海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知能力定量分析

聶 忠，黃高明，李仙茂

（海軍工程大學(xué)，武漢430033）

0 引 言

隨著賽博作戰(zhàn)理論和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，賽博空間已經(jīng)被視為與陸、海、空、天域相互支持、相互依賴的第五維戰(zhàn)斗域。海戰(zhàn)場上，占據(jù)賽博空間優(yōu)勢的一方，將最終實(shí)現(xiàn)“賽博優(yōu)勢—信息優(yōu)勢—決策優(yōu)勢—競爭優(yōu)勢”，而過硬的海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知能力是獲取賽博優(yōu)勢的必要條件，它為海上賽博作戰(zhàn)提供行動依據(jù)和情報(bào)保障。深入分析海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知能力的構(gòu)成和度量方法，一方面可以對海戰(zhàn)場各方態(tài)勢感知能力強(qiáng)弱有初步認(rèn)識，另一方面也可以發(fā)現(xiàn)具體操作過程中的薄弱環(huán)節(jié)，為態(tài)勢感知能力建設(shè)提供理論上的指導(dǎo)。

1 海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知能力構(gòu)成

1.1 海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知任務(wù)

海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知的基本任務(wù)是為指揮員提供全面、高效的賽博空間態(tài)勢信息，做到知己知彼，進(jìn)而定下及時(shí)、正確的指揮決策。它包括偵察和監(jiān)視海戰(zhàn)場內(nèi)所有的賽博目標(biāo)（電磁目標(biāo)和網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)）；偵察和監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)中的信息流，包括其內(nèi)容、目的及危險(xiǎn)程度；評估海戰(zhàn)場內(nèi)各方賽博空間漏洞；評估海戰(zhàn)場內(nèi)各方賽博能力及賽博作戰(zhàn)意圖；預(yù)測海戰(zhàn)場內(nèi)各方下一步的賽博行動及其效果；預(yù)測海戰(zhàn)場內(nèi)各方賽博能力降級的效果及對任務(wù)的影響。

1.2 海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知能力構(gòu)成

海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知的實(shí)質(zhì)是將海戰(zhàn)場真實(shí)態(tài)勢通過各種傳感器和一定的態(tài)勢處理方法傳輸至各級用戶。整個(gè)過程要經(jīng)歷感知、理解和預(yù)測3個(gè)步驟，其中感知是信息從物理域到信息域的流動，體現(xiàn)為信息域能力；理解和預(yù)測是信息從信息域到認(rèn)知域的流動，體現(xiàn)為認(rèn)知域能力，其具體能力構(gòu)成可以用圖1表示。

圖1 態(tài)勢感知能力構(gòu)成圖

2 海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知能力度量

海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知能力的度量涉及信息域和認(rèn)知域。信息域中主要衡量感知層輸出的態(tài)勢與戰(zhàn)場真實(shí)態(tài)勢的一致程度［1］，認(rèn)知域中主要衡量態(tài)勢處理人員和輔助決策基礎(chǔ)設(shè)施的理解預(yù)測能力。目前研究信息域度量方法的文章較多［2－7］，而研究認(rèn)知域度量方法的文章則相對少些。本文采用解析法對信息域和認(rèn)知域能力分別進(jìn)行度量，然后綜合得到態(tài)勢感知的總體能力。

一般來講，無論是戰(zhàn)場真實(shí)態(tài)勢還是相對應(yīng)的感知層輸出態(tài)勢，都可以用目標(biāo)數(shù)量、目標(biāo)屬性、目標(biāo)時(shí)間三要素來描述。因此，賽博空間態(tài)勢感知信息域能力的度量可以通過構(gòu)建相關(guān)指標(biāo)來衡量兩者之間三個(gè)要素吻合程度的方法來進(jìn)行。認(rèn)知域能力主要由人員素質(zhì)、人員參戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)、人員對態(tài)勢處理輔助基礎(chǔ)設(shè)施的熟悉程度等主觀因素決定，很難做定量分析，可以采用德爾菲法來度量。

2.1 信息域能力的度量

對應(yīng)于目標(biāo)數(shù)量、目標(biāo)屬性、目標(biāo)時(shí)間戰(zhàn)場三要素的衡量指標(biāo)分別為完備性、精確性、時(shí)效性，下面分別對這3個(gè)指標(biāo)作定量的分析。

