基于網(wǎng)絡(luò)化指標(biāo)的數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障能力評(píng)估模型研究

黃炎焱, 王凱生, 史宇昂

(南京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院, 江蘇 南京 210094)

0 引 言

近年來的現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)表明,殺傷手段越來越離不開網(wǎng)絡(luò)信息的支撐保障。無論是OODA(observation, orientation, decision, action)作戰(zhàn)鏈,還是美國空軍提出的F2T2EA(find,fix,track,target,engage,assess)殺傷鏈系統(tǒng),即由“發(fā)現(xiàn)、定位、跟蹤、瞄準(zhǔn)、交戰(zhàn)、評(píng)估”6個(gè)環(huán)節(jié)組成的鏈路,都離不開網(wǎng)信服務(wù)體系的支撐及保障,基于網(wǎng)信支撐的 “殺傷鏈”作戰(zhàn)已成為常規(guī)作戰(zhàn)形式[1-2]。

殺傷鏈能力是建立在數(shù)據(jù)鏈及指控鏈等網(wǎng)信體系上的殺傷手段。信息化戰(zhàn)爭(zhēng)就是在數(shù)據(jù)鏈的支撐保障下通過充分利用信息資源連通對(duì)敵殺傷鏈路,實(shí)現(xiàn)對(duì)敵有效打擊的戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)[3-4]。各類作戰(zhàn)單元間通過數(shù)據(jù)鏈打破壁壘,達(dá)到全域范圍內(nèi)的態(tài)勢(shì)共享,互聯(lián)、互通、互操作,從而實(shí)現(xiàn)“1+1>2”的涌現(xiàn)效應(yīng),進(jìn)而促進(jìn)殺傷鏈作戰(zhàn)循環(huán)的進(jìn)行[5-7]。數(shù)據(jù)鏈作為信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),其裝備建設(shè)必須滿足“殺傷鏈”作戰(zhàn)帶來的技術(shù)需求[8-10]。數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)且跃W(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),以信息為主導(dǎo)的數(shù)據(jù)處理鏈路,即將作戰(zhàn)要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分類整合,形成作戰(zhàn)要素描述信息;將信息按需分發(fā)共享,整合信息形成作戰(zhàn)決策;依決策分配任務(wù),采取行動(dòng);對(duì)行動(dòng)效果進(jìn)行評(píng)估并處置,實(shí)現(xiàn)指控單元到武器單元間信息的無縫鏈接,完成對(duì)目標(biāo)的精確、快速殺傷。數(shù)據(jù)鏈對(duì)殺傷鏈的作戰(zhàn)保障能力直接影響了殺傷鏈的作戰(zhàn)效能[11-12]。因此,對(duì)數(shù)據(jù)鏈的作戰(zhàn)保障能力展開評(píng)估,對(duì)完善數(shù)據(jù)鏈的裝備建設(shè)、提高殺傷鏈作戰(zhàn)效能具有十分積極的作用[13-14]。

目前,針對(duì)數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障能力評(píng)估的研究存在以下問題:① 當(dāng)前研究對(duì)數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障能力概念的詮釋還不夠明確,缺乏專業(yè)的網(wǎng)信融合評(píng)價(jià)指標(biāo),網(wǎng)信保障質(zhì)量難以表達(dá),作戰(zhàn)保障能力指標(biāo)體系不易構(gòu)建;② 數(shù)據(jù)鏈不直接參與殺傷,其保障能力不能直接用殺傷鏈的效能表達(dá),需要借助殺傷鏈匹配的效能指標(biāo)進(jìn)行間接及隱性的表達(dá)[15-16];③ 數(shù)據(jù)鏈能力指標(biāo)體系呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu),而非傳統(tǒng)裝備能力指標(biāo)的顯性樹狀結(jié)構(gòu)指標(biāo)。傳統(tǒng)評(píng)估多采用顯性的樹狀結(jié)構(gòu)指標(biāo),而數(shù)據(jù)鏈領(lǐng)域數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化特征顯著,作戰(zhàn)保障能力是一系列相互關(guān)聯(lián)、相互影響、相互交互的指標(biāo)聯(lián)合構(gòu)成,難以強(qiáng)行分拆,為尊重客觀現(xiàn)實(shí),需要一種網(wǎng)絡(luò)化指標(biāo)體系形式,涵蓋數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)要素的特征能力[17-18]。④ 傳統(tǒng)線性的評(píng)估方法難以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化指標(biāo)體系的變化,評(píng)估過程需要大量邏輯數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,過去研究往往比較缺乏對(duì)數(shù)據(jù)的具體分析[19-20]。

