电子信息装备体系贡献度评估方法

周 波，孔德培，乔会东

(中国洛阳电子装备试验中心，河南 洛阳 471003)

0 引言

随着电子信息装备体系化、系统化的发展趋势日益明显，基于信息网络的一体化联合对抗将成为未来信息对抗的主要样式[1]。这就要求电子信息装备不仅要具有良好的技术性能，还要具备良好的电磁环境适应能力和体系对抗能力[2]。而传统电子信息装备试验鉴定主要强调的是单装的性能[3]，几乎没有考虑体系的对抗能力，所以越来越不适应信息化装备体系化、系统化的实际需要。为适应电子信息装备体系化、系统化的发展趋势，亟需对电子信息装备体系对抗能力进行试验考核。

对体系对抗能力的考核给电子信息系统的试验鉴定带来了新的命题，其中一个重要问题就是如何在体系对抗的状态下考核单体装备对整个体系的贡献度，摸清电子信息装备的效能底数。单就贡献度来说，目前在金融和企业项目管理中，进行了一些贡献度评估方法的研究，但是成果较为零散，且应用领域差距较大。虽然也有部分文献研究了装备体系贡献度的评估[4-7]，可供参考和借鉴，但是还没有形成一套成熟、可靠的理论和方法，特别是对于电子信息装备在电子对抗中的复杂性，体系贡献度是什么、有何特点、该如何评估等问题还未考虑。本文从电子信息装备体系对抗复杂性出发，研究电子装备体系贡献度的评估方法。

1 体系对抗复杂性

1.1 体系内涵

信息时代，随着信息技术的蓬勃发展和广泛应用，原本各自独立的系统个体可以通过信息搭建的纽带，将彼此联结成为一个由独立系统作为组分构成的大系统[8]，形成了一个关于“系统的系统”的存在形态，比如网络化的电子装备体系。对于这个“系统的系统”来说，其组分系统虽然分布广泛、形式松散、独立工作但从系统能力上来看却更像一个有机整体，被称之为体系。其中，信息结束了系统孤立存在的形态和独立工作的方式，使分散的组分系统可以实现相互协同、配合工作，使个体聚合成为整体，产生更高效能的体系能力，在这个被压缩的时空纬度下，整体功能的形成使得它更像一个具有强大功能的有机整体。

图2 体系和系统群的内涵

从电子装备体系结构来看，组成电子装备体系的元素不仅数量众多规模庞大， 而且具有错综复杂的层次结构。对于电子信息装备体系组成元素的层次结构来说， 一般可以分为4级， 从底层到顶层分别是单元级、平台级、系统级和体系级。体系级、系统级、平台级、和单元级之间的层次关系如图1所示。

图1 组成体系各层次结构示意图

从图1可以看出，电子装备体系是由若干相互关联的电子信息装备系统构成，每个电子装备系统又是由诸多电子装备平台组成，每个电子装备平台上都装载着一种或多种具有独立能力的电子装备单元。虽然电子装备体系由电子装备系统构成，但是并非多个系统组合在一起就一定能形成体系，体系和多系统组成的系统群之间的对比关系如图2所示。

如图2所示，体系与系统群之间的区别就在于体系能够得到进一步的涌现，而系统群中各个功能、属性相似的系统组合起来仍然还是相同的功能或属性，它不会进一步涌现出新的能力或属性。

所以，体系是能够得到进一步涌现性质的关联或联结的独立系统的集合或综合，属于复杂系统范畴。体系具备复杂系统的一般特征，如非线性、开放性、动态性、多样性、涌现性、自适应性、自组织性等；归纳起来，整体涌现性、非线性和不确定性是体系复杂性的主要表现。

1.2 体系对抗复杂性

在电子装备体系对抗试验中，预警探测、指挥控制、情报侦察等大量电子信息装备产生了繁杂的电磁信号密集、交叠在一起，除了参试的众多电子信息系统本身作为体系对抗中信息链路的重要节点外，还有试验过程中指挥决策的智能因素。所以，所有这些参与试验的各种要素以信息为媒介组合在一起，也就涌现出了以复杂电磁环境为代表的体系对抗环境。这种体系对抗环境涌现出了复杂系统的整体属性、特征、行为及功能，而当把这个体系还原分解为不相干的各个部分之后，体系的整体属性和功能将不复存在。

