面向分布式弹性指控架构的防御体系动态运行机制研究

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2026.05.006

摘要/Abstract

摘要：

针对军事防御体系动态运行机制的弹性进行研究，从抗毁性和恢复性的角度分析理解弹性的概念，重点考虑弹性对于连续打击的情景下防御体系效能的影响。提出了防御体系在线杀伤链构建和杀伤网调整的弹性指标体系。设计了一种部分分布式指挥控制架构和防御体系动态弹性机制。设置了仿真实验，实现了防御体系动态弹性机制的实例化，并最终验证了研究和设计内容的可行性和有效性。

关键词: 弹性架构, 防御体系, 分布式指控, 杀伤网, 动态运行机制

Abstract:

This paper studies resilience of the dynamic operation mechanism of military defense systems， analyzes and understands the concept of resilience from the perspectives of invulnerability and recoverability， and focuses on the impact of resilience on the effectiveness of defense systems under continuous strike scenarios. A resilience indicator system is proposed for online kill chain construction and kill web reconfiguration of defense systems. A partially distributed command and control architecture and a dynamic resilience mechanism for defense systems are designed. Simulation experiments are conducted to instantiate the proposed dynamic resilience mechanism of defense systems. The feasibility and effectiveness of the research and design in this paper are verified.

Key words: resilient architecture, defense system, distributed command and control, kill web, dynamic operation mechanism

中图分类号:

TJ01

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图/表 24

表1 美军六层防空网组成的防空体系

Table 1 Air defense system composed of the U.S. military’s six-layer air defense network

层级	作战运用概念	主要对抗目标
第1层	远程预警、空间/高空监视、早期航迹建立	弹道导弹、高超声速/高速目标、远距空中目标
第2层	中远距拦截、编队/区域防空	战机、巡航导弹、部分战术弹道目标
第3层	机动部署、短程末端防空	低空/超低空目标、无人机、精确制导弹药
第4层	近距硬杀或定向能拦截	火箭弹、炮弹、迫击炮弹、小型无人机群
第5层	平台级告警、诱骗、有源/无源对抗	亚/超音速反舰/巡航导弹、末端突防目标
第6层	分布式、低成本传感器/射手补网、扩展覆盖	低速、低空、小RCS目标、饱和/蜂群目标

表2 网络中可能存在的边类型

Table 2 Types of edges that may exist in network

异质节点之间	同质节点之间
C-T	C-C
S-G	S-S
S-F	G-G
S-T	F-F
G-F	T-T
G-T
F-T
C-S
C-G
C-F

表3 本文建模考虑的边类型

Table 3 Types of edges considered in modeling

异质节点之间	同质节点之间
T-S	C-C
S-C	S-S
C-G	G-G
C-F
G-T
F-T

表4 节点之间的可达关系约束条件

Table 4 Reachability relation constraints between nodes

边类型	约束条件
T-S	a）目标节点与预警节点的距离小于预警节点探测距离；b）预警节点的节点负载未饱和
G-T	a）目标节点与制导节点的距离小于制导节点探测距离；b）制导节点的节点负载未饱和
F-T	a）目标节点与火力节点的距离小于火力节点打击距离；b）火力节点火力盈余不为零
S-C	a）两节点之间存在通信连接；b）两节点之间的通信连接的通信负载未饱和；c）两节点的节点负载未饱和
C-G
C-F
C-C
S-S
G-G

图1 集中式指挥控制架构

Fig. 1 Centralized command and control architecture

图2 部分分布式指挥控制架构

Fig. 2 Partially distributed command and control architecture

图3 文献［13］弹性概念示意图

Fig. 3 Liu’s concept of resilience［13］

图4 文献［25］弹性概念示意图

Fig. 4 Chen’s concept of resilience［25］

图5 多层次综合弹性指标体系

Fig. 5 Multi-level comprehensive resilience indicator system

图6 防御体系动态弹性机制示意图

Fig. 6 Dynamic resilience mechanism of defense system

图7 防御体系布局示意图

Fig. 7 Defense system layout

图8 防御体系低速有线通信拓扑关系示意图

Fig. 8 Topological relationships of low-speed wired communication in defense system

图9 防御体系高速无线通信拓扑关系示意图

Fig. 9 Topological relationships of high-speed wireless communication in defense system

图10 防御体系高速有线通信拓扑关系示意图

Fig. 10 Topological relationships of high-speed wired communication in defense system

表5 打击强度

Table 5 Strike strength

打击强度	打击波次	来袭目标总数
强度1	2	40
强度2	4	80
强度3	6	120
强度4	8	160
强度5	10	200

图11 来袭目标平均拦截率随来袭目标总数变化曲线图

Fig. 11 Change in average interception rate of incoming targets with total number of incoming targets

图12 弹药消耗平均值随来袭目标总数变化曲线图

Fig. 12 Change in average ammunition consumption with total number of incoming targets

图13 不同“架构-机制”下的节点平均存活率对比柱状图

Fig. 13 Comparison of average survival rates of nodes under different “architecture-mechanism” scenarios

图14 “部分分布式指挥控制架构+防御体系动态弹性机制” 组合下，不同打击策略下节点平均存活率对比柱状图

Fig. 14 Comparison of average survival rates of nodes under different strike strategies and combination of “partially distributed command and control architecture + dynamic resilience mechanism of defense system”

图15 “集中式指挥控制架构+静态机制”组合下，不同打击策略下节点平均存活率对比柱状图

Fig. 15 Comparison of average survival rates of nodes under different strike strategies and combination of “centralized command and control architecture + static mechanism”

表6 不同节点类型的平均度中心性

Table 6 Average centrality across node types

节点类型	平均度中心性
预警	0.25
指挥	0.50
火力	0.35
制导	0.30

图16 备份成本平均值随来袭目标总数变化曲线图

Fig. 16 Change in average backup cost with total number of incoming targets

图17 动态弹性机制下的拦截效果对比：部分分布式与完全分布式指控架构

Fig. 17 Interception performance comparison under dynamic resilience mechanism： partially vs. fully distributed command and control architectures

表7 通信开销对比

Table 7 Comparison of communication overhead

打击强度	打击波次	通信开销
部分分布式	2	60
部分分布式	4	120
部分分布式	6	180
部分分布式	8	240
部分分布式	10	300
完全分布式	2	1 421
完全分布式	4	2 924
完全分布式	6	4 312
完全分布式	8	5 915
完全分布式	10	7 320

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