海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知能力定量分析

聶 忠，黃高明，李仙茂

（海軍工程大學，武漢430033）

0 引 言

隨著賽博作戰(zhàn)理論和信息技術的不斷發(fā)展，賽博空間已經(jīng)被視為與陸、海、空、天域相互支持、相互依賴的第五維戰(zhàn)斗域。海戰(zhàn)場上，占據(jù)賽博空間優(yōu)勢的一方，將最終實現(xiàn)“賽博優(yōu)勢—信息優(yōu)勢—決策優(yōu)勢—競爭優(yōu)勢”，而過硬的海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知能力是獲取賽博優(yōu)勢的必要條件，它為海上賽博作戰(zhàn)提供行動依據(jù)和情報保障。深入分析海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知能力的構成和度量方法，一方面可以對海戰(zhàn)場各方態(tài)勢感知能力強弱有初步認識，另一方面也可以發(fā)現(xiàn)具體操作過程中的薄弱環(huán)節(jié)，為態(tài)勢感知能力建設提供理論上的指導。

1 海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知能力構成

1.1 海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知任務

海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知的基本任務是為指揮員提供全面、高效的賽博空間態(tài)勢信息，做到知己知彼，進而定下及時、正確的指揮決策。它包括偵察和監(jiān)視海戰(zhàn)場內(nèi)所有的賽博目標（電磁目標和網(wǎng)絡目標）；偵察和監(jiān)視網(wǎng)絡中的信息流，包括其內(nèi)容、目的及危險程度；評估海戰(zhàn)場內(nèi)各方賽博空間漏洞；評估海戰(zhàn)場內(nèi)各方賽博能力及賽博作戰(zhàn)意圖；預測海戰(zhàn)場內(nèi)各方下一步的賽博行動及其效果；預測海戰(zhàn)場內(nèi)各方賽博能力降級的效果及對任務的影響。

1.2 海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知能力構成

海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知的實質是將海戰(zhàn)場真實態(tài)勢通過各種傳感器和一定的態(tài)勢處理方法傳輸至各級用戶。整個過程要經(jīng)歷感知、理解和預測3個步驟，其中感知是信息從物理域到信息域的流動，體現(xiàn)為信息域能力；理解和預測是信息從信息域到認知域的流動，體現(xiàn)為認知域能力，其具體能力構成可以用圖1表示。

圖1 態(tài)勢感知能力構成圖

2 海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知能力度量

海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知能力的度量涉及信息域和認知域。信息域中主要衡量感知層輸出的態(tài)勢與戰(zhàn)場真實態(tài)勢的一致程度［1］，認知域中主要衡量態(tài)勢處理人員和輔助決策基礎設施的理解預測能力。目前研究信息域度量方法的文章較多［2－7］，而研究認知域度量方法的文章則相對少些。本文采用解析法對信息域和認知域能力分別進行度量，然后綜合得到態(tài)勢感知的總體能力。

一般來講，無論是戰(zhàn)場真實態(tài)勢還是相對應的感知層輸出態(tài)勢，都可以用目標數(shù)量、目標屬性、目標時間三要素來描述。因此，賽博空間態(tài)勢感知信息域能力的度量可以通過構建相關指標來衡量兩者之間三個要素吻合程度的方法來進行。認知域能力主要由人員素質、人員參戰(zhàn)經(jīng)驗、人員對態(tài)勢處理輔助基礎設施的熟悉程度等主觀因素決定，很難做定量分析，可以采用德爾菲法來度量。

2.1 信息域能力的度量

對應于目標數(shù)量、目標屬性、目標時間戰(zhàn)場三要素的衡量指標分別為完備性、精確性、時效性，下面分別對這3個指標作定量的分析。

（1）完備性

在規(guī)定任務區(qū)域內(nèi)，存在敵方、我方、不明方、友方的不同數(shù)量目標，而完備性則用于衡量感知的目標敵我性質、數(shù)量等信息與戰(zhàn)場客觀態(tài)勢相吻合的程度。賽博空間有著區(qū)別于陸、海、空、天域的特點，如不穩(wěn)定性、無界性、高速性，它是不斷變化的，一些目標僅在短時間內(nèi)存在，這對賽博空間態(tài)勢感知的完備性是一項挑戰(zhàn)。

假設在T時刻，有情報信息表明艦艇V周圍a海里范圍內(nèi)實際存在NT個賽博目標，其中敵方ET個，我方MT個，不明方UT個，友方FT個，而賽博感知態(tài)勢中正確感知了其中的N′T個，其中敵方E′T個，我方M′T個，不明方U′T個，友方F′T個，則T時刻態(tài)勢感知的完備性CT可定義為：

式中：α1，α2，α3，α4依次為敵方、我方、不明方、友方賽博目標在態(tài)勢感知完備性中所占權重。

（2）精確性

同一賽博目標有多個屬性，可以用多種特征參數(shù)來描述，如目標位置、頻率、在網(wǎng)絡中的地位、平臺類型、裝載賽博飛機種類等等，精確性指標則是衡量感知的特征參數(shù)與戰(zhàn)場目標實際的特征參數(shù)相吻合程度。這些特征參數(shù)中，一部分是量化的，如目標位置、頻率等；一部分是非量化的，如在網(wǎng)絡中的地位、平臺類型等。對于量化的特征參數(shù)，可以用感知特征參數(shù)與實際特征參數(shù)接近的程度來量度，對于非量化的特征參數(shù)，可以做量化處理，而后對兩者進行綜合，形成最終的精確度。

