以OODA理论分析战斗机作战能力提升的关键因素

　　1 OODA概述

　　OODA LOOP决策循环是由美国空军约翰·伯伊德（John Boyd）上校基于对抗性决策过程研究而提出的着名军事理论，对二战后的美军战术、战略思想产生了广泛而深远的影响。

　　OODA代表观察（Obser va tion）、定位（Orientation）、决策（Decision）和行动（Action），四个环节通过信息的传递和反馈构成闭环。这里，定位的意思是决策人在以往经验、认知水平和传统习惯等因素的基础上，对当前信息进行分析和判断，是整个环节中最重要的一步。伯伊德认为，人们的行为都能被看作遵循着不同层次、互相嵌套着的OODA循环，任何过程都可以借助OODA思想进行分解（见图1）【图1】

　　
　　依据OODA思想，战斗机的整个空战使用流程同样可视为一个大的OODA循环（见图2）。【图2】

　　
　　这里，观察和行动主要是技术手段，而定位和决策在传统空战中指跟飞行员个人素质和心理相关的过程。可以看到，这个OODA循环反映了战斗机全过程杀伤链的完成。

　　根据OODA思想，可以选取一些标志性的事件节点对整个作战过程进行划分，将飞机从发现敌方到完成攻击的整个战术过程离散为若干阶段，形成一个顺序、逐步积累优势的单向OODA链条。在任意时刻，飞机都必然处于OODA链的某一环节。遵循OODA基本框架，定义一个“单入口，单出口”的OODA过程模型，即从“未感知目标”进入，到“毁伤目标”退出的中远距杀伤链OODA模型，如表1所示，表中Ti表示杀伤链第i步。【表1】

　　
　　在空战中，谁先完成自己的OODA杀伤链，谁就获得了战斗胜利。因此，一次空战实质上即分解为2个目的：尽快完成自己的OODA杀伤链，及尽力滞止敌方的OODA杀伤链。双方交战的优势状态可由双方OODA杀伤链完成情况来反映。

　　每次仿真结束，整个作战过程通过OODA杀伤链时间历程图进行分析（见图3），横轴为时间，纵轴为OODA杀伤链的各阶段步骤。通过比较双方的优势积累过程，可以清晰地监测优势如何积累，并转化为最终胜利，从而诊断各自薄弱环节。战效评估和指标分解是正向的分析过程，在得到OODA杀伤链时间历程图后，以更快地完成OODA杀伤链作为评估出发点。

　　能力需求分析是逆向设计，需要从优势需求等级出发，逐步“截取”出一个个OODA阶段链环节，从后向前推导战术指标要求，进而求取技术指标需求。目前尚未归纳出适用性强的逆推办法，需要在论证中根据具体问题灵活选取。若逆推难以进行，则可先选取一个初步技术指标方案，采取不断仿真试凑的办法，去逼近所需战效要求。【图3】

　　
　　2 战斗机战术需求定量化分析

　　利用OODA分析方法，研究为形成对F-22战机“压倒性优势”而所需的先进战斗机作战能力。重点关注飞机速度和高度、飞机机动性等平台相关能力需求。

　　2.1 空战优势需求

　　为分析先进战斗机和F-22之间单机对抗的作战需求，首先需明确“压倒性优势”的含义。

　　参考先进战机“先敌发现，先敌开火，先敌命中”的作战需求设计思想，定义不同程度的空战优势等级（见表2）。【表2】

　　
　　选取判据1，即我机导弹摧毁敌机时，敌机尚未发现我机作为本轮战效分析的需求输入。

　　2.2 OODA杀伤链模型

　　关注只使用中距空-空导弹的一对一超视距作战，建立本轮作战使用分析的通用OODA杀伤链模型，作为先进战斗机和F-22一致遵循的作战使用分析规范（见表3）。【表3】

　　
　　2.3 计算条件与计算方法说明

　　（1）计算条件本轮分析中选取的计算条件见表4。【表4】

　　
　　（2）计算方法①飞机运动计算使用简单质点运动模型。②导弹建模采用AIM-120发动机和气动力数据，基于Simulink程序对导弹追踪目标的轨迹进行积分，以得到攻击射程。由于只考虑迎头或尾追攻击，运动轨迹为直线，模型中不包含导引律。经与实测AIM-120攻击包线数据对比验证，仿真计算精度误差较小，完全满足分析要求。③必要时，采用线性插值或外推方法扩展数据范围。

　　2.4 计算过程

　　为满足选取的空战优势需求，先进战斗机需领先开火，提前于F-22发射导弹。当双方导弹射程水平相当时，只有通过提高载机在发射导弹时的速度和高度来获取攻击距离的优势。对于我机导弹摧毁敌机时，敌机尚未发现我机的定量化作战需求，作战示意图如图4所示。【图4】

　　
　　整个作战过程的俯视图如图5所示。求解满足先进战斗机形成压倒性优势区域，核心是求出刚好满足判据1的边界线。通过设置不同的目标高度（先进战斗机机动后的期望高度），求出其机动完后的末速度。【图5】

　　
　　设先进战斗机机动完后与F-22形成的高度差为Δh，速度为v1；F-22的速度为v2，导弹飞行过程中的平均速度为vM，导弹飞行时间为t；导弹射程（攻击区）随飞机A速度变化函数为R（v1），BC段弦长为l，F-22对先进战斗机的探测距离为r，先进战斗机水平侧转加速度为g。判据1的极限情况，在C'点击中目标的同时，F-22刚好探测到先进战斗机，所以CC'=r，方程为【公式1】

    双机相同高度h1时，先进战斗机导弹射程随其速度变化函数R（v1）由simulink仿真程序拟合得到，不同高度的R（v1）由下述过程得到。该方法简单实用，与真实数据对比非常吻合。

　　假设飞机A所在高度为h1，飞机B所在高度为h2，h1＞h2，导弹发动机所存储能量（化学能）为E，飞机A导弹对飞机B的最大射程为s，平均阻力为 f。若双机同在高度h1时，飞机A导弹对飞机B的最大射程为s1，平均阻力为f1；若双机同在高度h2时，飞机A导弹对飞机B的最大射程为s2，平均阻力为f2。粗略估算由下述方程成立：（s1，f1，s2，f2可由拟合程序给出）【公式2】

　　
　　计算结果见图6。在图示标注的速度-高度区域内，先进战斗机能对F-22获取压倒性优势。该飞行包线区间即为先进战斗机的优势作战区间。【图6】

　　
　　2.5 不同参数的敏感度分析

　　（1）先进战斗机导弹射程的影响除了通过增加发射导弹时刻的平台高度、速度，以实现在更远的距离先敌开火，也可直接增加先进战斗机所携中距空-空导弹的最大射程来获取该优势。当中距空-空导弹的推力逐渐增大时，对先进战斗机作战高度和速度的要求也明显降低，见图7。在不同导弹推力条件下，先进战斗机在发射导弹时刻的速度、高度需处于曲线右方才能获取压倒性优势。【图7】

　　
　　（2）先进战斗机隐身能力的影响当先进战斗机的前向RCS水平由0.1 m2提升至0.01 m2时，会缩短F-22飞机对其探测距离，进而降低对其高度-速度的需求，见图8。【图8】

　　
　　3 结 论

　　OODA理论是一种非常有效的分析作战样式和手动模拟作战过程的工具。从第2节的结论分析得出（高度大于20 km时）飞机作战高度的提升对比速度的提升对飞机空战能力影响更为敏感。导弹性能和飞机的隐身能力同样能大幅度提升战机空战能力，这些都是值得重点关注的方向。

　　参 考 文 献
　　
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