信息优势度量方法综述

龙 杰，刘德生

(1.航天工程大学 研究生院， 北京 101416； 2.航天工程大学 国防重点实验室， 北京 101416)

新军事变革所带来的指挥、控制、通信、情报、打击和毁伤评估的综合化与系统化，使原本分离的武器系统和分散的作战单元被联接整合为紧密的整体，战场优势正日益由火力优势转入信息优势。

在信息时代的战场上，信息己成为战争中最重要的战斗力[1]。谁拥有信息优势，谁掌握制信息权，谁就能赢得战争的主动权，并最后夺取战争的胜利。随着信息化战争的不断发展，信息将成为战场上的主导因素，控制战场信息的主导权是信息化战争的“制高点”。要夺取制空权、制海权、制陆权乃至战场主动权，首先必须夺取和保持信息优势[2]。信息优势是获取决策优势、夺取制信息权的客观基础，有关信息优势的度量及其对作战影响等方面的理论研究对于开展信息系统建设、有效获取制信息权具有重要意义。

1 信息优势的概念内涵

军事信息优势的理论，最早是由美军正式提出，并系统地将其用于指导军队建设。1996年美军在《2010联合构想》中提出信息优势的概念[3]：能够搜集、处理和分发连续不断的信息流，同时利用或阻止敌人采取这种行动的能力。2000年5月，美军在《2020 联合构想》中进一步发展和完善了信息优势的内涵[4]，该构想强调信息优势的优势在于一方有利的不平衡状态。

王保存等[5]在对美军信息优势理论系统研究的基础上，将美军的信息优势理论归纳为以下几点：一是信息优势是军队的核心能力，而这种核心能力的核心是拥有“交互式作战空间态势感知与共享能力”；二是比敌方更全面地掌握战场空间情况，包括敌我双方的态势和企图；三是拥有比敌方更先进的天基信息系统，有阻止敌方利用太空威胁己方的能力；四是有比敌方更强的情报搜集与评估能力、侦察与监视能力、信息传输与通信能力、以及信息处理与指挥控制能力；五是拥有比敌方更强的信息防护能力，能确保己方各种传感器、通信和信息处理网络系统不被敌方干扰、破坏和利用；六是有胜敌方一筹的信息进攻能力，能用“软”、“硬”手段影响、干扰、削弱或破坏敌方的信息系统。

国内部分研究学者也提出了对信息优势的定义和理解。费爱国[6]在《信息优势的度量与效能评估》中定义信息优势为：“当一方能够根据需要收集、处理和分发信息，可以预期己方的变化和对方对信息的需求，阻止对方为做此事的能力时，这样的一方才具有信息优势”，增加了信息优势中信息需求的内涵。赵小松[7]在《军事信息优势论》中指出军事信息优势的3个基本要素：

1) 军事信息的内容质量更高。获得的军事信息要准确反映作战空间内相关实体的真实运动状态和变化方式，具有可靠性、相关性、完备性、精确性的特征。

2) 军事信息的流动效率更高。获得的军事信息经过流动，能够及时安全地传送到相关用户手中。在保持信息流动渠道的畅通无阻能力方面要高于对方。

3) 军事信息的利用效能更高。用户能够正确合理地运用军事信息，转变为相关问题的求解策略，做出正确地决策，并施效于被指挥者，在信息利用能力方面要强于对手。

房坚[8]提出狭义信息优势和广义信息优势的概念：按照是否考虑作战双方信息差异带来的作战效能提升，可将信息优势研究分为广义和狭义两类。广义信息优势涉及物理域、信息域、认知域、社会域多个作战子域，包括由信息系统带来的信息、决策和执行等多方面优势，其度量涉及尺度参数、性能度量、效能度量和作战效能度量等多种类型。如利用复杂网络方法度量系统网络结构和效能、利用修正的Lanchester方程度量信息优势效能等，均属于广义信息优势度量。狭义信息优势一般指双方获取信息之间的差异对比，其度量是信息域内一种与双方信息获取、使用能力相关的性能度量，如利用信息完备性、准确性等指标对信息优势进行的度量。