在电子装备体系对抗试验过程中，如果采用线性可加的原则，就是把形成体系对抗环境的各个组成部分进行逐层简化分解后，分别进行试验研究，最后逐层向上叠加得到整个体系对抗的试验结论。这就是以往的单项性能试验的试验模式，它所遵循的线性原则就是在还原论指导下，对事物进行无限制的往下一层分解，它忽略了组成体系对抗各要素之间复杂关联关系的非线性，以及指挥决策过程中的不确定因素。因此，如果不考虑非线性，在这种线性简化的还原论思想指导下，电子装备试验评估所得出的结论可信度是值得怀疑的。

通过对电子装备体系对抗试验复杂性问题的分析，可知针对电子装备试验评估中的要素分解、指标选取和定性和定量关系问题，大都要涉及整体与部分、全局与局部之间的复杂关系，这些都属于复杂系统研究的范畴。

2 体系贡献率

2.1 概念

贡献度，通俗地讲就是一个事物A(称为贡献者)对另一个事物B(称为受益者)贡献程度的度量[7]。贡献度常被用在经济领域，近几年才在国防领域内被逐渐应用起来，也有人称之为贡献率。关于体系贡献率，不同组织和研究人员对其做了不同的定义，目前国内外对装备体系贡献率尚无统一明晰的定义，也不具备给出权威定义的足够条件。为了便于理解，以下给出了现有文献中的几种定义：

1)体系贡献度[5]是对评估对象对体系内各系统对抗能力及整个体系对抗能力的影响作用或涌现效应的度量。

2)如果把某个装备(或作战系统)作为贡献者，把与其有关的某个对抗体系(包含体系中的其他系统)作为受益者，把它们置于某种体系对抗环境下，使体系对抗能力发生变化的程度即为武器装备体系贡献度[6]。

3)装备的体系贡献度[7]是装备在一定时期内对体系对抗能力(或对抗效能)、体系结构、技术先进性、建设效益等方面贡献程度的综合量度。

4)体系贡献率[9]是装备(包括单型装备、装备系统和装备对抗子体系)对装备对抗体系形成综合对抗能力的贡献作用的一种度量。

从上述这些定义来看，装备体系贡献度是根据装备(或对抗系统)承担的使命任务，将单一装备置于近似真实的对抗条件下，考虑装备使用的真实对抗系统、对抗环境和对手，检验评估使用该装备后对己方整个体系对抗能力提升(或者蓝方整个体系对抗能力下降)的贡献程度。有文献中将体系贡献率的内涵从体系维度、对抗维度、“效费”维度和“层级”维度等四个维度给出了理解，简单来看这四个维度分别是从装备体系融入度、任务完成度、效费程度和层级结构优化程度来衡量体系贡献率。

2.2 电子装备体系贡献度

电子信息装备体系贡献率，就是将电子装备体系中的电子信息装备对抗效能与体系对抗效能进行对比(扩展后可以将电子信息装备体系对抗效能与包含该体系的装备体系对抗效能进行对比)，对比的结果就是体系贡献率。

根据体系对抗复杂性分析，电子信息装备体系的组成要素众多、交互作用复杂以及涌现特征，使得电子装备体系贡献率评估尤其要从电子信息装备体系的复杂系统特征出发，其最主要的描述方式就是在电子信息装备体系对抗效能中，某关键或重大电子信息装备相比于其它电子信息装备对体系对抗效能的优势比较程度，或者由该关键或重大电子信息装备的加入使得整个体系对抗能力得到涌现的程度。

2.3 体系贡献度的基本模式与特点

贡献率模式有多种，如关键作用模式、固定作用模式、比例非线性模式等。关键作用模式，又称为脉冲模式，就是某一件装备的加入会对体系能力产生重大影响，极大提升体系的作战能力，反之如果体系中没有该装备系统，整个体系的作战能力将急剧下降，如通信网络系统等对体系的影响效果；固定作用模式，又称为线性模式，即体系能力随着装备数量的增加几乎呈线性增长，如火力打击系统等对体系的影响效果；比例线性模式，又称为非线性模式，即某系统的加入和数量增加对体系能力的影响效果，如电子对抗系统。

