改進(jìn)ADC 模型的空中無(wú)人通信平臺(tái)作戰(zhàn)效能評(píng)估*

羅 杰，蘇 兵，遲 銘，黃順華

（1.國(guó)防科技大學(xué)信息通信學(xué)院試驗(yàn)訓(xùn)練基地，西安 710106；2.解放軍31683 部隊(duì)，蘭州 730305）

0 引言

空中無(wú)人通信平臺(tái)是指將通信載荷升空搭載到低空無(wú)人平臺(tái)，作為通信接入節(jié)點(diǎn)或中繼節(jié)點(diǎn)，與地面基站形成空地一體的綜合接入系統(tǒng)。對(duì)空中無(wú)人通信平臺(tái)的作戰(zhàn)效能評(píng)估能夠量化分析裝備運(yùn)用實(shí)效，為合理作戰(zhàn)運(yùn)用提供理論支撐，具有重要意義。作戰(zhàn)效能是指特定的作戰(zhàn)部隊(duì)使用一定編制體制結(jié)構(gòu)下的某一武器裝備集合構(gòu)成的作戰(zhàn)系統(tǒng)，在執(zhí)行作戰(zhàn)行動(dòng)任務(wù)中所能達(dá)到的預(yù)期可能目標(biāo)的程度，作戰(zhàn)效能評(píng)估的對(duì)象不僅包含武器系統(tǒng)自身，還包括戰(zhàn)場(chǎng)上動(dòng)態(tài)變化的各個(gè)要素。我國(guó)系統(tǒng)效能研究大多以美國(guó)工業(yè)界武器系統(tǒng)咨詢委員會(huì)提出的ADC 模型為基礎(chǔ)，也有部分學(xué)者用ADC 模型直接對(duì)作戰(zhàn)效能進(jìn)行評(píng)估，忽略了實(shí)際作戰(zhàn)時(shí)人與武器裝備結(jié)合的因素和對(duì)抗環(huán)境因素。本文在傳統(tǒng)ADC 模型的基礎(chǔ)上，引入了作戰(zhàn)運(yùn)用因子Z 和作戰(zhàn)環(huán)境因子H 構(gòu)建改進(jìn)型評(píng)估模型對(duì)空中無(wú)人通信平臺(tái)作戰(zhàn)效能進(jìn)行評(píng)估，旨在保證評(píng)估的完整性和嚴(yán)謹(jǐn)性。

1 指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 空中無(wú)人通信平臺(tái)作戰(zhàn)效能影響因素分析

從事物發(fā)展的角度分析，空中無(wú)人通信平臺(tái)作戰(zhàn)效能同時(shí)受主觀內(nèi)因和客觀外因的雙重作用，既有系統(tǒng)固有能力的支撐，也有外部因素或積極或消極的影響。

系統(tǒng)固有能力是空中無(wú)人通信平臺(tái)在特定的標(biāo)準(zhǔn)和條件下，通過(guò)執(zhí)行一組任務(wù)方法和手段的集成，達(dá)到期望效果的本領(lǐng)，是影響作戰(zhàn)效能的根本因素。從部隊(duì)對(duì)空中無(wú)人通信平臺(tái)的需求出發(fā)，可以將系統(tǒng)固有能力分為信息通信能力、業(yè)務(wù)支撐能力和體系融合能力，系統(tǒng)固有能力要轉(zhuǎn)化為作戰(zhàn)效能又受到裝備可用性、可靠性的制約。外因部分包含兩個(gè)方面，一是作戰(zhàn)指揮人員、裝備操作人員、技術(shù)保障人員，分別對(duì)空中無(wú)人通信平臺(tái)的規(guī)劃協(xié)同、操作使用、技術(shù)保障等實(shí)際作戰(zhàn)運(yùn)用情況是影響作戰(zhàn)效能的現(xiàn)實(shí)因素；二是特殊的作戰(zhàn)環(huán)境，包括地理、氣象、電磁等自然環(huán)境和敵方的軟硬殺傷等對(duì)抗環(huán)境，會(huì)制約作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。綜合分析，可繪制如圖1 所示的空中無(wú)人通信平臺(tái)作戰(zhàn)效能影響因素關(guān)系圖。

