基于作戰(zhàn)任務(wù)的艦艇數(shù)據(jù)鏈傳輸時(shí)效控制方法*

王睿，姜寧

（海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧大連116018）

基于作戰(zhàn)任務(wù)的艦艇數(shù)據(jù)鏈傳輸時(shí)效控制方法*

王睿，姜寧

（海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧大連116018）

數(shù)據(jù)鏈作為艦艇信息系統(tǒng)的重要組成部分，其效能的發(fā)揮程度直接影響作戰(zhàn)任務(wù)的完成度。針對(duì)艦艇數(shù)據(jù)鏈技戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用缺乏科學(xué)化、規(guī)范化理論支撐的問題，創(chuàng)新性地將作戰(zhàn)任務(wù)完成度理念引入到艦艇數(shù)據(jù)鏈傳輸時(shí)限判定和實(shí)效性管控過程中，通過構(gòu)建艦艇作戰(zhàn)任務(wù)完成度量化評(píng)估模型，并詳盡分析數(shù)據(jù)鏈傳輸實(shí)效判定因素，提出了基于作戰(zhàn)任務(wù)的艦艇數(shù)據(jù)鏈傳輸時(shí)效性管控方法。

作戰(zhàn)任務(wù)，數(shù)據(jù)鏈，傳輸實(shí)效

0 引言

數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)桥炌ё鲬?zhàn)指揮與信息傳輸?shù)闹匾瘟α?。艦艇在?shù)據(jù)鏈支持下，通過互通、互聯(lián)和互操作，可以自動(dòng)連接各作戰(zhàn)指揮平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)作戰(zhàn)資源共享；能優(yōu)化作戰(zhàn)指揮信息資源，有效調(diào)配和使用作戰(zhàn)能量，提升作戰(zhàn)指揮效能；能充分提高作戰(zhàn)資源的利用率，增強(qiáng)指揮系統(tǒng)的生命力，使作戰(zhàn)指揮結(jié)構(gòu)向扁平化發(fā)展成為可能。數(shù)據(jù)鏈采用格式化消息進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，旨在實(shí)現(xiàn)指控系統(tǒng)的快速解讀，與普通話音、文字通信相比具有較大的差異，在眾多影響因素中對(duì)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)效要求更高，數(shù)據(jù)傳輸實(shí)效的優(yōu)劣直接關(guān)系到作戰(zhàn)指揮的效率。

目前，許多學(xué)者已在基于數(shù)據(jù)鏈的武器作戰(zhàn)效能方面進(jìn)行了較為深入的研究。文獻(xiàn)［1］將作用域原則引入WSSDL作戰(zhàn)效能評(píng)估體系中，提出了數(shù)據(jù)鏈支持下武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估方法；文獻(xiàn)［2］通過對(duì)加裝數(shù)據(jù)鏈前后潛艇導(dǎo)彈攻擊任務(wù)的效能比較進(jìn)行建模分析，提出了一套具有較強(qiáng)針對(duì)性的效能評(píng)估方法；文獻(xiàn)［3］從數(shù)據(jù)鏈傳輸準(zhǔn)確性和實(shí)效性入手，提出了戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈傳輸效能評(píng)估法；文獻(xiàn)［4］以空中作戰(zhàn)為背景，運(yùn)用多屬性方法構(gòu)建了包含數(shù)據(jù)鏈影響因素的空戰(zhàn)效能評(píng)估模型。綜合上述可知，相關(guān)研究關(guān)注問題和取得成果主要集中在以下兩個(gè)方面：一是通過量化計(jì)算得到數(shù)據(jù)鏈對(duì)武器裝備作戰(zhàn)效能具有較強(qiáng)的推動(dòng)作用；二是將數(shù)據(jù)鏈融入到作戰(zhàn)效果評(píng)估體系之中，構(gòu)建新的評(píng)估體系模型。這些成果雖然從不同角度論證了數(shù)據(jù)鏈裝備對(duì)作戰(zhàn)效果的影響，但都是在理想化條件下進(jìn)行宏觀理論分析，并沒有考慮實(shí)際限制條件，如不同作戰(zhàn)任務(wù)中數(shù)據(jù)鏈所占重要性比重不同、數(shù)據(jù)鏈裝備效能最大貢獻(xiàn)程度不同等。此外，指揮員及操作手更加關(guān)注怎樣合理運(yùn)用數(shù)據(jù)鏈裝備，最大限度地提高核心度量指標(biāo)——數(shù)據(jù)鏈傳輸實(shí)效性，進(jìn)而提升實(shí)際作戰(zhàn)效果，而這方面更具實(shí)用意義的研究很少。因此，本文以確保研究成果實(shí)用性為目標(biāo)，以具體作戰(zhàn)任務(wù)為背景，提出一套基于作戰(zhàn)任務(wù)的艦艇數(shù)據(jù)鏈傳輸實(shí)效控制方法，為艦艇數(shù)據(jù)鏈合理使用提供理論支撐。