假設T時刻，目標i的n個特征參數(shù)為［x1，x2，…，xn］，感知到的特征參數(shù)為［y1，y2，…，yn］，其中前p個為量化參數(shù)，則T時刻第l（l＜p）個量化參數(shù)的度量可表示為：

式中：RlT為感知到的目標i的第l個量化參數(shù)與實際的該量化參數(shù)的接近程度。

后n－p個為非量化參數(shù)，此時可依據(jù)目標感知屬性與真實屬性的接近程度定義相似矩陣。以賽博目標的平臺類型為例，設戰(zhàn)場真實的平臺類型為驅逐艦，當感知的平臺類型為驅逐艦時，完全一致，則接近程度為1；當感知的平臺類型為護衛(wèi)艦時，依據(jù)排水量、作戰(zhàn)使命、航速等參數(shù)判斷其接近程度為0.8，感知屬性與真實屬性相差越大則其接近程度越低。按照上述思想，可以得出平臺類型相似表，如表1所示。

依此，還可定義諸如賽博飛機相似矩陣、網(wǎng)絡地位相似矩陣等等，對于非量化參數(shù)的接近程度QmT（p＜m≤n）則可以通過查相似表得到。

表1 平臺類型相似表

目標i的精確性度量結果可以表示為：

式中：β1，β2，…，βn為權重，所有目標的精確性結果為：

（3）時效性

賽博空間的作戰(zhàn)機會轉瞬即逝，因此，時效性是衡量態(tài)勢感知能力的重要指標。如果從戰(zhàn)場態(tài)勢到感知態(tài)勢的時間延遲Δt為0，則時效性最好，此時時效性指標ET＝1，如果時間延遲Δt太大，則無論完備性、精確性有多好，態(tài)勢感知已毫無作戰(zhàn)意義，此時時效性指標ET＝0，從這一角度出發(fā)，可定義T時刻的時效性函數(shù)ET為：

式中：T1，T2，…，Tn為根據(jù)不同作戰(zhàn)任務、不同作戰(zhàn)對象、不同作戰(zhàn)階段等具體情況而設定的臨界值點；b1，b2，…，bn為 Δt在對應的時間區(qū)間段時，時效性函數(shù)的取值，且1＞b1＞b2＞…＞bn＞0。

2.2 認知域能力G的度量

認知域能力的度量涉及到對賽博空間態(tài)勢信息的理解和預測，它是一個無形的復雜領域，很難對其作定量分析。這里采用德爾菲法確定影響理解和預測能力的指標及其權重，據(jù)此對賽博空間態(tài)勢感知認知域能力進行度量。德爾菲法的步驟如圖2所示。

其具體實施過程如下：

圖2 德爾菲法的步驟

（1）選擇研究課題。海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知能力分為信息域能力和認知域能力，其中認知域能力取決于諸多因素，如作戰(zhàn)人員的受教育水平、專業(yè)素質、輔助基礎設施質量等，且受人為因素的影響較大，所以德爾菲法是研究“海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知認知域能力”的合理方法。

（2）組織應答專家。賽博作戰(zhàn)態(tài)勢感知涉及雷達、通信、電子對抗、計算機和網(wǎng)絡領域的知識，因此選擇了各領域的專家共25人，其中雷達、電子對抗領域的專家各2人，通信、電子對抗、網(wǎng)絡領域的專家各7人。

（3）設計調(diào)查表。本次調(diào)查主要研究以下問題：您認為海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知認知域能力的影響因素有哪些？各影響因素所占權重是多大？

（4）組織專家答詢并實行多次反饋。在第一輪咨詢基礎上，對該問題可總結為15個影響因素，將這些影響因素設計成表格，再進行第二輪咨詢。第二輪咨詢過后，可總結為12個影響因素，然后設計成表，對各影響因素的相對重要性打分。

（5）最后結果處理。處理結果如表1，其中1～20分別表示第1～20位專家，對應的值為每位專家對各影響因素的評分，評分區(qū)間為0～100，然后對評分結果做歸一化處理，即得到各影響因素的權重。

值得指出的是，可以根據(jù)不同的作戰(zhàn)任務和作戰(zhàn)對象，對影響因素進行重新調(diào)整。另外，各影響因素的值為小于1的量值，對于類似“專業(yè)性等級”和“實用性等級”這樣非量化的影響因素，可以定義相關函數(shù)來進行量化，如：

式中：e1，e2，…，en為各影響因素對應等級的取值，且e1＝1，en＝0，e1＞e2＞ … ＞en。

綜合可得出認知域能力的度量公式為：

表2 認知域能力度量表

2.3 綜合態(tài)勢感知能力AT的度量

得出信息域與認知域能力的定量結論后，可以在此基礎上綜合得到態(tài)勢感知能力的計算方法，即：

式中：μ1，μ2，μ3分別為完備性、準確性與時效性指標的權重。

3 結束語

未來海上作戰(zhàn)，賽博空間優(yōu)勢的爭奪將異常激烈，賽博作戰(zhàn)武器裝備和戰(zhàn)技法也將得到迅速發(fā)展，海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知作為海上賽博戰(zhàn)的核心能力之一，必將成為各國發(fā)展的重點。本文分別研究了海戰(zhàn)場賽博空間態(tài)勢感知信息域和認知域能力的度量方法，進而得出了綜合能力的度量方法，為獲取海上賽博空間態(tài)勢感知優(yōu)勢奠定了基礎，具有一定的參考價值。

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