戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈綜合性能評(píng)估方法研究?

康安康

（91404部隊(duì) 秦皇島 066000）

戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈綜合性能評(píng)估方法研究?

康安康

（91404部隊(duì) 秦皇島 066000）

論文針對(duì)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈在現(xiàn)代作戰(zhàn)中使命和特點(diǎn)，根據(jù)衡量通信系統(tǒng)性能的基本原則，構(gòu)建了評(píng)估數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)性能的基本指標(biāo)體系，提出了運(yùn)用灰關(guān)聯(lián)評(píng)估法進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈綜合性能評(píng)估的方法，并通過實(shí)例分析驗(yàn)證了評(píng)估方法的可行性。

戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈；指標(biāo)體系；灰關(guān)聯(lián)算法

1 引言

戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)且环N以格式化信息的傳輸、處理為主要手段，將遍布戰(zhàn)場(chǎng)不同位置的感知系統(tǒng)、指揮自動(dòng)化系統(tǒng)、火力打擊系統(tǒng)和信息攻擊武器系統(tǒng)等作戰(zhàn)要素聯(lián)為一個(gè)有機(jī)整體的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它對(duì)提高聯(lián)合作戰(zhàn)指揮能力、發(fā)揮武器平臺(tái)效能具有重要作用，但日趨復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境及戰(zhàn)時(shí)敵方通信干擾都會(huì)影響數(shù)據(jù)鏈的正常工作，制約了部隊(duì)基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)效能的發(fā)揮［1～4］。因此對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)估意義重大。性能評(píng)估是貫穿戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈整個(gè)壽命周期的工作，在系統(tǒng)發(fā)展的各個(gè)階段都可以對(duì)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的建設(shè)與應(yīng)用提供決策依據(jù)。

2 評(píng)估戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈綜合性能的基本原則

“實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、穩(wěn)定”是通信系統(tǒng)的主要衡量原則［5］，戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的基本任務(wù)是在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下完成信息的傳輸任務(wù)，及時(shí)準(zhǔn)確地把目標(biāo)信息、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、作戰(zhàn)命令和文電信息等傳送到各作戰(zhàn)平臺(tái)，保證各個(gè)參戰(zhàn)單元能夠及時(shí)準(zhǔn)確獲取相關(guān)信息。因此評(píng)價(jià)其作戰(zhàn)性能可以依據(jù)衡量通信系統(tǒng)性能的主要原則。

表1 評(píng)價(jià)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)性能的基本原則

3 戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)性能評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建

3.1 實(shí)時(shí)性指標(biāo)

數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)性以滿足不同信息類型所規(guī)定的時(shí)效性為基準(zhǔn)。數(shù)據(jù)鏈信息類型包括指控、?？涨?、武器協(xié)同、綜合氣象和超視距目指信息等，根據(jù)作戰(zhàn)需求，不同信息類型時(shí)效要求不同。根據(jù)數(shù)據(jù)鏈工作原理，信息傳輸速率和傳輸頻帶、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和路由選擇、信息內(nèi)容和表達(dá)效率、通信協(xié)議兼容性和裝備技術(shù)、操作手技能均可對(duì)其實(shí)時(shí)性效能帶來(lái)影響。

我們選擇信息傳輸時(shí)延、信息最大傳輸速率、信息刷新速率等對(duì)時(shí)效性影響較大的因素作為衡量數(shù)據(jù)鏈信息實(shí)時(shí)性的指標(biāo)。

信息傳輸時(shí)延指數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)收端平臺(tái)獲得戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)信息時(shí)間與發(fā)端平臺(tái)發(fā)出信息的時(shí)差。該時(shí)延不影響作戰(zhàn)行動(dòng)與作戰(zhàn)效果，即認(rèn)為數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)性滿足作戰(zhàn)需求［6～7］。信息傳輸時(shí)延（T延）主要由發(fā)送平臺(tái)指控系統(tǒng)與通信系統(tǒng)間的信息交換時(shí)延（T發(fā)），數(shù)據(jù)的無(wú)線信道傳輸時(shí)間（T傳），收端平臺(tái)通信系統(tǒng)與指控平臺(tái)的信息交換時(shí)延（T收），戰(zhàn)位職手人機(jī)交互時(shí)延（T人）和人為延誤時(shí)延（T誤）構(gòu)成。假設(shè)某類型信息的時(shí)效要求為T時(shí)效，系統(tǒng)內(nèi)某平臺(tái)發(fā)送信息時(shí)刻為T0，接收平臺(tái)收到信息時(shí)刻為T1，那么目標(biāo)信息實(shí)際傳輸時(shí)間為T實(shí)際=T1-T0。而T實(shí)際=T發(fā)+T傳+T收+T人+T誤，如果T實(shí)際≤ T時(shí)效，則該信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性合格。

