C4ISR系統(tǒng)效能評(píng)估指標(biāo)體系及計(jì)算模型

王雅君

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所，陜西 西安 710068)

0 引 言

C4ISR系統(tǒng)的基本作用是保證戰(zhàn)場(chǎng)上各個(gè)作戰(zhàn)單元之間迅速交換情報(bào)信息，共享各作戰(zhàn)單元掌握的所有情報(bào)，實(shí)時(shí)監(jiān)視戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，提高相互協(xié)同能力和整體作戰(zhàn)效能[1]。對(duì)C4ISR系統(tǒng)的整體效能進(jìn)行客觀、全面的評(píng)估，對(duì)于衡量軍隊(duì)作戰(zhàn)能力、優(yōu)化作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃、提升打擊效率和精度等具有重要意義。

新一代的C4ISR系統(tǒng)在舊有的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈基礎(chǔ)上，加入了輔助決策、多鏈路協(xié)同作戰(zhàn)等功能。目前對(duì)于C4ISR系統(tǒng)的效能評(píng)估還沒(méi)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)體系，而現(xiàn)有的研究成果也大多側(cè)重于對(duì)系統(tǒng)通信能力的評(píng)估[2-3]，這樣往往會(huì)掩蓋C4ISR系統(tǒng)的其他能力，無(wú)法全面、準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的整體效能。本文分析了C4ISR系統(tǒng)自身的特點(diǎn)和所提供的服務(wù)，提出了一套對(duì)系統(tǒng)整體效能進(jìn)行評(píng)估的指標(biāo)體系和相應(yīng)的計(jì)算模型。

1 指標(biāo)體系的建立

新一代C4ISR系統(tǒng)的核心能力在于信息獲取與處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸、輔助決策、系統(tǒng)互聯(lián)互通以及系統(tǒng)生存能力，將這些核心能力加以細(xì)化、擴(kuò)展，得到如圖1所示的效能評(píng)估指標(biāo)體系。

圖1 C4ISR系統(tǒng)效能評(píng)估指標(biāo)體系

對(duì)信息的獲取和處理(A1)是C4ISR系統(tǒng)最基本的功能，也是實(shí)現(xiàn)其他功能的基礎(chǔ)，只有具有良好的信息獲取和處理能力，C4ISR系統(tǒng)才能充分發(fā)揮情報(bào)保障作用，更好地把握戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)。該能力可進(jìn)一步細(xì)分為以下指標(biāo)：

(1) 信息源種類(lèi)：C4ISR系統(tǒng)支持的獲取目標(biāo)信息的電子設(shè)備或手段，如雷達(dá)、聲吶、衛(wèi)星、紅外、激光設(shè)備等。系統(tǒng)支持的信息源種類(lèi)越多，獲取信息、搜集情報(bào)的能力越強(qiáng)，同時(shí)也意味著多源、異構(gòu)信息的融合難度更大。

(2) 防區(qū)范圍：信息源的作用范圍，如戰(zhàn)場(chǎng)偵察的縱深與寬度，雷達(dá)、聲吶的覆蓋半徑和預(yù)警高度等。

(3) 目標(biāo)測(cè)量精度：傳感器對(duì)目標(biāo)的測(cè)量數(shù)據(jù)與目標(biāo)真實(shí)數(shù)據(jù)之間的誤差。

(4) 信息錯(cuò)漏率：信息獲取、傳輸和處理過(guò)程中出錯(cuò)或丟失的那部分信息占整個(gè)收集到的信息量的百分比。

(5) 情報(bào)處理時(shí)延：情報(bào)信息從探測(cè)設(shè)備捕獲報(bào)告開(kāi)始，經(jīng)通信傳輸、情報(bào)處理中心處理，到顯示器顯示或其它方式輸出所滯后的總時(shí)間。

(6) 系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間：系統(tǒng)從接收到情報(bào)、命令或指令，到做出反應(yīng)之間的時(shí)間滯后量，它是作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間和武器系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間之和。

網(wǎng)絡(luò)傳輸能力(A2)衡量的是C4ISR系統(tǒng)作為一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)所具有的業(yè)務(wù)能力，它不僅與網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備的性能有關(guān)，還與網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通信協(xié)議以及所承載的具體業(yè)務(wù)內(nèi)容有關(guān)。該能力可通過(guò)以下指標(biāo)進(jìn)行衡量：

(1) 通信信道種類(lèi)：系統(tǒng)所支持的信道的類(lèi)別，如光纜、衛(wèi)星、短波、超短波、散射、微波接力等。

(2) 通信容量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)輸入/輸出系統(tǒng)的信息流量。

(3) 通信質(zhì)量：發(fā)送端發(fā)出的正確信息經(jīng)信道傳輸后，接收端信息的誤碼率。

(4) 暢通率：整個(gè)通信傳輸時(shí)間內(nèi)，信道有效傳輸時(shí)間的比率。

(5) 傳輸時(shí)延：發(fā)送端發(fā)出信息到接收端收到信息之間的時(shí)間差，這一指標(biāo)的好壞主要取決于通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)和通信設(shè)備的質(zhì)量。

