基于仿真的指揮信息系統(tǒng)指揮效能評(píng)估研究

蘇千葉

（中國(guó)人民解放軍91977 部隊(duì) 北京市 100025）

作戰(zhàn)仿真是指利用仿真的方式建立物理模型和其他邏輯模型，在一定時(shí)間內(nèi)運(yùn)行該模型得出仿真數(shù)據(jù)結(jié)果，并根據(jù)仿真數(shù)據(jù)分析作戰(zhàn)過(guò)程基本規(guī)律的方法。作戰(zhàn)仿真可以通過(guò)構(gòu)建復(fù)雜的軍事模型創(chuàng)建出逼真的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，因此要求仿真系統(tǒng)需建立可靠度高的仿真模型、輸入盡可能精確的參數(shù)、具備大樣本仿真的能力等。

指揮信息系統(tǒng)是綜合運(yùn)用以計(jì)算機(jī)為核心的信息技術(shù)，以保障各級(jí)指揮機(jī)構(gòu)對(duì)所屬部隊(duì)及武器平臺(tái)實(shí)施科學(xué)、高效的指揮控制為目的，實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)信息從獲取、傳輸、處理到利用的自動(dòng)化，具有指揮、控制、通信、信息處理、情報(bào)、偵察與監(jiān)視功能的軍事信息系統(tǒng)，是信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的倍增器。指揮信息系統(tǒng)是決定未來(lái)作戰(zhàn)勝負(fù)的關(guān)鍵因素，通過(guò)作戰(zhàn)對(duì)抗仿真推演的方法可反映指揮信息系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行的過(guò)程，建立合理的評(píng)估指標(biāo)體系可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的全面分析評(píng)估。因此，基于仿真的指揮信息系統(tǒng)體系效能評(píng)估，能夠較好地反映指揮信息系統(tǒng)對(duì)作戰(zhàn)體系的支撐作用。本文從仿真推演的角度出發(fā)，提出了評(píng)估框架及評(píng)估指標(biāo)體系，對(duì)仿真數(shù)據(jù)的結(jié)果進(jìn)行了分析，探索構(gòu)建了基于仿真的指揮信息系統(tǒng)體系效能評(píng)估的方法思路。

1 基于仿真的指揮信息系統(tǒng)指揮效能評(píng)估框架

1.1 指揮效能的影響因素

在信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的背景下，信息的交互加速了戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的變化和戰(zhàn)爭(zhēng)的節(jié)奏，信息優(yōu)勢(shì)成為真正決定戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)抗趨勢(shì)走向的關(guān)鍵，并且也決定著指揮信息系統(tǒng)指揮效能的好壞。因此，能反映指揮信息系統(tǒng)指揮效能的因素可以總結(jié)為以下兩點(diǎn)：

（1）信息效能。主要指指揮信息系統(tǒng)完成信息收集、處理、傳遞、存儲(chǔ)、分發(fā)等任務(wù)的程度，通?？捎眯畔⑸蠄?bào)和下達(dá)的時(shí)延等來(lái)綜合衡量。

（2）行動(dòng)效能。主要指指揮信息系統(tǒng)可控制的兵力遂行作戰(zhàn)任務(wù)的程度，通?？捎脩?zhàn)果戰(zhàn)損來(lái)衡量。

1.2 基于仿真的指揮信息系統(tǒng)指揮效能評(píng)估框架構(gòu)建

基于仿真的指揮信息系統(tǒng)指揮效能評(píng)估框架如圖1 所示，具體步驟如下：

圖1： 基于仿真的指揮信息系統(tǒng)指揮效能評(píng)估框架

（1）確定評(píng)估目標(biāo)及評(píng)估指標(biāo)。明確評(píng)估的目標(biāo)，根據(jù)指揮效能的影響因素確定評(píng)估指標(biāo)體系。

