基于ADC模型的数据链效能评估方法

刘 亭

(中国人民解放军91404部队，河北 秦皇岛 066001)

0 引言

随着信息技术和计算机技术的不断发展，现代战争已经由机械化作战转变为以信息为中心的信息化战争，而信息化战争最大的特点是以网络为中心的“网络中心战”[1-4]。数据链作为构成网络中心战能力的重要部分[5-7]，其效能可描述为在战场条件下完成任务所能发挥的有效作用程度，是满足战场需求的度量。

准确评估数据链效能可有助于指挥员制定作战计划。然而，数据链系统属于多指标复杂系统，其综合性能包括几十项各类战术技术指标，且物理属性与量纲各不相同。对于这种复杂系统的综合性能评估，需要通过一种科学的综合评估方法，对所有指标或者对所关心的多项主要指标进行综合比较和权衡。

ADC效能评估模型旨在根据武器系统的可用性(Availability)、可信性(Dependability)和固有能力(Capacity)三大要素评价武器系统作战效能，能够较全面地反映武器系统状态随时间变化的多项战术、技术指标在作战使用中的动态变化与综合作用。目前已经被广泛地应用到通信对抗装备[8]、通信安全设备[9]和指挥信息系统[10]等效能评估。

本文针对数据链使命任务和使用方式，根据ADC模型对数据链的可用性、可信性和固有能力进行分析，提出了数据链装备效能评价指标体系和计算方法，实现了基于ADC评估模型的效能定量评估。

1 数据链的使命任务

数据链作为一种能够极大提高信息传输实时性、准确性、可靠性、保密性和自动性的装备，最基本任务就是把地理上分散的指挥控制系统、各种探测器和武器系统联系在一起，实施信息共享，便于指挥员实时掌握态势，缩短决策时间，提高指挥速度和协同能力，以便对敌实施快速精确的连续打击。

以数据链为支撑的信息分发网络，构成了陆、海、空、天一体化的无缝隙全源情报体系，将各种侦察平台、武器平台达成网络化及一体化，使得从传感器到射手的时间大大缩短，范围大大增大。其主要使用方式包括：多平台多军兵种联合预警探测、跨平台多军兵种联合指挥和跨平台协同火力打击等。数据链已成为提高反应速度的加速器、粘合不同力量的融合剂、扩大体系效能的倍增器。

2 ADC模型的基本原理

ADC模型是美国工业界武器系统效能咨询委员会提出的效能评估模型[9]，其根据武器系统的可用性、可信性和固有能力三大要素评价武器系统效能，其解析表达式为：

E=ADC，

(1)

式中，武器系统效能E为武器系统在作战条件下能够在规定时间内完成使命任务的程度；武器系统可用性矩阵A是武器系统在执行任务过程中可能的系统状态；系统可信性矩阵D为系统各种状态可能变化为其他状态的概率组成；系统固有能力C为在已知执行任务期间的系统状态的情况下，系统完成任务能力的量度。

3 数据链效能指标分析与计算

3.1 数据链可用性分析

数据链的可用性被用来表示系统的可用程度。实际应用中，数据链装备面临来自对手不同方向、不同等级的干扰，其能够保障信息传输的能力不同。面临不同的对手和不一样的环境，处于某一状态的概率也不相同，因此数据链的可用性可由系统在不同状态下的概率组成向量来表示。根据数据链的使用方式不同，其状态划分为正常、保障范围下降1/2、保障范围下降3/4和系统无法使用等4种状态，分别用a0，a1，a2，a3表示，其中保障范围指的是在此范围内能够保障指挥控制、协同预警探测、协同火力打击等所有的任务对信息传输的要求均能满足。

此时，系统的可用性可表示为：

A=[a0a1a2a3]，

(2)

式中，a0为系统在开始执行任务时处于正常工作状态的概率；a1为系统保障范围在小于正常范围大于1/2正常保障范围的概率；a2为系统保障范围大于1/4正常保障范围小于1/2正常保障范围的概率；a3为系统无法工作处于故障状态的概率。

3.2 数据链可信性分析

数据链可信性矩阵由系统在使用过程中，受敌方干扰或自身故障影响导致的各种状态转换成其他状态的概率组成。因此，若系统有n种可能状态，则在执行任务过程中就会出现n×n种可能的转化状态，即：

(3)

数据链在使用过程中可能处于a0，a1，a2，a3等4种状态，且系统从故障状态到可用状态的概率与装备维修人员的维修能力、故障情况等密切相关；从性能下降状态恢复到正常状态，与系统的抗干扰措施、地方干扰机的状态等密切相关。因此，系统的可信性矩阵可描述为：

(4)

3.3 数据链固有能力分析

战术数据链能否满足系统指控、武器系统等上下层用户的需求，已经很难只用信息传输设备本身的误码率、丢包率等技术指标进行评价，需要研究从用户角度提出相应的技术指标体系，评价其效能[11]。

