高 強(qiáng) 詹廣平
(海軍駐武漢712所軍事代表室 武漢 430064)
隨著無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中地位的日益增強(qiáng),其效能評(píng)估問(wèn)題變得越來(lái)越重要,其系統(tǒng)評(píng)估指標(biāo)的確定、量化是開(kāi)展系統(tǒng)研制開(kāi)發(fā)和論證評(píng)估的一個(gè)關(guān)鍵基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展,更多先進(jìn)、新的技術(shù)被注入到無(wú)人偵察機(jī)這一復(fù)雜系統(tǒng)中,系統(tǒng)本身在技術(shù)上取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。信息化戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的信息服務(wù)需求也發(fā)生了巨大變化。因此,急需研究并提出一套科學(xué)、完備的無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)評(píng)估指標(biāo)體系,以便指導(dǎo)無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)和具體使用。
無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)評(píng)估指標(biāo)的確定、量化是開(kāi)展無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)研制開(kāi)發(fā)和論證評(píng)估的一個(gè)關(guān)鍵基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展,更多先進(jìn)、新的技術(shù)被注入到艦載無(wú)人偵察機(jī)這一復(fù)雜系統(tǒng)中,無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)本身在技術(shù)上取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,而且由于無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)作過(guò)程是一個(gè)不完全信息動(dòng)態(tài)博弈過(guò)程,其中包含了大量不確定因素、人為因素以及復(fù)雜的技術(shù)因素,對(duì)其效果及效能評(píng)估的難度相當(dāng)大。
無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)效能的綜合評(píng)估是一個(gè)多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)的問(wèn)題,建立的指標(biāo)體系應(yīng)能夠全面、客觀地反映無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)的效能,并具有可測(cè)性。目前對(duì)于無(wú)人機(jī)系統(tǒng)效能評(píng)估指標(biāo)的研究已經(jīng)有了部分成果,但評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、評(píng)價(jià)指標(biāo)多而雜以及評(píng)價(jià)指標(biāo)難以測(cè)量等諸多問(wèn)題,嚴(yán)重影響了對(duì)無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)效能的客觀評(píng)估。
對(duì)無(wú)人偵察機(jī)效能的評(píng)估,由于影響因素眾多,其中又有不少不確定因素,只能在合理的假設(shè)條件下,利用簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行初步評(píng)估。然后再利用試驗(yàn)和基于概率事件仿真結(jié)果,對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證和修正。本文建立了無(wú)人偵察機(jī)效能評(píng)估模型;引入了HLA(High Level Architecture)技術(shù),利用軟件平臺(tái)pRTI構(gòu)建一個(gè)開(kāi)放式、可擴(kuò)展、可重構(gòu)的無(wú)人偵察機(jī)虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,模擬敵方防空武器系統(tǒng)對(duì)無(wú)人偵察機(jī)的發(fā)現(xiàn)、瞄準(zhǔn)和毀傷,提出了在HLA仿真系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集與分析的方法。
定義1[1]:無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)效能是指在特定條件下,無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行規(guī)定任務(wù)所能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的程度。
定義2[1]:無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)效能評(píng)價(jià)是評(píng)價(jià)主體對(duì)無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)在規(guī)定或特定的作戰(zhàn)環(huán)境下,無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行規(guī)定任務(wù)所能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的程度的度量過(guò)程。
