C4ISR系統效能評估指標體系及計算模型

王雅君

(中國電子科技集團公司第二十研究所，陜西 西安 710068)

0 引 言

C4ISR系統的基本作用是保證戰場上各個作戰單元之間迅速交換情報信息，共享各作戰單元掌握的所有情報，實時監視戰場態勢，提高相互協同能力和整體作戰效能[1]。對C4ISR系統的整體效能進行客觀、全面的評估，對于衡量軍隊作戰能力、優化作戰任務規劃、提升打擊效率和精度等具有重要意義。

新一代的C4ISR系統在舊有的戰術數據鏈基礎上，加入了輔助決策、多鏈路協同作戰等功能。目前對于C4ISR系統的效能評估還沒有一個標準的指標體系，而現有的研究成果也大多側重于對系統通信能力的評估[2-3]，這樣往往會掩蓋C4ISR系統的其他能力，無法全面、準確地反映系統的整體效能。本文分析了C4ISR系統自身的特點和所提供的服務，提出了一套對系統整體效能進行評估的指標體系和相應的計算模型。

1 指標體系的建立

新一代C4ISR系統的核心能力在于信息獲取與處理、網絡傳輸、輔助決策、系統互聯互通以及系統生存能力，將這些核心能力加以細化、擴展，得到如圖1所示的效能評估指標體系。

圖1 C4ISR系統效能評估指標體系

對信息的獲取和處理(A1)是C4ISR系統最基本的功能，也是實現其他功能的基礎，只有具有良好的信息獲取和處理能力，C4ISR系統才能充分發揮情報保障作用，更好地把握戰場態勢。該能力可進一步細分為以下指標：

(1) 信息源種類：C4ISR系統支持的獲取目標信息的電子設備或手段，如雷達、聲吶、衛星、紅外、激光設備等。系統支持的信息源種類越多，獲取信息、搜集情報的能力越強，同時也意味著多源、異構信息的融合難度更大。

(2) 防區范圍：信息源的作用范圍，如戰場偵察的縱深與寬度，雷達、聲吶的覆蓋半徑和預警高度等。

(3) 目標測量精度：傳感器對目標的測量數據與目標真實數據之間的誤差。

(4) 信息錯漏率：信息獲取、傳輸和處理過程中出錯或丟失的那部分信息占整個收集到的信息量的百分比。

(5) 情報處理時延：情報信息從探測設備捕獲報告開始，經通信傳輸、情報處理中心處理，到顯示器顯示或其它方式輸出所滯后的總時間。

(6) 系統反應時間：系統從接收到情報、命令或指令，到做出反應之間的時間滯后量，它是作戰指揮系統的反應時間和武器系統的反應時間之和。

網絡傳輸能力(A2)衡量的是C4ISR系統作為一個通信網絡所具有的業務能力，它不僅與網絡硬件設備的性能有關，還與網絡的拓撲結構、通信協議以及所承載的具體業務內容有關。該能力可通過以下指標進行衡量：

(1) 通信信道種類：系統所支持的信道的類別，如光纜、衛星、短波、超短波、散射、微波接力等。

(2) 通信容量：單位時間內輸入/輸出系統的信息流量。

(3) 通信質量：發送端發出的正確信息經信道傳輸后，接收端信息的誤碼率。

(4) 暢通率：整個通信傳輸時間內，信道有效傳輸時間的比率。

(5) 傳輸時延：發送端發出信息到接收端收到信息之間的時間差，這一指標的好壞主要取決于通信網結構和通信設備的質量。

系統生存能力(A3)表征了C4ISR系統在敵方的偵察破壞、電磁干擾、火力壓制下保持正常工作狀態的能力，具體可劃分為以下指標：

(1) 機動能力：系統快速位移運動的能力，包括可裝載性(機載、車載、艦載)、可運輸性和移動速度等。

(2) 反欺騙能力：主要包括對敵方網絡虛假信息的識別能力、同步隱蔽性、設備隱蔽性、功率隱蔽性等[2]。

(3) 重組能力：系統出現故障或遭遇外來破壞時迅速恢復正常工作狀態的能力。

(4) 防電磁泄漏能力：系統自身工作時向外輻射電磁信號的強度越低，被敵方偵察系統發現的概率就越小，同時己方電文也越不容易被截獲、破譯。

(5) 開設和撤收能力：系統在工作狀態和非工作狀態之間切換的用時，用時越短，越適于快節奏的機動作戰[4]。

(6) 防護控制能力：系統防止外界對其非法操作和影響其正常工作的能力，如抗電磁干擾、防病毒、防跟蹤、防誤操作等。

輔助決策能力(A4)保證C4ISR系統能夠根據作戰指令和戰場態勢，綜合分析戰場局勢，去偽存真，幫助指揮官進行定性分析、判斷敵方意圖，及時修改決策，包含以下3項指標：

