新一代指控系统任务控制能力分析与评估*

2020-03-27余宏峰李琳琳陈尚德

火力与指挥控制 2020年1期

余宏峰，李琳琳，张壮，陈尚德

（1.火箭军工程大学作战保障学院，西安 710025；2.解放军96812 部队，安徽黄山 242700）

0 引言

随着大数据、云计算和人工智能等新兴信息技术的快速发展，在信息化军事变革和多军种联合作战大背景下，指挥控制系统成为决定战争胜负的关键环节，开展指挥控制系统效能评估是提高系统可靠性、安全性的重要手段。

国内外关于指挥控制系统的效能评估主要针对以下几个方面，文献［1］中提出了一种基于云理论和二元语义层次分析法的评估模型，该方法解决了综合评估过程广泛存在的随机性、模糊性等问题，但是语义评价信息主观性较强，直接或间接会影响权重的确定；文献［2］提出了模糊综合判别法，该方法将很多难以量化的指标模糊处理，缺点是利用精确的函数曲线代替隶属度函数，忽略了随机性；文献［3］基于系统动力学研究问题方法，构建了指挥控制系统作战效能评估系统动力学模型，为各要素灵敏度分析提供了解决方法。上述文献仅在指挥控制系统的体系结构、信息系统和作战能力等方面开展指标体系构建及效能评估方法研究。但针对基于任务控制能力指挥控制系统分析评估存在不足。

针对上述问题，本文首先在参考国军标和传统指挥控制系统指标体系基础上，以任务为中心，构建了指挥控制系统任务控制能力评估指标体系［4］；其次，结合每个叶子指标特性，建立了可量化的数学模型，为指标评价值的获取奠定了坚实基础；最后，运用灰色层次分析方法［5］实现了系统效能评估，验证指标体系和模型的合理性，发现了系统中存在的不足，为系统性能改进完善提供了重要参考意见。

1 任务控制能力指标体系构建

1.1 相关概念介绍

指挥控制系统：指挥控制系统是联合作战背景下不同军兵种或者同一军兵种内不同作战单元之间相互联系、协调作战的一个中枢系统。能够实现对作战范围内的作战单元实施有效协同指挥，并进行实时监控的军事信息系统。

新一代：“新一代”的概念相对于不同军兵种和武器装备特性来说，其具体的概念内涵是不同的。本文提出的“新一代”的概念是针对导弹作战指挥控制系统高度智能化、服务化和一体化的特点，提出的一种信息化程度更高的指挥控制系统。

任务控制能力［6］：是指联合作战条件下，为迅速响应动态变化的作战环境，并按照任务的需求，指挥员借助指挥控制系统对地理上分散部署的各要素进行评价、选择，进而高效完成任务的能力。

1.2 指标体系构建

构建新一代指挥控制系统效能评估指标体系，必须遵循最简性、可测性、稳定性、时效性和独立性等原则［7-8］。在指标体系构建过程中，首先在参考国军标和传统指挥控制系统指标体系的基础上，结合新一代指挥控制系统特点和任务控制能力的定义，构建了新一代指挥控制系统任务控制能力评估指标体系，如图1 所示。

2 任务控制能力指标建模

2.1 指挥决策能力指标建模

指挥决策能力是指指挥员根据作战目标、情报信息、战场态势和打击目标等多作战要素，在作战筹划的基础上做出最佳决策，实施作战任务的综合能力，一般从指挥员决策能力和辅助决策能力两方面进行评估。

2.1.1 指挥员决策能力

图1 任务控制能力指标体系

指挥员决策能力［9-10］是对指挥员自身能力素质在作战指挥中发挥作用的度量，一般从心理素质（性格、智力和气质）、指挥能力（凝聚力、筹划能力和协调能力）、知识结构（基础知识和专业知识）和指挥经验（个人近5 年考核优秀次数、单位近5 年考核优秀次数、担任大项任务重要岗位次数和参加大项任务成功次数）等4 个方面评估。具体评估内容如图2 所示。

图2 指挥员决策能力评估指标体系

指挥心理素质是对指挥员在紧急情况下心理承受能力的度量，是一种主观的度量指标，可结合平时工作训练和实战演练表现情况，通过专家打分的方法获得。主要从性格、智力和气质3 个方面度量，是主观性较大的评估指标，一般通过专家打分或者现有科学技术测试获得（例如墨迹测试、主题感觉投影等）。

指挥能力、知识结构和指挥经验是相对比较客观的评估指标，因此，可通过表1 获得评价值。

2.1.2 辅助决策能力

辅助决策能力是指辅助指挥员进行决策指挥的其他要素在指挥决策过程中的效能值，主要从作战筹划效率和决策响应效率两个方面评估。

作战筹划效率［11-12］是度量指挥员及辅助决策部门，在现有情报信息的基础上，根据作战任务和打击要求，进行统筹、分析和研究判断，形成基本作战构想的时效性。作战筹划效率一般通过系统仿真获取。