1 艦艇作戰(zhàn)任務(wù)完成度量化評(píng)估模型

艦艇實(shí)施作戰(zhàn)行動(dòng)中，其作戰(zhàn)指揮效能發(fā)揮程度直接體現(xiàn)在該平臺(tái)作戰(zhàn)任務(wù)完成度，進(jìn)而反饋出艦艇綜合作戰(zhàn)效果。鑒于目標(biāo)需求的不同，艦艇作戰(zhàn)任務(wù)完成度可從“基于數(shù)值量化”和“基于實(shí)戰(zhàn)效果”兩個(gè)角度進(jìn)行分析?！盎跀?shù)值量化”主要是從艦艇作戰(zhàn)要素能力發(fā)揮程度出發(fā)，通過對(duì)各級(jí)衡量指標(biāo)重要性判定和指標(biāo)值量化計(jì)算，運(yùn)用相應(yīng)數(shù)學(xué)方法聚合運(yùn)算得到具體數(shù)值?！盎趯?shí)戰(zhàn)效果”主要是通過艦艇實(shí)際作戰(zhàn)中任務(wù)完成情況進(jìn)行直接判定。艦艇數(shù)據(jù)鏈傳輸時(shí)間可通過內(nèi)部相關(guān)要素的量化計(jì)算得到，而“傳輸時(shí)限”的標(biāo)準(zhǔn)無法直接確定，必須結(jié)合特定作戰(zhàn)任務(wù)的完成度進(jìn)行間接反饋，因此，可采用“基于實(shí)戰(zhàn)效果”的作戰(zhàn)任務(wù)完成度進(jìn)行逆向判斷。

艦艇平臺(tái)集多種信息化裝備于一體，按照基于信息系統(tǒng)作戰(zhàn)的思路，制約艦艇作戰(zhàn)任務(wù)完成度的因素主要包括偵察預(yù)警能力、指揮控制能力、信息傳輸能力、信息對(duì)抗能力和武器裝備作戰(zhàn)能力，而上述各類影響因素又包括多種、多級(jí)內(nèi)在度量指標(biāo)，鑒于本文重點(diǎn)關(guān)注數(shù)據(jù)鏈傳輸時(shí)限及管控方法選擇問題，因此，聚焦于信息傳輸能力相關(guān)要素，其他不一一列舉。艦艇通信保障主要依托于無線通信手段，其信息傳輸能力主要由衛(wèi)星、數(shù)據(jù)鏈、短波和超短波通信能力構(gòu)成，數(shù)據(jù)鏈通信能力上重點(diǎn)關(guān)注數(shù)據(jù)鏈通信準(zhǔn)確性、時(shí)效性和抗干擾能力三項(xiàng)非相關(guān)性較強(qiáng)的指標(biāo)。構(gòu)建艦艇作戰(zhàn)任務(wù)量化評(píng)估體系如圖1所示。

圖1 艦艇作戰(zhàn)任務(wù)完成效果量化評(píng)估體系結(jié)構(gòu)

