作戰(zhàn)任務中艦艇編隊通信作戰(zhàn)效能評估方法*

王睿,姜寧

(海軍大連艦艇學院 a.通信系；b.信息作戰(zhàn)系，遼寧 大連 116018)

0 引言

現(xiàn)代海上作戰(zhàn)更加強調(diào)復雜電磁對抗、多維信息支持、超視距火力打擊和?？諠撀?lián)合作戰(zhàn)的綜合能力的體系對抗，而并非單一平臺的能力比拼。艦艇編隊是海上作戰(zhàn)的重要力量編組，在各類海上作戰(zhàn)任務中扮演著極為重要的角色。通信作為整體戰(zhàn)斗力生成的紐帶，承擔著指揮、情報和保障等各類信息傳遞、分發(fā)任務，其可靠性和時效性將嚴重影響部隊整體作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。因此，艦艇編隊通信作戰(zhàn)效能評估，作為艦艇部隊實戰(zhàn)化整體作戰(zhàn)能力評價的關(guān)鍵中間環(huán)節(jié)，其成效不僅直接制約本專業(yè)作戰(zhàn)效果界定，還將對整個體系作戰(zhàn)效果評價產(chǎn)生重要影響。

目前，許多學者已在艦艇編隊通信作戰(zhàn)效能評估方面進行了較為深入的研究，所關(guān)注問題和取得成果主要集中在以下2個方面[1-5]：一是以艦艇編隊通信裝備固有能力為度量基準，在對各類通信裝備基本能力進行分別量化后，通過疊加合成得到編隊整體通信保障能力；二是針對通信準確性、連續(xù)性、時效性、安全性等方面實際要求，通過對編隊通信網(wǎng)系基本運行情況進行評判量化得到編隊通信作戰(zhàn)效能。上述雖然從不同視角實現(xiàn)了艦艇編隊通信作戰(zhàn)效能評判，但都是在理想化條件下某一具體方向進行宏觀理論分析，并沒有考慮裝備靜態(tài)固有能力與專業(yè)人員動態(tài)業(yè)務能力的整體融合、具體作戰(zhàn)任務中的條件限制以及各強相關(guān)指標的方向聚類，如通信作戰(zhàn)效能應為人與裝備綜合效能的表現(xiàn)。此外，艦艇編隊通信指揮員及操作手更加關(guān)注怎樣合理地運用艦載通信裝備，最大限度地改進制約短板，進而提升通信保障效果，而這方面更具實用意義的研究很少。

結(jié)合艦艇編隊通信保障特點及效果評估需求，可以編隊通信網(wǎng)系信息傳輸效果為通信作戰(zhàn)效能評價聚焦點，將信息傳輸各類強關(guān)聯(lián)影響因子進行聚類，直接將評價重點集中在信息傳輸時效性和信息傳輸可靠性2方面，從而實現(xiàn)“化繁為簡”。因此，本文以確保研究成果實用性為目標，以具體作戰(zhàn)任務為背景，提出一套基于作戰(zhàn)任務的艦艇編隊通信作戰(zhàn)效能評估方法體系，為艦艇通信系統(tǒng)合理使用和整體作戰(zhàn)能力生成提供理論支撐。

1 艦艇編隊通信作戰(zhàn)效能評估指標體系

艦艇編隊通信作戰(zhàn)效能評估指標體系構(gòu)建基本思路為：首先根據(jù)具體遂行的作戰(zhàn)任務整體特點將其分解為多個獨立階段，然后根據(jù)各作戰(zhàn)階段特點及通信保障任務，明確各階段信息傳輸對象需求(包括內(nèi)部信息傳輸和對外信息傳輸)，最后針對各階段信息傳輸?shù)臅r效性和準確性確定各項評估指標。

艦艇編隊通信作戰(zhàn)效能評估指標體系與遂行作戰(zhàn)任務強相關(guān)，當艦艇編隊遂行作戰(zhàn)任務階段是動態(tài)變化時，評估運用的指標體系也應是變化的。從整體上，特定作戰(zhàn)任務中艦艇編隊通信作戰(zhàn)效能評估指標按照“一條主線，分級劃分”的思路構(gòu)建，“一條主線”即信息傳輸可靠性和時效性，“分級實施”結(jié)合作戰(zhàn)階段分級、分類拆分聚合，具體如圖1所示。

圖1 艦艇編隊通信作戰(zhàn)效能評估指標體系Fig.1 Evaluation index system of warship formation communication operational effectiveness

2 艦艇編隊通信作戰(zhàn)效能評估技術(shù)