决策响应效率［13-14］是度量指挥员及辅助决策机关在当前战场态势下，对上级作战方案响应迅速程度的指标。一般用归一化后的指挥决策过程响应效率来表示，其中决策响应效率上限为能够顺利完成任务允许的最大时耗。假设实际的指挥决策响应时间为td，则根据式（1）可得最终的决策响应效率为：

式中，tdmax为指挥决策允许的最大响应时间；td为指挥决策实际响应时间。

通常用几次指挥决策响应效率的均值来表示效率值Td：

2.2 武器控制能力指标建模

武器控制能力是指指挥控制系统对武器平台实施监控、指挥和控制的能力，主要从数据链控制能力和武器控制可靠性两方面来度量。

2.2.1 数据链控制能力

数据链是指挥控制系统对武器系统实施指挥控制的主要手段，因此，对数据链的评估是武器控制能力评估必不可少的，主要从信道连通性、系统稳定性和信息准确性3 个方面度量。

表1 指标评价值对应表

信道连通性是指数据链网络中，各通信节点之间不同信道正常连通的概率，主要受信道的选择和通信距离两个因素约束。目前暂无能够全面反映不同通信手段之间信道连通性的数学模型，因此，在系统评估过程中一般用仿真数据替代。

系统稳定性是对数据链正常工作能力的度量，一般用正常工作时间和总时间（包括各种突发状况下无法正常工作的时间，如电力中断、线路损坏等）的比值表示。

式中，Twork为数据链系统正常工作时间；Tall为数据链系统工作总时间。

信息准确性一般用传输信息的误码率表示，传输误码率RCE的表达式为：

式中，RCE为传输误码率；LSA为发送数据的总比特数；LRA为接收数据的总比特数；LRE为接收数据的错误比特数。

2.2.2 武器控制可靠性

武器控制可靠性是用来度量指挥所对武器控制能力可靠程度的指标，主要通过武器监控能力、成功发射概率和有效爆炸概率等3 个指标来综合定量度量。

武器监控能力是指整个作战流程中，对武器平台实时监控的能力，可用上报的武器操作进程准确性表示，即武器平台实际状况与上报至指挥所的武器平台状况一致性，如式（5）：

式中，Weaponsame-atate表示武器平台实际状况与上级指挥所显示武器状况一致的状态数；Weaponfact-state表示武器平台上报的总状态数。

成功发射概率指成功发射（成功发射是指进入预定轨道，并可监控）导弹数量launsuc与发射导弹总数量launall的比值，可用式（6）表示：

有效爆炸概率指精确命中目标，由发射导弹毁伤程度destroy（由监测人员按照毁伤评估等级确定）之和，与成功发射导弹数量bomball的比值，可用式（7）表示：

2.3 单元生存能力指标建模

单元定义为指挥单元、武器单元以及保障单元等遂行作战任务所需的部队及装备。单元生存能力是衡量指挥控制系统在正常工作周期内不被敌方侦察手段发现，并进行有效防御而不被破坏的能力，主要包括反侦察能力和反摧毁能力。

2.3.1 反侦察能力

结合武器系统特点，反侦察能力主要是度量在执行任务或试验过程中，采取有效的规避措施，防止武器装备被敌侦察发现、窃取情报的能力，主要包括伪装隐蔽能力和电子干扰能力。

伪装隐蔽能力［15］主要用于作战部队具备的伪装隐蔽手段成功规避敌侦察手段的有效性度量，由于伪装隐蔽能力受到气候、敌情等多方面因素的影响，即使同样的伪装隐蔽手段在不同的战场环境下，伪装隐蔽能力也不相同，是一个动态变化的指标，因此，一般由具体的战场态势和部队采用的伪装隐蔽手段获取指标评价值。伪装隐蔽能力是有效伪装隐蔽面积masquesuc与该武器设备的需要伪装隐蔽总面积masqueall的比值，可用式（8）表示：

此处重点梳理了目前常用的伪装隐蔽手段，根据目前伪装手段和敌方侦察手段对有效伪装隐蔽面积作出大致计算。

天然伪装：主要是利用山体、地形和能见度等自然条件对武器装备和部队行动进行遮挡，以躲避敌方光学、红外和雷达侦察的手段。

人工遮蔽：主要指军用的一些制式的遮蔽器材，能够有效避免光学、雷达等侦察。

时间窗口选择：主要是从卫星临空来考虑，通过选择卫星过境的空档时间，进行部队活动。优点是成本低，效率高；缺点是受时间约束较大，不利于部队执行应急任务。

诱饵诱骗：在实施真实活动或火力打击中，通过设置虚假活动或抛洒诱饵，让敌方摸不清部队的真实活动、意图，对于打击武器真假难辨，以达到伪装隐蔽的效果。

电子干扰能力［16］是指部队利用现有电子设备通过制造虚假信息或对敌方电子设备进行电子信号干扰，防止敌方侦察情报和火力打击的能力。

电子干扰分为有源电子干扰和无源电子干扰。有源电子干扰是用专门的干扰发射机发射或转发某种形式的电磁波，使敌方电子设备和系统工作受到扰乱或破坏。无源电子干扰是用本身不发射电磁波的箔条、反射器或电波吸收体等器材，反射或吸收敌方电子设备发射的电波，使其效能受到削弱或破坏。这类干扰，主要用于干扰雷达、激光测距装置等以接收反射电波来工作的电子设备。可用式（9）表示：

