海战场赛博空间态势感知能力定量分析

聂 忠，黄高明，李仙茂

（海军工程大学，武汉430033）

0 引 言

随着赛博作战理论和信息技术的不断发展，赛博空间已经被视为与陆、海、空、天域相互支持、相互依赖的第五维战斗域。海战场上，占据赛博空间优势的一方，将最终实现“赛博优势—信息优势—决策优势—竞争优势”，而过硬的海战场赛博空间态势感知能力是获取赛博优势的必要条件，它为海上赛博作战提供行动依据和情报保障。深入分析海战场赛博空间态势感知能力的构成和度量方法，一方面可以对海战场各方态势感知能力强弱有初步认识，另一方面也可以发现具体操作过程中的薄弱环节，为态势感知能力建设提供理论上的指导。

1 海战场赛博空间态势感知能力构成

1.1 海战场赛博空间态势感知任务

海战场赛博空间态势感知的基本任务是为指挥员提供全面、高效的赛博空间态势信息，做到知己知彼，进而定下及时、正确的指挥决策。它包括侦察和监视海战场内所有的赛博目标（电磁目标和网络目标）；侦察和监视网络中的信息流，包括其内容、目的及危险程度；评估海战场内各方赛博空间漏洞；评估海战场内各方赛博能力及赛博作战意图；预测海战场内各方下一步的赛博行动及其效果；预测海战场内各方赛博能力降级的效果及对任务的影响。

1.2 海战场赛博空间态势感知能力构成

海战场赛博空间态势感知的实质是将海战场真实态势通过各种传感器和一定的态势处理方法传输至各级用户。整个过程要经历感知、理解和预测3个步骤，其中感知是信息从物理域到信息域的流动，体现为信息域能力；理解和预测是信息从信息域到认知域的流动，体现为认知域能力，其具体能力构成可以用图1表示。

图1 态势感知能力构成图

2 海战场赛博空间态势感知能力度量

海战场赛博空间态势感知能力的度量涉及信息域和认知域。信息域中主要衡量感知层输出的态势与战场真实态势的一致程度［1］，认知域中主要衡量态势处理人员和辅助决策基础设施的理解预测能力。目前研究信息域度量方法的文章较多［2－7］，而研究认知域度量方法的文章则相对少些。本文采用解析法对信息域和认知域能力分别进行度量，然后综合得到态势感知的总体能力。

一般来讲，无论是战场真实态势还是相对应的感知层输出态势，都可以用目标数量、目标属性、目标时间三要素来描述。因此，赛博空间态势感知信息域能力的度量可以通过构建相关指标来衡量两者之间三个要素吻合程度的方法来进行。认知域能力主要由人员素质、人员参战经验、人员对态势处理辅助基础设施的熟悉程度等主观因素决定，很难做定量分析，可以采用德尔菲法来度量。

2.1 信息域能力的度量

对应于目标数量、目标属性、目标时间战场三要素的衡量指标分别为完备性、精确性、时效性，下面分别对这3个指标作定量的分析。

（1）完备性

在规定任务区域内，存在敌方、我方、不明方、友方的不同数量目标，而完备性则用于衡量感知的目标敌我性质、数量等信息与战场客观态势相吻合的程度。赛博空间有着区别于陆、海、空、天域的特点，如不稳定性、无界性、高速性，它是不断变化的，一些目标仅在短时间内存在，这对赛博空间态势感知的完备性是一项挑战。

假设在T时刻，有情报信息表明舰艇V周围a海里范围内实际存在NT个赛博目标，其中敌方ET个，我方MT个，不明方UT个，友方FT个，而赛博感知态势中正确感知了其中的N′T个，其中敌方E′T个，我方M′T个，不明方U′T个，友方F′T个，则T时刻态势感知的完备性CT可定义为：

式中：α1，α2，α3，α4依次为敌方、我方、不明方、友方赛博目标在态势感知完备性中所占权重。

（2）精确性

同一赛博目标有多个属性，可以用多种特征参数来描述，如目标位置、频率、在网络中的地位、平台类型、装载赛博飞机种类等等，精确性指标则是衡量感知的特征参数与战场目标实际的特征参数相吻合程度。这些特征参数中，一部分是量化的，如目标位置、频率等；一部分是非量化的，如在网络中的地位、平台类型等。对于量化的特征参数，可以用感知特征参数与实际特征参数接近的程度来量度，对于非量化的特征参数，可以做量化处理，而后对两者进行综合，形成最终的精确度。