信息最大傳輸速率指數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的單位時(shí)間最大傳輸信息量，它反應(yīng)了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)最大吞吐量。

信息刷新速率指接收平臺(tái)顯示屏顯示信息的平均更新時(shí)間，它取決于信息的發(fā)送速率和接收平臺(tái)的信息處理速度。

3.2 穩(wěn)定性指標(biāo)

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的穩(wěn)定性是以數(shù)據(jù)信息傳輸與交換的順暢、不間斷為基準(zhǔn)。它是指揮員連續(xù)掌握戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，進(jìn)而制定作戰(zhàn)指揮方案、下定指揮決策、采取正確行動(dòng)的重要依據(jù)。數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)穩(wěn)定性效能影響因素包括：無(wú)線信道干擾情況，通信協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)工作制式選擇，收發(fā)相對(duì)位置，裝備性能與抗干擾能力等［8］。

根據(jù)穩(wěn)定性主要影響因素和具體含義，我們選擇數(shù)據(jù)鏈有效工作時(shí)間占比，即數(shù)據(jù)信息傳輸與交換順暢時(shí)的工作時(shí)間與總耗費(fèi)時(shí)間之比來(lái)衡量，數(shù)據(jù)信息傳輸與交換花費(fèi)的總時(shí)間包括信息傳輸暢通時(shí)間和信息傳輸中斷時(shí)間。即有：

式中：Pt為數(shù)據(jù)鏈有效工作時(shí)間占比；Tw為數(shù)據(jù)鏈信息系統(tǒng)工作的總時(shí)間；Td為系統(tǒng)中斷時(shí)間。

3.3 準(zhǔn)確性指標(biāo)

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的準(zhǔn)確性是以滿足系統(tǒng)可用、有效為基準(zhǔn)，可采用誤碼率、誤信息率、丟包率來(lái)度量。誤碼率是指數(shù)據(jù)信息碼元在傳輸過程中被傳錯(cuò)的概率；誤信息率指按信息點(diǎn)統(tǒng)計(jì)出的信息被傳錯(cuò)概率，它需要根據(jù)指控不同消息類型的打包格式，對(duì)報(bào)文進(jìn)行解析和比對(duì)；丟包率是指數(shù)據(jù)包的丟失概率（數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)前凑找欢ǖ膮f(xié)議按包傳送信息數(shù)據(jù)的）。

誤碼率：

Ne為單位時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)鏈信息系統(tǒng)接收的錯(cuò)誤碼元數(shù)；Nt為單位時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)鏈信息；

誤信息率：

Ie為單位時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)鏈信息系統(tǒng)接收所有信息的錯(cuò)誤信息點(diǎn)數(shù)；It為單位時(shí)間內(nèi)發(fā)送平臺(tái)發(fā)送的總信息點(diǎn)數(shù)；

丟包率：

Bt為單位時(shí)間內(nèi)發(fā)送平臺(tái)發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)；Be為單位時(shí)間內(nèi)接收平臺(tái)收到的數(shù)據(jù)包數(shù)；

信道條件越好，通信協(xié)議與報(bào)文格式越合理，系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合、容錯(cuò)、糾錯(cuò)能力越強(qiáng)，信息的準(zhǔn)確性就越高。數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)準(zhǔn)確性影響因素主要包括原始數(shù)據(jù)誤差、信道干擾、信息速率、報(bào)文格式誤差、裝備糾錯(cuò)與融合能力和人為操作失誤等。

4 戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈綜合性能評(píng)估方法及實(shí)例

4.1 灰關(guān)聯(lián)評(píng)估法算法介紹

灰關(guān)聯(lián)分析法是根據(jù)因素之間發(fā)展趨勢(shì)的相似或相異程度，作為衡量因素間關(guān)聯(lián)程度的一種方法［9～10］。其具體算法如下：