(1) 輔助決策質量：計算機輔助決策與最終決策相符合的程度。

(2) 決策自動化程度：決策方案形成過程中，指揮員需要人工干預計算機動作的次數和頻繁程度。

(3) 決策響應時間：從系統開始決策到最終做出決策方案所需的時間，包括了情報提取、信息融合、比較評估、預案形成、方案優選等環節。

系統可靠性(A5)表征了系統完成規定任務的能力，對于通信網絡而言，可靠性的提高往往通過使用可靠的網絡設備和提高鏈路冗余度這2點來實現。該項指標以平均故障間隔時間(MTBF)來衡量，可用系統正常工作時間的總和除以運行期間的故障次數而獲得。

系統互聯互通能力(A6)標志了不同種類的數據鏈路之間實現資源共享、信息兼容的程度，以達到信息安全、完整、有效傳輸的目的。

2 效能評估計算模型

第1節中所提出的各項指標，有些可以定量測量，有些卻只能定性評價。在定量指標中，又有不同的量綱和取值范圍。進行效能評估前，首先要將帶量綱的指標實測值轉化為無量綱的評價分數，并且將定性評價值按一定打分規則也轉化為評價分數[5]，然后才能依據評估計算模型，對C4ISR系統的整體效能進行評估。本文采用層次分析法(AHP法)建立計算模型，該方法以矩陣分析為基礎，對不同層次的評估指標分別進行權重分析和歸一化計算，最終得出權重分配合理的整體計算模型。

將第1級指標記為集合A={A1，A2，A3，A4，A5，A6}，相應地將其權重向量記為ω={ω1，ω2，ω3，ω4，ω5，ω6}，對于一級指標Ai，構成它的j個二級指標記為集合Ai={Ai1，Ai2，…，Aij}，Ai的權重向量記為ωi={ωi1，ωi2，…，ωij}。

層次分析法使用同一層次的指標Ai和Aj兩兩比較，采用專家打分法得出Ai相對于Aj的重要性標度，這一標度被量化為一個1～9的數值，數值越高表明Ai相對于Aj越重要。對所有層次的指標進行層次內的兩兩比較后，就可以得出各個層次的量化評判矩陣，進而確定整個指標體系的權重分布。

本文提出的指標體系中，第1級指標的判斷矩陣：

第2級指標A1、A2、A3、A4的判斷矩陣：

接下來需要對以上5個判斷矩陣進行一致性檢驗，即分別求出各矩陣的最大特征值和對應的特征向量，查詢隨機一致性指標表(見表1)，得出相對一致性指標RC。若RC< 0.1，則表明所設計的判斷矩陣的一致性滿足要求；否則就需要調整權重系數，直到判斷矩陣滿足一致性。

表1 隨機一致性指標表

同理，對于矩陣A1，可計算出最大特征值λ1=6.198 5，歸一化后的特征向量ω1=(0.332 5，0.252 7，0.051 2，0.064 7，0.102 8，0.196 1)，相對一致性指標RC=0.030<0.1，滿足一致性要求。對于矩陣A2，最大特征值λ2=5.412 9，歸一化后的特征向量ω2=(0.125 7，0.221 0，0.139 6，0.389 9，0.123 8)，相對一致性指標RC=0.089<0.1，滿足一致性要求。對于矩陣A3，可計算出最大特征值λ3=6.276 8，歸一化后的特征向量ω3=(0.324 0，0.280 3，0.055 1，0.066 2，0.115 6，0.158 8，相對一致性指標RC=0.044<0.1，滿足一致性要求。對于矩陣A4，可計算出最大特征值λ4=3.038 5，歸一化后的特征向量ω4=(0.637 0，0.258 3，0.104 7)，相對一致性指標RC=0.037<0.1，滿足一致性要求。

最終各指標值的權重分布如表2所示。

3 仿真驗證

本節以美軍現役的Link-16數據鏈為例，使用上一節推導出的表2進行數據鏈綜合效能評估。表2中的指標有些是成本型指標(數值越小越好，如情報處理時延)，有些是效益型指標(數值越大越好，如防區范圍)，還有些是定性評價指標(如輔助決策質量)，這類指標統一劃分為4個級別：好、較好、一般、較差，對應的歸一化分值分別為0.90、0.80、0.65和0.50分(滿分為1分)。Link-16數據鏈各項指標的歸一化得分情況如表3所示。

表3 Link-16數據鏈各項指標得分一覽表

由于Link-16數據鏈不具備輔助決策功能，因此A4項得分為0。將表3中各一級指標的得分乘以各自權重并求和，可得Link-16數據鏈的綜合效能評估得分為0.71(滿分為1分)。

4 結束語

本文針對C4ISR系統提出了較為客觀、全面的效能評估指標體系，并使用層次分析法得出了依據這套指標體系進行效能評估的權重表，可據此對戰場上或想定推演中測量到的指標值進行計算，得出整體的評估結果。C4ISR系統體量較大，功能多樣且集成度高，因此涉及的評估指標也十分繁雜。本文提出的指標體系和權重表已應用在筆者參與的工作項目中，驗證了其可行性與正確性，未來仍將在此基礎上進行更深入的研究，使整套評估系統更加完善。