1.1 評(píng)估指標(biāo)權(quán)重判定

艦艇遂行作戰(zhàn)任務(wù)和裝備特點(diǎn)不同，其作戰(zhàn)任務(wù)完成度評(píng)估的各級(jí)影響因素重要性存在很大差異，如防空反導(dǎo)任務(wù)和對(duì)岸火炮攻擊任務(wù)，前者對(duì)數(shù)據(jù)鏈通信時(shí)效性要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于后者。為增強(qiáng)指標(biāo)權(quán)重的合理性，采取基于層次分析法［5-7］和主客觀復(fù)合修正的方法［8］確立評(píng)估指標(biāo)權(quán)重，最大程度消除主觀因素的影響。

第1步：用層次分析法確定各級(jí)指標(biāo)權(quán)重的初始值

第2步：對(duì)權(quán)重進(jìn)行分析修正

αi為主觀判定專家可信度，βi為客觀判定專家可信度［8］。

運(yùn)用式（3）對(duì)專家可信度進(jìn)行修正

得到評(píng)估指標(biāo)體系中m層指標(biāo)權(quán)重為：

其中：m為相應(yīng)層級(jí)，n為第m層指標(biāo)數(shù)量。

1.2 量化聚合方法

艦艇作戰(zhàn)任務(wù)完成度量化評(píng)估是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，各本級(jí)影響因子之間常存在較強(qiáng)的相關(guān)性，必須綜合考慮“功能性”和“均衡性”。突出權(quán)重和指標(biāo)值大的指標(biāo)的作用，能夠強(qiáng)調(diào)某一重要指標(biāo)值對(duì)最終效能值得影響程度；加權(quán)幾何平均法，強(qiáng)調(diào)指標(biāo)值之間的均衡性，使得評(píng)估值受較小指標(biāo)值的影響教大。對(duì)艦艇作戰(zhàn)任務(wù)完成度進(jìn)行量化評(píng)估時(shí)，按照遵循“兩性”原則，其指標(biāo)聚合模型為：

上述內(nèi)容旨在給出一套明確且固定的方法，完成客觀、簡(jiǎn)潔、高效的評(píng)估任務(wù)，其指標(biāo)和權(quán)重呈動(dòng)態(tài)變化，可隨作戰(zhàn)任務(wù)變化進(jìn)行隨機(jī)調(diào)整。

2 數(shù)據(jù)鏈傳輸時(shí)效判定因素

數(shù)據(jù)鏈傳輸過程中，與傳輸時(shí)間相關(guān)的因素主要集中在數(shù)據(jù)收發(fā)延遲時(shí)間和相鄰數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間間隔兩個(gè)方面。

2.1 數(shù)據(jù)收發(fā)延遲時(shí)間

數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)瞻l(fā)延遲時(shí)間是單元數(shù)據(jù)從發(fā)送時(shí)刻到接收時(shí)刻的時(shí)間差，主要反映單元信息在電磁空間中的傳遞［9-10］。由于數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)前窗◣﹣磉M(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)，因此，數(shù)據(jù)包（幀）延遲時(shí)間計(jì)算公式為：

式中：tYi為第單包（幀）數(shù)據(jù)延遲時(shí)間，tRi為第i包（幀）數(shù)據(jù)接收時(shí)刻，tSi為第i包（幀）數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)刻。

則在單位時(shí)限內(nèi)延遲時(shí)間平均值為：

式中：N為單位時(shí)間內(nèi)傳遞數(shù)據(jù)包（幀）的數(shù)量。

數(shù)據(jù)收發(fā)延遲時(shí)間對(duì)指控系統(tǒng)實(shí)際使用有重要意義，其值主要受通信手段和電磁空間化境影響。

2.2 相鄰數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間間隔

相鄰數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間間隔是前一數(shù)據(jù)接收時(shí)刻與后一數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)刻的時(shí)間差，此含義具有相對(duì)“狹義性”（并非指相鄰數(shù)據(jù)接收時(shí)間間隔），主要反映指控系統(tǒng)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)生成的實(shí)時(shí)性。其時(shí)間間隔計(jì)算公式為：

