无人侦察机效能指标体系的构建与评估∗

高 强 詹广平

（海军驻武汉712所军事代表室 武汉 430064）

1 引言

随着无人侦察机系统在现代战争中地位的日益增强，其效能评估问题变得越来越重要，其系统评估指标的确定、量化是开展系统研制开发和论证评估的一个关键基础环节。随着信息技术的发展，更多先进、新的技术被注入到无人侦察机这一复杂系统中，系统本身在技术上取得了长足的进步。信息化战争对无人机系统的信息服务需求也发生了巨大变化。因此，急需研究并提出一套科学、完备的无人侦察机系统评估指标体系，以便指导无人侦察机系统研究开发和具体使用。

无人侦察机系统评估指标的确定、量化是开展无人侦察机系统研制开发和论证评估的一个关键基础环节。随着信息技术的发展，更多先进、新的技术被注入到舰载无人侦察机这一复杂系统中，无人侦察机系统本身在技术上取得了长足的进步，而且由于无人机系统的运作过程是一个不完全信息动态博弈过程，其中包含了大量不确定因素、人为因素以及复杂的技术因素，对其效果及效能评估的难度相当大。

无人侦察机系统效能的综合评估是一个多指标综合评价的问题，建立的指标体系应能够全面、客观地反映无人侦察机系统的效能，并具有可测性。目前对于无人机系统效能评估指标的研究已经有了部分成果，但评价标准不统一、评价指标多而杂以及评价指标难以测量等诸多问题，严重影响了对无人侦察机系统效能的客观评估。

对无人侦察机效能的评估，由于影响因素众多，其中又有不少不确定因素，只能在合理的假设条件下，利用简化的数学模型进行初步评估。然后再利用试验和基于概率事件仿真结果，对模型进行验证和修正。本文建立了无人侦察机效能评估模型；引入了HLA（High Level Architecture）技术，利用软件平台pRTI构建一个开放式、可扩展、可重构的无人侦察机虚拟战场环境，模拟敌方防空武器系统对无人侦察机的发现、瞄准和毁伤，提出了在HLA仿真系统中数据采集与分析的方法。

2 无人侦察机效能评估概念

2.1 指标体系的相关定义

定义1［1］：无人侦察机系统效能是指在特定条件下，无人侦察机系统执行规定任务所能达到预期目标的程度。

定义2［1］：无人侦察机系统效能评价是评价主体对无人侦察机系统在规定或特定的作战环境下，无人侦察机系统执行规定任务所能达到预期目标的程度的度量过程。

无人侦察机系统效能评价区别于一般系统度量过程之处在于无人侦察机系统自身的特殊性，这种特殊性主要表现在：

1）无人侦察机系统是一类不可重复系统，战争的不可重复性决定了舰载无人侦察机系统必须放到实战环境中评价其效能。而系统设计人员和军事人员则要求在系统建设时期评价系统效能，以找出系统的瓶颈和不足，并加以改进，这样才能在作战中充分发挥系统的作用。这种两难的情况增加了评价无人侦察机系统效能的困难性。

2）无人侦察机系统效能评价经常受研究领域之外因素的限制。如保密政策可能约束评价分析数据的获取从而影响了评价，评价分析数据的可用性也会限制评价的规模。

3）无人侦察机系统评价分析要求评价人员理清系统内各类指标是如何相互作用的。由于无人侦察机系统过程和系统自身的复杂性，确定这些相互影响关系是对评价人员的一项巨大挑战。

2.2 指标框架

无人侦察机系统作战效能指标体系框架解释为［2］：关于无人侦察机系统作战效能指标体系的组织与结构，按照该结构能够建立具体的无人侦察机系统的作战效能指标体系。在建立评价指标体系框架时，必须从现代战争的特点及作战方法、作战样式、作战原则的变化人手，着重体现无人侦察机系统对现代作战能力的支持。据此分析，可以初步建立基于作战的层次化无人侦察机系统效能指标体系层次结构。

根据无人侦察机系统效能的定义，评价分析无人侦察机系统效能时，需要明确是什么样的系统完成了什么样的规定任务，因此评价时必须注意［3］：

1）确定表征系统自身特性的指标，一般指系统性能指标；

2）衡量系统完成规定任务的程度。这里的规定任务是系统功能范畴内的任务，因此可用描述系统各项功能完成情况的指标作为系统效能指标，来描述系统完成规定任务的程度。这里的系统效能指标是系统静态效能指标。这样，评价指标体系中必须包含系统性能指标和系统静态效能指标。但仅有这两类指标是不够的，因为它们不能描述无人侦察机系统对作战到底有什么作用。