假设T时刻，目标i的n个特征参数为［x1，x2，…，xn］，感知到的特征参数为［y1，y2，…，yn］，其中前p个为量化参数，则T时刻第l（l＜p）个量化参数的度量可表示为：

式中：RlT为感知到的目标i的第l个量化参数与实际的该量化参数的接近程度。

后n－p个为非量化参数，此时可依据目标感知属性与真实属性的接近程度定义相似矩阵。以赛博目标的平台类型为例，设战场真实的平台类型为驱逐舰，当感知的平台类型为驱逐舰时，完全一致，则接近程度为1；当感知的平台类型为护卫舰时，依据排水量、作战使命、航速等参数判断其接近程度为0.8，感知属性与真实属性相差越大则其接近程度越低。按照上述思想，可以得出平台类型相似表，如表1所示。

依此，还可定义诸如赛博飞机相似矩阵、网络地位相似矩阵等等，对于非量化参数的接近程度QmT（p＜m≤n）则可以通过查相似表得到。

表1 平台类型相似表

目标i的精确性度量结果可以表示为：

式中：β1，β2，…，βn为权重，所有目标的精确性结果为：

（3）时效性

赛博空间的作战机会转瞬即逝，因此，时效性是衡量态势感知能力的重要指标。如果从战场态势到感知态势的时间延迟Δt为0，则时效性最好，此时时效性指标ET＝1，如果时间延迟Δt太大，则无论完备性、精确性有多好，态势感知已毫无作战意义，此时时效性指标ET＝0，从这一角度出发，可定义T时刻的时效性函数ET为：

式中：T1，T2，…，Tn为根据不同作战任务、不同作战对象、不同作战阶段等具体情况而设定的临界值点；b1，b2，…，bn为 Δt在对应的时间区间段时，时效性函数的取值，且1＞b1＞b2＞…＞bn＞0。

2.2 认知域能力G的度量

认知域能力的度量涉及到对赛博空间态势信息的理解和预测，它是一个无形的复杂领域，很难对其作定量分析。这里采用德尔菲法确定影响理解和预测能力的指标及其权重，据此对赛博空间态势感知认知域能力进行度量。德尔菲法的步骤如图2所示。

其具体实施过程如下：

图2 德尔菲法的步骤

（1）选择研究课题。海战场赛博空间态势感知能力分为信息域能力和认知域能力，其中认知域能力取决于诸多因素，如作战人员的受教育水平、专业素质、辅助基础设施质量等，且受人为因素的影响较大，所以德尔菲法是研究“海战场赛博空间态势感知认知域能力”的合理方法。

（2）组织应答专家。赛博作战态势感知涉及雷达、通信、电子对抗、计算机和网络领域的知识，因此选择了各领域的专家共25人，其中雷达、电子对抗领域的专家各2人，通信、电子对抗、网络领域的专家各7人。

（3）设计调查表。本次调查主要研究以下问题：您认为海战场赛博空间态势感知认知域能力的影响因素有哪些？各影响因素所占权重是多大？

（4）组织专家答询并实行多次反馈。在第一轮咨询基础上，对该问题可总结为15个影响因素，将这些影响因素设计成表格，再进行第二轮咨询。第二轮咨询过后，可总结为12个影响因素，然后设计成表，对各影响因素的相对重要性打分。

（5）最后结果处理。处理结果如表1，其中1～20分别表示第1～20位专家，对应的值为每位专家对各影响因素的评分，评分区间为0～100，然后对评分结果做归一化处理，即得到各影响因素的权重。

值得指出的是，可以根据不同的作战任务和作战对象，对影响因素进行重新调整。另外，各影响因素的值为小于1的量值，对于类似“专业性等级”和“实用性等级”这样非量化的影响因素，可以定义相关函数来进行量化，如：

式中：e1，e2，…，en为各影响因素对应等级的取值，且e1＝1，en＝0，e1＞e2＞ … ＞en。

综合可得出认知域能力的度量公式为：

表2 认知域能力度量表

2.3 综合态势感知能力AT的度量

得出信息域与认知域能力的定量结论后，可以在此基础上综合得到态势感知能力的计算方法，即：

式中：μ1，μ2，μ3分别为完备性、准确性与时效性指标的权重。

3 结束语

未来海上作战，赛博空间优势的争夺将异常激烈，赛博作战武器装备和战技法也将得到迅速发展，海战场赛博空间态势感知作为海上赛博战的核心能力之一，必将成为各国发展的重点。本文分别研究了海战场赛博空间态势感知信息域和认知域能力的度量方法，进而得出了综合能力的度量方法，为获取海上赛博空间态势感知优势奠定了基础，具有一定的参考价值。

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