式中：tCi為相鄰數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間間隔，tSi為第i包（幀）數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)刻，tR（i-1）為前一包（幀）數(shù)據(jù)的接收時(shí)刻。

在單位時(shí)間內(nèi)時(shí)間間隔均值為：

式中：N為傳遞數(shù)據(jù)包（幀）的數(shù)量。

相鄰數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間間隔綜合體現(xiàn)了指控系統(tǒng)與數(shù)據(jù)鏈的傳輸機(jī)制，對(duì)指控系統(tǒng)實(shí)際使用有重要意義，理想狀態(tài)下其值與數(shù)據(jù)鏈裝備自身數(shù)據(jù)傳輸指標(biāo)成反比，通常情況下的具體值受偵察預(yù)警系統(tǒng)情報(bào)獲取能力和指控系統(tǒng)信息處理能力影響較大。

3 艦艇數(shù)據(jù)鏈傳輸時(shí)效控制方法

艦艇數(shù)據(jù)鏈傳輸實(shí)效是制約艦艇作戰(zhàn)任務(wù)完成效果眾多評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，其量化值受裝備性能、空間環(huán)境等多重因素影響，整體上可在一定區(qū)間進(jìn)行變化調(diào)整。若要進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈傳遞實(shí)效的有效調(diào)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈裝備的高效運(yùn)用，必須在固定作戰(zhàn)效果、任務(wù)背景、影響因素量化值（數(shù)據(jù)鏈傳遞實(shí)效除外）等條件前提下，按照規(guī)范的程序逐級(jí)運(yùn)算推導(dǎo)。具體參照以下流程，如圖2所示。

圖2 艦艇數(shù)據(jù)鏈傳遞時(shí)效判定及管控流程

3.1 規(guī)范量化評(píng)估模型

艦艇作戰(zhàn)效果評(píng)估模型主要包括評(píng)估指標(biāo)體系、指標(biāo)權(quán)重和聚合方法等內(nèi)容的構(gòu)建選取，執(zhí)行不同作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)，上述3類影響因素會(huì)發(fā)生不同程度的變化和調(diào)整。其中，指標(biāo)權(quán)重變化最大，如遂行防空反導(dǎo)作戰(zhàn)和對(duì)岸火炮攻擊兩項(xiàng)任務(wù)時(shí)，武備作戰(zhàn)能力的重要性差異較大（后者較前者對(duì)該項(xiàng)指標(biāo)的依賴性更高，評(píng)估指標(biāo)權(quán)重也更大）；評(píng)估指標(biāo)體系適度調(diào)整，如遂行反潛作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)應(yīng)增加水聲通信保障能力相關(guān)指標(biāo)；聚合方法遵循1.1節(jié)內(nèi)容（其具有較好的通用性）不發(fā)生變化。因此，必須將作戰(zhàn)任務(wù)具體化，進(jìn)而結(jié)合具體作戰(zhàn)任務(wù)確定各相關(guān)制約因素，形成具有較強(qiáng)針對(duì)性的量化評(píng)估模型。

3.2 艦艇數(shù)據(jù)鏈傳輸時(shí)限判定

采用逆向判定的思路，首先確定實(shí)際作戰(zhàn)效果，并結(jié)合作戰(zhàn)效果完成度u={u1，u2，…}與量化區(qū)間值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到作戰(zhàn)效果評(píng)估模型的頂層參考值，為確保一定的預(yù)留度取量化區(qū)間的下限值。如：作戰(zhàn)任務(wù)完成度為合格，對(duì)應(yīng)量化區(qū)間［60，70），則量化值為60。而后，以上節(jié)中確定的效果評(píng)估模型為基礎(chǔ)，通過計(jì)算得到各級(jí)衡量指標(biāo)值，反向得到數(shù)據(jù)鏈通信時(shí)限。

