基于知识推理的杀伤网智能设计方法

doi:10.12382/bgxb.2022.1077

摘要/Abstract

摘要：

针对现有杀伤网设计对人的经验依赖性强、智能化程度低的问题,提出一种基于知识推理的杀伤网智能设计方法。基于OODA循环理论构建作战任务-作战能力-武器装备多层级杀伤网本体,实现杀伤网设计静态知识建模;构建任务-能力-装备映射规则、装备协同规则和杀伤链协同规则3类杀伤网设计规则库,实现杀伤网设计动态知识建模;在静态知识和动态知识的基础上提出一个基于知识推理的杀伤网智能设计流程框架,同时定义了时间链、精度链和成本链3个杀伤链评估指标,以实现动态战场下的杀伤网快速智能设计。在某体系对抗仿真推演平台上,以防空反导作战体系执行典型防空反导任务为案例,验证了所提方法的有效性。

关键词: 杀伤网, 本体, 推理, OODA循环

Abstract:

A knowledge reasoning-based intelligent design method of kill-web is proposed for the problems of strong dependence on human experience and low intelligence in the design of kill-web. Based on the OODA theory, a multi-level kill-web ontology including combat mission-combat capability-wWeapon equipment is constructed to model the static knowledge related to kill-web design. Three types of kill-web design rule bases, namely mission-capability-equipment mapping rule, equipment coordination rule and kill chain coordination rule, are constructed to model the dynamic knowledge related to kill-web design. Based on static knowledge and dynamic knowledge, a knowledge reasoning-based intelligent design process framework of kill-web is proposed, in which three kill-chain evaluation metrics of time, precision and cost are defined in order to quickly and intelligently design a kill-web in actual combat situations. Taking the air defense and anti-missile system of systems as an example the effectiveness of the proposed method is verified on a simulation platform.

Key words: kill-web, ontology, reasoning, OODA loop

中图分类号:

E917

万斯来, 王国新, 明振军, 阎艳, 郝佳. 基于知识推理的杀伤网智能设计方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(4): 1025-1037.

WAN Silai, WANG Guoxin, MING Zhenjun, YAN Yan, HAO Jia. Knowledge Reasoning-based Intelligent Design Method of Kill-web[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(4): 1025-1037.