圖1 空中無(wú)人通信平臺(tái)作戰(zhàn)效能影響因素關(guān)系圖

1.2 空中無(wú)人通信平臺(tái)作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建

通過(guò)分析空中無(wú)人通信平臺(tái)作戰(zhàn)效能影響因素，采取分類、聚合的方法，從系統(tǒng)固有能力、作戰(zhàn)運(yùn)用、作戰(zhàn)環(huán)境3 個(gè)層面出發(fā)，層層分解得到指標(biāo)體系如下頁(yè)圖2 所示。

圖2 空中無(wú)人通信平臺(tái)作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系

1.3 指標(biāo)權(quán)重確定

在作戰(zhàn)效能評(píng)估過(guò)程中，需要確定能力C、作戰(zhàn)運(yùn)用因子Z、作戰(zhàn)環(huán)境因子H 下的各級(jí)指標(biāo)權(quán)重，可利用層次分析法對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行層層分解編號(hào)，構(gòu)造兩級(jí)評(píng)估體系。在此基礎(chǔ)上借鑒德爾非法，向選定的多位專家征詢意見，分別構(gòu)造比較矩陣，通過(guò)一致性檢驗(yàn)后，計(jì)算比較矩陣特征向量作為權(quán)重向量，將得到的權(quán)重加權(quán)平均后，反饋給專家進(jìn)行第2 輪意見征詢，調(diào)整修改后最終確定各級(jí)指標(biāo)的權(quán)重。

2 評(píng)估模型構(gòu)建

考慮到空中無(wú)人通信平臺(tái)作戰(zhàn)效能的多維性，與運(yùn)用方式、戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)、操作人員以及作戰(zhàn)環(huán)境等因素密不可分，在傳統(tǒng)ADC 模型上引入作戰(zhàn)運(yùn)用因子Z 和作戰(zhàn)環(huán)境因子H 加以改進(jìn)，改進(jìn)后的空中無(wú)人通信平臺(tái)作戰(zhàn)效能評(píng)估模型為

2.1 可用性向量A

表示為

2.2 可靠性矩陣D

可靠性是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，描述武器裝備是否具有穩(wěn)定性，是武器裝備在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中，是否可以持續(xù)完成任務(wù)的度量?？罩袩o(wú)人通信平臺(tái)在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中的某種狀態(tài)，都可以經(jīng)過(guò)系統(tǒng)自身的變化和維護(hù)修理，轉(zhuǎn)化為其他狀態(tài)。針對(duì)只有有效狀態(tài)和故障狀態(tài)的空中無(wú)人通信平臺(tái)，可靠性矩陣

2.3 能力矩陣C

根據(jù)已建立的指標(biāo)體系，能力可分為信息通信能力、業(yè)務(wù)支撐能力、體系融合能力等3 個(gè)下級(jí)指標(biāo)，下級(jí)指標(biāo)又可分為13 個(gè)子指標(biāo)。各指標(biāo)的權(quán)重通過(guò)1.3 節(jié)所述的層次分析法獲得；末端指標(biāo)的數(shù)值可根據(jù)日常訓(xùn)練記錄或者專門的作戰(zhàn)試驗(yàn)記錄經(jīng)處理獲得。最終的能力值采用模糊綜合評(píng)判法得出。

2.3.1 確定評(píng)價(jià)因素集和評(píng)語(yǔ)集

評(píng)價(jià)因素集是影響評(píng)價(jià)系統(tǒng)能力的各種指標(biāo)，可以確定能力的模糊綜合評(píng)價(jià)總因素集：U={U，U，U}，下級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)因素集：U={u，u，u，u，u}，U={u，u，u，u}，U={u，u，u，u}。

評(píng)語(yǔ)集是指評(píng)價(jià)者對(duì)評(píng)價(jià)因素的評(píng)定等級(jí)，也就是可能出現(xiàn)的評(píng)價(jià)結(jié)果，記為V={v，v，…，v}，其中，m 為評(píng)定等級(jí)數(shù)，一般取值為3～5。本文評(píng)價(jià)結(jié)果采用優(yōu)秀、良好、中等、差4 個(gè)等級(jí)，即評(píng)定等級(jí)數(shù)m=4，對(duì)應(yīng)評(píng)語(yǔ)集V={v，v，v，v，}={優(yōu)、良、中、差}。經(jīng)咨詢領(lǐng)域內(nèi)專家，各評(píng)定等級(jí)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值和置信區(qū)間如表1 所示。