2.1 底層指標值量化方法

分別以編隊內(nèi)部文電傳輸時效性、數(shù)據(jù)傳輸實效性、文電傳輸準確性、數(shù)據(jù)傳輸準確性4項指標為代表舉例，其余指標方法類似。

(1) 編隊內(nèi)部文電傳輸時效性

文電傳輸時效性指標以某份文電是否在規(guī)定時限內(nèi)完成傳遞為評判基準，表示為時限內(nèi)成功傳遞文電數(shù)量與需要傳遞文電總量之比，量化模型為

(1)

式中：ncw為時限內(nèi)成功發(fā)送文電數(shù)(份)；nzw為需要發(fā)送文電總數(shù)(份)。

(2) 編隊內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸實效性

數(shù)據(jù)傳輸時效性以某批數(shù)據(jù)是否在規(guī)定時限內(nèi)完成傳遞為評判基準[6-7]，不同作戰(zhàn)階段、對象之間時效性評價基準以經(jīng)驗數(shù)據(jù)為準，表示為時限內(nèi)成功傳遞數(shù)據(jù)量(批)與需要傳遞數(shù)據(jù)總量(批)之比，量化模型為

(2)

式中：ncs為時限內(nèi)成功傳遞數(shù)據(jù)量(批)；nzs為需要傳遞數(shù)據(jù)總量(批)。

(3) 編隊內(nèi)部文電傳輸準確性

文電傳輸準確性以所傳輸文電內(nèi)容是否發(fā)生明顯變化為評判基準，核心要素包括時間、地點、數(shù)量、武器類型、平臺屬性等與作戰(zhàn)強相關(guān)的要素，表示為文電準確傳遞數(shù)量(份)與需要傳遞文電總量(份)之比，量化模型為

(3)

式中：nzw為準確傳遞文電數(shù)(份)；nxw為需要傳遞文電總數(shù)(份)。

(4) 編隊內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸準確性

數(shù)據(jù)傳遞準確性以每幀數(shù)據(jù)是否成功傳遞為評價基準[6-7]，即成功傳遞的每一幀都認為是準確的，表示為數(shù)據(jù)成功傳遞數(shù)量(幀)與需要傳遞數(shù)據(jù)總量(幀)之比，量化模型為

(4)

式中：nzs為成功傳遞數(shù)據(jù)數(shù)(幀)；nxs為需要傳遞數(shù)據(jù)總數(shù)(幀)。

2.2 指標權(quán)重判定方法

(1) 一致性排序基本原理

評價目標M中存在的2個任意制約因素Mi,Mj∈M，在評估指標體系中可看作上下級指標關(guān)系，對二者關(guān)于M的相對重要性進行相互比較，假設(shè)：①如果Mi比Mj重要，則有sij=1,sji=0；②如果Mi與Mj重要程度相同，則有sij=sji=0.5；③如果Mi沒有Mj重要，則有sij=0,sji=1。其中，將sij作為評價目標M的評判基準用以確定各內(nèi)部指標重要性的排序，稱之為定性排序標度。則形成二元定性排序標度矩陣：

s=(sij)m×m.

(5)

該方法對sij僅存在0，0.5和1 3種取值，必須滿足：

為實現(xiàn)排序比較，需將s中各行元素取和，則有

(6)

進而得到各行元素和，實現(xiàn)指向目標M的屬性重要性排序，將其稱之為一致性排序。

(2) 一致性排序權(quán)重判定法

權(quán)重計算需由多名專家綜合評定實現(xiàn)，假設(shè)有p名專家(P1,P2,…,Pp)對指標體系M={M1,M2,…,Mm}的內(nèi)部各隸屬指標進行兩兩重要性比較，并按照一致性排序原理構(gòu)建指向同一目標的一致性標度矩陣Ek(k=1,2,…,p)，通常將各評判專家視為同等重要，則可得到各專家對上層評價指標的一致性排序[8-10]。假設(shè)φk(Mi)表示在專家Pk(k=1,2,…,p)對指標集M的一致性排序中位于目標Mi之后的目標數(shù)目。

(7)

則Mi(i=1,2,…,m)對于隸屬指標的權(quán)重為

(8)

2.3 指標值聚合方法

(1) 加權(quán)和法

“加權(quán)和法”，也稱之為線性加權(quán)綜合法或累加法，是軍事領(lǐng)域中評價裝備效能、部隊固有作戰(zhàn)能力最常用的評估方法，其原理是應用算術(shù)平均算子，將各層指標量化值與其對應權(quán)重相乘疊加聚合[11-13]。

