C4ISR系统效能评估指标体系及计算模型

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1、C4ISR 系统效能评估指标体系及计算模型 王雅君【摘 要】针对指挥控制通信计算机情报监视侦察(C4 ISR)系统,提出了一套客观、完备的效能评估指标体系,并使用层次分析法推导出了用于效能评估计算的权重表,可据此对实际作战或想定推演中测量到的指标值进行计算,得出科学、可信的评估结果.【期刊名称】舰船电子对抗【年(卷),期】2018(041)003【总页数】5 页(P24-27,35)【关键词】效能评估;C4ISR 系统;层次分析法【作 者】王雅君【作者单位】中国电子科技集团公司第二十研究所,陕西西安 710068【正文语种】中 文【中图分类】E211 0 引 言 C4ISR 系统的基本作用是保

2、证战场上各个作战单元之间迅速交换情报信息，共享各作战单元掌握的所有情报，实时监视战场态势，提高相互协同能力和整体作战效能1。对 C4ISR 系统的整体效能进行客观、全面的评估，对于衡量军队作战能力、优化作战任务规划、提升打击效率和精度等具有重要意义。新一代的 C4ISR 系统在旧有的战术数据链基础上，加入了辅助决策、多链路协同作战等功能。目前对于 C4ISR 系统的效能评估还没有一个标准的指标体系，而现有的研究成果也大多侧重于对系统通信能力的评估2-3，这样往往会掩盖 C4ISR系统的其他能力，无法全面、准确地反映系统的整体效能。本文分析了 C4ISR 系统自身的特点和所提供的服务，提出了一套

3、对系统整体效能进行评估的指标体系和相应的计算模型。1 指标体系的建立 新一代 C4ISR 系统的核心能力在于信息获取与处理、网络传输、辅助决策、系统互联互通以及系统生存能力，将这些核心能力加以细化、扩展，得到如图1 所示的效能评估指标体系。图 1 C4ISR 系统效能评估指标体系 对信息的获取和处理(A1)是 C4ISR 系统最基本的功能，也是实现其他功能的基础，只有具有良好的信息获取和处理能力，C4ISR 系统才能充分发挥情报保障作用，更好地把握战场态势。该能力可进一步细分为以下指标：(1)信息源种类：C4ISR 系统支持的获取目标信息的电子设备或手段，如雷达、声呐、卫星、红外、激光设备等。

4、系统支持的信息源种类越多，获取信息、搜集情报的能力越强，同时也意味着多源、异构信息的融合难度更大。(2)防区范围：信息源的作用范围，如战场侦察的纵深与宽度，雷达、声呐的覆盖半径和预警高度等。(3)目标测量精度：传感器对目标的测量数据与目标真实数据之间的误差。(4)信息错漏率：信息获取、传输和处理过程中出错或丢失的那部分信息占整个收集到的信息量的百分比。(5)情报处理时延：情报信息从探测设备捕获报告开始，经通信传输、情报处理中心处理，到显示器显示或其它方式输出所滞后的总时间。(6)系统反应时间：系统从接收到情报、命令或指令，到做出反应之间的时间滞后量，它是作战指挥系统的反应时间和武器系统的反应时

5、间之和。网络传输能力(A2)衡量的是 C4ISR 系统作为一个通信网络所具有的业务能力，它不仅与网络硬件设备的性能有关，还与网络的拓扑结构、通信协议以及所承载的具体业务内容有关。该能力可通过以下指标进行衡量：(1)通信信道种类：系统所支持的信道的类别，如光缆、卫星、短波、超短波、散射、微波接力等。(2)通信容量：单位时间内输入/输出系统的信息流量。(3)通信质量：发送端发出的正确信息经信道传输后，接收端信息的误码率。(4)畅通率：整个通信传输时间内，信道有效传输时间的比率。(5)传输时延：发送端发出信息到接收端收到信息之间的时间差，这一指标的好坏主要取决于通信网结构和通信设备的质量。系统生存能

