C4ISR系統(tǒng)節(jié)點信息價值評估研究*

陳 政 李玉東 孔 捷 楊艷萍

(海軍裝備研究院 北京 100036)

1 引言

信息化戰(zhàn)爭中,戰(zhàn)爭勝負往往取決于敵我雙方對信息掌握的廣度和深度,可以說誰在戰(zhàn)爭中取得信息優(yōu)勢,誰就能主導(dǎo)戰(zhàn)爭。C4ISR系統(tǒng)正是為了爭奪信息優(yōu)勢而建立和發(fā)展起來的。在對C4ISR系統(tǒng)的不斷建設(shè)完善和研究過程中,對C4ISR系統(tǒng)的效能評估也越來越成為各國研究的熱點。

然而,C4ISR系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)龐大復(fù)雜,各類子系統(tǒng)功能各有不同。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)包含有極其繁雜的信息獲取、處理和交互行為,所涉及的大量元素難以被提取和量化,以至于目前對C4ISR系統(tǒng)效能還沒有標準的分析評估模型。本文立足于C4ISR系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的主要功能,從節(jié)點對信息的獲取、處理等行為方式的能力屬性出發(fā),針對節(jié)點所處理信息的價值建立指標體系進行評估,從而定量評估C4ISR系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點所包含的信息價值的重要程度。對C4ISR系統(tǒng)節(jié)點的信息價值評估,可以有效的掌握系統(tǒng)節(jié)點對所涉及信息的處理程度;在這個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi),則可以直觀地了解到系統(tǒng)信息資源的分布。節(jié)點的信息價值評估值不僅可以對系統(tǒng)節(jié)點建設(shè)提供參數(shù)支持,還可以運用于輔助決策過程,并對C4ISR網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的效能評估提供有利的參考。

2 建立評估指標體系

C4ISR系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)中流通著大量的信息,這些信息種類繁多,功能不一。其流通方式也由于不同的類型而各有區(qū)別。通過對信息時代下C4ISR過程(如圖1所示)[1]的分析,可以在宏觀上對該過程有一個總體的認識:戰(zhàn)場感知節(jié)點的信息被決策節(jié)點理解后,由后者產(chǎn)生指令作用于作戰(zhàn)管理節(jié)點,使其在作戰(zhàn)環(huán)境中發(fā)生作用。整個信息系統(tǒng)則連接著這些部分,使信息在這些節(jié)點間流通。隨著信息柵格技術(shù)的出現(xiàn),該信息系統(tǒng)的功能將被擴大至能按需地向指揮人員、戰(zhàn)斗人員和支持人員提供所需要的信息[2]。所以,可以得出網(wǎng)絡(luò)中信息的核心流程如圖2所示。C4ISR網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點相互間流通的信息類型主要劃分為偵查探測、指揮控制和態(tài)勢共享三類。

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展,感知、決策和作戰(zhàn)節(jié)點之間的界限越來越模糊?，F(xiàn)代C4ISR網(wǎng)絡(luò)中,更多的情況是一個節(jié)點集這三項功能于一身。通過對節(jié)點獲取、存儲、處理這三類信息的能力進行考察,以此為基礎(chǔ)建立信息價值評估指標體系進行定量評估,就能夠較準確的綜合反映該節(jié)點所處理信息的價值重要程度。于是,將偵查探測、指揮控制、態(tài)勢共享作為對節(jié)點信息價值評估的一級指標,在經(jīng)過對系統(tǒng)指標體系[3～4]和評估過程[5]的分析研究后,得出多層次評估指標體系如圖3所示。

圖3 節(jié)點信息價值指標體系

3 指標元素分析與評估方法

3.1 指標體系中指標元素的分析

偵查探測指標反映了節(jié)點所獲取偵查探測信息的價值重要程度。它的下級指標中包含有探測能力、實時性、置信度和情報信息容量。

1)探測能力:指節(jié)點進行偵查探測活動中,獲取信息的能力。它與探測范圍(可以分為地域、空域、頻域)、探測精度(指獲取信息的類型,如無線電信號、圖像、視頻、傳感器值信息等)有關(guān)。

