHEN Jian1（1.Aviation University of Air Force，Changchun 130022，China；2.Unit 31104 of PLA，Nanjing 210018，China）Abstract:According to the characteristics of intelligence counterwork system under the informatization，such as it is difficult to quantify the parameter relationship.in order to study the mechanism of intelligencecountermeasure deeply，the intelligence counterwork model is established adopted the System Dynamics(SD)method.The intelligence counterwork connotation and system dynamics characteristics are firstlyintroduced，and the premise assumption and boundary definition of the intelligence countermeasuremodel are clarified.The causality diagram and flow diagram of the intelligence countermeasure model areconstructed.The simulation analysis is carried out based on system dynamics.The conclusion shows thatthe intelligence soft kill capability is a multiplier which plays the major role in intelligence countermeasure.It provides a reference for the theoretical research of intelligence operation under the informatization.Keywords:system dynamics；intelligence counterwork；intelligence softkillcapability；informationization-114多，可为决策提供服务的有用信息越多。鉴于模型考虑的是情报对抗系统，未考虑战场指挥及作战方法等影响因素。未考虑伪装、欺骗等情报对抗行为。1.2情报对抗系统边界界定信息化条件下的情报对抗系统按照情报获取的传感器平台划分，主要包括地面情报系统、空中情报系统、太空情报系统、水下情报系统和海上情报系统5-6，双方的对抗其实质是综合作战能力的对抗。综合作战能力又分为软杀伤能力和硬杀伤能力，软杀伤能力主要是指对敌方指挥系统、电子对抗系统、通信系统的打击、干扰、屏蔽和破坏，硬杀伤主要指对敌方人员、战舰、坦克、雷达等武器装备的直接摧毁，也就是物理击毁。情报对抗还处于复杂的电磁环境之中7，比如战场网络环境、战场雷达环境和战场无线电环境等8-9。综上所述，情报对抗系统的边界如图1所示。1.3模型因果关系该文以地面雷达数量、舰船数量和飞机数量为主要研究内容进行分析，根据情报对抗系统之间相互作用、相互影响的关系以及系统建模的目的，构建各子系统之间的因果关系流程图10-13，图2是简化的情报对抗因果关系图。图1情报对抗系统边界图2情报对抗因果关系图情报对抗系统因果关系图中含有多个因果关系回路，这里给出5个代表性关系回路：红方地面雷达数量红方地面雷达情报获取能力红方情报获取能力红方情报软杀伤能力红方情报综合作战能力蓝方情报硬杀伤能力红方地面雷达数量。红方舰船数量红方舰载雷达情报获取能力红方情报获取能力红方情报软杀伤能力红方情报综合作战能力蓝方情报硬杀伤能力红方舰船数量。红方舰船数量红方水下声呐情报获取能力红方情报获取能力红方情报软杀伤能力红方情报综合作战能力蓝方情报硬杀伤能力红方舰船数量。红方作战飞机数量红方机载雷达情报获取能力红方情报获取能力红方情报软杀伤能力红方情报综合作战能力蓝方情报硬杀伤能力红方作战飞机数量。