表1 評(píng)定等級(jí)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值和置信區(qū)間

2.3.2 建立隸屬度函數(shù)

隸屬度函數(shù)f（x）表示某一因素的取值x 屬于對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)等級(jí)v的程度高低，取值區(qū)間為（0，1）。隸屬度f(wàn)（x）越接近1，表示x 屬于v的程度越高；越接近0，表示x 屬于v的程度越低。常用的隸屬度函數(shù)有梯形、三角形、S 形、高斯型等，因本文所建指標(biāo)體系中系統(tǒng)固有能力下的各指標(biāo)均是定量型指標(biāo)，故選取高斯形隸屬度函數(shù)。所建函數(shù)為

以上式中，σ 為常數(shù)，指正態(tài)分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差，文中根據(jù)各評(píng)估等級(jí)的置信區(qū)間設(shè)置，取σ=2.8，隸屬度函數(shù)圖如圖3 所示。

圖3 評(píng)價(jià)等級(jí)對(duì)應(yīng)的隸屬度函數(shù)

2.3.3 生成隸屬度矩陣

首先，根據(jù)隸屬度函數(shù)計(jì)算因素U下單因素u屬于第s 類（s 取值為1，2，3，4）評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度X。f為第s 類評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬函數(shù)，則有

2.3.4 計(jì)算模糊評(píng)價(jià)結(jié)果

首先，采用模糊計(jì)算的方式計(jì)算每個(gè)因素U的評(píng)價(jià)等級(jí)向量，其中，W為權(quán)重向量，R為該因素的隸屬度矩陣，計(jì)算結(jié)果為行向量

2.4 作戰(zhàn)運(yùn)用因子Z

作戰(zhàn)運(yùn)用因子主要考慮組織運(yùn)用對(duì)空中無(wú)人通信平臺(tái)作戰(zhàn)效能的影響，不同的使用人員、不同的使用方式對(duì)應(yīng)著不同的作戰(zhàn)效能。依據(jù)已建好的指標(biāo)體系，利用層次分析法求出規(guī)劃協(xié)同、裝備操作、技術(shù)保障3 個(gè)指標(biāo)及其子指標(biāo)的權(quán)重；采取專項(xiàng)考核評(píng)定或依據(jù)日常訓(xùn)練成績(jī)?cè)u(píng)定的方式獲取末端指標(biāo)的數(shù)值（百分制），最后，采取加權(quán)求和的方式求出最終值。計(jì)算模型為

式中，t為作戰(zhàn)運(yùn)用因子下層指標(biāo)權(quán)重；t為子指標(biāo)權(quán)重；r為末端指標(biāo)數(shù)值。

2.5 作戰(zhàn)環(huán)境因子H

作戰(zhàn)環(huán)境因子是地理、氣象、電磁等自然環(huán)境和敵電子偵察干擾、網(wǎng)電攻擊、實(shí)體摧毀等對(duì)抗環(huán)境對(duì)作戰(zhàn)效能的影響。各級(jí)指標(biāo)權(quán)重仍用層次分析法獲得，末端指標(biāo)的數(shù)值采取作戰(zhàn)指揮人員、裝備操作人員、技術(shù)保障人員、裝備開發(fā)人員等4 個(gè)層次人員打分取平均值的方式獲得，取值范圍為0～1。計(jì)算模型為

式中，v為作戰(zhàn)環(huán)境因子下層指標(biāo)權(quán)重；v為子指標(biāo)權(quán)重；h為末端指標(biāo)數(shù)值。

3 實(shí)例驗(yàn)證評(píng)估

為驗(yàn)證評(píng)估模型的可行性，以某型空中無(wú)人通信平臺(tái)執(zhí)行高寒山地通信保障任務(wù)為評(píng)估實(shí)例，應(yīng)用上述所建評(píng)估模型進(jìn)行作戰(zhàn)效能評(píng)估。

3.1 評(píng)估過(guò)程

3.1.1 計(jì)算可用性向量A

空中無(wú)人通信平臺(tái)的平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF 為72 h，平均修理時(shí)間MTTR 為1 h，執(zhí)行通信保障任務(wù)時(shí)，任務(wù)持續(xù)時(shí)間為6 h。利用式（2）計(jì)算得到