為此,鑒于數(shù)據(jù)鏈能力相關(guān)的信息感知、網(wǎng)絡(luò)信息分發(fā)、網(wǎng)信作戰(zhàn)保障質(zhì)量等評(píng)估指標(biāo)是相互邏輯耦合,難以強(qiáng)行分拆。為尊重?cái)?shù)據(jù)鏈這種客觀現(xiàn)實(shí),需要構(gòu)建一類網(wǎng)絡(luò)化指標(biāo)體系,涵蓋數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)要素的特征能力。為此,本文擬圍繞數(shù)據(jù)鏈這類網(wǎng)絡(luò)化評(píng)估指標(biāo)體系,對(duì)照新一代數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障能力展開評(píng)估研究。

1 數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障能力評(píng)估總體框架建立

1.1 數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障能力特點(diǎn)

信息化戰(zhàn)爭(zhēng)即是在數(shù)據(jù)鏈的支撐保障下,通過融合多域多維度的信息,實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)能力高效協(xié)作統(tǒng)一的作戰(zhàn)樣式。信息化作戰(zhàn)形態(tài)下,作戰(zhàn)行動(dòng)與殺傷鏈作戰(zhàn)效能發(fā)揮、數(shù)據(jù)鏈裝備體系優(yōu)化間的關(guān)聯(lián)圖如圖1所示。

圖1 信息化作戰(zhàn)形態(tài)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Information warfare form structure chart

作戰(zhàn)殺傷鏈通過戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈信息共享網(wǎng)絡(luò)的支撐保障,實(shí)現(xiàn)態(tài)勢(shì)信息共享、指控信息協(xié)同,運(yùn)用于對(duì)機(jī)載作戰(zhàn)、防空作戰(zhàn)、陸地作戰(zhàn)、導(dǎo)彈作戰(zhàn)、空中偵察、空域管制、反潛作戰(zhàn)、火力支援、登陸作戰(zhàn)、搜救營救等戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)。數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障能力通常從以下方面得到體現(xiàn)運(yùn)用。

(1) 綜合組網(wǎng)運(yùn)用。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈通過高效組網(wǎng)的功能,快速接入新的作戰(zhàn)平臺(tái)構(gòu)筑網(wǎng)絡(luò),實(shí)時(shí)掌握所有網(wǎng)絡(luò)成員的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、平臺(tái)狀態(tài)、位置狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信息,為作戰(zhàn)過程的互相支援與高效協(xié)同提供支持。

(2) 戰(zhàn)術(shù)信息保障。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈通過通信鏈路的跨域貫通,及時(shí)、高效地將多維戰(zhàn)術(shù)信息傳輸給組網(wǎng)內(nèi)的各個(gè)網(wǎng)絡(luò)成員。

(3) 戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)共享。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈通過對(duì)各類傳感器平臺(tái)探測(cè)到的目標(biāo)信息進(jìn)行分布式處理,在組網(wǎng)內(nèi)形成一致的目標(biāo)態(tài)勢(shì)圖,供各個(gè)網(wǎng)絡(luò)成員共享,從而將作戰(zhàn)部隊(duì)的態(tài)勢(shì)感知范圍由原始的傳感器探測(cè)范圍擴(kuò)大為裝備體系內(nèi)部所有傳感器探測(cè)范圍的并集,大大提高了作戰(zhàn)部隊(duì)的態(tài)勢(shì)感知能力。