（2）設(shè)計(jì)作戰(zhàn)想定。以評(píng)估的目標(biāo)為牽引，面向典型作戰(zhàn)任務(wù)設(shè)定符合未來(lái)戰(zhàn)略環(huán)境、國(guó)際形勢(shì)的作戰(zhàn)背景，描述清楚作戰(zhàn)想定中作戰(zhàn)企圖、作戰(zhàn)編成與編組、作戰(zhàn)區(qū)域與航線(xiàn)、雙方兵力部署、指揮控制關(guān)系、網(wǎng)絡(luò)通信關(guān)系、基本作戰(zhàn)行動(dòng)方案等要素。

（3）準(zhǔn)備想定數(shù)據(jù)。準(zhǔn)備作戰(zhàn)想定編輯中所需的數(shù)據(jù)，包括作戰(zhàn)仿真模型及其參數(shù)、雙方作戰(zhàn)力量編成結(jié)構(gòu)、雙方裝備類(lèi)型、數(shù)量及其戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能指標(biāo)、雙方交戰(zhàn)及指控規(guī)則、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)等內(nèi)容。

（4）實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。其主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)仿真方案，通過(guò)選取影響評(píng)估問(wèn)題的重要因素，分析每個(gè)影響因素的可能取值，每個(gè)影響因素選取某一個(gè)值作為樣本值，這樣可以組成若干實(shí)驗(yàn)方案。

（5）作戰(zhàn)想定推演。根據(jù)前期準(zhǔn)備，通過(guò)仿真系統(tǒng)進(jìn)行全過(guò)程、全要素的仿真對(duì)抗和指揮仿真。

（6）仿真綜合顯示。主要包括仿真想定的二維態(tài)勢(shì)顯示、對(duì)仿真想定的回放等內(nèi)容，幫助實(shí)驗(yàn)人員了解仿真想定運(yùn)行的全過(guò)程。

（7）分析評(píng)估。根據(jù)仿真運(yùn)行的數(shù)據(jù)及指標(biāo)體系進(jìn)行整體效能的綜合分析。

2 效能評(píng)估設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

根據(jù)上述評(píng)估框架，進(jìn)行指揮信息系統(tǒng)指揮效能的評(píng)估，具體如下：

2.1 設(shè)計(jì)作戰(zhàn)想定

藍(lán)軍主要以蘇-27 和蘇-30 為主，派出4 架戰(zhàn)斗機(jī)組成的空中小型編隊(duì)對(duì)我島礁上的地防導(dǎo)彈營(yíng)實(shí)施襲擾破壞活動(dòng)。

我軍充分利用各種情報(bào)和偵察手段，依托島礁方向現(xiàn)有防御體系保護(hù)我重要目標(biāo)的安全。我軍兵力主要包括4 架殲擊機(jī)、1 架預(yù)警機(jī)、1 架反潛巡邏機(jī)、1 個(gè)地空導(dǎo)彈營(yíng)。

2.2 準(zhǔn)備想定數(shù)據(jù)

根據(jù)如圖2 所示指標(biāo)體系進(jìn)行想定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。

圖2： 基于仿真的指揮信息系統(tǒng)指揮效能評(píng)估指標(biāo)體系

2.3 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

在戰(zhàn)備等級(jí)為一級(jí)情況下，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)因子為有無(wú)殲擊機(jī)升空待戰(zhàn)。

2.4 作戰(zhàn)想定推演

利用相關(guān)仿真系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，對(duì)上述作戰(zhàn)想定進(jìn)行推演。

2.5 分析評(píng)估

分析評(píng)估首先需要對(duì)圖2 中指標(biāo)體系的指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，然后再確定各層指標(biāo)的權(quán)重，最后根據(jù)仿真推演后最底層指標(biāo)的數(shù)值對(duì)指揮效能進(jìn)行評(píng)估。

2.5.1 無(wú)量綱化指標(biāo)

為了消除不同評(píng)估指標(biāo)之間數(shù)量級(jí)和量綱的影響，提高評(píng)估結(jié)果的合理性，必須將評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化，即將指標(biāo)值轉(zhuǎn)化為一個(gè)屬于[0,1]區(qū)間的無(wú)量綱指標(biāo)值，使得各評(píng)估指標(biāo)具有可比性和可加權(quán)性。因此，本文對(duì)“極大型”指標(biāo)、“極小型”指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化處理。其中“極大型”指標(biāo)是指指標(biāo)值越大越好的評(píng)估指標(biāo)；“極小型”指標(biāo)是指指標(biāo)取值越小越好的評(píng)估指標(biāo)。具體方法如下：