(9)

式中：yi為某層某指標加權(quán)綜合評估值；xij為指標i下屬第j個指標量化值；wj為指標j的權(quán)重。

(2) 突變級數(shù)法

突變理論基本原理是通過對勢函數(shù)及其臨界點分類的研究，得到臨界點附近不連續(xù)特征。勢函數(shù)中的變量為主要影響因子，存在狀態(tài)變量和控制變量2類。

變級數(shù)評估步驟如下：

1) 評估組織體系建立

按照評估目標需求，將各指標進行分解以最大限度實現(xiàn)指標具體化，進而由上到下逐級建立多層次的指標分類體系，指標分解以末端指標可量化為終止。由于控制變量數(shù)不超過4個，因此，評價指標數(shù)量也以此為標準。

2) 突變系統(tǒng)類型選擇

常用突變系統(tǒng)有尖點突變系統(tǒng)、燕尾突變系統(tǒng)和蝴蝶突變系統(tǒng)3類[13-15]。

尖點突變系統(tǒng)模型為

f(x)=x4+ax2+vx,

(10)

燕尾突變系統(tǒng)模型為

(11)

蝴蝶突變系統(tǒng)模型為

(12)

3) 歸一化公式計算

利用分歧點集方程得到歸一公式，再將系統(tǒng)內(nèi)變量轉(zhuǎn)為同一質(zhì)態(tài)。3類突變系統(tǒng)對應歸一處理結(jié)果分別為

尖點突變系統(tǒng)：

式中：xa為對應a的x值；xb為對應b的x值。

燕尾突變系統(tǒng)：

蝴蝶突變系統(tǒng)：

4) 綜合評估確定結(jié)論

在多目標模糊決策理論中，對同一評估對象，在多種影響因子情況下，假設(shè)A1，A2，…，Am為各自對應的模糊目標，則理想的策略為C=A1∩A2∩…∩Am，則其隸屬函數(shù)為

μ(x)=μA1(x)∧μA2(x)∧…∧μAm(x),

(13)

式中：μ(x)為各要素隸屬函數(shù)的最小值，即為此對象的隸屬函數(shù)。

對于不同時域的評估對象G1和G2，對應隸屬函數(shù)為μAi(x)>μAj(x)，則G1優(yōu)于G2。

3 艦艇編隊通信作戰(zhàn)效能評估方法與結(jié)論判定

由艦艇編隊通信作戰(zhàn)效能評估指標體系可知，各層級指標的聚合運算主要包括不同階段信息傳輸效果聚合(類別Ⅰ)、不同屬性信息傳輸時效性/準確性聚合(類別Ⅱ)、不同通信對象之間信息傳輸時效性/準確性聚合(類別Ⅲ)、以及信息傳輸時效性與準確性指標之間聚合(類別Ⅳ)。從層級評價指標屬性特點看，特定作戰(zhàn)任務中類別Ⅰ,Ⅱ和類別Ⅲ可對指標間重要性作出評價，即能夠確定指標權(quán)重；而類別Ⅳ的信息傳輸時效性與信息傳輸準確性關(guān)聯(lián)極其緊密、相互影響強烈，主客觀方法均難以有效確定指標權(quán)重。

此外，考慮到各底層指標均屬定量評價指標，可通過客觀數(shù)據(jù)運算得到量化值，在評估方法選擇上應充分結(jié)合不同層級指標屬性特點，對第Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ類聚合可采用一致性排序法確定指標權(quán)重并參照層次分析法思路進行綜合值運算，對第Ⅳ類聚合則采用突變級數(shù)法完成(無需指標權(quán)重)，整體上形成“基于突變級數(shù)的通信作戰(zhàn)效能評估模型”。

具體量化步驟如下：

第1步：結(jié)合作戰(zhàn)任務情況，建立基于任務階段分解的通信作戰(zhàn)效能評估指標體系；

第2步：根據(jù)遂行作戰(zhàn)任務特點，明確各作戰(zhàn)階段相對重要性，在此基礎(chǔ)上運用一致性排序法確定Level1,3,4層評估指標權(quán)重，并計算各底層指標量化值；