(4) 電子戰(zhàn)應(yīng)用。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈通過將組網(wǎng)內(nèi)的電子戰(zhàn)平臺(tái)獲取的信息進(jìn)行融合處理,可提高對(duì)隱身目標(biāo)、遠(yuǎn)距目標(biāo)、小目標(biāo)等不宜偵察目標(biāo)的識(shí)別效率,結(jié)合共享戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)可以大大提高我方電子戰(zhàn)能力。

(5) 戰(zhàn)術(shù)協(xié)同運(yùn)用。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈通過對(duì)實(shí)時(shí)信息的高效融合處理與靈活傳輸,為多種協(xié)同策略的實(shí)現(xiàn)提供了保障,能夠?qū)Χ鄠€(gè)作戰(zhàn)平臺(tái)間可能出現(xiàn)的沖突干擾及時(shí)進(jìn)行協(xié)調(diào)消解,同時(shí)提高了我方作戰(zhàn)體系的協(xié)同作戰(zhàn)能力。

(6)指揮控制保障。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈通過增加作戰(zhàn)平臺(tái)間的連通性,還通過指控互操作配套服務(wù),使得傳感器平臺(tái)與火力平臺(tái)間的信息交互更加高效快速,極大提高了我方殺傷鏈路相對(duì)敵方的指揮控制速度與精度,進(jìn)而提高了我方作戰(zhàn)體系快速精準(zhǔn)先敵打擊的優(yōu)勢(shì)。

1.2 面向數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障能力的評(píng)估總體框架

數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障能力評(píng)估是對(duì)數(shù)據(jù)鏈裝備的建設(shè)、應(yīng)用能力發(fā)揮程度的評(píng)定和計(jì)算,目的是對(duì)裝備的戰(zhàn)斗力現(xiàn)狀有清晰把控,以助力改進(jìn)及合理應(yīng)用。

數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障能力應(yīng)用于高動(dòng)態(tài)性、高對(duì)抗性的復(fù)雜體系對(duì)抗作戰(zhàn)中,應(yīng)用場(chǎng)景的特殊性使得靜態(tài)評(píng)估方法在此并不適用。數(shù)據(jù)鏈通過把作戰(zhàn)的能力池聯(lián)通,為殺傷鏈提供足夠的能力選擇,因此通信組網(wǎng)能力是數(shù)據(jù)鏈的主要能力之一。同時(shí),殺傷鏈需要配合這些能力及武器,如果交互受阻也不能形成快速殺傷鏈閉環(huán),因此數(shù)據(jù)鏈需要共享態(tài)勢(shì)及協(xié)同感知能力。數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障能力評(píng)估是以作戰(zhàn)概念為背景,以作戰(zhàn)任務(wù)為驅(qū)動(dòng),對(duì)數(shù)據(jù)鏈支撐保障殺傷鏈作戰(zhàn)能力進(jìn)行評(píng)估的過程,因此以網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)的質(zhì)量為指標(biāo)的數(shù)據(jù)鏈服務(wù)能力是動(dòng)態(tài)的能力,需要?jiǎng)討B(tài)的評(píng)估指標(biāo)體系來描述。其本質(zhì)是研究在特定應(yīng)用場(chǎng)景下,數(shù)據(jù)鏈裝備對(duì)殺傷鏈應(yīng)用需求的滿足度,進(jìn)而對(duì)數(shù)據(jù)鏈裝備體系進(jìn)行針對(duì)性完善升級(jí)?；谝陨戏治?搭配上動(dòng)態(tài)的評(píng)估方法,本文所設(shè)計(jì)的面向數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障能力的動(dòng)態(tài)評(píng)估總體框架如圖2所示。

圖2 面向數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障能力的動(dòng)態(tài)評(píng)估總體框架Fig.2 Overall framework for dynamic evaluation of data link operational support capability