（1）“極大型”指標(biāo)處理方法值，M 為評(píng)估指標(biāo)的最大值，m 為評(píng)估指標(biāo)的最小值。

（2）“極小型”指標(biāo)處理方法

其中，X為評(píng)估指標(biāo)處理后的值，X為評(píng)估指標(biāo)原始值，M 為評(píng)估指標(biāo)的最大值，m 為評(píng)估指標(biāo)的最小值。

其中，X為評(píng)估指標(biāo)處理后的值，X 為評(píng)估指標(biāo)原始

2.5.2 指標(biāo)權(quán)重的確定方法

層次分析法能夠?qū)⑷说闹饔^判斷量化表達(dá)出來(lái)，從本質(zhì)上是一種定量與定性相結(jié)合的方法，本文利用層次分析法來(lái)解決權(quán)重確定問(wèn)題，其步驟包括建立層次結(jié)構(gòu)、構(gòu)造判斷矩陣、層次單排序、層次總排序、一致性檢驗(yàn)。

2.5.2.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

層次結(jié)構(gòu)模型如圖2 所示。

2.5.2.2 構(gòu)造判斷矩陣

指標(biāo)權(quán)重是一種價(jià)值取向，體現(xiàn)的是各個(gè)指標(biāo)對(duì)評(píng)估目標(biāo)的貢獻(xiàn)大小，本文采用Santy 等人提出一致矩陣法，即采用相同的標(biāo)準(zhǔn)（如表1 所示），把任意兩個(gè)元素放在一起比較，得出那個(gè)元素更重要些及重要多少。

表1： 一致矩陣法元素比較標(biāo)準(zhǔn)

假定A 層中因素A與下一層中因素B,B,…,B有聯(lián)系，則可構(gòu)造判斷矩陣如表2 所示。

表2： 構(gòu)造判斷矩陣

顯然，任何判斷矩陣都應(yīng)滿(mǎn)足：

2.5.2.3 層次單排序

根據(jù)判斷矩陣計(jì)算對(duì)于上一層某一因素而言，本層次與之有聯(lián)系的因素的重要性次序的權(quán)值。即計(jì)算判斷矩陣的特征值和特征向量，對(duì)判斷矩陣B，計(jì)算滿(mǎn)足BW=λW 的特征根與特征向量，其中λ 為B 的最大特征根；W 為對(duì)應(yīng)于λ的正規(guī)化特征向量，W 的分量即是相應(yīng)因素單排序的權(quán)值。

除此之外，還要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，定義其一致性指標(biāo)CI：

當(dāng)判斷矩陣具有完全一致性時(shí)，CI=0；λ-n 越大，CI 越大，判斷矩陣的一致性就越差。檢驗(yàn)判斷矩陣是否具有滿(mǎn)意一致性，可將CI 與平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI 進(jìn)行比較，對(duì)于1 至9 階矩陣，RI 分別如表3 所示。

表3： 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)指

若判斷矩陣不具有滿(mǎn)意的一致性，就需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整。

2.6 利用層次分析法確定權(quán)值

2.6.1 層次單排序

2.6.1.1 一級(jí)評(píng)估指標(biāo)權(quán)值的確定

指揮控制能力A 的一級(jí)指標(biāo)：信息效能B1，行動(dòng)效能B2 的權(quán)值確定。

（a）構(gòu)造判斷矩陣如表4 所示。

表4： 一級(jí)評(píng)估指標(biāo)的判斷矩陣

（b）正規(guī)化判斷矩陣

由于1 階、2 階判斷矩陣總是完全一致的，故2 階判斷矩陣不進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。故信息效能B1 和行動(dòng)效能B2 的權(quán)值分別為0.667 和0.333。

信息效能B1 和行動(dòng)效能B2 的權(quán)值分別為0.667 和0.333。

2.6.1.2 二級(jí)評(píng)估指標(biāo)權(quán)值的確定

（a）信息效能B1 分解為跟蹤能力C11、探測(cè)能力C12、定位能力C13、情報(bào)傳輸能力C14、指揮控制能力C15、火力打擊能力C16，其權(quán)值及一致性檢驗(yàn)如表5 所示。