6、力(A3)表征了 C4ISR 系统在敌方的侦察破坏、电磁干扰、火力压制下保持正常工作状态的能力，具体可划分为以下指标：(1)机动能力：系统快速位移运动的能力，包括可装载性(机载、车载、舰载)、可运输性和移动速度等。(2)反欺骗能力：主要包括对敌方网络虚假信息的识别能力、同步隐蔽性、设备隐蔽性、功率隐蔽性等2。(3)重组能力：系统出现故障或遭遇外来破坏时迅速恢复正常工作状态的能力。(4)防电磁泄漏能力：系统自身工作时向外辐射电磁信号的强度越低，被敌方侦察系统发现的概率就越小，同时己方电文也越不容易被截获、破译。(5)开设和撤收能力：系统在工作状态和非工作状态之间切换的用时，用时越短，越适于快节奏

7、的机动作战4。(6)防护控制能力：系统防止外界对其非法操作和影响其正常工作的能力，如抗电磁干扰、防病毒、防跟踪、防误操作等。辅助决策能力(A4)保证 C4ISR 系统能够根据作战指令和战场态势，综合分析战场局势，去伪存真，帮助指挥官进行定性分析、判断敌方意图，及时修改决策，包含以下 3 项指标：(1)辅助决策质量：计算机辅助决策与最终决策相符合的程度。(2)决策自动化程度：决策方案形成过程中，指挥员需要人工干预计算机动作的次数和频繁程度。(3)决策响应时间：从系统开始决策到最终做出决策方案所需的时间，包括了情报提取、信息融合、比较评估、预案形成、方案优选等环节。系统可靠性(A5)表征了系统完成

8、规定任务的能力，对于通信网络而言，可靠性的提高往往通过使用可靠的网络设备和提高链路冗余度这 2 点来实现。该项指标以平均故障间隔时间(MTBF)来衡量，可用系统正常工作时间的总和除以运行期间的故障次数而获得。系统互联互通能力(A6)标志了不同种类的数据链路之间实现资源共享、信息兼容的程度，以达到信息安全、完整、有效传输的目的。2 效能评估计算模型 第 1 节中所提出的各项指标，有些可以定量测量，有些却只能定性评价。在定量指标中，又有不同的量纲和取值范围。进行效能评估前，首先要将带量纲的指标实测值转化为无量纲的评价分数，并且将定性评价值按一定打分规则也转化为评价分数5，然后才能依据评估计算模型，

9、对 C4ISR 系统的整体效能进行评估。本文采用层次分析法(AHP 法)建立计算模型，该方法以矩阵分析为基础，对不同层次的评估指标分别进行权重分析和归一化计算，最终得出权重分配合理的整体计算模型。将第 1 级指标记为集合 A=A1，A2，A3，A4，A5，A6，相应地将其权重向量记为=1，2，3，4，5，6，对于一级指标 Ai，构成它的 j 个二级指标记为集合 Ai=Ai1，Ai2，Aij，Ai 的权重向量记为 i=i1，i2，ij。层次分析法使用同一层次的指标 Ai 和 Aj 两两比较，采用专家打分法得出 Ai 相对于 Aj 的重要性标度，这一标度被量化为一个 19 的数值，数值越高表明 A

10、i 相对于 Aj 越重要。对所有层次的指标进行层次内的两两比较后，就可以得出各个层次的量化评判矩阵，进而确定整个指标体系的权重分布。本文提出的指标体系中，第 1 级指标的判断矩阵：第 2 级指标 A1、A2、A3、A4 的判断矩阵：接下来需要对以上 5 个判断矩阵进行一致性检验，即分别求出各矩阵的最大特征值和对应的特征向量，查询随机一致性指标表(见表 1)，得出相对一致性指标 RC。若 RC 0.1，则表明所设计的判断矩阵的一致性满足要求；否则就需要调整权重系数，直到判断矩阵满足一致性。表 1 随机一致性指标表 n123456IR000.520.891.121.24 对于矩阵 A，利用矩阵计算

11、工具 Matlab 可计算出最大特征值=6.206 9，归一化后的特征向量=(0.100 1，0.245 6，0.143 2，0.083 5，0.323 2，0.104 5)，根据公式可得相对一致性指标 RC=0.033 0.1，满足一致性要求。同理，对于矩阵 A1，可计算出最大特征值 1=6.198 5，归一化后的特征向量1=(0.332 5，0.252 7，0.051 2，0.064 7，0.102 8，0.196 1)，相对一致性指标 RC=0.0300.1，满足一致性要求。对于矩阵 A2，最大特征值 2=5.412 9，归一化后的特征向量 2=(0.125 7，0.221 0，0.13