军事信息优势可以概括为：敌对双方在对相关军事信息的获取、处理、分发、防护、利用和进攻过程中，一方相对于另一方所形成的一种整体有利的信息态势。其本质是对同一作战空间内作战实体运动状态和变化方式的感知和理解方面具有优势，包括感知信息的内容质量、流动效率和利用效能等多方面的因素，军事信息内容质量的高低，可用信息完备性、精确性和时效性衡量，军事信息的流动效率可用信息的及时性衡量，军事信息利用效能可用信息的决策质量和施效结果衡量。

2 信息优势度量方法的介绍

信息优势的概念提出后，国内外相关学者对信息优势度量方法进行了很多研究。通过阅读相关文献并整理分析，将信息优势的主要度量方法总结为以下3种。

2.1 基于信息流的信息优势度量方法

美国理论界基于C4ISR系统的工作流程提出了著名的信息化战争“3个领域”：物理域、信息域、认知域[9]。并开发了相关的定义、特性和度量准则。其认为C4ISR 的工作过程的实质是信息的转换过程，信息优势反映了C4ISR 系统信息对抗过程中对抗双方信息能力的对比情况，最终体现C4ISR系统生成的态势感知的质量上，因此可以用信息转换的质量对信息优势进行定量描述。信息质量的度量准则如表1所示。

将战场事实特征用矩阵表示为F=[f1,f2,…,fn]，其中fi表示为矢量，其元素表示作战实体i的特性，包括位置、速度、方向、实力、组织类型等。用Q(·)表示信息转换过程中产生信息的质量。在物理域F0中，可以认为信息质量具有完美性，它描述和反映的是全部战场事实，因此可以假定Q(F0)=1。在信息域，主要是军事信息的收集、处理和分发，可以进一步细分为传感器、融合以及网络3个层次。然后以完整性、正确性和实时性3个标准衡量信息域的信息质量。在认知域，主要是利用信息域的产品进行决策，因此对认知域的评价主要用“单个态势感知、共享态势感知以及从协作优势到决策优势”等3个方面的指标评价，并为每个领域建立相应的数学模型[10]，如表2所示。

表1 信息质量度量准则

表2 信息域信息质量转换模型

2.2 基于知识增益的信息优势度量方法

文献[11-14]认为信息优势由“信息网络效能”和“信息对抗效能”两部分组成。“信息网络效能”是战场静态信息优势表现，以知识增益表示。知识增益理解为随着系统不断接收信息，主体对战场事实的认识逐渐趋向确定，对战场态势的感知程度越来越完整，信息的逐渐完善过程被称为知识增益。信息网络将各信息节点和平台联成一体，构成共享通用作战图的网络，通过各节点之间的信息协同和共享产生知识增益，以知识增益的程度来度量静态信息优势，而知识增益的大小则利用信息熵的差量计算。

文献[15]认为信息网络可以用一个抽象的定向图进行描述，图由节点集和边集构成。通过连线联接的节点间能够实现信息协同和共享，节点互联而获得的附加信息能够使知识增益。两节点间进行协同共享所带来的知识增益效果模型为

当考察由多节点构成的网络系统的知识增益效果时，认为每个节点都是网络系统所必需的，而且整个网络系统的效果评估建立在每个节点都正常进行协同和共享的基础之上。因此，可以用串行工作系统模型来表示信息网络系统的效果评估模型，信息网络系统的协同共享所带来的知识增益效果模型为：

K(t)=c(t)[1-k(t)]+k(t)

“信息对抗效能”理解为战场动态信息优势的表现，指为影响敌方的信息和信息系统，同时保护自己的信息和信息系统而采取各种信息攻防作战行动获得的信息优势。文献[16]通过考虑信息对抗，修改损毁系数，以改进的Lanchester方程来建立信息对抗效能模型。将信息网络效能和信息对抗效能相综合，可得到信息优势的评估模型。