表5： 信息效能B1 權(quán)值及一致性檢驗(yàn)表

（b）行動(dòng)效能B2 分解為攔截?cái)撤綄?dǎo)彈能力C21、我方導(dǎo)彈突破能力C22、我方導(dǎo)彈毀傷能力C23、我方生存能力C24，其權(quán)值及一致性檢驗(yàn)如表6 所示。

表6： 行動(dòng)效能B2 權(quán)值及一致性檢驗(yàn)表

2.6.1.3 三級(jí)評(píng)估指標(biāo)權(quán)值的確定

（a）跟蹤能力C11 分解為有效跟蹤總時(shí)長(zhǎng)D11、跟蹤有效次數(shù)D12、有效跟蹤最大距離D13、有效跟蹤最小距離D14，其權(quán)值及一致性檢驗(yàn)如表7 所示。

表7： 跟蹤能力C11 權(quán)值及一致性檢驗(yàn)表

（b）定位能力C13 分解為定位失敗次數(shù)D31、丟失目標(biāo)次數(shù)D32，根據(jù)上述方法計(jì)算權(quán)值均為0.5。

（c）情報(bào)傳輸能力C14 分解為情報(bào)數(shù)量D41、情報(bào)信息正確上報(bào)率D42、情報(bào)信息正確上報(bào)時(shí)延D43、情報(bào)信息正確下達(dá)率D44、情報(bào)信息正確下達(dá)時(shí)延D45，其權(quán)值及一致性檢驗(yàn)如表8 所示。

表8： 情報(bào)傳輸能力C14 權(quán)值及一致性檢驗(yàn)表

（d）指揮控制能力C15 分解為指揮命令下達(dá)時(shí)延D51、地防單元指揮命令達(dá)成率D52、地防單元指揮命令完成率D53，其權(quán)值及一致性檢驗(yàn)如表9 所示。

表9： 指揮控制能力C15 權(quán)值及一致性檢驗(yàn)表

（e）火力打擊能力C16 分解為火力達(dá)成次數(shù)D61、火力達(dá)成時(shí)間D62、火力完成時(shí)間D63，其權(quán)值及一致性檢驗(yàn)如表10 所示。

表10： 火力打擊能力C16 權(quán)值及一致性檢驗(yàn)表

2.6.2 層次總排序

層次總排序就是計(jì)算相對(duì)高一層次而言本層次各指標(biāo)的權(quán)重。

對(duì)于最高層A 下面的第二層B1、B2 所進(jìn)行的但排序即為總排序，即故信息效能B1 和行動(dòng)效能B2 的權(quán)值分別為0.667 和0.333。

下面計(jì)算C 層和D 層指標(biāo)的總排序，如表11 和12 所示。第四層指標(biāo)通過(guò)仿真運(yùn)行的結(jié)果獲得，利用加權(quán)的方式計(jì)算第一層指標(biāo)結(jié)果，如表13 所示。

表11： C 層指標(biāo)的總排序

表12： D 層指標(biāo)的總排序

表13： 一級(jí)戰(zhàn)備下的評(píng)估結(jié)果

根據(jù)表13 的結(jié)果及仿真推演回放，有殲擊機(jī)升空待戰(zhàn)的指揮控制能力值比無(wú)殲擊機(jī)升空待戰(zhàn)時(shí)要高，因此在上述想定背景下，有必要安排殲擊機(jī)升空待戰(zhàn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文建立了基于仿真推演的指揮信息系統(tǒng)體系效能評(píng)估框架，并對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行了初步的處理及分析，為基于仿真推演的指揮信息系統(tǒng)體系效能評(píng)估提供了一種思路。下步考慮將仿真實(shí)驗(yàn)推演結(jié)果與實(shí)兵演習(xí)相結(jié)合，不斷驅(qū)動(dòng)我軍信息系統(tǒng)裝備建設(shè)發(fā)展和部隊(duì)?wèi)?zhàn)法創(chuàng)新。