C4ISR系统节点信息价值评估研究*

陈 政 李玉东 孔 捷 杨艳萍

(海军装备研究院 北京 100036)

1 引言

信息化战争中,战争胜负往往取决于敌我双方对信息掌握的广度和深度,可以说谁在战争中取得信息优势,谁就能主导战争。C4ISR系统正是为了争夺信息优势而建立和发展起来的。在对C4ISR系统的不断建设完善和研究过程中,对C4ISR系统的效能评估也越来越成为各国研究的热点。

然而,C4ISR系统网络庞大复杂,各类子系统功能各有不同。系统网络包含有极其繁杂的信息获取、处理和交互行为,所涉及的大量元素难以被提取和量化,以至于目前对C4ISR系统效能还没有标准的分析评估模型。本文立足于C4ISR系统中网络节点的主要功能,从节点对信息的获取、处理等行为方式的能力属性出发,针对节点所处理信息的价值建立指标体系进行评估,从而定量评估C4ISR系统网络节点所包含的信息价值的重要程度。对C4ISR系统节点的信息价值评估,可以有效的掌握系统节点对所涉及信息的处理程度;在这个系统网络范围内,则可以直观地了解到系统信息资源的分布。节点的信息价值评估值不仅可以对系统节点建设提供参数支持,还可以运用于辅助决策过程,并对C4ISR网络节点的效能评估提供有利的参考。

2 建立评估指标体系

C4ISR系统信息网络中流通着大量的信息,这些信息种类繁多,功能不一。其流通方式也由于不同的类型而各有区别。通过对信息时代下C4ISR过程(如图1所示)[1]的分析,可以在宏观上对该过程有一个总体的认识:战场感知节点的信息被决策节点理解后,由后者产生指令作用于作战管理节点,使其在作战环境中发生作用。整个信息系统则连接着这些部分,使信息在这些节点间流通。随着信息栅格技术的出现,该信息系统的功能将被扩大至能按需地向指挥人员、战斗人员和支持人员提供所需要的信息[2]。所以,可以得出网络中信息的核心流程如图2所示。C4ISR网络中节点相互间流通的信息类型主要划分为侦查探测、指挥控制和态势共享三类。

随着信息技术的飞速发展,感知、决策和作战节点之间的界限越来越模糊。现代C4ISR网络中,更多的情况是一个节点集这三项功能于一身。通过对节点获取、存储、处理这三类信息的能力进行考察,以此为基础建立信息价值评估指标体系进行定量评估,就能够较准确的综合反映该节点所处理信息的价值重要程度。于是,将侦查探测、指挥控制、态势共享作为对节点信息价值评估的一级指标,在经过对系统指标体系[3～4]和评估过程[5]的分析研究后,得出多层次评估指标体系如图3所示。

图3 节点信息价值指标体系

3 指标元素分析与评估方法

3.1 指标体系中指标元素的分析

侦查探测指标反映了节点所获取侦查探测信息的价值重要程度。它的下级指标中包含有探测能力、实时性、置信度和情报信息容量。

1)探测能力:指节点进行侦查探测活动中,获取信息的能力。它与探测范围(可以分为地域、空域、频域)、探测精度(指获取信息的类型,如无线电信号、图像、视频、传感器值信息等)有关。

2)实时性:指侦查探测到可能目标后识别处理并按程序响应的时间延迟。

3)置信度:指侦查探测到可能目标信息后确定其为有效信息的可信程度。它与节点的侦查探测识别能力、漏警率、虚警率有关。

4)情报信息容量:该节点所掌握情报信息的数据量,它反映了该节点侦查探测的规模。

指挥控制指标反映了节点所掌握指挥控制信息的价值重要程度。它与该节点威胁识别能力、决策能力、响应时间和指控信息容量有关。

1)威胁识别能力:指该节点在已有信息基础上正确判断目标意图的能力。

2)决策能力:指节点针对战场情报态势进行指挥决策的能力。它与节点的辅助决策能力(依据计算机程序辅助技术进行决策)、主动决策(依据指挥人员的个人或团队能力进行决策)、决策级别(进行指挥决策的指令效力,当然也可以看作指挥控制的规模)有关。

3)响应时间:指某批情报态势信息生成后被决策部门获取并形成决策的延时,它与信息获取时滞和决策生成时滞有关。

4)指控信息容量:指该节点所掌握指控信息的数据量,它反映了该节点指挥控制的规模。

态势共享指标反映了节点所掌握态势共享信息的价值重要程度。它与节点的信息融合水平、态势评估能力、信息类型、信息容量有关。

1)信息融合水平:指将不同情报态势信息进行综合形成统一的综合信息的能力。它与信息融合的层次[6](分别为像素级、特征级和决策级)、知识储备、处理速度有关。

2)态势评估能力:指节点根据已有的各种信息对战场上敌我友各方及战场环境的综合态势的预测能力。

3)信息类型:指节点所掌握态势信息的类型情况,如:如无线电信号、图像、视频、数值信息等。

4)信息容量:指该节点所掌握态势共享信息的数据量,它反映了该节点共享态势的规模。

3.2 基于加权计算的评估方法

如图3所示,定义节点信息价值为E,一级指标为 Ai,二级指标为Bij,其中1≤i≤m,1≤j≤n,i表示第i个一级指标,j表示在一级指标Ai下的第j个二级指标,m为一级指标的个数,n为某一级指标下二级指标的个数。