（1）完備性

在規(guī)定任務(wù)區(qū)域內(nèi)，存在敵方、我方、不明方、友方的不同數(shù)量目標(biāo)，而完備性則用于衡量感知的目標(biāo)敵我性質(zhì)、數(shù)量等信息與戰(zhàn)場客觀態(tài)勢相吻合的程度。賽博空間有著區(qū)別于陸、海、空、天域的特點(diǎn)，如不穩(wěn)定性、無界性、高速性，它是不斷變化的，一些目標(biāo)僅在短時(shí)間內(nèi)存在，這對賽博空間態(tài)勢感知的完備性是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

假設(shè)在T時(shí)刻，有情報(bào)信息表明艦艇V周圍a海里范圍內(nèi)實(shí)際存在NT個(gè)賽博目標(biāo)，其中敵方ET個(gè)，我方MT個(gè)，不明方UT個(gè)，友方FT個(gè)，而賽博感知態(tài)勢中正確感知了其中的N′T個(gè)，其中敵方E′T個(gè)，我方M′T個(gè)，不明方U′T個(gè)，友方F′T個(gè)，則T時(shí)刻態(tài)勢感知的完備性CT可定義為：

式中：α1，α2，α3，α4依次為敵方、我方、不明方、友方賽博目標(biāo)在態(tài)勢感知完備性中所占權(quán)重。

（2）精確性

同一賽博目標(biāo)有多個(gè)屬性，可以用多種特征參數(shù)來描述，如目標(biāo)位置、頻率、在網(wǎng)絡(luò)中的地位、平臺類型、裝載賽博飛機(jī)種類等等，精確性指標(biāo)則是衡量感知的特征參數(shù)與戰(zhàn)場目標(biāo)實(shí)際的特征參數(shù)相吻合程度。這些特征參數(shù)中，一部分是量化的，如目標(biāo)位置、頻率等；一部分是非量化的，如在網(wǎng)絡(luò)中的地位、平臺類型等。對于量化的特征參數(shù)，可以用感知特征參數(shù)與實(shí)際特征參數(shù)接近的程度來量度，對于非量化的特征參數(shù)，可以做量化處理，而后對兩者進(jìn)行綜合，形成最終的精確度。

假設(shè)T時(shí)刻，目標(biāo)i的n個(gè)特征參數(shù)為［x1，x2，…，xn］，感知到的特征參數(shù)為［y1，y2，…，yn］，其中前p個(gè)為量化參數(shù)，則T時(shí)刻第l（l＜p）個(gè)量化參數(shù)的度量可表示為：

式中：RlT為感知到的目標(biāo)i的第l個(gè)量化參數(shù)與實(shí)際的該量化參數(shù)的接近程度。

后n－p個(gè)為非量化參數(shù)，此時(shí)可依據(jù)目標(biāo)感知屬性與真實(shí)屬性的接近程度定義相似矩陣。以賽博目標(biāo)的平臺類型為例，設(shè)戰(zhàn)場真實(shí)的平臺類型為驅(qū)逐艦，當(dāng)感知的平臺類型為驅(qū)逐艦時(shí)，完全一致，則接近程度為1；當(dāng)感知的平臺類型為護(hù)衛(wèi)艦時(shí)，依據(jù)排水量、作戰(zhàn)使命、航速等參數(shù)判斷其接近程度為0.8，感知屬性與真實(shí)屬性相差越大則其接近程度越低。按照上述思想，可以得出平臺類型相似表，如表1所示。

依此，還可定義諸如賽博飛機(jī)相似矩陣、網(wǎng)絡(luò)地位相似矩陣等等，對于非量化參數(shù)的接近程度QmT（p＜m≤n）則可以通過查相似表得到。

表1 平臺類型相似表

目標(biāo)i的精確性度量結(jié)果可以表示為：

式中：β1，β2，…，βn為權(quán)重，所有目標(biāo)的精確性結(jié)果為：

（3）時(shí)效性

賽博空間的作戰(zhàn)機(jī)會轉(zhuǎn)瞬即逝，因此，時(shí)效性是衡量態(tài)勢感知能力的重要指標(biāo)。如果從戰(zhàn)場態(tài)勢到感知態(tài)勢的時(shí)間延遲Δt為0，則時(shí)效性最好，此時(shí)時(shí)效性指標(biāo)ET＝1，如果時(shí)間延遲Δt太大，則無論完備性、精確性有多好，態(tài)勢感知已毫無作戰(zhàn)意義，此時(shí)時(shí)效性指標(biāo)ET＝0，從這一角度出發(fā)，可定義T時(shí)刻的時(shí)效性函數(shù)ET為：