根据上面的分析，用户对战术数据链的需求主要集中在战术信息的可达性和可用性2个方面。战术信息的可达性是信息能够实现用户到用户传递，这里的用户指的是信息使用者(指控、预警探测设备和武器系统)；信息的可用性指送达信息要满足用户的使用要求。

信息的可达性主要通过测试指控系统、武器系统与信息传输系统之间以及跨平台指控系统、武器系统之间的连通性、作用距离及跨平台的信息丢失率来进行评价。系统连通性表征单平台用户之间、用户与战术数据链之间的连通性和跨平台用户之间的连通性。系统的连通性试验主要通过测试用户之间、用户与战术数据链系统之间及跨平台用户之间对协议的执行情况，通过静态试验或者内场试验完成。跨平台的信息丢失率和覆盖范围测试信息传输系统跨平台信息传输性能。

信息的可用性指在实际环境中信息到达指定的平台(或系统)后要满足该系统上层用户需求，主要用信息更新率、信息传输时延、信息正确率和跨平台信息传输精度等指标进行评价，用这些技术指标测试信息传输系统信息传输的时效性、可靠性和正确性等性能。根据上述讨论建立表征系统信息传输能力的指标体系如图1所示。

图1 数据链效能评估指标体系Fig.1 Index system of data link effectiveness evaluation

数据链在执行任务过程中具有4个状态：正常、保障范围下降1/2、保障范围下降3/4和系统故障(无法使用)。在故障状态下，可以认为数据链不能工作，其保障能力为0，系统能力也为0(即C4=0)，那么能力矩阵为：

(5)

正常工作状态下，数据链固有能力由信息可达性和信息可用性组成，信息可用性主要由系统的信息传输正确率、信息更新率、信息传输时延和目标信息传输精度组成，信息可达性主要由信息丢失率、作用距离、平台内部连通性和跨平台联通性组成[12]：

C1=α1β1+α2β2，

(6)

式中，β1为数据链的可用性；α1为数据链可用性在数据链能力中的权重；β2为数据链装备可达性；α2为数据链装备的可用性在数据链能力中的权重。

β1可表示为：

β1=γ1ε1+γ2ε2+γ3ε3+γ4ε4，

(7)

式中，ε1为数据链的信息传输正确率；γ1为信息传输正确率在可用性的权重；ε2为数据链的信息更新率；γ2为信息传输更新率在可用性的权重；ε3为数据链的信息传输时延；γ3为信息传输时延在可用性的权重；ε4为数据链的信息传输精度；γ4为信息传输精度在可用性的权重。

β2可用下列关系式表达：

β2=δ1θ1+δ2θ2+δ3θ3+δ4θ4，

(8)

式中，δ1为数据链的信息丢失率；θ1为信息丢失率在可达性的权重；δ2为数据链在此状态下覆盖范围与正常值的比值；θ2为作用距离在可达性的权重；δ3为平台内部数据链与其他系统连通性；θ3为平台内部数据链与其他系统连通性在可达性的权重；δ4为数据链的跨平台的连通性；θ4为跨平台连通性在可达性的权重。

4 实例分析

本文以Link16数据链为例说明此评估方法的应用[13]。作为广泛使用的战术数据链，Link16数据链的抗干扰能力和信息传输能力都很强。根据前面的讨论，在工作中所处的状态主要由系统的可靠性、外部干扰环境、操作维修人员的能力和系统的维修性决定，根据Link16数据链系统技战术指标，其A=[a0a1a2a3]=[0.35 0.4 0.2 0.05]。系统状态转换矩阵为：

(9)

可达性和可用性在数据链使用中具有同等重要的地位，所以其权重α1，α2均为0.5。

可用性β1各个参数的单位分别为信息传输更新率(条/秒)，信息传输时延的单位为s，可达性中平台内各个信息系统与数据链系统都能无差错传输则平台内部连通性为1，否则根据平台内部连通性的情况赋值[0，1]。跨平台连通性为各个平台之间均能无差错传输，则为1，否则根据跨平台的联通情况赋值[0，1]；信息丢失率为百分比。

可用性β1中各个指标的权重分别为[0.3，0.3，0.2，0.2]，各个指标值为[0.97，2，1.5，1]；可达性β2中各个指标的权重分别为[0.1，0.4，0.2，0.3]，各个指标值为[0.9，1，1，1]。

此时能力矩阵为：

C=[1.090 5 1.090 5 1.040 5 0]，

系统可用性为：

A=[0.2 0.4 0.3 0.1]，

系统效能为：

E=ADC=0.949 377。

5 结束语

基于ADC模型对数据链效能进行了分析和评估，将人员能力和战场环境因素综合考虑到模型中，改变了以往只重装备本身能力和因素，忽略人员能力素质问题，得出的结论将更加准确合理，可为数据链装备系统性能的改进提供参考依据。