3.1.3 計(jì)算能力矩陣C

通過(guò)數(shù)據(jù)采集得到能力C'的末端指標(biāo)數(shù)值如表2 所示。

表2 系統(tǒng)固有能力末端指標(biāo)數(shù)值

3.1.4 計(jì)算作戰(zhàn)運(yùn)用因子Z

通過(guò)專項(xiàng)考核，得到作戰(zhàn)運(yùn)用因子Z 的末端指標(biāo)數(shù)值如表3 所示。

表3 作戰(zhàn)運(yùn)用因子末端指標(biāo)數(shù)值

通過(guò)層次分析法得到兩級(jí)指標(biāo)的權(quán)重向量分別 為t =（0.375 5，0.332 5，0.292 0），t=（0.533 3，0.466 7），t=（0.273 3，0.214 9，0.276 7，0.235 1），t=（0.368 2，0.272 0，0.359 8）。利用式（9）計(jì)算得出Z=0.917 2。

3.1.5 計(jì)算作戰(zhàn)環(huán)境因子H

通過(guò)專家打分，得到作戰(zhàn)環(huán)境因子H 末端指標(biāo)數(shù)值如下頁(yè)表4 所示。

表4 作戰(zhàn)環(huán)境因子末端指標(biāo)數(shù)值

通過(guò)層次分析法得到兩級(jí)指標(biāo)的權(quán)重向量分別 為v=（0.445 0，0.555 0），v=（0.373 1，0.274 2，0.352 7），v=（0.410 4，0.345 5，0.244 1）。利用式（10）計(jì)算得出H=0.161 2。

3.1.6 計(jì)算評(píng)估結(jié)果

在以上計(jì)算的基礎(chǔ)上，計(jì)算得出作戰(zhàn)效能E=A·D·C·Z·（1-H）=65.87。如果利用傳統(tǒng)模型計(jì)算，則E=A·D·C=85.61。

3.2 評(píng)估結(jié)果分析

從評(píng)估結(jié)果看，因?yàn)橐胱鲬?zhàn)運(yùn)用因子和作戰(zhàn)環(huán)境因子，改進(jìn)后的模型作戰(zhàn)效能評(píng)估值低于傳統(tǒng)ADC 模型的評(píng)估值，但是，對(duì)空中無(wú)人通信平臺(tái)作戰(zhàn)效能評(píng)估是將空中無(wú)人通信平臺(tái)置于作戰(zhàn)環(huán)境中，考慮作戰(zhàn)組織運(yùn)用的方方面面和變化的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，該評(píng)估模型更加貼近實(shí)戰(zhàn)。從評(píng)估結(jié)果的數(shù)據(jù)浮動(dòng)幅度看，作戰(zhàn)運(yùn)用因子和作戰(zhàn)環(huán)境因子對(duì)綜合評(píng)估結(jié)果影響較大，因此，對(duì)空中無(wú)人通信平臺(tái)正確地部署規(guī)劃、合理地操作使用、精準(zhǔn)地技術(shù)保障，以及提升其環(huán)境適應(yīng)能力和對(duì)抗能力，都能較大幅度提高作戰(zhàn)效能。

4 結(jié)論

武器裝備作戰(zhàn)效能評(píng)估對(duì)如何科學(xué)運(yùn)用裝備，發(fā)揮裝備作戰(zhàn)能力有著重要意義。本文在分析空中無(wú)人通信平臺(tái)作戰(zhàn)效能影響因素的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系，然后在傳統(tǒng)ADC 效能評(píng)估模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展，構(gòu)建了包含作戰(zhàn)運(yùn)用因子和作戰(zhàn)環(huán)境因子的改進(jìn)型評(píng)估模型，較好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)模型的局限性。但是在作戰(zhàn)環(huán)境因子的指標(biāo)賦值上，采取人工打分的方式，存在較大的主觀性，下步要針對(duì)此部分進(jìn)一步研究，提高指標(biāo)賦值的準(zhǔn)確性。本套評(píng)估模型雖為空中無(wú)人通信平臺(tái)作戰(zhàn)效能評(píng)估而建立，但對(duì)其他武器裝備作戰(zhàn)效能評(píng)估也具有一定的借鑒意義。