基于仿真的指挥信息系统指挥效能评估研究

苏千叶

（中国人民解放军91977 部队 北京市 100025）

作战仿真是指利用仿真的方式建立物理模型和其他逻辑模型，在一定时间内运行该模型得出仿真数据结果，并根据仿真数据分析作战过程基本规律的方法。作战仿真可以通过构建复杂的军事模型创建出逼真的战场环境，因此要求仿真系统需建立可靠度高的仿真模型、输入尽可能精确的参数、具备大样本仿真的能力等。

指挥信息系统是综合运用以计算机为核心的信息技术，以保障各级指挥机构对所属部队及武器平台实施科学、高效的指挥控制为目的，实现作战信息从获取、传输、处理到利用的自动化，具有指挥、控制、通信、信息处理、情报、侦察与监视功能的军事信息系统，是信息化战争的倍增器。指挥信息系统是决定未来作战胜负的关键因素，通过作战对抗仿真推演的方法可反映指挥信息系统动态运行的过程，建立合理的评估指标体系可实现对系统的全面分析评估。因此，基于仿真的指挥信息系统体系效能评估，能够较好地反映指挥信息系统对作战体系的支撑作用。本文从仿真推演的角度出发，提出了评估框架及评估指标体系，对仿真数据的结果进行了分析，探索构建了基于仿真的指挥信息系统体系效能评估的方法思路。

1 基于仿真的指挥信息系统指挥效能评估框架

1.1 指挥效能的影响因素

在信息化战争的背景下，信息的交互加速了战场态势的变化和战争的节奏，信息优势成为真正决定战争对抗趋势走向的关键，并且也决定着指挥信息系统指挥效能的好坏。因此，能反映指挥信息系统指挥效能的因素可以总结为以下两点：

（1）信息效能。主要指指挥信息系统完成信息收集、处理、传递、存储、分发等任务的程度，通常可用信息上报和下达的时延等来综合衡量。

（2）行动效能。主要指指挥信息系统可控制的兵力遂行作战任务的程度，通常可用战果战损来衡量。

1.2 基于仿真的指挥信息系统指挥效能评估框架构建

基于仿真的指挥信息系统指挥效能评估框架如图1 所示，具体步骤如下：

图1： 基于仿真的指挥信息系统指挥效能评估框架

（1）确定评估目标及评估指标。明确评估的目标，根据指挥效能的影响因素确定评估指标体系。

（2）设计作战想定。以评估的目标为牵引，面向典型作战任务设定符合未来战略环境、国际形势的作战背景，描述清楚作战想定中作战企图、作战编成与编组、作战区域与航线、双方兵力部署、指挥控制关系、网络通信关系、基本作战行动方案等要素。

（3）准备想定数据。准备作战想定编辑中所需的数据，包括作战仿真模型及其参数、双方作战力量编成结构、双方装备类型、数量及其战术技术性能指标、双方交战及指控规则、战场环境数据等内容。

（4）实验方案设计。其主要内容是设计仿真方案，通过选取影响评估问题的重要因素，分析每个影响因素的可能取值，每个影响因素选取某一个值作为样本值，这样可以组成若干实验方案。

（5）作战想定推演。根据前期准备，通过仿真系统进行全过程、全要素的仿真对抗和指挥仿真。

（6）仿真综合显示。主要包括仿真想定的二维态势显示、对仿真想定的回放等内容，帮助实验人员了解仿真想定运行的全过程。

（7）分析评估。根据仿真运行的数据及指标体系进行整体效能的综合分析。

2 效能评估设计与验证

根据上述评估框架，进行指挥信息系统指挥效能的评估，具体如下：

2.1 设计作战想定

蓝军主要以苏-27 和苏-30 为主，派出4 架战斗机组成的空中小型编队对我岛礁上的地防导弹营实施袭扰破坏活动。

我军充分利用各种情报和侦察手段，依托岛礁方向现有防御体系保护我重要目标的安全。我军兵力主要包括4 架歼击机、1 架预警机、1 架反潜巡逻机、1 个地空导弹营。

2.2 准备想定数据

根据如图2 所示指标体系进行想定数据的准备。

图2： 基于仿真的指挥信息系统指挥效能评估指标体系

2.3 实验方案设计

在战备等级为一级情况下，设计实验因子为有无歼击机升空待战。

2.4 作战想定推演

利用相关仿真系统进行参数设定，对上述作战想定进行推演。

2.5 分析评估

分析评估首先需要对图2 中指标体系的指标进行无量纲化处理，然后再确定各层指标的权重，最后根据仿真推演后最底层指标的数值对指挥效能进行评估。

2.5.1 无量纲化指标

为了消除不同评估指标之间数量级和量纲的影响，提高评估结果的合理性，必须将评估指标进行无量纲化，即将指标值转化为一个属于[0,1]区间的无量纲指标值，使得各评估指标具有可比性和可加权性。因此，本文对“极大型”指标、“极小型”指标进行无量纲化处理。其中“极大型”指标是指指标值越大越好的评估指标；“极小型”指标是指指标取值越小越好的评估指标。具体方法如下：