無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)效能評(píng)價(jià)區(qū)別于一般系統(tǒng)度量過(guò)程之處在于無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)自身的特殊性,這種特殊性主要表現(xiàn)在:
1)無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)是一類不可重復(fù)系統(tǒng),戰(zhàn)爭(zhēng)的不可重復(fù)性決定了艦載無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)必須放到實(shí)戰(zhàn)環(huán)境中評(píng)價(jià)其效能。而系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員和軍事人員則要求在系統(tǒng)建設(shè)時(shí)期評(píng)價(jià)系統(tǒng)效能,以找出系統(tǒng)的瓶頸和不足,并加以改進(jìn),這樣才能在作戰(zhàn)中充分發(fā)揮系統(tǒng)的作用。這種兩難的情況增加了評(píng)價(jià)無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)效能的困難性。
2)無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)效能評(píng)價(jià)經(jīng)常受研究領(lǐng)域之外因素的限制。如保密政策可能約束評(píng)價(jià)分析數(shù)據(jù)的獲取從而影響了評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)分析數(shù)據(jù)的可用性也會(huì)限制評(píng)價(jià)的規(guī)模。
3)無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)評(píng)價(jià)分析要求評(píng)價(jià)人員理清系統(tǒng)內(nèi)各類指標(biāo)是如何相互作用的。由于無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)過(guò)程和系統(tǒng)自身的復(fù)雜性,確定這些相互影響關(guān)系是對(duì)評(píng)價(jià)人員的一項(xiàng)巨大挑戰(zhàn)。
無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能指標(biāo)體系框架解釋為[2]:關(guān)于無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能指標(biāo)體系的組織與結(jié)構(gòu),按照該結(jié)構(gòu)能夠建立具體的無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能指標(biāo)體系。在建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系框架時(shí),必須從現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的特點(diǎn)及作戰(zhàn)方法、作戰(zhàn)樣式、作戰(zhàn)原則的變化人手,著重體現(xiàn)無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)代作戰(zhàn)能力的支持。據(jù)此分析,可以初步建立基于作戰(zhàn)的層次化無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)效能指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)。
根據(jù)無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)效能的定義,評(píng)價(jià)分析無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)效能時(shí),需要明確是什么樣的系統(tǒng)完成了什么樣的規(guī)定任務(wù),因此評(píng)價(jià)時(shí)必須注意[3]:
1)確定表征系統(tǒng)自身特性的指標(biāo),一般指系統(tǒng)性能指標(biāo);
2)衡量系統(tǒng)完成規(guī)定任務(wù)的程度。這里的規(guī)定任務(wù)是系統(tǒng)功能范疇內(nèi)的任務(wù),因此可用描述系統(tǒng)各項(xiàng)功能完成情況的指標(biāo)作為系統(tǒng)效能指標(biāo),來(lái)描述系統(tǒng)完成規(guī)定任務(wù)的程度。這里的系統(tǒng)效能指標(biāo)是系統(tǒng)靜態(tài)效能指標(biāo)。這樣,評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中必須包含系統(tǒng)性能指標(biāo)和系統(tǒng)靜態(tài)效能指標(biāo)。但僅有這兩類指標(biāo)是不夠的,因?yàn)樗鼈儾荒苊枋鰺o(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)對(duì)作戰(zhàn)到底有什么作用。