3 建立无人机侦察系统指标体系的原则和方法

3.1 原则

在选择无人机侦查系统指标体系过程中应遵循系统性、客观性、相对独立性、可评价性、定性定量相结合等原则。目前无人机系统指标体系构建方法研究主要集中在“能力”类指标与“优势”类指标两个层次上。面向“能力”类指标构建方法的主要目标是分析、论证“系统具备何种能力并达到何种程度”及“如何设计才能使系统具备怎样能力并达到怎样程度”等系统底层设计信息。指标体系一般是通过各功能域性能指标的分配架构而成。面向“优势”类指标构建方法的过程是目标系统与假想敌“对抗性仿真”中对抗过程描述及结果的分析，从实战的角度把握目标系统的总体效能及相关影响因素。根据信息在流转与升华过程中产生的“对抗”效果可以描述和构建“优势”类指标体系。这类方法直接面向仿真应用，它通过大量的反馈实验与灵敏度分析，将结果与各影响因素有机联系起来，通过螺旋上升的方式实现指标体系的动态完善，具有较强的可操作性和实用性，是目前研究的主要方向。

3.2 层次分析法

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）［11］是管理运筹学中的一种重要分析手段。它通过对系统的指标体系进行分层次综合，经过归一化和一致性分析，得出系统综合效能。

该方法将复杂问题分解成不同层次的组成因素，再按支配关系分组形成递阶层次结构，通过两两相对比较的方式确定同一层次中诸因素的相对重要性，然后综合决策者的判断，得到舰载无人机系统最终效能。

可以看出，基于已经建立的指标体系，要得到无人侦察机系统的效能，需要在确定分层结构的基础上，得到重要性判断矩阵。具体的评估框架，如图1所示。

图1 无人侦察机系统效能评估的层次分析法

由图1可以看出，基于已经建立的指标体系，要得到无人侦察机系统的效能，需要在确定分层结构的基础上，得到重要性判断矩阵。

4 无人侦察机系统指标体系的建立

4.1 指标体系的构建过程

指标体系要全面科学合理地反映出研究对象的各项目标要求，并基本上能为有关人员和部门所接受。因此建立指标体系，需在全面分析系统的基础上首先拟定指标草案，然后经过广泛征求专家和有关部门的意见、反复交换信息、统计处理和综合归纳等，最后确定指标体系。

无人机侦察机系统效能评估指标体系的构建是一个反复迭代的过程［11］，如图2所示。

在明确无人机侦察系统作战要求的基础上，首先对无人侦察机系统进行功能分析，即对无人侦察机系统所要达到的目的和期望状态进行分析，从而形成了不同类型的目标，反映在指标体系中即指标体系中的一级指标。特征属性分析就是对无人侦察机系统各组成要素的特点进行分析，建立与之相适应的指标，弄清各指标的本质属性（定性的还是定量的）。不同的功能要求，会带来不同的指标体系结构形式。

根据无人侦察机系统作战要求、功能分析及特征属性分析，从而得到初始的舰载无人机系统效能评估指标体系层次结构，然后根据指标的相对重要性对指标体系中的指标进行筛选。由于指标之间以及与其它指标之间均存在关联，因此需要对各级评估指标进行权衡分析。在经过上述的过程之后，可得到确定的指标体系，之后经过检验与评价再对指标体系进行进一步的优化。

4.2 无人侦察机系统效能指标体系初建

根据图2所示的指标体系构建过程，通过深入分析无人侦察机系统作战要求，并利用层次分析法的思想，对无人侦察机系统效能进行分解。遵从指标选取的有效性、独立性、定性与定量结合、确定性等原则，指标可分为定性指标和定量指标，定量指标又可分为效益型指标、成本型指标、固定型指标和区间型指标等不同的形式。在对数据样本进行分类处理之后，数据的格式依然是不统一的，不能支持机器计算。如定量指标具有不同的量纲，而定性指标具有不一样的描述方式。所以要对定性指标进行科学的量化，对不同量纲的指标进行无量纲的标准化处理。

在系统评价中，建立具体详细的系统效能模型是关键技术［11］。选择AHP模型在多目标不确定信息下方案决策研究中具有较强的适用性，它不仅能够吸收应用评价者的定性分析和逻辑判断，还能够基于不完全信息和精确数据进行一定的量化评价，使定性和定量方法相结合，能够得到比较科学的判断等多种优点。

根据无人侦察机在作战侦察时战术技术指标的要求将无人侦察机的效能主要进行三个方面的评估：1）可靠性其中包括：可维护度、飞行可靠度、可用度（晴天、雪天、大风天）；2）生存力其中包括隐身性（飞机几何尺寸、巡航速度、巡航高度、飞机外形设计）、机动性（自身重量、最小转弯半径、最大爬升率）、抗摧毁能力（抗软摧毁能力、抗硬摧毁能力）；3）侦察能力其中根据所装载的不同设备进行评价，所评价的指标为信息获取能力（最大侦察范围、侦察高度、巡航时间、机载电子设备可靠性、单个目标侦察时间（有伪装、无伪装）、目标搜索、目标辨识、目标定位）、信息处理与传输能力（传感器最大分辨率、机载传输系统的性能（传输速度、传输质量））。