1）將指標(biāo)序列xi中的半量化因素進(jìn)行白化和歸一化，比如“最佳、一般、差”可處理成數(shù)值“1、0.5、0”；

2）構(gòu)造最佳序列xo，它是指標(biāo)序列中的各個(gè)最優(yōu)元素構(gòu)成的理想化序列，在構(gòu)造序列過程中，以相對(duì)優(yōu)化原則為依據(jù)；

3）求差序列，即各指標(biāo)序列與最優(yōu)序列的絕對(duì)差序列?i()k；

4）求最大差與最小差，即求得差序列中的最大值M和最小值m；

7）優(yōu)勢(shì)比較及結(jié)論，與參考序列關(guān)聯(lián)度最大的序列對(duì)應(yīng)的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈綜合性能最好。

4.2 灰關(guān)聯(lián)法在數(shù)據(jù)鏈綜合性能評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、穩(wěn)定是對(duì)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的全面要求，它們密切相關(guān)、相互聯(lián)系、相互影響，甚至相互矛盾。目前關(guān)于綜合性能評(píng)估主要使用的方法有層次分析法［11］、灰關(guān)聯(lián)評(píng)估法［12～14］和模糊綜合評(píng)估法［15］等。本文將灰關(guān)聯(lián)評(píng)估法運(yùn)用到對(duì)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈綜合性能評(píng)估，達(dá)到不需要大量的樣本數(shù)據(jù)，不同評(píng)估對(duì)象之間具有很好的可比性。

下面以幾型不同戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，運(yùn)用灰關(guān)聯(lián)評(píng)估法進(jìn)行綜合性能評(píng)估，下表列出了白化和歸一化后的評(píng)估對(duì)象指標(biāo)矩陣，數(shù)值不代表實(shí)測(cè)參數(shù)，僅代表相對(duì)性能，數(shù)值越大，代表性能越好。

表2 幾型戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈指標(biāo)矩陣

最佳序列由所有序列中的最優(yōu)元素構(gòu)成，根據(jù)相對(duì)優(yōu)化原則，有

求幾型數(shù)據(jù)鏈指標(biāo)序列相對(duì)最優(yōu)序列的差序列：

求最大差與最小差

求關(guān)聯(lián)系數(shù)，結(jié)果如表3所示。

表3 各指標(biāo)序列對(duì)于最優(yōu)序列的關(guān)聯(lián)系數(shù)

計(jì)算幾型戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈指標(biāo)序列對(duì)于最優(yōu)序列的關(guān)聯(lián)度

進(jìn)行優(yōu)勢(shì)比較，由計(jì)算結(jié)果可見YO1＞YO4＞YO3＞YO2，根據(jù)給出的指標(biāo)序列及關(guān)聯(lián)度計(jì)算表明，戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈1的綜合性能最優(yōu)，戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈4次之，戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈3居三，戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈2最差。

5 結(jié)語(yǔ)

本文依據(jù)衡量通信系統(tǒng)的基本原則“實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性”構(gòu)建了評(píng)估戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的指標(biāo)體系，同時(shí)將灰關(guān)聯(lián)評(píng)估法應(yīng)用到戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的綜合性能評(píng)價(jià)中，通過實(shí)例計(jì)算，給出了幾型戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的綜合性能比較結(jié)果，該方法可廣泛應(yīng)用于裝備性能評(píng)估或部隊(duì)訓(xùn)練成績(jī)?cè)u(píng)定中。

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Comprehensive Performance Evaluation Methods of Tactical Data Link

KANG Ankang
（No.91404 Troops of PLA，Qinhuangdao 066000）

Considering the mission and characteristic of tactical data link in modern war，this paper presents a basic index sys?tem of data link according to the basic principles of communication system performance，then it puts forward a comprehensive perfor?mance evaluation methods of tactical data link based on grey relational analysis，and verifies the practicability of the evaluation method through the example analysis.

tactical data link，index system，grey relational analysis

Class Number E911

E911

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.12.023

2017年6月12日，

2017年7月23日

康安康，男，碩士研究生，工程師，研究方向：通信與信息系統(tǒng)。