本文所提的面向數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障能力的動(dòng)態(tài)評(píng)估總體框架由作戰(zhàn)概念牽引,分為信息層、業(yè)務(wù)層與評(píng)估層。其中,信息層描述了從頂層作戰(zhàn)任務(wù)清單落實(shí)到底層作戰(zhàn)裝備清單的過程,數(shù)據(jù)鏈裝備在數(shù)據(jù)層間流動(dòng)中發(fā)揮支撐作用;業(yè)務(wù)層由信息層映射而成,描述了從使命任務(wù)分配到物理平臺(tái)的過程,數(shù)據(jù)鏈裝備在數(shù)據(jù)層內(nèi)流動(dòng)中發(fā)揮支撐作用;評(píng)估層是圍繞數(shù)據(jù)鏈裝備的研發(fā)建設(shè)而搭建的動(dòng)態(tài)評(píng)估框架,通過對(duì)數(shù)據(jù)鏈裝備的作戰(zhàn)保障能力刻畫、接收來自業(yè)務(wù)層的輸入信息與各關(guān)鍵數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)信息,運(yùn)用合理的評(píng)估方法輸出對(duì)裝備能力的評(píng)估值。

本文所提框架將殺傷鏈作戰(zhàn)效能發(fā)揮、數(shù)據(jù)鏈支撐作戰(zhàn)能力、動(dòng)態(tài)評(píng)估框架三者之間的聯(lián)系進(jìn)行了闡述:戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈支撐殺傷鏈作戰(zhàn)效能發(fā)揮的發(fā)揮,殺傷鏈的作戰(zhàn)效能發(fā)揮水平為動(dòng)態(tài)評(píng)估框架提供關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù),動(dòng)態(tài)評(píng)估框架迭代優(yōu)化數(shù)據(jù)鏈支撐作戰(zhàn)能力。

2 面向數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障能力的網(wǎng)絡(luò)化指標(biāo)體系構(gòu)建

指標(biāo)體系是由一系列相互關(guān)聯(lián)的屬性指標(biāo)構(gòu)成的有機(jī)整體,用以在評(píng)估活動(dòng)中對(duì)評(píng)估對(duì)象進(jìn)行全面性描述。指標(biāo)體系的結(jié)構(gòu)反應(yīng)了評(píng)估對(duì)象的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)與邏輯,而該結(jié)構(gòu)與邏輯直接影響了評(píng)估對(duì)象的能力構(gòu)成與效能發(fā)揮。因此,做好指標(biāo)體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作,是評(píng)估系統(tǒng)運(yùn)行的前提和關(guān)鍵。

2.1 指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)分析

指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)主要有樹狀和網(wǎng)絡(luò)化兩種基本類型。樹狀指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)清晰,但構(gòu)建的前提是指標(biāo)間相互獨(dú)立,需要對(duì)評(píng)估對(duì)象特性進(jìn)行分析解耦,不適用于大型復(fù)雜系統(tǒng)。而網(wǎng)絡(luò)化指標(biāo)體系由于其結(jié)構(gòu)與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)相呼應(yīng),在一定程度上能夠描述復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)部的耦合關(guān)系,然而其復(fù)雜結(jié)構(gòu)也使得評(píng)估過程不夠直觀具體。

數(shù)據(jù)鏈的作戰(zhàn)保障能力評(píng)估涉及到組網(wǎng)、共享、協(xié)同、交互等信息域、認(rèn)知域以及社會(huì)域的范疇,指標(biāo)之間相互關(guān)聯(lián)、互為因果、綁定釋義的情況普遍存在,要采用傳統(tǒng)的樹狀指標(biāo)體系,難以對(duì)評(píng)估對(duì)象進(jìn)行刻畫評(píng)估。如何尋求一種新的指標(biāo)體系表達(dá)方式,是本研究的一個(gè)重要問題?？紤]到數(shù)據(jù)鏈領(lǐng)域數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化特征顯著,本文基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論與網(wǎng)絡(luò)分析(analytic network process, ANP)法建立新型效能評(píng)估指標(biāo)體系,對(duì)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的作戰(zhàn)保障能力進(jìn)行刻畫。