在選擇無(wú)人機(jī)偵查系統(tǒng)指標(biāo)體系過(guò)程中應(yīng)遵循系統(tǒng)性、客觀性、相對(duì)獨(dú)立性、可評(píng)價(jià)性、定性定量相結(jié)合等原則。目前無(wú)人機(jī)系統(tǒng)指標(biāo)體系構(gòu)建方法研究主要集中在“能力”類指標(biāo)與“優(yōu)勢(shì)”類指標(biāo)兩個(gè)層次上。面向“能力”類指標(biāo)構(gòu)建方法的主要目標(biāo)是分析、論證“系統(tǒng)具備何種能力并達(dá)到何種程度”及“如何設(shè)計(jì)才能使系統(tǒng)具備怎樣能力并達(dá)到怎樣程度”等系統(tǒng)底層設(shè)計(jì)信息。指標(biāo)體系一般是通過(guò)各功能域性能指標(biāo)的分配架構(gòu)而成。面向“優(yōu)勢(shì)”類指標(biāo)構(gòu)建方法的過(guò)程是目標(biāo)系統(tǒng)與假想敵“對(duì)抗性仿真”中對(duì)抗過(guò)程描述及結(jié)果的分析,從實(shí)戰(zhàn)的角度把握目標(biāo)系統(tǒng)的總體效能及相關(guān)影響因素。根據(jù)信息在流轉(zhuǎn)與升華過(guò)程中產(chǎn)生的“對(duì)抗”效果可以描述和構(gòu)建“優(yōu)勢(shì)”類指標(biāo)體系。這類方法直接面向仿真應(yīng)用,它通過(guò)大量的反饋實(shí)驗(yàn)與靈敏度分析,將結(jié)果與各影響因素有機(jī)聯(lián)系起來(lái),通過(guò)螺旋上升的方式實(shí)現(xiàn)指標(biāo)體系的動(dòng)態(tài)完善,具有較強(qiáng)的可操作性和實(shí)用性,是目前研究的主要方向。
層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)[11]是管理運(yùn)籌學(xué)中的一種重要分析手段。它通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的指標(biāo)體系進(jìn)行分層次綜合,經(jīng)過(guò)歸一化和一致性分析,得出系統(tǒng)綜合效能。
該方法將復(fù)雜問(wèn)題分解成不同層次的組成因素,再按支配關(guān)系分組形成遞階層次結(jié)構(gòu),通過(guò)兩兩相對(duì)比較的方式確定同一層次中諸因素的相對(duì)重要性,然后綜合決策者的判斷,得到艦載無(wú)人機(jī)系統(tǒng)最終效能。
可以看出,基于已經(jīng)建立的指標(biāo)體系,要得到無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)的效能,需要在確定分層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,得到重要性判斷矩陣。具體的評(píng)估框架,如圖1所示。
圖1 無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)效能評(píng)估的層次分析法
由圖1可以看出,基于已經(jīng)建立的指標(biāo)體系,要得到無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)的效能,需要在確定分層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,得到重要性判斷矩陣。
指標(biāo)體系要全面科學(xué)合理地反映出研究對(duì)象的各項(xiàng)目標(biāo)要求,并基本上能為有關(guān)人員和部門所接受。因此建立指標(biāo)體系,需在全面分析系統(tǒng)的基礎(chǔ)上首先擬定指標(biāo)草案,然后經(jīng)過(guò)廣泛征求專家和有關(guān)部門的意見(jiàn)、反復(fù)交換信息、統(tǒng)計(jì)處理和綜合歸納等,最后確定指標(biāo)體系。
無(wú)人機(jī)偵察機(jī)系統(tǒng)效能評(píng)估指標(biāo)體系的構(gòu)建是一個(gè)反復(fù)迭代的過(guò)程[11],如圖2所示。
在明確無(wú)人機(jī)偵察系統(tǒng)作戰(zhàn)要求的基礎(chǔ)上,首先對(duì)無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行功能分析,即對(duì)無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)所要達(dá)到的目的和期望狀態(tài)進(jìn)行分析,從而形成了不同類型的目標(biāo),反映在指標(biāo)體系中即指標(biāo)體系中的一級(jí)指標(biāo)。特征屬性分析就是對(duì)無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)各組成要素的特點(diǎn)進(jìn)行分析,建立與之相適應(yīng)的指標(biāo),弄清各指標(biāo)的本質(zhì)屬性(定性的還是定量的)。不同的功能要求,會(huì)帶來(lái)不同的指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)形式。
根據(jù)無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)作戰(zhàn)要求、功能分析及特征屬性分析,從而得到初始的艦載無(wú)人機(jī)系統(tǒng)效能評(píng)估指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu),然后根據(jù)指標(biāo)的相對(duì)重要性對(duì)指標(biāo)體系中的指標(biāo)進(jìn)行篩選。由于指標(biāo)之間以及與其它指標(biāo)之間均存在關(guān)聯(lián),因此需要對(duì)各級(jí)評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行權(quán)衡分析。在經(jīng)過(guò)上述的過(guò)程之后,可得到確定的指標(biāo)體系,之后經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)再對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。