系統(tǒng)生存能力(A3)表征了C4ISR系統(tǒng)在敵方的偵察破壞、電磁干擾、火力壓制下保持正常工作狀態(tài)的能力，具體可劃分為以下指標(biāo)：

(1) 機(jī)動(dòng)能力：系統(tǒng)快速位移運(yùn)動(dòng)的能力，包括可裝載性(機(jī)載、車(chē)載、艦載)、可運(yùn)輸性和移動(dòng)速度等。

(2) 反欺騙能力：主要包括對(duì)敵方網(wǎng)絡(luò)虛假信息的識(shí)別能力、同步隱蔽性、設(shè)備隱蔽性、功率隱蔽性等[2]。

(3) 重組能力：系統(tǒng)出現(xiàn)故障或遭遇外來(lái)破壞時(shí)迅速恢復(fù)正常工作狀態(tài)的能力。

(4) 防電磁泄漏能力：系統(tǒng)自身工作時(shí)向外輻射電磁信號(hào)的強(qiáng)度越低，被敵方偵察系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的概率就越小，同時(shí)己方電文也越不容易被截獲、破譯。

(5) 開(kāi)設(shè)和撤收能力：系統(tǒng)在工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)之間切換的用時(shí)，用時(shí)越短，越適于快節(jié)奏的機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)[4]。

(6) 防護(hù)控制能力：系統(tǒng)防止外界對(duì)其非法操作和影響其正常工作的能力，如抗電磁干擾、防病毒、防跟蹤、防誤操作等。

輔助決策能力(A4)保證C4ISR系統(tǒng)能夠根據(jù)作戰(zhàn)指令和戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，綜合分析戰(zhàn)場(chǎng)局勢(shì)，去偽存真，幫助指揮官進(jìn)行定性分析、判斷敵方意圖，及時(shí)修改決策，包含以下3項(xiàng)指標(biāo)：

(1) 輔助決策質(zhì)量：計(jì)算機(jī)輔助決策與最終決策相符合的程度。

(2) 決策自動(dòng)化程度：決策方案形成過(guò)程中，指揮員需要人工干預(yù)計(jì)算機(jī)動(dòng)作的次數(shù)和頻繁程度。

(3) 決策響應(yīng)時(shí)間：從系統(tǒng)開(kāi)始決策到最終做出決策方案所需的時(shí)間，包括了情報(bào)提取、信息融合、比較評(píng)估、預(yù)案形成、方案優(yōu)選等環(huán)節(jié)。

系統(tǒng)可靠性(A5)表征了系統(tǒng)完成規(guī)定任務(wù)的能力，對(duì)于通信網(wǎng)絡(luò)而言，可靠性的提高往往通過(guò)使用可靠的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和提高鏈路冗余度這2點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。該項(xiàng)指標(biāo)以平均故障間隔時(shí)間(MTBF)來(lái)衡量，可用系統(tǒng)正常工作時(shí)間的總和除以運(yùn)行期間的故障次數(shù)而獲得。

系統(tǒng)互聯(lián)互通能力(A6)標(biāo)志了不同種類(lèi)的數(shù)據(jù)鏈路之間實(shí)現(xiàn)資源共享、信息兼容的程度，以達(dá)到信息安全、完整、有效傳輸?shù)哪康摹?/p>

2 效能評(píng)估計(jì)算模型

第1節(jié)中所提出的各項(xiàng)指標(biāo)，有些可以定量測(cè)量，有些卻只能定性評(píng)價(jià)。在定量指標(biāo)中，又有不同的量綱和取值范圍。進(jìn)行效能評(píng)估前，首先要將帶量綱的指標(biāo)實(shí)測(cè)值轉(zhuǎn)化為無(wú)量綱的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，并且將定性評(píng)價(jià)值按一定打分規(guī)則也轉(zhuǎn)化為評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)[5]，然后才能依據(jù)評(píng)估計(jì)算模型，對(duì)C4ISR系統(tǒng)的整體效能進(jìn)行評(píng)估。本文采用層次分析法(AHP法)建立計(jì)算模型，該方法以矩陣分析為基礎(chǔ)，對(duì)不同層次的評(píng)估指標(biāo)分別進(jìn)行權(quán)重分析和歸一化計(jì)算，最終得出權(quán)重分配合理的整體計(jì)算模型。

將第1級(jí)指標(biāo)記為集合A={A1，A2，A3，A4，A5，A6}，相應(yīng)地將其權(quán)重向量記為ω={ω1，ω2，ω3，ω4，ω5，ω6}，對(duì)于一級(jí)指標(biāo)Ai，構(gòu)成它的j個(gè)二級(jí)指標(biāo)記為集合Ai={Ai1，Ai2，…，Aij}，Ai的權(quán)重向量記為ωi={ωi1，ωi2，…，ωij}。

