基于超网络的情报保障体系能力评估

葛萌萌，杨 锋

（1.西南电子技术研究所，成都 610036；2.电子科技大学电子科学与工程学院，成都 611731）

0 引言

情报保障是体系作战的重要组成部分，是能打仗、打胜仗的关键因素［1］。随着信息化技术的发展，情报保障体系组成结构愈加复杂，工作模式愈发多样。因此，对于愈加复杂的情报保障体系，如何科学准确地评估其体系能力对于情报体系优化设计以及体系建设等具有重要意义。

传统的体系能力评估方法大多通过建立具体的指标体系，利用多层次指标聚合方法实现体系能力评估［2-5］，这类方法可以较好地反映装备性能对体系能力的影响，但是无法体现装备间的相互作用。随着复杂网络、超网络科学理论的发展，学者发现超网络、复杂网络等网络模型可以用于分析装备间相互作用对体系能力的影响，因此，基于超网络、复杂网络的体系能力评估得到了广泛关注［6-7］。文献［7］基于复杂网络理论，提出了基于作战环的装备体系方法，为后续基于作战环的体系能力评估奠定了基础。文献［8］利用熵权法计算作战环中边的权重，从而实现导弹装备体系效能评估。文献［9］将作战环与改进信息熵相结合，对作战武器装备体系效能进行评估。文献［10］将图示评审技术（graphical evaluation and review technique，GERT）引入作战环中，通过推导等价传递函数实现武器装备体系能力评估，但是该方法假设装备节点效能是一个服从一定概率分布的随机变量，这个假设在实际应用中还有待进一步验证。

针对情报保障体系能力评估问题，文献［11］对预警情报保障体系进行超网络建模，从网络结构的角度分别对体系情报效能、节点重要度以及抗毁性进行衡量评价，并提出情报效能环的概念。文献［12］利用情报效能环的数量和路径长度作为体系能力的评估指标，通过计算平均情报效能环长度实现情报保障体系能力评估，但是该方法没有考虑效能环中装备节点的性能。

本文针对情报保障体系能力评估问题，在文献［12］的基础上，考虑装备节点性能，提出了基于超网络的体系能力评估方法。根据情报保障流程，对情报保障体系超网络中的装备节点以及交互关系进行建模。利用改进转移矩阵计算情报效能环能力值，从而实现体系能力评估，并将其应用于体系能力增量评估。通过案例分析验证所提方法的有效性和合理性。

1 情报保障体系的超网络建模

1.1 情报保障体系的网络抽象

针对战场目标，情报保障的一般流程为：通过对敌方目标进行侦察探测，获取目标数据，并对其进行处理分析，形成情报产品，最终将情报产品分发给各情报用户，以支持用户做决策，对目标进行处置，其信息流转图如图1 所示［11］。

图1 情报保障体系信息流转图Fig.1 Information flow chart of the intelligence support system-of-systems（SoS）

根据各装备实体在情报保障体系中发挥的功能作用，可以将其抽象为4 类网络节点，即搜集节点（S）、处理节点（P）、用户节点（U）和目标节点（T）。根据这4 类网络节点以及各节点间的相依关系，可以构成包含搜集网、处理网、用户网以及目标网的情报保障体系超网络模型，其示意图如图2 所示。

图2 情报保障体系超网络模型示意图Fig.2 The schematic diagram of the super-network model for the intelligence support system-of-systems

1.2 网络节点建模

在情报保障体系超网络中，搜集节点S 主要为雷达、卫星等具有目标探测、数据搜集功能的节点，同时兼具一些简单的数据处理功能，如目标检测、定位等；处理节点P 主要为数据处理中心，负责对搜集节点传输过来的数据进行关联、融合等处理，并加以分析生成各类情报产品；用户节点U 主要为具有情报需求与指挥控制功能的指挥机构、行动分队、武器平台等节点，负责决策指挥，对目标进行处置；目标节点T 主要为敌方目标。