武赫男，等信息化条件下情报对抗系统建模与仿真-115电子设计工程 2023年第6期红方作战飞机数量红方作战飞机远程打击能力红方情报硬杀伤能力蓝方作战飞机数量蓝方作战飞机远程打击能力蓝方情报硬杀伤力红方作战飞机数量。这几个反馈回路均以红方情报系统为主进行阐述，蓝方情报系统的反馈回路与红方相似，在此不做赘述。1.4仿真模型构建情报对抗系统动力学模型，如图 3所示，流图中共有各类变量55个，其中状态变量6个，速率变量 12 个，其他为辅助变量或常量，模型中各参量特点不同，其取值方法也不尽相同，比如情报综合作战能力因子、情报获取能力因子、舰船初始数量、作战飞机初始数量和雷达初始数量等均采用常量，雷达被发现率、雷达开机率等均做归一化处理。同时设定情报对抗持续了 20 T，T为 SD 模型仿真中的时间单位14。模型中的状态变量方程为：红方舰船数量INTEG(红方舰船数量增加-红方舰船数量减少,初始数量)；红方地面雷达数量INTEG(红方地面雷达数量增加-红方地面雷达数量减少,初始数量)；红方作战飞机数量INTEG(红方作战飞机数量增加红方作战飞机数量减少,初始数量)；红方情报软杀伤能力INTEG（红方情报获取能力+红方情报利用能力）；红方情报获取能力INTEG（红方舰船数量+红方地面雷达数量+红方作战飞机数量）红方情报获取能力因子15。其中，INTEG 是积分运算符。蓝方相关参数方程同上，其他变量间的运算关系及具体算式由于篇幅关系，在此不再详述。图3情报对抗系统动力学流图2基于SD的情报对抗系统仿真2.1仿真的参数设置和策略序列在红蓝双方情报对抗中，对抗双方都致力于打击、干扰、破坏对方的情报系统，使对方综合作战能力得不到整体发挥。对抗伊始，红方即对蓝方展开硬杀伤和软杀伤的进攻，设定情报对抗持续20 min，对抗开始后最初3 min为蓝方反应时间，进行作战准备，从第 3 分钟开始红蓝双方展开全面对抗。仿真算法采用四阶 Runge-Kutta 法，选用 Vensim 作为仿真平台，设定模型的初始参数：INITIAL TIME=0 T；FINAL TIME=20 T；TIME STEP=1 T；SAVEPER=1 T。模型设置参数的前提是红方在武器装备上弱于蓝方，但是软杀伤能力强于蓝方。参考信息化条件下-116近几场局部战争中参战武器的相关数据，对红蓝双方的具体参数设置如表1所示16。表1红方和蓝方主要变量初始值对抗双方红方蓝方初始综合作战能力指数1 2002 000初始软杀伤能力指数500280初始情报利用能力指数3 0002 000初始舰船数量/艘150200初始飞机数量/架8001 000策略1：原始策略方案。双方在初始综合作战能力、初始飞机数量、初始舰船数量等原始参数设置条件下实施对抗。策略 2：在采取策略的基础上，红方提高硬杀伤能力，对蓝方情报系统实施硬摧毁。策略 3：在采取对策 2 的基础上，红方运用欺骗、对抗、干扰和破坏等软杀伤手段对抗蓝方的情报系统。对不同策略均进行相应的参数调整，设置不同策略的目的就是通过模型仿真，分析情报对抗系统内部运行机制，找到情报对抗中的关键因素，提升情报对抗系统整体作战效能。2.2仿真结果分析在对抗之初，红蓝双方的初始舰船数量分别为150、200，红蓝双方的初始飞机数量分别为 800、1 000，红方硬杀伤武器处于劣势，如果不采取有效措施，红方舰船数量、飞机数量将快速下降。该文选取“红方飞机数量”这个重要变量在三种策略下的仿真结果进行比较，如图4和表2所示，不难发现，红方将软杀伤和硬杀伤手段结合，综合多个作战平台的情报能力，使得综合作战能力逐渐提升，情报对抗向有利于红方的态势发展。图4红方作战飞机数量仿真结果的比较信息化条件下的对抗是全维立体对抗，各个作战平台相互支撑和融合，各指挥机构和部队在探测、侦察、跟踪、火控和指挥方面进行协调，均通过各作战平台进行信息的无缝链接和情报的实时传输。这种全维立体作战不仅包括传统的火力打击、物理摧毁等硬杀伤，还包括干扰、对抗、欺骗等软杀伤，软杀伤能力和硬杀伤能力共同构成综合作战能力。仿真结果表明，软杀伤武器是战斗力的倍增器，可以作为反制手段，更好地发挥作战效能，提高在识别、判断、决策、发射中的战术使用，逐步扭转不利态势。