根據(jù)圖2所示的指標(biāo)體系構(gòu)建過(guò)程,通過(guò)深入分析無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)作戰(zhàn)要求,并利用層次分析法的思想,對(duì)無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)效能進(jìn)行分解。遵從指標(biāo)選取的有效性、獨(dú)立性、定性與定量結(jié)合、確定性等原則,指標(biāo)可分為定性指標(biāo)和定量指標(biāo),定量指標(biāo)又可分為效益型指標(biāo)、成本型指標(biāo)、固定型指標(biāo)和區(qū)間型指標(biāo)等不同的形式。在對(duì)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行分類處理之后,數(shù)據(jù)的格式依然是不統(tǒng)一的,不能支持機(jī)器計(jì)算。如定量指標(biāo)具有不同的量綱,而定性指標(biāo)具有不一樣的描述方式。所以要對(duì)定性指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)的量化,對(duì)不同量綱的指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱的標(biāo)準(zhǔn)化處理。
在系統(tǒng)評(píng)價(jià)中,建立具體詳細(xì)的系統(tǒng)效能模型是關(guān)鍵技術(shù)[11]。選擇AHP模型在多目標(biāo)不確定信息下方案決策研究中具有較強(qiáng)的適用性,它不僅能夠吸收應(yīng)用評(píng)價(jià)者的定性分析和邏輯判斷,還能夠基于不完全信息和精確數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的量化評(píng)價(jià),使定性和定量方法相結(jié)合,能夠得到比較科學(xué)的判斷等多種優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)無(wú)人偵察機(jī)在作戰(zhàn)偵察時(shí)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)的要求將無(wú)人偵察機(jī)的效能主要進(jìn)行三個(gè)方面的評(píng)估:1)可靠性其中包括:可維護(hù)度、飛行可靠度、可用度(晴天、雪天、大風(fēng)天);2)生存力其中包括隱身性(飛機(jī)幾何尺寸、巡航速度、巡航高度、飛機(jī)外形設(shè)計(jì))、機(jī)動(dòng)性(自身重量、最小轉(zhuǎn)彎半徑、最大爬升率)、抗摧毀能力(抗軟摧毀能力、抗硬摧毀能力);3)偵察能力其中根據(jù)所裝載的不同設(shè)備進(jìn)行評(píng)價(jià),所評(píng)價(jià)的指標(biāo)為信息獲取能力(最大偵察范圍、偵察高度、巡航時(shí)間、機(jī)載電子設(shè)備可靠性、單個(gè)目標(biāo)偵察時(shí)間(有偽裝、無(wú)偽裝)、目標(biāo)搜索、目標(biāo)辨識(shí)、目標(biāo)定位)、信息處理與傳輸能力(傳感器最大分辨率、機(jī)載傳輸系統(tǒng)的性能(傳輸速度、傳輸質(zhì)量))。
由層次分析法的基本原理確定評(píng)價(jià)體系如下:1)確定無(wú)人偵察機(jī)效能評(píng)估指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)圖;2)確定各個(gè)標(biāo)度的含義;3)計(jì)算單一準(zhǔn)則下的指標(biāo)權(quán)重(同層元素間的權(quán)重確定);4)計(jì)算組合權(quán)重(上下層間的權(quán)重確定);5)底層元素對(duì)目標(biāo)層權(quán)重的計(jì)算;6)綜合性指標(biāo)的評(píng)價(jià);7)專家進(jìn)行綜合打分評(píng)價(jià)。
目前的排序過(guò)程不可避免地會(huì)受到評(píng)估者的經(jīng)歷、情緒、主觀意見(jiàn)以及部門利益等多方面的影響。
本文引入調(diào)查問(wèn)卷統(tǒng)計(jì)分析理論——德?tīng)柗疲―elphi)法,克服重要性排序過(guò)程中的主觀隨意性,避免了集體討論“團(tuán)體沉思”和“團(tuán)體偏移”等問(wèn)題。
采用層次分析法對(duì)無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)效能進(jìn)行評(píng)估,重要性判斷矩陣依賴于對(duì)指標(biāo)兩兩進(jìn)行比較得到。為了避免評(píng)估結(jié)果的主觀性,可通過(guò)發(fā)放問(wèn)卷調(diào)查的形式來(lái)克服。
事實(shí)上,本文建立無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)效能指標(biāo)框架的過(guò)程已完成了評(píng)估的層次分解,進(jìn)一步需對(duì)各指標(biāo)間的相對(duì)重要性進(jìn)行分析后排序。
圖3 無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)效能評(píng)估指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)圖