对节点V 进行规范化描述，为后续能力增量评估提供支撑。节点V 可以表示为：

情报保障体系超网络中各节点的能力指标集合I，如下页图3 所示。

图3 节点能力指标集合Fig.3 The index set of capability of nodes

1.3 网络交互关系建模

情报保障体系超网络中主要存在3 种交互关系，即目标侦察、信息传输和目标处置。本节主要对这3 种交互关系进行建模。

1.3.1 目标侦察交互关系

目标侦察交互关系在网络中涉及的边为T→S，衡量搜集节点对敌方目标的侦察能力，主要与搜集节点的侦察能力以及目标的防御能力有关。T→S 边的能力值可以表示为：

1.3.2 信息传输交互关系

信息传输交互关系依赖于节点间的通信能力，网络中通信能力指标集合，如图4 所示。

图4 通信能力指标集合Fig.4 The index set of communication capability

信息传输交互关系涉及到的边包括搜集节点将数据传输给处理节点S→P、处理节点间信息交互P→P、处理节点将产品传输给用户节点P→U 以及用户节点间信息交互U→U。

1）S→P

S→P 边的能力值仅与搜集节点和处理节点间的通信能力有关，可以表示为：

2）P→P 和P→U

P→P 和P→U 边的能力值不仅与节点间的通信能力有关，还与处理节点的处理能力有关。具体地，以边P1→P2为例，根据下式计算处理节点P1的处理能力：

节点P1和P2之间的通信能力可以表示为：

P1→P2边的值为：

同理，P→U 边的能力值为：

3）U→U

U→U 边的能力值依赖于节点间的通信能力和用户节点的指挥决策能力。以边U1→U2为例，其能力值为：

1.3.3 目标处置交互关系

目标处置交互关系主要衡量用户节点对敌方目标的处置能力，在网络中涉及的边为U→T，其能力值主要与用户节点的决策能力和目标的防御能力有关。U→T 边的能力值可以表示为：

2 情报保障体系能力评估方法

本章基于情报保障体系超网络模型，利用情报效能环对情报保障体系能力进行评估。对节点的能力指标以及边的通信能力指标进行归一化处理，计算体系网络中每条边的能力值，通过改进转移矩阵计算情报效能环的能力值，从而求得体系能力值，最终实现体系能力增量评估。

2.1 指标归一化处理

在计算边的能力值时，需要对节点的能力指标以及边的通信能力指标进行归一化处理。本文的能力指标可以分为效益型和成本型［14］，其中，效益型指标归一化函数为：

成本型指标归一化函数为：

2.2 情报效能环的能力值计算

2.2.1 情报效能环

借鉴OODA（observe-orient-decide-act）作战环理论，根据情报保障流程，可以构建以敌方目标为起始节点的情报效能环［11-12］，如图5 所示。

情报效能环分为标准情报效能环和广义情报效能环，其中，标准情报效能环描述了情报网络中最基本的情报保障过程，包含搜集、处理、用户和目标等节点和目标侦察、信息传输和目标处置等交互关系。在实际情报保障体系中，处理节点之间可能存在信息共享、协同处理的关系，用户节点之间可能存在多级指挥控制关系等，因此，定义包含多个处理节点协同处理或多个决策节点相互指挥控制的情报效能环为广义情报效能环。

2.2.2 情报效能环能力值计算

以标准情报效能环T→S→P→U→T 为例，网络中该类型的效能环总能力值为：

2.2.3 体系能力增量评估

通过改进转移矩阵计算出每一类情报保障效能环总能力值后，则该情报保障体系能力值为：

其中，NH为体系中情报效能环的类型数。

假设存在两个情报保障体系G1和G2，其中，G1为旧体系；G2为新体系，则新体系G2相对于G1的体系能力增量为：

其中，C1和C2分别为体系G1和G2的能力值。

综上，基于超网络的情报保障体系能力增量评估流程，如图6 所示。

图6 基于超网络的情报保障体系能力增量评估算法流程图Fig.6 The flow chart of capability increment evaluation algorithm for intelligence support system-of-systems based on super-network