12、9 6，0.389 9，0.123 8)，相对一致性指标 RC=0.0890.1，满足一致性要求。对于矩阵 A3，可计算出最大特征值 3=6.276 8，归一化后的特征向量 3=(0.324 0，0.280 3，0.055 1，0.066 2，0.115 6，0.158 8，相对一致性指标 RC=0.0440.1，满足一致性要求。对于矩阵 A4，可计算出最大特征值 4=3.038 5，归一化后的特征向量4=(0.637 0，0.258 3，0.104 7)，相对一致性指标 RC=0.0370.1，满足一致性要求。最终各指标值的权重分布如表 2 所示。表 2 指标值与权重分布一级指标二级指标层次

13、权重综合权重信息获取和处理能力(权重 0.100 1)信息源种类 0.332 50.033 3 防区范围 0.252 70.025 3 目标测量精度 0.051 20.005 1 信息错漏率 0.064 70.006 5 情报处理时延 0.102 80.010 3 系统反应时间 0.196 10.019 6 网络传输能力(权重 0.245 6)通信信道种类 0.125 70.030 9 通信容量 0.221 00.054 3 通信质量 0.139 60.034 3 畅通率 0.389 90.095 7 传输时延 0.123 80.030 4 系统生存能力(权重 0.143 2)机动能力 0.3

14、24 00.046 4 反欺骗能力 0.280 30.040 1 重组能力 0.055 10.007 9 防电磁泄漏能力0.066 20.009 5 开设和撤收能力 0.115 60.016 5 防护控制能力 0.158 80.022 7辅助决策能力(权重 0.083 5)辅助决策质量 0.637 00.053 2 决策自动化程度 0.258 30.021 6 决策响应时间 0.104 70.008 7 系统可靠性 0.323 20.323 2 系统互联互通能力 0.104 50.104 5 3 仿真验证 本节以美军现役的 Link-16 数据链为例，使用上一节推导出的表 2 进行数据链综合效

15、能评估。表 2 中的指标有些是成本型指标(数值越小越好，如情报处理时延)，有些是效益型指标(数值越大越好，如防区范围)，还有些是定性评价指标(如辅助决策质量)，这类指标统一划分为 4 个级别：好、较好、一般、较差，对应的归一化分值分别为 0.90、0.80、0.65 和 0.50 分(满分为 1 分)。Link-16 数据链各项指标的归一化得分情况如表 3 所示。表 3 Link-16 数据链各项指标得分一览表 123456 一级指标得分信息获取和处理能力 0.600.900.830.890.710.750.74 网络传输能力 0.700.670.900.670.720.71系统生存能力 0.

16、900.800.650.690.770.900.83 辅助决策能力 0000 系统可靠性0.82 系统互联互通能力0.73 由于 Link-16 数据链不具备辅助决策功能，因此 A4 项得分为 0。将表 3 中各一级指标的得分乘以各自权重并求和，可得 Link-16 数据链的综合效能评估得分为0.71(满分为 1 分)。4 结束语 本文针对 C4ISR 系统提出了较为客观、全面的效能评估指标体系，并使用层次分析法得出了依据这套指标体系进行效能评估的权重表，可据此对战场上或想定推演中测量到的指标值进行计算，得出整体的评估结果。C4ISR 系统体量较大，功能多样且集成度高，因此涉及的评估指标也十分

17、繁杂。本文提出的指标体系和权重表已应用在笔者参与的工作项目中，验证了其可行性与正确性，未来仍将在此基础上进行更深入的研究，使整套评估系统更加完善。参考文献 【相关文献】1 孙义明，杨丽萍信息化战争中的战术数据链M北京：北京邮电大学出版社，2005.2 柏晓莉，柏晓辉，罗雪山，赵阳C4ISR 系统通信网络效能评估指标体系研究J军事运筹与系统工程，2006(1):71-75.3 王一舟，周俊，周志强一种雷达情报组网系统通信效能评估指标体系研究J舰船电子对抗，2014,37(5):89-93.4 巴宏欣，薛碧峰，李莎空军武器控制网络作战效能评估指标体系及模型构建J指挥信息系统与技术，2016(4):41-48.5 CARMONE F J,KARA A,ZANAKIS S H.A monte carloInvestigation of incomplete pairwise comparison matrices in AHPJ.European Journal of Operation Research,1997,102(3):538-553.