3.3 艦艇數(shù)據(jù)鏈傳輸實(shí)效控制

結(jié)合T、Ts和Tmin三者之間關(guān)系，論證不同情況下艦艇數(shù)據(jù)鏈任務(wù)保障能力及傳輸實(shí)效控制方法，見表1所示。

表1 基于不同情況的艦艇數(shù)據(jù)鏈傳輸實(shí)效管控方法選取表

如表1中所列，數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)傳遞時(shí)間Ts小于數(shù)據(jù)鏈通信時(shí)限T時(shí)，無需對(duì)數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行任何調(diào)整即可達(dá)到新的作戰(zhàn)任務(wù)需求；數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)傳遞時(shí)間Ts大于數(shù)據(jù)鏈通信時(shí)限T，且數(shù)據(jù)鏈通信時(shí)限T大于數(shù)據(jù)鏈傳遞最短時(shí)間Tmin時(shí)，可通過改變通信頻率、傳輸速率、發(fā)信功率和采取抗擾手段（受到干擾時(shí)）等方法，縮短Ts時(shí)間進(jìn)而達(dá)成新的作戰(zhàn)任務(wù)需求；數(shù)據(jù)鏈通信時(shí)限T小于數(shù)據(jù)鏈傳遞最短時(shí)間Tmin時(shí)，該型數(shù)據(jù)鏈裝備已無法滿足作戰(zhàn)任務(wù)需求，必須更換到其他數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)。

4 結(jié)論

艦艇數(shù)據(jù)鏈傳輸時(shí)效制約因素多、不易量化，數(shù)據(jù)鏈效能調(diào)控過程中，傳統(tǒng)的方法選擇受人為主觀因素影響大，呈現(xiàn)較強(qiáng)的“不規(guī)范性”和“盲目性”，嚴(yán)重制約了數(shù)據(jù)鏈保障效果。本研究以艦艇作戰(zhàn)任務(wù)完成度評(píng)估模型為切入點(diǎn)，在各項(xiàng)要素相對(duì)穩(wěn)定的“靜態(tài)環(huán)境”下，計(jì)算數(shù)據(jù)鏈傳遞時(shí)限；依據(jù)新作戰(zhàn)任務(wù)完成度的“動(dòng)態(tài)需求”，結(jié)合數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)傳遞時(shí)間、數(shù)據(jù)鏈通信時(shí)限和數(shù)據(jù)鏈傳遞最短時(shí)間三者之間相互關(guān)系，分析基于數(shù)據(jù)鏈時(shí)效調(diào)整的作戰(zhàn)任務(wù)完成度可行性，進(jìn)而提出數(shù)據(jù)鏈時(shí)效性管控方法。另外，本文提出的方法可以和計(jì)算機(jī)相結(jié)合，匯編計(jì)算程序開發(fā)相應(yīng)軟件，將理論方法轉(zhuǎn)化成實(shí)際應(yīng)用，為艦艇作戰(zhàn)指揮決策提供更有效的支撐。

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Research on Control Methods of Warship Data Link Transmission Timeliness Based on Operational Task

WANG Rui，JIANG Ning
（Dalian Naval Academy，Dalian 116018，China）

Being the important element of warship information system，development degree of warship data link capability affects directly completed degree of operational task.To deal with the problem of lacking scientific and standard theory for warship data link application，this paper introduces innovatively completed degree of operational task to process of the transmission time limit judgment and timeliness management for warship data link，and constructes completed degree assessment model of warship operational task，and analyzes deeply judgment factors of data link transmission timeliness，and proposes control methods of warship data link transmission timeliness based on operational task.

operational task，data link，transmission timeliness

TP273

A

1002-0640（2016）12-0146-04

2015-10-05

2015-12-07

國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金資助項(xiàng)目（15GJ003-208）

王睿（1982-），男，黑龍江巴彥人，博士研究生。研究方向：指揮信息系統(tǒng)與作戰(zhàn)應(yīng)用、軍事通信。