2.2 效能指標(biāo)集構(gòu)建

建立戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈裝備基礎(chǔ)效能指標(biāo)集是構(gòu)建數(shù)據(jù)鏈裝備效能指標(biāo)網(wǎng)的關(guān)鍵。指標(biāo)集的建立需要以數(shù)據(jù)鏈裝備的運(yùn)行過程為基礎(chǔ),結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),提取能夠反映數(shù)據(jù)鏈體系效能的要素因子凝練成體系效能基礎(chǔ)指標(biāo),并構(gòu)建基礎(chǔ)指標(biāo)計(jì)算模型。效能指標(biāo)集的構(gòu)建應(yīng)遵循以下原則:

(1) 系統(tǒng)完備性。效能指標(biāo)的選取應(yīng)遵從系統(tǒng)論的思想,從各個(gè)層次、不同角度來對(duì)評(píng)估對(duì)象的特征進(jìn)行描述,綜合表征對(duì)象的發(fā)展?fàn)顟B(tài)與變化趨勢(shì)。

(2) 客觀獨(dú)立性。效能指標(biāo)的選取應(yīng)能與現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)建立聯(lián)系、能夠真實(shí)地反映評(píng)估對(duì)象的各項(xiàng)性能與特征。同時(shí),在指標(biāo)選取前需要對(duì)評(píng)估系統(tǒng)的復(fù)雜性、耦合性進(jìn)行分析,對(duì)備選指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析,使得最終確定的效能指標(biāo)集內(nèi)部的耦合性最小、指標(biāo)內(nèi)涵的重合度最低。

(3) 簡(jiǎn)化可測(cè)性。在能滿足評(píng)估要求的情況下,應(yīng)選取盡可能少的關(guān)鍵指標(biāo)來構(gòu)建效能指標(biāo)集,還應(yīng)考慮選取容易定量計(jì)算的關(guān)鍵指標(biāo)。針對(duì)無法量化的定性指標(biāo),應(yīng)采用專家評(píng)價(jià)等方法轉(zhuǎn)化為可量化計(jì)算的指標(biāo)。

2.3 保障能力指標(biāo)網(wǎng)構(gòu)建

定義數(shù)據(jù)鏈保障能力評(píng)估系統(tǒng)的保障能力指標(biāo)集模塊包含的N個(gè)指標(biāo)集為{{S1},{S2},…,{SN}},其中每個(gè)指標(biāo)集{Si}都可用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的加權(quán)圖進(jìn)行刻畫,描述為{Si}=〈V,E,W〉。其中,V為該網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)集合,即為該指標(biāo)集中保障能力指標(biāo)的集合;E表示網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的聯(lián)通關(guān)系(邊),描述了指標(biāo)集中保障能力指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)性;W表示網(wǎng)絡(luò)中邊的權(quán)值(也可理解為邊的長度),描述了指標(biāo)集中保障能力指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)度?；趶?fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論建立的數(shù)據(jù)鏈裝備保障能力指標(biāo)網(wǎng)如圖3所示。

圖3 能力指標(biāo)網(wǎng)Fig.3 Performance index network

2.4 基于ANP的新型保障能力評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建

為了合理有效地對(duì)數(shù)據(jù)鏈裝備的作戰(zhàn)保障能力開展保障能力評(píng)估,指標(biāo)體系的合理、完備構(gòu)建尤為重要。ANP模型將評(píng)估指標(biāo)體系框架劃分為兩部分:第一部分為控制層,包括評(píng)估目標(biāo)及評(píng)估準(zhǔn)則。第二部分為網(wǎng)絡(luò)層,由所有受控制層支配的指標(biāo)集組成,其內(nèi)部是互相影響的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),指標(biāo)之間互相依存、互相支配。典型ANP層次結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 典型ANP評(píng)估層次結(jié)構(gòu)Fig.4 Typical ANP evaluation hierarchy structure