式中：T1，T2，…，Tn為根據(jù)不同作戰(zhàn)任務(wù)、不同作戰(zhàn)對象、不同作戰(zhàn)階段等具體情況而設(shè)定的臨界值點(diǎn)；b1，b2，…，bn為 Δt在對應(yīng)的時(shí)間區(qū)間段時(shí)，時(shí)效性函數(shù)的取值，且1＞b1＞b2＞…＞bn＞0。

2.2 認(rèn)知域能力G的度量

認(rèn)知域能力的度量涉及到對賽博空間態(tài)勢信息的理解和預(yù)測，它是一個(gè)無形的復(fù)雜領(lǐng)域，很難對其作定量分析。這里采用德爾菲法確定影響理解和預(yù)測能力的指標(biāo)及其權(quán)重，據(jù)此對賽博空間態(tài)勢感知認(rèn)知域能力進(jìn)行度量。德爾菲法的步驟如圖2所示。

其具體實(shí)施過程如下：

圖2 德爾菲法的步驟

（1）選擇研究課題。海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知能力分為信息域能力和認(rèn)知域能力，其中認(rèn)知域能力取決于諸多因素，如作戰(zhàn)人員的受教育水平、專業(yè)素質(zhì)、輔助基礎(chǔ)設(shè)施質(zhì)量等，且受人為因素的影響較大，所以德爾菲法是研究“海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知認(rèn)知域能力”的合理方法。

（2）組織應(yīng)答專家。賽博作戰(zhàn)態(tài)勢感知涉及雷達(dá)、通信、電子對抗、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的知識，因此選擇了各領(lǐng)域的專家共25人，其中雷達(dá)、電子對抗領(lǐng)域的專家各2人，通信、電子對抗、網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的專家各7人。

（3）設(shè)計(jì)調(diào)查表。本次調(diào)查主要研究以下問題：您認(rèn)為海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知認(rèn)知域能力的影響因素有哪些？各影響因素所占權(quán)重是多大？

（4）組織專家答詢并實(shí)行多次反饋。在第一輪咨詢基礎(chǔ)上，對該問題可總結(jié)為15個(gè)影響因素，將這些影響因素設(shè)計(jì)成表格，再進(jìn)行第二輪咨詢。第二輪咨詢過后，可總結(jié)為12個(gè)影響因素，然后設(shè)計(jì)成表，對各影響因素的相對重要性打分。

（5）最后結(jié)果處理。處理結(jié)果如表1，其中1～20分別表示第1～20位專家，對應(yīng)的值為每位專家對各影響因素的評分，評分區(qū)間為0～100，然后對評分結(jié)果做歸一化處理，即得到各影響因素的權(quán)重。

值得指出的是，可以根據(jù)不同的作戰(zhàn)任務(wù)和作戰(zhàn)對象，對影響因素進(jìn)行重新調(diào)整。另外，各影響因素的值為小于1的量值，對于類似“專業(yè)性等級”和“實(shí)用性等級”這樣非量化的影響因素，可以定義相關(guān)函數(shù)來進(jìn)行量化，如：

式中：e1，e2，…，en為各影響因素對應(yīng)等級的取值，且e1＝1，en＝0，e1＞e2＞ … ＞en。

綜合可得出認(rèn)知域能力的度量公式為：

表2 認(rèn)知域能力度量表

2.3 綜合態(tài)勢感知能力AT的度量

得出信息域與認(rèn)知域能力的定量結(jié)論后，可以在此基礎(chǔ)上綜合得到態(tài)勢感知能力的計(jì)算方法，即：

式中：μ1，μ2，μ3分別為完備性、準(zhǔn)確性與時(shí)效性指標(biāo)的權(quán)重。

3 結(jié)束語

未來海上作戰(zhàn)，賽博空間優(yōu)勢的爭奪將異常激烈，賽博作戰(zhàn)武器裝備和戰(zhàn)技法也將得到迅速發(fā)展，海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知作為海上賽博戰(zhàn)的核心能力之一，必將成為各國發(fā)展的重點(diǎn)。本文分別研究了海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知信息域和認(rèn)知域能力的度量方法，進(jìn)而得出了綜合能力的度量方法，為獲取海上賽博空間態(tài)勢感知優(yōu)勢奠定了基礎(chǔ)，具有一定的參考價(jià)值。

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