無(wú)人偵察機(jī)作戰(zhàn)評(píng)估指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)如圖3所示。構(gòu)建判斷矩陣如表1所示的比例標(biāo)度賦值,就可以建立比較矩陣[7]。
表1 標(biāo)度的含義
建立了判斷矩陣后,下層元素 A1,A2,… ,An相對(duì)上層準(zhǔn)則的相對(duì)權(quán)重按下列步驟計(jì)算:
4)計(jì)算矩陣的一致性指標(biāo):C.I=(λmax-n)/(n-1)
5)致性判斷:C.R=C.I/R.I
若CR<0.1,則判斷矩陣A有滿意的一致性:C.R≥0.1,則需要檢查調(diào)整判斷矩陣P;其中R.I表示隨機(jī)一致性指標(biāo),可根據(jù)矩陣階數(shù)n按表2查取。
表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)階數(shù)
在分層獲得了同層各要素之間的相對(duì)重要程度后,就可以自上而下地計(jì)算各級(jí)要素關(guān)于總體的綜合重要度。假定已計(jì)算出k-1層元素相對(duì)總目標(biāo)能力的組合權(quán)重向量,設(shè)k-1層有m個(gè)要素c1,c2,…,cm,其對(duì)上一層的權(quán)重為W1,W2,… ,Wm;它的下級(jí)K層有n個(gè)要素p1,p2,… ,pn,pi關(guān)于cj的相對(duì)重要度為 vij,則k級(jí)的要素Pi的綜合重要度
技術(shù)指標(biāo)的量化在評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)模型中不同的指標(biāo)具有不同的量綱或類型,因此,通過(guò)對(duì)技術(shù)指標(biāo)的量化使各指標(biāo)值具有可比性。指標(biāo)量化可通過(guò)隸屬函數(shù)進(jìn)行,它表示每個(gè)指標(biāo)對(duì)總體效能所提供的功能與該指標(biāo)值的關(guān)系。無(wú)人偵察機(jī)主戰(zhàn)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)分為兩類:一類是定量指標(biāo),一類是綜合定性指標(biāo)。定量指標(biāo)分為兩種,一種是極大性指標(biāo),另一種是極小性指標(biāo)。對(duì)于這些指標(biāo)的隸屬函數(shù)可采用以下線性函數(shù)來(lái)求取。
對(duì)綜合性指標(biāo)的量化采用標(biāo)度法進(jìn)行,即將綜合性指標(biāo)劃分為優(yōu)、良、中、一般、差5個(gè)等級(jí),用層次分析法建立等級(jí)比較矩陣,由專家決定每個(gè)級(jí)別的權(quán)重,從而達(dá)到綜合指標(biāo)的量化。
最終效能指標(biāo)的評(píng)價(jià)函數(shù):技術(shù)指標(biāo)的權(quán)重和隸屬函數(shù)確定后,總的效能評(píng)價(jià)函數(shù)可由下列線型函數(shù)表示:
式中:Cj(x)為第j個(gè)狀態(tài)下的固有能力函數(shù),Wi為第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重向量,Wj_ji(x)為第i個(gè)指標(biāo)的隸屬度函數(shù)。
指標(biāo)體系是進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估論證設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),也是評(píng)價(jià)系統(tǒng)作戰(zhàn)能力的依據(jù)。建立一套科學(xué)、完備的指標(biāo)體系對(duì)于促進(jìn)無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)健康有序的發(fā)展具有重要的意義。這既需要作戰(zhàn)人員、技術(shù)人員共同協(xié)商,反復(fù)推敲,也需要大量的定性定量分析、價(jià)值判斷和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,還需要在實(shí)踐中不斷完善、豐富和發(fā)展。本文結(jié)合無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)評(píng)估指標(biāo)的層次結(jié)構(gòu),從面向體系對(duì)抗的實(shí)戰(zhàn)角度建立了指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)模型,該模型和指標(biāo)量化方法對(duì)于開(kāi)展無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)仿真和效能評(píng)估具有一定的借鑒意義。
本文主要研究無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)效能指標(biāo)體系的描述,在總體上提出了無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)效能指標(biāo)體系框架。無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)效能指標(biāo)體系框架是關(guān)于無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)效能指標(biāo)體系的組織與結(jié)構(gòu),實(shí)踐證明,按照該框架能夠指導(dǎo)建立具體的無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)的效能指標(biāo)體系。