图/表 31

参考文献 26

[1]	陈登, 陈楚湘, 周春华. 基于OODA环的杀伤网节点重要性评估[J]. 兵工学报, 2024, 45(2): 363-372. doi: 10.12382/bgxb.2022.0623
	CHEN D, CHEN C X, ZHOU C H. Importance evaluation of kill network nodes based on OODA loop[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(2):363-372. (in Chinese) doi: 10.12382/bgxb.2022.0623
[2]	WANG L Y, CHEN L B, LI M H, et al. Decision-making control in military combat system of systems: a prospect theory approach[C]// Proceedings of the 2022 8th International Conference on Big Data and Information Analytics. Guiyang, China: IEEE, 2022: 41-47.
[3]	SMITH R M. Using kill-chain analysis to develop surface ship CONOPs to defend against anti-ship cruise missiles[D]. Monterey, CA, US: Naval Postgraduate School, 2010.
[4]	唐毓燕, 李芳芳, 张振宇, 等. 美国弹道导弹防御系统中的杀伤链与杀伤网解析[J]. 现代防御技术, 2023, 51(1): 1-10. doi: 10.3969/j.issn.1009-086x.2023.01.001
	TANG Y Y, LI F F, ZHANG Z Y, et al. Analysis of kill chain and kill-web in American ballistic missile defense system[J]. Modern Defense Technology, 2023, 51(1): 1-10. (in Chinese)
[5]	IONIŢǍ C C. World military high-tech competition to implement the mosaic warfare concept[J]. Strategic Impact, 2021, 4(81): 7-22.
[6]	王小军, 张修社, 胡小全, 等. 基于杀伤链感知的动态可重构作战体系结构[J]. 现代导航, 2020, 11(4): 235-243.
	WANG X J, ZHANG X S, HU X Q, et al. Dynamic reconfigurable combat architecture based on kill-chain awareness[J]. Modern Navigation, 2020, 11(4): 235-243. (in Chinese)
[7]	夏博远, 杨克巍, 杨志伟, 等. 基于杀伤网评估的装备组合多目标优化[J]. 系统工程与电子技术, 2021, 43(2): 399-409. doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2021.02.15
	XIA B Y, YANG K W, YANG Z W, et al. Multi-objective optimization of equipment combination based on kill-web evaluation[J]. Systems Engineering and Electronics, 2021, 43(2): 399-409. (in Chinese)
[8]	WANG L Y, CHEN L B, YANG Z W, et al. A prospect-theory-based operation loop decision-making method for kill web[J]. Mathematics, 2022, 10(19): 3486.
[9]	杨争争, 白浩, 侯勇. 陆战场杀伤网模型与资源优化初探[J]. 火炮发射与控制学报, 2022, 43(5): 49-53.
	YANG Z Z, BAI H, HOU Y. Preliminary study on model and resource optimization of battlefield kill-web[J]. Journal of Artillery Launch and Control, 2022, 43(5): 49-53. (in Chinese)
[10]	向南, 豆亚杰, 姜江, 等. 马赛克战概念下作战模块应急重构自主决策[J]. 指挥与控制学报, 2020, 6(3): 223-228.
	XIANG N, DOU Y J, JIANG J, et al. Operational module emergency reconstruction autonomous decision based on mosaic warfare concept[J]. Journal of Command and Control, 2020, 6(3): 223-228. (in Chinese)
[11]	刘畅, 张雪松. 基于立体网络模型的机群杀伤链架构与规划研究[J]. 中国电子科学研究院学报, 2021, 16(5): 468-479.
	LIU C, ZHANG X S. Research on the architecture and planning of group kill-chain based on stereoscopic network model[J]. Journal of China Academy of Electronics Science, 2021, 16(5): 468-479. (in Chinese)
[12]	王梦, 杨松, 李小波, 等. 基于可执行架构的杀伤链设计与分析优化方法[J]. 系统仿真技术, 2021, 17(3): 169-174.
	WANG M, YANG S, LI X B, et al. Design and analysis optimization method of kill-chain based on executable architecture[J]. System Simulation Technology, 2021, 17(3): 169-174. (in Chinese)
[13]	陈清霖, 田鸿堂, 王鹏, 等. 基于“OODA”环的分布式协同作战武器编配方案[J]. 兵工学报, 2021, 42(8): 1780-1788.
	CHEN Q L, TIAN H T, WANG P, et al. Distributed cooperative warfare weapon allocation scheme based on “OODA” ring[J]. Acta Armamentarii, 2021, 42(8): 1780-1788. (in Chinese)
[14]	葛冰峰, 李际超, 赵丹玲, 等. 基于元路径的武器装备体系作战网络链路预测方法[J]. 系统工程与电子技术, 2019, 41(5): 1028-1033. doi: 10.3969/j.issn.1001-506X.2019.05.14
	GE B F, LI J C, ZHAO D L, et al. Combat web link prediction method of weapon equipment system based on meta path[J]. System Engineering and Electronics, 2019, 41(5): 1028-1033. (in Chinese)
[15]	BURNS G R, COLLIER R T, CORNISH R J, et al. Evaluating artificial intelligence methods for use in kill-chain functions[D]. Monterey, CA, US: Naval Postgraduate School, 2021.
[16]	JOHNSON B, GREEN J M, BURNS G, et al. Mapping artificial intelligence to the naval tactical kill-chain[J]. Naval Engineers Journal, 2023, 135(1): 155-166.
[17]	SHI H Q, HE B, LIANG J, et al. Modeling technology of naval formation area antiaircraft kill web based on event graph[C]// Proceedings of the 2022 9th International Conference on Dependable Systems and Their Applications. Urumqi, China: IEEE, 2022: 353-359.
[18]	GRUBER T R. A translation approach to portable ontology specifications[J]. Knowledge Acquisition, 1993, 5(2): 199-220.
[19]	HARMAN G. Knowledge, inference, and explanation[J]. American Philosophical Quarterly, 1968, 5(3): 164-173.
[20]	RICHARDS C. Boyd's OODA loop[J]. Necesse, 2020, 5(1): 142-165.
[21]	郭雷平, 段文博, 刘宇, 等. 基于OODA环的合成部队光电装备作战效能评估[J]. 兵工学报. 2022, 43(增刊1): 177-182.
	GUO L P, DUAN W B, LIU Y, et al. Combat effectiveness evaluation of synthetic army opto-electronic equipment based on OODA ring[J]. Acta Armamentarii, 2022, 43(S1): 177-182. (in Chinese)
[22]	ALLEMANG D, HENDLER J. Semantic web for the working ontologist: effective modeling in RDFS and OWL[J]. Semantic Web for the Working Ontologist, 2011, 14(3):343-346.
[23]	HE Q, LING T W. An ontology based approach to the integration of entity-relationship schemas[J]. Data & Knowledge Engineering, 2006, 58(3): 299-326.
[24]	KALIBATIENE D, VASILECAS O. Survey on ontology languages[C]// Proceedings of International Conference on Business Informatics Research. Berlin, Heidelberg: Springer, 2011: 124-141.
[25]	林旺群, 汪淼, 王伟, 等. 知识图谱研究现状及军事应用[J]. 中文信息学报, 2020, 34(12): 9-16.
	LIN W Q, WANG M, WANG W, et al. Research status and military application of knowledge map[J]. Chinese Information Journal, 2020, 34(12): 9-16. (in Chinese)
[26]	WANG Y F, WANG T, WANG J H, et al. Military chain: construction of domain knowledge graph of kill chain based on natural language model[J]. Mobile Information Systems, 2022, 2022: 7097385.