这里采用模糊综合评价法[7]和功效函数法的思想来确定指标体系中指标的评价值。对于客观和便于定量的指标划分不同级别的量化评价区间,根据指标实际数据确定评价值。而对于不易量化的指标则通过专家打分法来确定其指标值。这样对各指标建立多阶评价集,根据其优劣程度给出相应的评价值,可以较好地利用节点能力属性,同时充分考虑专家知识和经验,并能较方便的对各种量纲的指标评判出归一化的评价值。

设由q个评价结果组成的评价值向量为

U=(u1,u2,u3,…,uq)(q的值根据不同指标取值也不同)

1)对于客观和便于量化的指标:

若实际值在区间两端,则评价值直接取为u1或uq。

2)对于不易于量化的指标:

则可由专家组针对每一个待评指标给出评分向量:

其中p为专家人数。这里可以采用去除最高分和最低分后算数平均的方法求平均评价值,也可以直接对Vij中各元素求算数平均得到平均评价值。我们采用后者,可以得到对每个二级指标的评价值:

这样可以得到二级指标评价值向量(对于部分包含三级指标因素的指标,由三级指标因素评价值加权求和得到二级指标评价值,三级指标的权重由专家讨论得出):

接下来,确定各级指标针对上级指标的权重分配。采用判断矩阵法,该方法通过定量地判断同层次各评估指标之间的两两相对重要性,对判断结果进行综合计算处理,最后得出各评估指标的权重。这种方法简化了人的主观判断过程,降低了主观因素的不稳定性,保证了所得结果的准确性和科学性。其主要步骤可分为:首先根据指标层次结构对各个上级指标下同层次的因素两两比较得到判断矩阵;第二,对判断矩阵进行逻辑一致性检验;第三、计算权重向量。

通过计算得到二级指标的权重向量:

这样,通过向量乘法后可得到第i个指标的评价值:

4 信息价值评估定量计算

4.1 评估值计算

以指标体系中探测能力B11为例。探测能力主要考虑探测范围和探测精度两个因素,由相关专家给出其多极量化评价区间:

◦探测范围:1)非卫星探测以探测点到目标的直线距离计算,分为[0,10),[10,50),[50,100),[100,240),[240,—)5个区间,单位 km,量化赋值分别为2,4,6,8,10。

2)卫星探测以有效覆盖地表面积计算,分为[0,30),[30,100),[100,200),[200,500),[500,—)这5个区间,单位为万平方公里,量化赋值分别为2,4,6,8,10。

◦探测精度:分为视频,图像,无线电信号和传感器信号4种,量化赋值分别为9,7,5,3。包含多种类型则以赋值高的为准。

由专家经验,这两个因素的评估权重分别为0.6和0.4。

若某节点采用雷达无线电方式进行探测侦查,探测距离为120km,则根据式(1)可得:

4.2 指标权重的计算

使用判断矩阵法来确定二级指标的权重。引入9级标度如表1所示。

表1 比较矩阵标度

经过专家判断,对二级指标进行两两比较,得到A1的二级指标的比较矩阵:

求解其最大特征值的特征向量即权重向量,在精确度要求不高的情况下可以采用近似算法,一般有方根法、合积法、特征根法、最小二乘法等。这里采用合积法计算,可以得到:

侦查探测A1的二级指标的权重向量:

重复上述过程,同样可以得到指挥控制 A2和态势共享A3的下层指标权重向量:以及一级指标间权重向量

通过以上的计算,得到了指标的评价值以及各级指标间的权重关系,就可以运用公式(3),得到A1,A2,A3的加权评估值:

5 结语

本文通过对C4ISR系统过程及其信息网络节点功能的分析,提出了针对节点信息价值评估的多层指标体系,并对其低级指标的相关因素进行了分析。最后,对分配权重的指标体系的模糊综合评估给出了公式计算,提出了定量评估C4ISR系统节点信息价值重要程度的方法。当然,对C4ISR系统节点信息效能的分析评估除了需要对静态信息价值要定量计算外,更需要对基于信息流通特征的动态效能的评估。其评估过程将更加深入和复杂,希望本文能够为其后的研究提供较好的参考。

[1]David Alberts,John Garstka,et al.网络中心行动的基本原理及期度量(译文集)[M].北京:国防工业出版社,2007,12

[2]裴燕,徐伯权.美国C4ISR系统发展历程和趋势[J].系统工程与电子技术,2005,27(4)

[3]肖凡.基于指标间关系的指挥自动化系统效能评估模型[D].国防科学技术大学硕士论文集,2007,11

[4]江汉,张义宏,尹浩,等.现代C4ISR系统综合评估指标体系[J].火力与指挥控制,2007,32(9)

[5]黄小军,王宣刚.C3ISR系统效能二级模糊综合评估[J].电光与控制,2005,12(5)

[6]王小非,张鸿海.海上网络战[M].北京:国防工业出版社,2006,11

[7]杜栋,庞庆华,吴炎.现代综合评价方法与案例精选[M].北京:清华大学出版社,2005,9