第3步：運用加權(quán)和法實施思路逐級對第Level4,3指標向上聚合運算，分別得到不同訓練階段內(nèi)信息傳輸時效性和信息傳輸準確性指標值；

第4步：運用突變級數(shù)法對第Level2所屬指標進行聚合運算；

第5步：運用加權(quán)和法實施思路對第Level1指標進行聚合運算，進而得到艦艇編隊通信作戰(zhàn)效能量化值。

艦艇編隊通信作戰(zhàn)效能量化方法結(jié)構(gòu)如圖2所示。

通信作戰(zhàn)效能需求評判及建議導向?qū)P(guān)系見表1。

4 示例

本文所提出艦艇編隊通信作戰(zhàn)效能評估方法必須以具體作戰(zhàn)任務為背景，為檢驗該方法實際應用效果，以某艦艇編隊遂行某次對海導彈攻擊任務為例，評估工作涉及到的主體要素及具體流程下：①根據(jù)作戰(zhàn)對信息傳輸?shù)男枨蟛町悾瑢椆羧蝿談澐譃楹蕉山訑?、情報偵察、打擊實施、兵力撤?個階段；②參照圖1體例構(gòu)建效果評估指標體系，并依據(jù)一致性排序法確定相關(guān)層級指標權(quán)重；③運用任務執(zhí)行中實際得到數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各項底層指標值量化；⑤通過突變級數(shù)法和加權(quán)和法，綜合計算第1,2,3層指標量化值，最終得到該次任務中表現(xiàn)出的編隊通信作戰(zhàn)效能值。

經(jīng)計算編隊通信作戰(zhàn)效能量化等級為差，則需要對信息傳輸效果進行加強。為便于展開結(jié)論分析，運用第2層指標量化值和對應薄弱環(huán)節(jié)的第4級指標量化值繪制影響因素可視化雷達圖。假設(shè)某次作戰(zhàn)訓練第2層指標值分別為：0.88,0.84,0.66,0.55,0.37,0.58,0.88,0.91，構(gòu)成可視化雷達圖，如圖3所示。可判定第3階段(打擊實施階段)“信息傳輸時效性”為能力制約關(guān)鍵因素。

通過對圖3分析，艦艇編隊通信保障效果制約短板為第3階段信息傳輸時效性，據(jù)此繼續(xù)繪制該指標下屬底層指標量化值可視化圖形(對應第4層指標量化值分別為：0.77，0.65，0.68，0.78，0.56，0.17)，如圖4所示?？芍?，為提高編隊整體通信保障效果，應大力提高編隊內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸實效性，可從用于保障編隊對外數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)鏈裝備性能和專業(yè)人員具體裝備運用能力2方面進行提升。

圖2 艦艇編隊通信作戰(zhàn)效能量化方法結(jié)構(gòu)Fig.2 Method structure of warship formation communication operational effectiveness quantification

編隊體系作戰(zhàn)效能結(jié)果優(yōu)差編隊通信作戰(zhàn)效能優(yōu)差優(yōu)差編隊通信作戰(zhàn)效能是否需提升不需提升亟待提升不需提升亟待提升發(fā)展建議各專業(yè)相同加強信息傳輸加強其他專業(yè)加強信息傳輸

圖3 基于第2層指標的艦艇編隊通信作戰(zhàn)效能 發(fā)展因素比對視圖Fig.3 Development factors comparison of warship formation communication operational effectiveness for the second level indexes

圖4 第3階段信息傳輸時效性發(fā)展因素比對視圖Fig.4 Development factors comparison of information transmission timeliness for the third stage

5 結(jié)束語

艦艇編隊通信作戰(zhàn)效能制約因素多,不易量化判定，傳統(tǒng)的方法普遍存在針對性不強、評判綜合程度低等缺點，嚴重制約了能力評價可靠性。本研究以艦艇編隊遂行具體作戰(zhàn)任務為牽引，從編隊通信網(wǎng)系整體運行效果為基準，構(gòu)建符合實際作戰(zhàn)需求的評估指標體系，并對指標權(quán)重判定、指標值量化、指標值聚合等內(nèi)容進行深入研究，提出了針對性較強、且具有動態(tài)延展性的編隊通信作戰(zhàn)效能整體評估方法體系，可對艦艇編隊通信作戰(zhàn)效能進行有效判定,發(fā)現(xiàn)存在實際問題以及提供改進方向。另外，本文提出的方法可以和計算機相結(jié)合，匯編計算程序開發(fā)相應軟件，將理論方法轉(zhuǎn)化成實際應用，為艦艇編隊通信保障指揮決策提供更有效的支撐。

[1] 張皓，陸宇.基于模糊層次分析法的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)效能評估[J].通信技術(shù),2009,42(10):66-68. ZHANG Hao,LU Yu.Simulation of Efectiveness Evaluation for Data Link System Based on Fuzzy Theory[J].Communications Technology,2009,42(10):66-68.