图 5中，红方舰船损失率最初为 0，经过 3 min后，蓝方采取措施进行持续反击，红方舰船损失率迅速升高到0.44，如图4所示，出现跳跃变化，但是红方其他作战平台仍不断采用软杀伤和硬杀伤手段对抗蓝方情报系统，使得蓝方情报系统对红方舰船的打击强度下降，速率变得平缓，虽然红方舰船数量仍在下降，但是下降幅度变小，从 3 min到 20 min的时间里，红方舰船损失率仅仅由 0.44升到了 0.58，变化趋势缓和，未出现蓝方最初反击时的突变状态。图5红方舰船数量和损失率图 6 中，蓝方舰船数量随着战斗的进行逐渐在减少，但是蓝方舰船损失率变化趋向平缓，这是因为蓝方的物理摧毁等硬杀伤能力能够提升其软杀伤能力，最终促进其综合作战能力的提升，形成了舰船损失率比较平缓16。软杀伤能力和硬杀伤能力能够相互转化，软杀伤能力增强，可以提高武器系统响应速度、毁伤目标概率，对硬杀伤能力具有倍增效应；反之，硬杀伤可以提高数据链的生存能力，提高通信对抗、电子对抗、雷达对抗等对抗系统的稳定性，硬杀伤能力优势表2红方作战飞机数量的仿真结果策略123时间/min0800800800380080080057807707607745730715970568566511660635610155605254901750046042020410360310武赫男，等信息化条件下情报对抗系统建模与仿真-117电子设计工程 2023年第6期也可促进软杀伤能力的提升。所以，通过软、硬杀伤相结合的综合使用方式，使得软、硬杀伤系统在频域、时域和空域通过统一的武器资源调度软件进行协同配合，才能最大程度发挥武器系统的效能。图7是红方有软杀伤优势的情况，图8是红方无软杀伤优势的情况。在对抗之初，红蓝双方综合作战能力分别为1 200、2 000，红方处于弱势，但是红蓝双方软杀伤能力分别为500、280，情报利用能力分别为3 000、2 000，红方软杀伤能力、情报利用能力均处于优势，经过一段时间对抗，红方综合作战能力超越蓝方，并取得最终胜利。图 7中红方有软杀伤优势，大约在3 min左右，红方的综合作战能力数值即和蓝方相当，数值约为 1 000，其软杀伤能力很快转化为综合作战能力；图 8 中红方无软杀伤优势，大约在4.5 min左右，红蓝双方综合作战能力数值才相等，数值约为940，软杀伤能力转化相对缓慢。图7综合作战能力指数变化（红方有软杀伤优势）以上仿真过程说明红方虽然最初综合作战能力处于劣势，但是凭借软杀伤优势，能够扭转不利局面，综合作战能力逐步赶上蓝方，最后战胜蓝方，可见软杀伤能力在情报对抗中处于关键地位。情报对抗中，具有软杀伤优势的一方，能够更快地将软杀伤能力转化为硬杀伤能力，取得以弱胜强、反败为胜的效果，提升综合作战能力。3结论情报对抗是信息化条件下作战的重要样式，同时也是战场仿真的重要内容，系统动力学为研究情报对抗建模仿真提供了科学可行的手段。该文建立的模型能够基本还原情报对抗的真实情况，仿真结果也证实了软杀伤能力是决定情报对抗胜负的关键因素。但是在实际作战中，战场环境非常复杂，模型中有诸多因素没有考虑，如敌方可能通过设置假目标、电子干扰等欺骗、伪装手段，对对手的情报能力实施蒙蔽、欺骗和干扰，降低对手作战效能，模型中对这种情况没有考虑，同时应该注意，信息化条件下情报对抗系统动力学模型具有开放性和独立性，应该随着作战理论的深入，不断进行模型的修改和完善。参考文献:1 赵冰峰,赵永廷.论情报的认知对抗本质J.情报杂志,2010,4:20.2 王其藩.系统动力学M.上海:上海财经大学出版社,2009.3 李培哲.产学研视角下高技术产业成长系统动力学研究J.复杂系统与复杂性科学,2020,17(2):76-85.4 党伟滔,王敏,荀烨,等.基于系统动力学的军需物资库存成本控制仿真J.军事交通学院学报,2020,22(9):45-51.5 叶丰,林金,程仙垒.基于系统动力学的反群体协同智能对抗技术研究C.第四届水下无人系统技术高峰论坛,2021:70-74.6 潘星,左督军,张跃东.基于系统动力学的装备体系贡献率评估方法J.系统工程与电子技术,图6蓝方舰船数量和损失率图8综合作战能力指数变化（红方无软杀伤优势）（下转第123页）-118(6):1929-1938.4 白鹭,李小婧,董理科,等.基于超声波法识别环网柜的局部放电类型研究J.电测与仪表,2020,57(11):42-48.5 蔡鋆,袁文泽,张轩瑞,等.基于特高频自感知的变压器局部放电检测方法J.高电压技术,2021,47(6):2041-2050.6 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