其中，qIO表示期望的或作战任务规定的方位覆盖范围；ql表示系统实际达到的侦察方位复覆盖范围；FI表示期望的或作战任务规定的频率范围；fI表示系统实际达到的侦察频率覆盖范围；RIO表示期望的或作战任务规定的侦察距离；RI表示系统实际达到的侦察距离；PI表示系统的截获概率。

2.3.2 反摧毁能力

反摧毁能力是对系统单元生存性评估的一个重要方面，结合新一代指挥控制系统的特殊性，本文主要从火力单元防卫能力和作战单元机动能力两个方面评估。

火力单元防卫能力是对主战武器配属的末端火力防卫能力的度量。末端火力防卫能力一般通过发现敌方武器攻击的概率findprob与拦截敌方打击武器的概率interceptprob相乘来度量。可用式（10）表示：

发现敌方武器攻击的概率findprob由过去军事行动的数据通过统计发现次数和系统的侦察能力综合确定；拦截敌方打击武器的概率interceptprob由过去军事行动数据统计得出拦截概率。

作战单元机动能力是对作战单元机动性能的度量，一般用最大机动速度表示，可用式（11）表示：

式中，rangei表示作战单元在第i 次机动的距离，ti表示第i 次的机动时间。为了进行归一化处理，将速度分段与评估值相对应，如表2 所示：

表2 速度与评估值对应表

3 任务控制能力评估及分析

以某导弹指挥控制系统试验数据为依据，验证指标体系的合理性和指标模型的准确性。首先归一化处理将数学模型由比值或者概率得出的按照数值为0.8～1，0.6～0.8，0.4～0.6，0.2～0.4，0～0.2，对应赋值打分均为5，4，3，2，1，然后应用灰色层次分析法对新一代指挥控制系统任务控制能力的效能进行评估。评估指标中，一级指标Ai 共有3 个，集合为{A1，A2，A3}，二级指标共有6 个，集合为Aij（j=1，2），三级指标为Aijk 共有16 个，集合为Aijk（k 分别为1～4，1～2，1～3，1～3，1～2，1～2），步骤如下所示：

3.1 指标权重确定

应用层次分析经典指标赋权方法得到任务控制能力评估指标体系中各指标的权重，如表3 所示：

表3 各级指标的权重

3.2 制定评估指标等级

将评估指标按照设定的标准划分为强、较强、一般、较弱、弱5 个等级，分别对应评估值5、4、3、2、1。

3.3 指标评价值获取

关于底层指标的计算模型，前文已有详细的介绍，为验证指标体系的合理性和指标模型的正确性，直接给出叶子节点的指标值，如表4 所示。

表4 指标评价值

3.4 确定评估灰度、确定评估系数和权重

由设定的评价标准常用的灰数及对应的白化权函数，计算出灰色评估系数，在经过归一化计算，最终得到指标对应的灰类评估向量和二级指标灰类预计权矩阵为Rij：

3.5 对一级指标Ai 和二级指标Aij 进行综合评价

采用灰色层次法的综合评估公式，按照由下向上、逐层评估的方法，利用灰色权矩阵Rij和表3 中三级指标权重，获得二级指标评估值为如表5 所示：

表5 二级指标效能评估结果

计算出一级指标灰类预计权矩阵Ri为：

利用灰色层次法中的评估公式，利用灰色权矩阵Ri和表3 中二级指标权重，得一级指标效能评估结果如表6 所示：

表6 一级指标效能评估结果

3.6 对任务控制能力综合效能计算

由灰色评估公式，得任务控制能力做灰色评估结果为：

式中，WAi表示Ai的权重向量，R 为一级指标权矩阵。

3.7 归一化处理

从系统任务控制能力效能评估结果来看，系统的整体效能值为2.97，而指挥决策能力、武器控制能力和单元生存能力的效能值分别为2.649 2、3.242 5 和3.046 2。对比分析来看，武器控制能力的效能值明显高于任务控制能力的效能值，说明武器控制能力发展状况比任务控制能力更加良好，但是反观武器控制两个二级指标（数据链控制能力和武器控制能力可靠性）的评估值，数据链控制能力明显低于武器控制可靠性，可以通过改进信道的连通性，增强系统的稳定性，进一步巩固武器控制能力的提升；而指挥决策能力的效能值是只有2.649 2，明显低于任务控制能力2.97 的效能值，说明指挥决策能力建设比较薄弱，制约任务控制能力的提升。进一步剖析指挥决策能力的两个二级指标，从表6可以看出，指挥员决策能力效能值只有2.481 4，说明指挥员决策能力严重滞后于系统任务控制能力的发展，是制约系统任务控制能力提升的关键环节，可以通过增加实战化训练次数、训练时间，提高指挥员学历水平，熟练指挥员指挥流程等来提高指挥员决策能力，从而间接提高新一代指挥控制系统任务控制能力。