核心类	定义
作战任务	作战任务是指杀伤网为了实现作战目标需要完成的各种任务的统称,包括观察、判断、决策、行动等一系列任务。
作战能力	作战能力是指武器装备执行作战任务的本领,是武器装备体系的固有属性,与武器装备的型号、战技指标等有关。
武器装备	武器装备是指为遂行一定的作战任务,具有一定作战功能的装备系统,是杀伤网的最小组成功能要素。
战场态势	战场态势是指战场中兵力分布及战场环境的当前状态和发展变化趋势。
作战需求	作战需求是指在一定的时期,为完成可能担负的作战任务,对武装力量建设的基本要求。

核心类	定义
作战任务	作战任务是指杀伤网为了实现作战目标需要完成的各种任务的统称,包括观察、判断、决策、行动等一系列任务。
作战能力	作战能力是指武器装备执行作战任务的本领,是武器装备体系的固有属性,与武器装备的型号、战技指标等有关。
武器装备	武器装备是指为遂行一定的作战任务,具有一定作战功能的装备系统,是杀伤网的最小组成功能要素。
战场态势	战场态势是指战场中兵力分布及战场环境的当前状态和发展变化趋势。
作战需求	作战需求是指在一定的时期,为完成可能担负的作战任务,对武装力量建设的基本要求。

类别	定义	实例示例
侦察装备	表示侦察监视类单元平台,承担发现、搜集作战空间信息参数并回传的任务。	侦察卫星、预警飞机、侦察飞机、防空雷达
指控装备	表示各类指控机构,是杀伤网的核心,对一切军事活动执行决策。	联合作战指控中心、舰艇编队指控中心
打击装备	表示可执行杀伤和击毁任务的单元平台,在指挥节点的指令和传感节点的信息传输下,对敌方目标进行干扰或攻击。	空空导弹、舰空导弹、地空导弹、反辐射导弹

类别	定义	实例示例
侦察装备	表示侦察监视类单元平台,承担发现、搜集作战空间信息参数并回传的任务。	侦察卫星、预警飞机、侦察飞机、防空雷达
指控装备	表示各类指控机构,是杀伤网的核心,对一切军事活动执行决策。	联合作战指控中心、舰艇编队指控中心
打击装备	表示可执行杀伤和击毁任务的单元平台,在指挥节点的指令和传感节点的信息传输下,对敌方目标进行干扰或攻击。	空空导弹、舰空导弹、地空导弹、反辐射导弹

类别	属性
武器装备	装备标识、装备分类、装备名称、装备简称、装备经度、装备纬度、装备海拔、装备速度、装备状态等
打击装备	目标类型、最大射程、最小射程、毁伤值、毁伤半径、响应耗时、波次打击数量、再装填耗时、目标最大速度、飞行速度、爬升速度、目标最小高度、目标最大高度、最小发射高度、最大发射高度、飞行高度、命中率、毁伤率、造价等
指控装备	评估耗时、单次评估数量、评估区域、通信带宽、通信功率、中继延迟
侦察装备	目标类型、探测距离、方位覆盖区、俯仰覆盖区、最大搜索目标数量、侦察精度(距离分辨误差、俯仰角分辨误差、方位角分辨误差)、侦察时间间隔等