3 示例分析

本章以典型情报保障体系为例，对提出的方法进行验证分析，进一步说明方法的有效性。

3.1 场景想定

假设敌方分别从海空派遣敌机T1和舰船T2对我方沿海军事港口进行袭击，我方侦察飞机S1、预警机S2、卫星S3、巡洋舰S4以及沿海岸基雷达S5对敌方目标进行侦察搜索，并将其侦察信息传输至地面机动式处理中心P1，处理中心通过综合处理分析后，将目标的位置等信息分别发送至前方指控中心U1和后方指控中心U2，各用户对敌目标进行处置打击，其作战概念图如图7 所示。

图7 作战概念图Fig.7 The map of operational concept

根据上述作战概念图，可以构建如下页图8 所示的情报保障网络，由于预警机同时具备搜索侦察和处理功能，因此，将预警机抽象为搜集节点S2和处理节点P2。

图8 情报保障体系超网络模型Fig.8 The super-network model of the intelligence support system-of-systems

各搜集节点、处理节点、用户节点以及目标节点的功能指标分别如表1～表4 所示。

表1 搜集节点功能指标Table 1 The function indexes for collection nodes

表3 用户节点功能指标Table 3 The function indexes for user's nodes

表4 目标节点功能指标Table 4 The function indexes for target nodes

各节点通信能力指标如表5 所示。

表5 各节点通信能力指标Table 5 The capability indexes for communication capability of each node

3.2 体系能力评估

根据上述各节点功能与通信指标以及超网络模型，可以得到网络中各边的值，如表6 所示。

表6 网络中各边的值Table 6 The values for each side of edge in the network

进而，根据式（16）构造改进转移矩阵，以处理节点与用户节点为例，其改进转移矩阵可以写为：

通过观察图8 所示的情报保障超网络，可以发现该网络中共存在4 种类型的情报效能环，即：T→S→P→U→T、T→S→P→P→U→T、T→S→P→U→U→T、T→S→P→P→U→U→T，根据式（17），分别可以求出各类型的情报效能环的能力值为：

从而，整个体系的能力值为：

进一步验证值的准确性，本文将每条情报效能环的能力值计算出来，如下页表7 所示。

表7 情报效能环能力值列表Table 7 The list for capability values of intelligence effectiveness loops

根据表7 进一步验证了提出算法的有效性，同时相比需要计算每一个情报效能环的能力值，提出的算法计算速度更快，不需要人工参与的程度更高。

为了更直观地显示，将关于两个目标的各情报效能环能力值按序号（目标T2的序号值20～38 分别对应于1～19）展示如图9 所示。

图9 情报效能环能力值Fig.9 The capability values of intelligence effectiveness loops

从图9 可以观察到以下结论：

目标T2的情报效能环的能力值整体上大于目标T1的能力值，这是由于目标T2的运行速度远远低于T1，使得对T2的侦察能力（T→S）和处置能力（U→T）远远大于T1所造成的；

分别对比序号1 和9、2 和11、4 和15、6 和16以及8 和17，可以看出1、2、4、6、8 情报效能环的能力值分别大于9、11、15、16、17，这是由于在侦察边以及处理边相同的情况下，环路变长，时效性降低，能力值下降。

3.3 能力增量评估

假设图8 为新的情报保障体系，在面向目标T1和T2的旧体系中，假设卫星节点S3损坏，无法调用，其余节点均正常工作，旧的情报保障体系网络模型如下页图10 所示。根据本文提出的方法，可以算出旧情报保障体系能力值为：

图10 旧情报保障体系网络模型Fig.10 The network model of the old intelligence support system-of-systems

进而，面向目标T1和T2，新情报保障体系的能力增量为：

4 结论

本文针对情报保障体系评估难的问题，提出了一种基于超网络的情报保障体系能力评估方法，通过构造面向目标的情报保障超网络模型，利用改进转移矩阵计算每类情报效能环的能力值，进而计算出体系能力值，从而实现体系能力增量评估。通过案例分析进一步说明了所提方法的有效性，可以发现，本文提出的方法计算速度更快，有利于后续工程化实现。