ANP在層次分析法的基礎(chǔ)上,考慮到了各指標(biāo)或相鄰層次之間的相互影響,利用“超矩陣”對(duì)各相互作用并影響的指標(biāo)進(jìn)行綜合分析得出其混合權(quán)重。然而,數(shù)據(jù)鏈支撐作戰(zhàn)保障能力指標(biāo)結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的特征,而不是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò),太過抽象的體系結(jié)構(gòu)不利于指揮員依據(jù)結(jié)果進(jìn)行指揮決策。本文依據(jù)典型ANP評(píng)估層次結(jié)構(gòu),在網(wǎng)絡(luò)層根據(jù)已建立的基礎(chǔ)保障能力指標(biāo)集進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析,根據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系涌現(xiàn)出基礎(chǔ)指標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),并在控制層通過直接指標(biāo)與間接指標(biāo)對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新標(biāo)定,構(gòu)建滿足實(shí)際使用場(chǎng)景需求的新型數(shù)據(jù)鏈保障能力指標(biāo)體系。改進(jìn)后的評(píng)估指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 改進(jìn)型ANP評(píng)估層次結(jié)構(gòu)Fig.5 Improved ANP evaluation hierarchy structure

通過基礎(chǔ)保障能力指標(biāo)集建立評(píng)估層次結(jié)構(gòu)中的網(wǎng)絡(luò)層后,通過網(wǎng)絡(luò)連接強(qiáng)弱涌現(xiàn)出一批帶有性能傾向性的直接指標(biāo)。再通過定義一批顯性的間接指標(biāo)將評(píng)估目標(biāo)與直接指標(biāo)進(jìn)行連接,從而建立好評(píng)估層次結(jié)構(gòu)中的控制層,進(jìn)而完成對(duì)新型評(píng)估指標(biāo)體系的構(gòu)建。

3 基于新型指標(biāo)體系的保障能力評(píng)估方法研究

新型評(píng)估指標(biāo)體系需要與評(píng)估方法進(jìn)行匹配,為此,尋找與新的指標(biāo)體系互為一體的評(píng)估方法進(jìn)而構(gòu)成整套評(píng)估模型,是目前數(shù)據(jù)鏈評(píng)估領(lǐng)域的期待解決的主要焦點(diǎn)問題,本節(jié)將以ANP為例對(duì)此展開研究。

3.1 構(gòu)建評(píng)估層次結(jié)構(gòu)

依據(jù)評(píng)估的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合結(jié)合評(píng)估對(duì)象的特殊性,確定評(píng)估問題的目標(biāo)、準(zhǔn)則與可能結(jié)果。構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化評(píng)估指標(biāo)體系框架用以描述在確定評(píng)估目標(biāo)下的指標(biāo)或指標(biāo)集的關(guān)系,包括確定由評(píng)估目標(biāo)與評(píng)估準(zhǔn)則組成的控制層與根據(jù)指標(biāo)集確定的網(wǎng)絡(luò)層。

3.2 指標(biāo)重要度打分

指標(biāo)重要度是指標(biāo)的多項(xiàng)屬性、特質(zhì)共同作用的外在涌現(xiàn)形式,難以采用技術(shù)方法進(jìn)行定量分析,因此采用專家打分法,對(duì)專家意見進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、處理、分析和歸納,客觀地綜合多數(shù)專家經(jīng)驗(yàn)與主觀判斷是當(dāng)前研究中較為合理的處理方法。根據(jù)所建立評(píng)估體系框架中各指標(biāo)之間的影響關(guān)系制作問卷,并聯(lián)系數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障領(lǐng)域?qū)＜乙罁?jù)重要度相對(duì)尺度表對(duì)各層級(jí)以及各評(píng)估指標(biāo)之間的重要度比值進(jìn)行打分。重要度相對(duì)尺度表如表1所示。