層次分析法使用同一層次的指標(biāo)Ai和Aj兩兩比較，采用專(zhuān)家打分法得出Ai相對(duì)于Aj的重要性標(biāo)度，這一標(biāo)度被量化為一個(gè)1～9的數(shù)值，數(shù)值越高表明Ai相對(duì)于Aj越重要。對(duì)所有層次的指標(biāo)進(jìn)行層次內(nèi)的兩兩比較后，就可以得出各個(gè)層次的量化評(píng)判矩陣，進(jìn)而確定整個(gè)指標(biāo)體系的權(quán)重分布。

本文提出的指標(biāo)體系中，第1級(jí)指標(biāo)的判斷矩陣：

第2級(jí)指標(biāo)A1、A2、A3、A4的判斷矩陣：

接下來(lái)需要對(duì)以上5個(gè)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，即分別求出各矩陣的最大特征值和對(duì)應(yīng)的特征向量，查詢隨機(jī)一致性指標(biāo)表(見(jiàn)表1)，得出相對(duì)一致性指標(biāo)RC。若RC< 0.1，則表明所設(shè)計(jì)的判斷矩陣的一致性滿足要求；否則就需要調(diào)整權(quán)重系數(shù)，直到判斷矩陣滿足一致性。

表1 隨機(jī)一致性指標(biāo)表

同理，對(duì)于矩陣A1，可計(jì)算出最大特征值λ1=6.198 5，歸一化后的特征向量ω1=(0.332 5，0.252 7，0.051 2，0.064 7，0.102 8，0.196 1)，相對(duì)一致性指標(biāo)RC=0.030<0.1，滿足一致性要求。對(duì)于矩陣A2，最大特征值λ2=5.412 9，歸一化后的特征向量ω2=(0.125 7，0.221 0，0.139 6，0.389 9，0.123 8)，相對(duì)一致性指標(biāo)RC=0.089<0.1，滿足一致性要求。對(duì)于矩陣A3，可計(jì)算出最大特征值λ3=6.276 8，歸一化后的特征向量ω3=(0.324 0，0.280 3，0.055 1，0.066 2，0.115 6，0.158 8，相對(duì)一致性指標(biāo)RC=0.044<0.1，滿足一致性要求。對(duì)于矩陣A4，可計(jì)算出最大特征值λ4=3.038 5，歸一化后的特征向量ω4=(0.637 0，0.258 3，0.104 7)，相對(duì)一致性指標(biāo)RC=0.037<0.1，滿足一致性要求。

最終各指標(biāo)值的權(quán)重分布如表2所示。

3 仿真驗(yàn)證

本節(jié)以美軍現(xiàn)役的Link-16數(shù)據(jù)鏈為例，使用上一節(jié)推導(dǎo)出的表2進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈綜合效能評(píng)估。表2中的指標(biāo)有些是成本型指標(biāo)(數(shù)值越小越好，如情報(bào)處理時(shí)延)，有些是效益型指標(biāo)(數(shù)值越大越好，如防區(qū)范圍)，還有些是定性評(píng)價(jià)指標(biāo)(如輔助決策質(zhì)量)，這類(lèi)指標(biāo)統(tǒng)一劃分為4個(gè)級(jí)別：好、較好、一般、較差，對(duì)應(yīng)的歸一化分值分別為0.90、0.80、0.65和0.50分(滿分為1分)。Link-16數(shù)據(jù)鏈各項(xiàng)指標(biāo)的歸一化得分情況如表3所示。

表3 Link-16數(shù)據(jù)鏈各項(xiàng)指標(biāo)得分一覽表

由于Link-16數(shù)據(jù)鏈不具備輔助決策功能，因此A4項(xiàng)得分為0。將表3中各一級(jí)指標(biāo)的得分乘以各自權(quán)重并求和，可得Link-16數(shù)據(jù)鏈的綜合效能評(píng)估得分為0.71(滿分為1分)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)C4ISR系統(tǒng)提出了較為客觀、全面的效能評(píng)估指標(biāo)體系，并使用層次分析法得出了依據(jù)這套指標(biāo)體系進(jìn)行效能評(píng)估的權(quán)重表，可據(jù)此對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)上或想定推演中測(cè)量到的指標(biāo)值進(jìn)行計(jì)算，得出整體的評(píng)估結(jié)果。C4ISR系統(tǒng)體量較大，功能多樣且集成度高，因此涉及的評(píng)估指標(biāo)也十分繁雜。本文提出的指標(biāo)體系和權(quán)重表已應(yīng)用在筆者參與的工作項(xiàng)目中，驗(yàn)證了其可行性與正確性，未來(lái)仍將在此基礎(chǔ)上進(jìn)行更深入的研究，使整套評(píng)估系統(tǒng)更加完善。