1)通过对体系贡献率的理解，再根据贡献率的作用模式，可以得出体系贡献率具有如下特点：

相对性：电子信息装备对电子信息装备体系的贡献率是动态变化的，并非一成不变，相对于不同的对抗条件、对手和对抗样式，某同一装备对体系对抗的贡献率可能不一样。例如，预警探测系统在有干扰和无干扰条件下的对抗，其体系贡献率就存在着较大的差距。

2)层次性：装备对作战体系的贡献率可能包括若干个方面，对某个方面的贡献又可能体现在多个角度，从而使得体系贡献率要素呈现一种层状结构。

3)相关性：电子装备本身的对抗效果往往会对对抗体系中其他装备的对抗效果带来间接影响，从而影响到整个体系的对抗效果。如防空导弹对对手飞机的有效杀伤会显著提高己方地面电子装备的生存能力，进而又增强地面电子装备的对抗效果，所以防空导弹对对抗体系的贡献直接表现在防空拦截能力上，间接提升了地面电子装备的对抗效能。

2.4 体系贡献度的计算

衡量体系贡献度[10]，一般来说，可以从是否增加能力类型、是否改进战技短板、是否提高运行效率、是否降低整体成本等方面来衡量体系贡献度。其中任何一个方面发生变化，都认为对体系产生了贡献。体系贡献率评价可以通过体系对抗综合效能和费效变化来表达体现，通过接入新装备进行试验，测量观察体系效能发生的变化，从而得知增减改及规模化某装备后体系发生的变化，即体系贡献率和体系影响度。

体系贡献度是针对战略需求的度量指标，需要由体系试验综合而得到。文献[10]给出体系贡献率的计算公式为：

系统A的贡献率=

(1)

从式(1)可以看出，这里的体系贡献度是一个百分比，即小于1的数值。如果采用这个公式计算体系贡献率就隐含着把整个体系贡献率数值作为1，而体系中每个装备系统的体系贡献率都是小于1的数值，从方法论上就等于说把组成体系每个系统的贡献率直接线性相加就得到整体的贡献率。从电子装备体系对抗复杂性来看，这种计算方法从方法论上就陷入了原有性能试验所遵循的还原论思维，没有从电子装备体系的复杂系统角度思考问题，所以从方法论上根本就不合理，而且即便强行计算出个贡献率数值，其结果准确性及可信性也是值得怀疑的，另外从实际效果来说也没有指导意义。

3 体系贡献度评估方法述评

体系的复杂性、涌现性，结构的进化性，能力的相对性，使得传统基于还原论的性能试验评估方法如数学分析、数理统计等在体系评估时集体失效，体系评估正面临理论和方法的挑战，以往的评估方法在体系贡献率评估也不再适用，这里给出一种方法论和几种具体的评估方法。

3.1 综合集成方法论

综合集成的系统方法论是在开放复杂系统的研究实践上提炼、概括和抽象出来的[11]。经过不断的演进和发展，该方法论逐渐在经济、社会、工程等各领域得到成功的应用，典型的应用如财政补贴、价格、工资综合研究[12]，青藏高原形成演化及其环境、资源效应研究等。综合集成方法研究的每个问题都是极为复杂的系统，它们大多具有如表1所示的特点。

根据表1所述，对照体系对抗试验复杂性分析，可知电子信息装备体系对抗试验也满足开放复杂系统的特点，又因为性能试验在体系对抗条件下的方法论不足，所以完全可以应用综合集成方法来研究适用于体系对抗试验中体系贡献度评估的方法。