由层次分析法的基本原理确定评价体系如下：1）确定无人侦察机效能评估指标层次结构图；2）确定各个标度的含义；3）计算单一准则下的指标权重（同层元素间的权重确定）；4）计算组合权重（上下层间的权重确定）；5）底层元素对目标层权重的计算；6）综合性指标的评价；7）专家进行综合打分评价。

4.3 指标的重要度调查

目前的排序过程不可避免地会受到评估者的经历、情绪、主观意见以及部门利益等多方面的影响。

本文引入调查问卷统计分析理论——德尔菲（Delphi）法，克服重要性排序过程中的主观随意性，避免了集体讨论“团体沉思”和“团体偏移”等问题。

采用层次分析法对无人侦察机系统效能进行评估，重要性判断矩阵依赖于对指标两两进行比较得到。为了避免评估结果的主观性，可通过发放问卷调查的形式来克服。

事实上，本文建立无人侦察机系统效能指标框架的过程已完成了评估的层次分解，进一步需对各指标间的相对重要性进行分析后排序。

图3 无人侦察机系统效能评估指标体系层次结构图

5 无人侦察机效能评估模型

5.1 无人侦察机系统效能评估指标体系的层次结构

无人侦察机作战评估指标层次结构如图3所示。构建判断矩阵如表1所示的比例标度赋值，就可以建立比较矩阵［7］。

表1 标度的含义

5.2 计算单一准则下的指标权重（同层元素间的权重确定）

建立了判断矩阵后，下层元素 A1，A2，… ，An相对上层准则的相对权重按下列步骤计算：

4）计算矩阵的一致性指标：C.I=（λmax-n）/（n-1）

5）致性判断：C.R=C.I/R.I

若CR＜0.1，则判断矩阵A有满意的一致性：C.R≥0.1，则需要检查调整判断矩阵P；其中R.I表示随机一致性指标，可根据矩阵阶数n按表2查取。

表2 平均随机一致性指标阶数

5.3 计算组合权重（上下层间的权重确定）

在分层获得了同层各要素之间的相对重要程度后，就可以自上而下地计算各级要素关于总体的综合重要度。假定已计算出k-1层元素相对总目标能力的组合权重向量，设k-1层有m个要素c1，c2，…，cm，其对上一层的权重为W1，W2，… ，Wm；它的下级K层有n个要素p1，p2，… ，pn，pi关于cj的相对重要度为 vij，则k级的要素Pi的综合重要度

5.4 最底层元素隶属度计算

技术指标的量化在评价结构模型中不同的指标具有不同的量纲或类型，因此，通过对技术指标的量化使各指标值具有可比性。指标量化可通过隶属函数进行，它表示每个指标对总体效能所提供的功能与该指标值的关系。无人侦察机主战系统的技术指标分为两类：一类是定量指标，一类是综合定性指标。定量指标分为两种，一种是极大性指标，另一种是极小性指标。对于这些指标的隶属函数可采用以下线性函数来求取。

5.5 综合性指标的评价

对综合性指标的量化采用标度法进行，即将综合性指标划分为优、良、中、一般、差5个等级，用层次分析法建立等级比较矩阵，由专家决定每个级别的权重，从而达到综合指标的量化。

最终效能指标的评价函数：技术指标的权重和隶属函数确定后，总的效能评价函数可由下列线型函数表示：

式中：Cj(x)为第j个状态下的固有能力函数，Wi为第i个指标的权重向量，Wj_ji(x)为第i个指标的隶属度函数。

6 结语

指标体系是进行系统评估论证设计的基础，也是评价系统作战能力的依据。建立一套科学、完备的指标体系对于促进无人侦察机系统健康有序的发展具有重要的意义。这既需要作战人员、技术人员共同协商，反复推敲，也需要大量的定性定量分析、价值判断和实验验证，还需要在实践中不断完善、丰富和发展。本文结合无人侦察机系统评估指标的层次结构，从面向体系对抗的实战角度建立了指标体系结构模型，该模型和指标量化方法对于开展无人侦察机系统仿真和效能评估具有一定的借鉴意义。

本文主要研究无人侦察机系统效能指标体系的描述，在总体上提出了无人侦察机系统效能指标体系框架。无人侦察机系统效能指标体系框架是关于无人侦察机系统效能指标体系的组织与结构，实践证明，按照该框架能够指导建立具体的无人侦察机系统的效能指标体系。