（1）“极大型”指标处理方法值，M 为评估指标的最大值，m 为评估指标的最小值。

（2）“极小型”指标处理方法

其中，X为评估指标处理后的值，X为评估指标原始值，M 为评估指标的最大值，m 为评估指标的最小值。

其中，X为评估指标处理后的值，X 为评估指标原始

2.5.2 指标权重的确定方法

层次分析法能够将人的主观判断量化表达出来，从本质上是一种定量与定性相结合的方法，本文利用层次分析法来解决权重确定问题，其步骤包括建立层次结构、构造判断矩阵、层次单排序、层次总排序、一致性检验。

2.5.2.1 建立层次结构模型

层次结构模型如图2 所示。

2.5.2.2 构造判断矩阵

指标权重是一种价值取向，体现的是各个指标对评估目标的贡献大小，本文采用Santy 等人提出一致矩阵法，即采用相同的标准（如表1 所示），把任意两个元素放在一起比较，得出那个元素更重要些及重要多少。

表1： 一致矩阵法元素比较标准

假定A 层中因素A与下一层中因素B,B,…,B有联系，则可构造判断矩阵如表2 所示。

表2： 构造判断矩阵

显然，任何判断矩阵都应满足：

2.5.2.3 层次单排序

根据判断矩阵计算对于上一层某一因素而言，本层次与之有联系的因素的重要性次序的权值。即计算判断矩阵的特征值和特征向量，对判断矩阵B，计算满足BW=λW 的特征根与特征向量，其中λ 为B 的最大特征根；W 为对应于λ的正规化特征向量，W 的分量即是相应因素单排序的权值。

除此之外，还要对判断矩阵进行一致性检验，定义其一致性指标CI：

当判断矩阵具有完全一致性时，CI=0；λ-n 越大，CI 越大，判断矩阵的一致性就越差。检验判断矩阵是否具有满意一致性，可将CI 与平均随机一致性指标RI 进行比较，对于1 至9 阶矩阵，RI 分别如表3 所示。

表3： 平均随机一致性指标指

若判断矩阵不具有满意的一致性，就需要对判断矩阵进行调整。

2.6 利用层次分析法确定权值

2.6.1 层次单排序

2.6.1.1 一级评估指标权值的确定

指挥控制能力A 的一级指标：信息效能B1，行动效能B2 的权值确定。

（a）构造判断矩阵如表4 所示。

表4： 一级评估指标的判断矩阵

（b）正规化判断矩阵

由于1 阶、2 阶判断矩阵总是完全一致的，故2 阶判断矩阵不进行一致性检验。故信息效能B1 和行动效能B2 的权值分别为0.667 和0.333。

信息效能B1 和行动效能B2 的权值分别为0.667 和0.333。

2.6.1.2 二级评估指标权值的确定

（a）信息效能B1 分解为跟踪能力C11、探测能力C12、定位能力C13、情报传输能力C14、指挥控制能力C15、火力打击能力C16，其权值及一致性检验如表5 所示。

表5： 信息效能B1 权值及一致性检验表

（b）行动效能B2 分解为拦截敌方导弹能力C21、我方导弹突破能力C22、我方导弹毁伤能力C23、我方生存能力C24，其权值及一致性检验如表6 所示。

表6： 行动效能B2 权值及一致性检验表

2.6.1.3 三级评估指标权值的确定

（a）跟踪能力C11 分解为有效跟踪总时长D11、跟踪有效次数D12、有效跟踪最大距离D13、有效跟踪最小距离D14，其权值及一致性检验如表7 所示。

表7： 跟踪能力C11 权值及一致性检验表

（b）定位能力C13 分解为定位失败次数D31、丢失目标次数D32，根据上述方法计算权值均为0.5。

（c）情报传输能力C14 分解为情报数量D41、情报信息正确上报率D42、情报信息正确上报时延D43、情报信息正确下达率D44、情报信息正确下达时延D45，其权值及一致性检验如表8 所示。

表8： 情报传输能力C14 权值及一致性检验表

（d）指挥控制能力C15 分解为指挥命令下达时延D51、地防单元指挥命令达成率D52、地防单元指挥命令完成率D53，其权值及一致性检验如表9 所示。

表9： 指挥控制能力C15 权值及一致性检验表

（e）火力打击能力C16 分解为火力达成次数D61、火力达成时间D62、火力完成时间D63，其权值及一致性检验如表10 所示。

表10： 火力打击能力C16 权值及一致性检验表

2.6.2 层次总排序

层次总排序就是计算相对高一层次而言本层次各指标的权重。

对于最高层A 下面的第二层B1、B2 所进行的但排序即为总排序，即故信息效能B1 和行动效能B2 的权值分别为0.667 和0.333。

下面计算C 层和D 层指标的总排序，如表11 和12 所示。第四层指标通过仿真运行的结果获得，利用加权的方式计算第一层指标结果，如表13 所示。

表11： C 层指标的总排序

表12： D 层指标的总排序

表13： 一级战备下的评估结果

根据表13 的结果及仿真推演回放，有歼击机升空待战的指挥控制能力值比无歼击机升空待战时要高，因此在上述想定背景下，有必要安排歼击机升空待战。

3 结束语

本文建立了基于仿真推演的指挥信息系统体系效能评估框架，并对仿真数据进行了初步的处理及分析，为基于仿真推演的指挥信息系统体系效能评估提供了一种思路。下步考虑将仿真实验推演结果与实兵演习相结合，不断驱动我军信息系统装备建设发展和部队战法创新。