体系贡献度评估的结果是为了发现整个电子信息系统在体系结构、能力和对抗效能上存在的问题，评估的重点是整个体系，通过评估电子装备的体系贡献率，提高对整个体系的认知，最终达到辅助体系对抗、建设决策的目的。建立一个综合性体系对抗仿真试验环境，将需要进行评估影响的装备放入环境中，并通过快速试验的相关体系性效果，以达成支持对抗决策的目的。换句话说，就是构建一个体系对抗仿真环境开展仿真试验，对电子装备体系中的重点装备、焦点装备进行“加”“减”“改”后观察和分析会对体系带来什么影响。例如，己方增加或减少某种电子装备对体系能力有什么影响？敌方增加或减少某种电子装备对己方体系有什么影响？电子装备性能指标的改变对双方的体系会有什么影响？等等。这个体系仿真试验环境就是一个为对抗决策提供“可操控”的综合集成研讨环境，是“综合集成方法”的一种具体实现，进一步可以在这个体系对抗试验环境中根据需要开展研讨规划试验方案、改变参数、增加/减少装备、快速仿真等活动，评估分析体系中电子装备的能力和贡献率。

表1 复杂系统问题特点

3.2 相关具体方法

3.2.1探索性分析方法

探索性分析是对各种不确定性要素产生的结果进行整体研究，通过探索性分析，可以全面分析各种不确定因素对于特定问题的影响，整体把握各种关键要素，探索可以完成相应任务需求的系统各种能力与策略，寻求满意解以及后续调整方案。

根据体系贡献度的相对性，同一装备在不同的对抗条件、对手和样式下的体系贡献率是不一样的，为了全面分析电子信息装备的体系贡献率，获得电子信息装备体系贡献率的综合评估结果，探索性不失为一种有效的解决方案。在进行体系贡献率具体实施时，可以将待考核电子信息装备的基本能力作为主要探索变量，在不同的配试装备情况下，通过对有无该型电子信息装备作战结果的对比分析，可以获得该装备所具有的基本能力对体系的基本贡献。

3.2.2影响图建模方法

影响图建模方法是一种研究复杂系统的规范化建模方法，该方法通过分析所研究的复杂系统，找出表征系统运行过程所必需的系统参量，通过分析系统各参量之间的相互关系画出系统的影响图，根据系统图与系统参量的实际物理意义，运用一定的建模算法，得出系统的状态方程，然后进行仿真分析，可用于进行不同条件下能力变化的分析。

由影响图分析方法画出的系统影响图，能够直观的反映出体系对抗条件下对抗体系中各个系统、各要素的相互作用和相互关系，这种关系描述是体系贡献率评估的基础，它能直观反应贡献者与受益者直接或间接的关系。这样，利用影响图模型和分析方法，可以开展不同条件下电子装备对抗效能分析，通过对比分析有无评估电子装备加入对抗体系引起对抗效能的变化，即可得到该待评估电子装备的体系贡献率。

3.2.3粗糙集评估方法

电子装备体系贡献率评估的核心是分析电子信息装备加入体系前后体系作战能力之间的变化关系，这一问题的研究在很大程度上依赖于相关数据的质量。然而，在实际评估中电子对抗的复杂性，导致评估数据本身的不确定性、模糊性以及影响因素的复杂性，进而出现评估信息不准确、不可靠的结果，因而需要一种有效的数据分析方法。粗糙集是一种处理模糊性和不确定性知识的数据分析工具，它仅利用数据本身所提供的信息，无需任何先验知识，不需建立解析式数学模型，完全由数据驱动；具备从大量数据中求取最小不变集和最小规则集的能力，能够挖掘出潜在有价值的评估信息；还可根据评估数据本身的规律计算指标的权重，不完全依赖专家的知识判断或经验，能消除主观性和模糊性，使评估结果更加准确、可信。

4 结束语

电子信息装备体系化、网络化、系统化的发展趋势，对于装备试验鉴定既是挑战又是机遇。针对体系对抗试验的难题，本文在分析体系对抗试验复杂性的基础上，探析了电子装备体系贡献度的基本概念，论述了电子装备试验体系贡献度评估的基本特点、模式与计算等相关问题,评析了电子装备体系贡献度评估的综合集成方法论和几种具体的评估方法，为电子信息装备体系对抗试验提供重要理论支撑。■