[2] 劉浩，尹全亮，胡海敏.部隊軍事訓練評估系統(tǒng)需求性分析[J].防空兵學院學報,2013,30(2):51-53. LIU Hao,YIN Quan-liang,HU Hai-min.Analysis of Military Training Evaluation System Requirements[J].Anti-airvraft Force Academy Journal,2013,30(2):51-53.

[3] 趙春雷，王昌寶，潘啟中，等.基于組合賦權(quán)TOPSIS法的地域通信網(wǎng)鏈路威脅評估[J].西安通信學院學報,2014,13(2):17-20. ZHAO Chun-lei,WANG Chang-bao,PAN Qi-zhong,et al.Threat Assessment of Reginoal Communications Network Link Based on Combination Determining Weights TOPSIS[J].Journal of Xi′an Communications Institute,2014,13(2):17-20.

[4] 陳永華，張洪水，陳先進，等.數(shù)據(jù)鏈抗干擾能力評估初探[J].通信對抗,2012,31(2):21-23. CHEN Yong-hua,ZHANG Hong-shui,CHEN Xian-jin.Study on Evaluation of Data Link， Anti-Jamming Ability[J].Communication Countermeasures,2012,31(2):21-23.

[5] 王磊，曹龍.數(shù)據(jù)鏈支持下的武器系統(tǒng)評估體系研究[J].火力與指揮控制,2014,39(12):66-69. WANG Lei,CAO Long.Effectiveness Evaluation of Weapon System Supported by Data Link[J].Fire Control & Command Control,2014,39(12):66-69.

[6] 馮忠華，王新龍，王彬.一種數(shù)據(jù)鏈傳輸延遲建模及其補償方法[J].北京航空航天大學學報,2012,38(8):1106-1110. FENG Zhong-hua,WANG Xin-long,WANG Bin.Transfer Time Delay Model of Data Link and Its Compensation[J].Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2012,38(8):1106-1110.

[7] 楊明，陳靜.戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈傳輸性能評估方法研究[J].中國電子科學研究院學報,2015,10(1):25-29. YANG Ming,CHEN Jing.Study on the Transmission Performance Evaluation Methods of Tactical Data Link[J].Journal of CAEIT,2015,10(1):25-29.

[8] 張杰，唐宏，蘇凱.效能評估方法研究[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009. ZHANG Jie,TANG Hong,SU Kai.Study on Effectiveness Evaluation Methods[M].Beijing:National Defence Industry Press,2009.

[9] Mrinal KMukherjee.Technical Evaluation of Military Ground Systems for Export Licensing:A Metric Approach[J].Defense AR Journal,2006,13(1):47-60.

[10] 楊春周，滕克難，程月波.作戰(zhàn)效能評估指標權(quán)重的確定[J].計算機仿真,2008,25(10):5-7. YANG Chun-zhou,TENG Ke-nan,CHENG Yue-bo.Detemination of the Weight Values of Indexes for the Combat Capability[J].Computer Simulation,2008,25(10):5-7.

[11] TANG Hong，ZHANG Jie.Study on Fuzzy AHP Group Decision-Making Method Based on Set-Valued Statistics[C]∥IEEE The 4th International Conference on Fuzzy Syetems and Knowledge Discovery 2007:33-37.

[12] 王瑜，鄭榮金，陳志軍，等.基于理想點的指揮自動化系統(tǒng)不確定多屬性效能評估[J].海軍工程大學學報,2006,18(5):43-45. WANG Yu,ZHENG Rong-jin,CHEN Zhi-jun,et al.Uncertain Multi-Arrtibute Effectiveness Evaluation of C3I System Based on Ideal Opints[J].Journal of Naval University of Engineering,2006,18(5):43-45.

[13] Gerard Torenvliet,Iain Culligan.Evaluation of Silulation Platforms for Training of Command Decision[R].Esterline CMC Electronics,2008.

[14] 畢長劍，董冬梅，張雙建，等.作戰(zhàn)模擬訓練效能評估[M].北京：國防工業(yè)出版社，2014. BI Chang-jian,DONG Dong-mei,ZHANG Shuang-jian,et al.Operational Simulation Training Effectiveness Evaluation[M].Beijing:National Defence Industry Press,2014.

[15] 朱順泉.基于突變級數(shù)法的上市公司績效綜合評價研究[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,2002,24(2):90-94. ZHU Sun-quan. Study on Catastrophe Theory and Application of Credit Evaluation of Listed Corporation[J].Systems Engineering-Theory & Practice,2002,24(2):90-94.