2.3 基于信息质量的信息优势度量方法

文献[17-19]对评估依据、评估指标进行了分析研究。一方面，可以用战场感知态势的质量来衡量对抗过程中指挥自动化系统信息能力的变化情况；另一方面，在实际作战过程中，指挥员对指挥自动化系统的要求也是希望指挥自动化系统生成的战场感知态势能全面、准确地反映战场客观态势。因此，可以将战场感知态势的质量作为衡量指挥自动化系统在对抗条件下的信息能力的指标。通常，指挥员对指挥自动化系统的基本要求是它能尽可能及时准确地反映本级作战区域内的战场客观态势，于是可以将规定区域内指挥自动化系统生成的感知态势与客观态势相吻合的程度作为衡量感知态势质量的指标，这种吻合程度可以从完备性和准确性方面衡量。

文献[20-22]在此基础上提出了评价信息质量的指标为：信息的完备性、准确性和时效性。其中完备性是指规定任务区域内战场感知态势中目标的种类及数量与战场客观态势相吻合的程度。战场感知态势的生成过程涵盖了信息的获取、传输和处理(综合、融合)等环节。因此，感知态势中信息的完备性取决于这3个环节中信息的完备性。准确性是指规定任务区域内战场感知态势中目标的特征与真实目标特性相吻合的程度。和完备性指标类似，准确性指标也取决于信息的获取、传输和处理(综合、融合)这3个环节。时效性是指在规定任务区域内，从发现目标到指挥员感知到敌方目标所需的时间。

文献[23-26]通过定义红蓝双方相对态势感知能力，提出相对信息优势能力的评估方法。最后提出信息优势能力与制信息权之间定量的数学描述。当红蓝双方拥有的信息相差足够大时，会出现制信息权。对于红方来说要获得制信息权，意味着红方和蓝方之间的信息差就要超过某一阈值。假设0p。

3 信息优势度量研究现状总结

对于信息优势的度量准则，当前研究一般以系统对客观战场信息感知能力的差异来体现，信息感知能力包括感知信息的内容质量、流动效率和利用效能。内容质量的高低通常用准确性和完备性衡量，流动效率用信息的及时性衡量，利用效能则涉及信息的决策质量和施效效果，在这方面的研究较少，在决策质量上的研究主要考虑个体和团队的经验、能力、教育等特征，通过打分的形式度量，此种方法缺少理论基础的支撑，不具有说服力。对于施效效果的研究主要还是通过改进Lanchester方程来衡量对抗过程中的效果[27]，缺少一定的实际意义。利用效能方面涉及人的决策和作战对抗，研究具有很大的难度，当前研究一般集中于感知信息的内容质量和流动效率方面。

对于感知信息和客观信息之间的差异的度量，对以上3种方法进行对比分析，以与信息优势的适应性和模型的可操作性为参考指标，对3种度量方法的总结如表3所示。

当前对信息优势度量的研究呈现多样性，具体为研究对象多样，度量方法多种，度量指标不统一。根据是否考虑信息优势对作战的影响又将信息优势度量分为广义和狭义两种，其研究的侧重点又大有不同。总体来说，当前信息优势度量的研究在信息优势的度量准则上具有广泛的共识，而在具体的方法和指标建立上尚没有统一的标准，在这些方面还需要进一步的深入研究。

表3 信息优势度量方法

4 结论

1) 信息优势的度量方法已有很多研究，这些方法各有特点和适用的地方。然而对信息优势的度量是一个系统而全面的问题，在信息优势的度量过程中，对于具体指标体系的构建和信息优势对作战效能的影响方面目前尚没有合理统一的方案，还需要进一步的研究解决。

2) 当前资料中关于信息优势度量都是用笼统的指标参数代替，具体指标的合理选择以及这些指标数据的有效获取是信息优势度量的基础且必要的一环，其在理解和解释信息优势方面具有重要意义，关乎着信息优势的产生是否具有足够的说服力。深入构建科学系统的底层指标体系将是信息优势度量的一个重点问题。

3) 信息利用效能的评价。军事信息的基本功能是保障指挥员做出正确的决策。信息优势只有转化为知识优势，形成决策优势，才能最终提升作战效能。而指挥员获得及时、准确、完备的军事信息，并不等于能够做出正确的决策。指挥员的信息素质和决策能力、系统辅助决策的规则和决策都将影响信息的利用效能。因此，需要研究信息优势转化为决策优势的过程。如何科学准确地评价信息优势辅助决策的能力及对作战的影响将是完整度量信息优势不可或缺的一环。