表1 重要度相對(duì)尺度表

3.3 計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重

(1) 構(gòu)建無權(quán)重超矩陣

以控制層為主準(zhǔn)則,以網(wǎng)絡(luò)層上任一指標(biāo)集{Si}中的指標(biāo)sij為次準(zhǔn)則,對(duì)指標(biāo)進(jìn)行成對(duì)比較建立判斷矩陣,從而得到歸一化特征的向量。將各指標(biāo)間的內(nèi)外依賴、反饋關(guān)系依次進(jìn)行比較,得到無權(quán)重超矩陣WS。同理,以其他控制層為基礎(chǔ),建立無權(quán)重超矩陣WS,如下所示:

(1)

(2) 構(gòu)造權(quán)重超矩陣

以決策目標(biāo)為主準(zhǔn)則,以指標(biāo)集為此準(zhǔn)則,兩兩比較建立判斷矩陣aj,得到歸一化特征向量(a1j,a2j,…,anj)T,進(jìn)而得到權(quán)重超網(wǎng)絡(luò)AS,如下所示:

(2)

(3) 極限超矩陣

由于ANP具備依賴關(guān)系和反饋關(guān)系,所以相對(duì)AHP指標(biāo)優(yōu)先權(quán)的確定程序比較復(fù)雜,可利用超矩陣的迭代反映指標(biāo)的復(fù)雜間接關(guān)系。指標(biāo)優(yōu)先權(quán)可以通過求解極限超矩陣而得,計(jì)算公式如下:

(3)

4 案例分析

以戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈支撐某次殺傷鏈作戰(zhàn)任務(wù)為背景,對(duì)兩套戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用方案的作戰(zhàn)保障保障能力進(jìn)行對(duì)比評(píng)估分析,進(jìn)而對(duì)本文所提的面向數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障能力的動(dòng)態(tài)評(píng)估模型的有效性進(jìn)行分析驗(yàn)證。為評(píng)估模型使用方便,所用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都已使用指標(biāo)項(xiàng)對(duì)應(yīng)效用函數(shù)進(jìn)行歸一化處理,評(píng)估計(jì)算過程都已通過Matlab實(shí)現(xiàn)。其中,兩套戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用方案描述如下。

方案 1使用基于傳統(tǒng)語音通信+多傳感器網(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈。

方案 2使用基于傳統(tǒng)語音通信的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈。

4.1 面向數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障能力的動(dòng)態(tài)評(píng)估模型構(gòu)建

戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈通過保障在數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)中的各成員間的態(tài)勢(shì)信息共享、指控信息協(xié)同來支撐作戰(zhàn)行動(dòng)的順利開展。依據(jù)指標(biāo)選取的系統(tǒng)完備性、客觀獨(dú)立性與簡(jiǎn)化可測(cè)性原則,選取的基礎(chǔ)保障能力指標(biāo)如表2所示。

表2 基礎(chǔ)保障能力指標(biāo)

基于上述基礎(chǔ)保障能力指標(biāo),依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)建立基礎(chǔ)指標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu),并基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論,涌現(xiàn)出6項(xiàng)結(jié)果類直接指標(biāo),如表3所示。

依據(jù)前文分析,數(shù)據(jù)鏈裝備作戰(zhàn)保障能力可通過綜合組網(wǎng)運(yùn)用保障能力、戰(zhàn)術(shù)信息保障能力、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)共享保障能力、電子戰(zhàn)應(yīng)用保障能力、戰(zhàn)術(shù)協(xié)同保障能力、指揮控制保障能力等方面進(jìn)行刻畫。故本案例中的間接指標(biāo)定義如表4所示。

表4 間接指標(biāo)定義

為簡(jiǎn)化計(jì)算分析流程,在本案例中,效果類間接指標(biāo)與結(jié)果類直接指標(biāo)為一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)以上指標(biāo)定義及指標(biāo)間連接信息,構(gòu)成了如圖6所示的數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障能力評(píng)估指標(biāo)體系。

圖6 數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障能力評(píng)估指標(biāo)體系Fig.6 Data link operational support capability evaluation indices system

4.2 面向數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障能力的指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