2)實時性:指偵查探測到可能目標后識別處理并按程序響應(yīng)的時間延遲。

3)置信度:指偵查探測到可能目標信息后確定其為有效信息的可信程度。它與節(jié)點的偵查探測識別能力、漏警率、虛警率有關(guān)。

4)情報信息容量:該節(jié)點所掌握情報信息的數(shù)據(jù)量,它反映了該節(jié)點偵查探測的規(guī)模。

指揮控制指標反映了節(jié)點所掌握指揮控制信息的價值重要程度。它與該節(jié)點威脅識別能力、決策能力、響應(yīng)時間和指控信息容量有關(guān)。

1)威脅識別能力:指該節(jié)點在已有信息基礎(chǔ)上正確判斷目標意圖的能力。

2)決策能力:指節(jié)點針對戰(zhàn)場情報態(tài)勢進行指揮決策的能力。它與節(jié)點的輔助決策能力(依據(jù)計算機程序輔助技術(shù)進行決策)、主動決策(依據(jù)指揮人員的個人或團隊能力進行決策)、決策級別(進行指揮決策的指令效力,當然也可以看作指揮控制的規(guī)模)有關(guān)。

3)響應(yīng)時間:指某批情報態(tài)勢信息生成后被決策部門獲取并形成決策的延時,它與信息獲取時滯和決策生成時滯有關(guān)。

4)指控信息容量:指該節(jié)點所掌握指控信息的數(shù)據(jù)量,它反映了該節(jié)點指揮控制的規(guī)模。

態(tài)勢共享指標反映了節(jié)點所掌握態(tài)勢共享信息的價值重要程度。它與節(jié)點的信息融合水平、態(tài)勢評估能力、信息類型、信息容量有關(guān)。

1)信息融合水平:指將不同情報態(tài)勢信息進行綜合形成統(tǒng)一的綜合信息的能力。它與信息融合的層次[6](分別為像素級、特征級和決策級)、知識儲備、處理速度有關(guān)。

2)態(tài)勢評估能力:指節(jié)點根據(jù)已有的各種信息對戰(zhàn)場上敵我友各方及戰(zhàn)場環(huán)境的綜合態(tài)勢的預(yù)測能力。

3)信息類型:指節(jié)點所掌握態(tài)勢信息的類型情況,如:如無線電信號、圖像、視頻、數(shù)值信息等。

4)信息容量:指該節(jié)點所掌握態(tài)勢共享信息的數(shù)據(jù)量,它反映了該節(jié)點共享態(tài)勢的規(guī)模。

3.2 基于加權(quán)計算的評估方法

如圖3所示,定義節(jié)點信息價值為E,一級指標為 Ai,二級指標為Bij,其中1≤i≤m,1≤j≤n,i表示第i個一級指標,j表示在一級指標Ai下的第j個二級指標,m為一級指標的個數(shù),n為某一級指標下二級指標的個數(shù)。

這里采用模糊綜合評價法[7]和功效函數(shù)法的思想來確定指標體系中指標的評價值。對于客觀和便于定量的指標劃分不同級別的量化評價區(qū)間,根據(jù)指標實際數(shù)據(jù)確定評價值。而對于不易量化的指標則通過專家打分法來確定其指標值。這樣對各指標建立多階評價集,根據(jù)其優(yōu)劣程度給出相應(yīng)的評價值,可以較好地利用節(jié)點能力屬性,同時充分考慮專家知識和經(jīng)驗,并能較方便的對各種量綱的指標評判出歸一化的評價值。

設(shè)由q個評價結(jié)果組成的評價值向量為

U=(u1,u2,u3,…,uq)(q的值根據(jù)不同指標取值也不同)

1)對于客觀和便于量化的指標:

若實際值在區(qū)間兩端,則評價值直接取為u1或uq。

2)對于不易于量化的指標:

則可由專家組針對每一個待評指標給出評分向量:

其中p為專家人數(shù)。這里可以采用去除最高分和最低分后算數(shù)平均的方法求平均評價值,也可以直接對Vij中各元素求算數(shù)平均得到平均評價值。我們采用后者,可以得到對每個二級指標的評價值:

這樣可以得到二級指標評價值向量(對于部分包含三級指標因素的指標,由三級指標因素評價值加權(quán)求和得到二級指標評價值,三級指標的權(quán)重由專家討論得出):

接下來,確定各級指標針對上級指標的權(quán)重分配。采用判斷矩陣法,該方法通過定量地判斷同層次各評估指標之間的兩兩相對重要性,對判斷結(jié)果進行綜合計算處理,最后得出各評估指標的權(quán)重。這種方法簡化了人的主觀判斷過程,降低了主觀因素的不穩(wěn)定性,保證了所得結(jié)果的準確性和科學(xué)性。其主要步驟可分為:首先根據(jù)指標層次結(jié)構(gòu)對各個上級指標下同層次的因素兩兩比較得到判斷矩陣;第二,對判斷矩陣進行邏輯一致性檢驗;第三、計算權(quán)重向量。

通過計算得到二級指標的權(quán)重向量:

這樣,通過向量乘法后可得到第i個指標的評價值:

4 信息價值評估定量計算

4.1 評估值計算

以指標體系中探測能力B11為例。探測能力主要考慮探測范圍和探測精度兩個因素,由相關(guān)專家給出其多極量化評價區(qū)間:

?探測范圍:1)非衛(wèi)星探測以探測點到目標的直線距離計算,分為[0,10),[10,50),[50,100),[100,240),[240,—)5個區(qū)間,單位 km,量化賦值分別為2,4,6,8,10。

2)衛(wèi)星探測以有效覆蓋地表面積計算,分為[0,30),[30,100),[100,200),[200,500),[500,—)這5個區(qū)間,單位為萬平方公里,量化賦值分別為2,4,6,8,10。

?探測精度:分為視頻,圖像,無線電信號和傳感器信號4種,量化賦值分別為9,7,5,3。包含多種類型則以賦值高的為準。

由專家經(jīng)驗,這兩個因素的評估權(quán)重分別為0.6和0.4。

若某節(jié)點采用雷達無線電方式進行探測偵查,探測距離為120km,則根據(jù)式(1)可得:

4.2 指標權(quán)重的計算

使用判斷矩陣法來確定二級指標的權(quán)重。引入9級標度如表1所示。

表1 比較矩陣標度

經(jīng)過專家判斷,對二級指標進行兩兩比較,得到A1的二級指標的比較矩陣:

求解其最大特征值的特征向量即權(quán)重向量,在精確度要求不高的情況下可以采用近似算法,一般有方根法、合積法、特征根法、最小二乘法等。這里采用合積法計算,可以得到:

偵查探測A1的二級指標的權(quán)重向量:

重復(fù)上述過程,同樣可以得到指揮控制 A2和態(tài)勢共享A3的下層指標權(quán)重向量:以及一級指標間權(quán)重向量

通過以上的計算,得到了指標的評價值以及各級指標間的權(quán)重關(guān)系,就可以運用公式(3),得到A1,A2,A3的加權(quán)評估值:

5 結(jié)語

本文通過對C4ISR系統(tǒng)過程及其信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點功能的分析,提出了針對節(jié)點信息價值評估的多層指標體系,并對其低級指標的相關(guān)因素進行了分析。最后,對分配權(quán)重的指標體系的模糊綜合評估給出了公式計算,提出了定量評估C4ISR系統(tǒng)節(jié)點信息價值重要程度的方法。當然,對C4ISR系統(tǒng)節(jié)點信息效能的分析評估除了需要對靜態(tài)信息價值要定量計算外,更需要對基于信息流通特征的動態(tài)效能的評估。其評估過程將更加深入和復(fù)雜,希望本文能夠為其后的研究提供較好的參考。

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