網(wǎng)絡(luò)層中基礎(chǔ)指標(biāo)為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),運(yùn)用前文所提基于ANP模型的求解方法求解基礎(chǔ)指標(biāo)對(duì)直接指標(biāo)權(quán)值,結(jié)果如表5所示。

表5 基礎(chǔ)指標(biāo)對(duì)直接指標(biāo)權(quán)值矩陣

控制層中數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障效能與效果類間接指標(biāo)為典型樹狀結(jié)構(gòu),運(yùn)用AHP模型求解間接指標(biāo)對(duì)作戰(zhàn)保障效能權(quán)值,結(jié)果如表6所示。直接指標(biāo)對(duì)間接指標(biāo)的權(quán)值為六維1矩陣。通過基礎(chǔ)指標(biāo)對(duì)直接指標(biāo)權(quán)值矩陣與間接指標(biāo)對(duì)作戰(zhàn)保障效能權(quán)值矩陣,可求得基礎(chǔ)指標(biāo)對(duì)作戰(zhàn)保障效能權(quán)值矩陣如表7所示。

表6 間接指標(biāo)對(duì)作戰(zhàn)保障效能權(quán)值矩陣

4.3 數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障效能計(jì)算

(1) 本節(jié)所用數(shù)據(jù)來源于基于某殺傷鏈循環(huán)的作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)。以方案1的保障效能評(píng)估為例,歸一化后的數(shù)據(jù)如表8所示?；跉w一化仿真數(shù)據(jù)可得效果類間接指標(biāo)效能值,如表9所示。

表8 歸一化仿真數(shù)據(jù)

表9 方案1效果類間接指標(biāo)保障能力值

根據(jù)仿真數(shù)據(jù)可得,在該應(yīng)用場(chǎng)景下,數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障效能值E1為0.891 6。

(2) 同理可得,在方案2下,基于歸一化仿真數(shù)據(jù)可得效果類間接指標(biāo)效能值如表10所示。

表10 方案2效果類間接指標(biāo)效能值

根據(jù)仿真數(shù)據(jù)可得,在該應(yīng)用場(chǎng)景下,數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障效能值E2為0.515 2。

(3) 對(duì)比分析兩種方案支撐效能,雷達(dá)圖如圖7所示。

圖7 保障能力對(duì)比雷達(dá)圖Fig.7 Support capability comparison radar map

分析評(píng)估結(jié)果可知,在方案1的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用方案下,數(shù)據(jù)鏈的作戰(zhàn)保障效能獲得極大提升。由圖7可知,在多傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)助下,戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈在綜合組網(wǎng)運(yùn)用保障能力、電子戰(zhàn)應(yīng)用保障能力等方面獲得提升最多。評(píng)估結(jié)果符合預(yù)期,且能夠支持對(duì)結(jié)果進(jìn)行細(xì)化分析,證實(shí)了本文所提評(píng)估方法的有效性。

5 結(jié) 論

本文針對(duì)數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)保障效能的有效評(píng)估問題,在充分考慮了殺傷鏈作戰(zhàn)樣式的前提下,對(duì)數(shù)據(jù)鏈的評(píng)估必要性與評(píng)估指標(biāo)的耦合關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了分析,并提出了一種面向數(shù)據(jù)鏈能力的網(wǎng)絡(luò)化評(píng)估模型。通過對(duì)數(shù)據(jù)鏈保障效能指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,構(gòu)建基礎(chǔ)效能指標(biāo)集,進(jìn)而構(gòu)造保障能力指標(biāo)網(wǎng),并對(duì)匹配評(píng)估模型的求解方法進(jìn)行了分析。結(jié)合可獲得的作戰(zhàn)過程仿真結(jié)果數(shù)據(jù),通過基于想定案例的對(duì)比評(píng)估案例,對(duì)數(shù)據(jù)鏈支撐殺傷鏈作戰(zhàn)的保障能力進(jìn)行了有效的對(duì)比評(píng)估分析,驗(yàn)證了本文所提方法的可行性與有效性。