無人偵察機效能指標體系的構建與評估?

高 強 詹廣平

（海軍駐武漢712所軍事代表室 武漢 430064）

1 引言

隨著無人偵察機系統在現代戰爭中地位的日益增強，其效能評估問題變得越來越重要，其系統評估指標的確定、量化是開展系統研制開發和論證評估的一個關鍵基礎環節。隨著信息技術的發展，更多先進、新的技術被注入到無人偵察機這一復雜系統中，系統本身在技術上取得了長足的進步。信息化戰爭對無人機系統的信息服務需求也發生了巨大變化。因此，急需研究并提出一套科學、完備的無人偵察機系統評估指標體系，以便指導無人偵察機系統研究開發和具體使用。

無人偵察機系統評估指標的確定、量化是開展無人偵察機系統研制開發和論證評估的一個關鍵基礎環節。隨著信息技術的發展，更多先進、新的技術被注入到艦載無人偵察機這一復雜系統中，無人偵察機系統本身在技術上取得了長足的進步，而且由于無人機系統的運作過程是一個不完全信息動態博弈過程，其中包含了大量不確定因素、人為因素以及復雜的技術因素，對其效果及效能評估的難度相當大。

無人偵察機系統效能的綜合評估是一個多指標綜合評價的問題，建立的指標體系應能夠全面、客觀地反映無人偵察機系統的效能，并具有可測性。目前對于無人機系統效能評估指標的研究已經有了部分成果，但評價標準不統一、評價指標多而雜以及評價指標難以測量等諸多問題，嚴重影響了對無人偵察機系統效能的客觀評估。

對無人偵察機效能的評估，由于影響因素眾多，其中又有不少不確定因素，只能在合理的假設條件下，利用簡化的數學模型進行初步評估。然后再利用試驗和基于概率事件仿真結果，對模型進行驗證和修正。本文建立了無人偵察機效能評估模型；引入了HLA（High Level Architecture）技術，利用軟件平臺pRTI構建一個開放式、可擴展、可重構的無人偵察機虛擬戰場環境，模擬敵方防空武器系統對無人偵察機的發現、瞄準和毀傷，提出了在HLA仿真系統中數據采集與分析的方法。

2 無人偵察機效能評估概念

2.1 指標體系的相關定義

定義1［1］：無人偵察機系統效能是指在特定條件下，無人偵察機系統執行規定任務所能達到預期目標的程度。

定義2［1］：無人偵察機系統效能評價是評價主體對無人偵察機系統在規定或特定的作戰環境下，無人偵察機系統執行規定任務所能達到預期目標的程度的度量過程。

無人偵察機系統效能評價區別于一般系統度量過程之處在于無人偵察機系統自身的特殊性，這種特殊性主要表現在：

1）無人偵察機系統是一類不可重復系統，戰爭的不可重復性決定了艦載無人偵察機系統必須放到實戰環境中評價其效能。而系統設計人員和軍事人員則要求在系統建設時期評價系統效能，以找出系統的瓶頸和不足，并加以改進，這樣才能在作戰中充分發揮系統的作用。這種兩難的情況增加了評價無人偵察機系統效能的困難性。

2）無人偵察機系統效能評價經常受研究領域之外因素的限制。如保密政策可能約束評價分析數據的獲取從而影響了評價，評價分析數據的可用性也會限制評價的規模。

3）無人偵察機系統評價分析要求評價人員理清系統內各類指標是如何相互作用的。由于無人偵察機系統過程和系統自身的復雜性，確定這些相互影響關系是對評價人員的一項巨大挑戰。

2.2 指標框架

無人偵察機系統作戰效能指標體系框架解釋為［2］：關于無人偵察機系統作戰效能指標體系的組織與結構，按照該結構能夠建立具體的無人偵察機系統的作戰效能指標體系。在建立評價指標體系框架時，必須從現代戰爭的特點及作戰方法、作戰樣式、作戰原則的變化人手，著重體現無人偵察機系統對現代作戰能力的支持。據此分析，可以初步建立基于作戰的層次化無人偵察機系統效能指標體系層次結構。

根據無人偵察機系統效能的定義，評價分析無人偵察機系統效能時，需要明確是什么樣的系統完成了什么樣的規定任務，因此評價時必須注意［3］：

1）確定表征系統自身特性的指標，一般指系統性能指標；

2）衡量系統完成規定任務的程度。這里的規定任務是系統功能范疇內的任務，因此可用描述系統各項功能完成情況的指標作為系統效能指標，來描述系統完成規定任務的程度。這里的系統效能指標是系統靜態效能指標。這樣，評價指標體系中必須包含系統性能指標和系統靜態效能指標。但僅有這兩類指標是不夠的，因為它們不能描述無人偵察機系統對作戰到底有什么作用。

3 建立無人機偵察系統指標體系的原則和方法

3.1 原則

在選擇無人機偵查系統指標體系過程中應遵循系統性、客觀性、相對獨立性、可評價性、定性定量相結合等原則。目前無人機系統指標體系構建方法研究主要集中在“能力”類指標與“優勢”類指標兩個層次上。面向“能力”類指標構建方法的主要目標是分析、論證“系統具備何種能力并達到何種程度”及“如何設計才能使系統具備怎樣能力并達到怎樣程度”等系統底層設計信息。指標體系一般是通過各功能域性能指標的分配架構而成。面向“優勢”類指標構建方法的過程是目標系統與假想敵“對抗性仿真”中對抗過程描述及結果的分析，從實戰的角度把握目標系統的總體效能及相關影響因素。根據信息在流轉與升華過程中產生的“對抗”效果可以描述和構建“優勢”類指標體系。這類方法直接面向仿真應用，它通過大量的反饋實驗與靈敏度分析，將結果與各影響因素有機聯系起來，通過螺旋上升的方式實現指標體系的動態完善，具有較強的可操作性和實用性，是目前研究的主要方向。

3.2 層次分析法

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）［11］是管理運籌學中的一種重要分析手段。它通過對系統的指標體系進行分層次綜合，經過歸一化和一致性分析，得出系統綜合效能。

該方法將復雜問題分解成不同層次的組成因素，再按支配關系分組形成遞階層次結構，通過兩兩相對比較的方式確定同一層次中諸因素的相對重要性，然后綜合決策者的判斷，得到艦載無人機系統最終效能。

可以看出，基于已經建立的指標體系，要得到無人偵察機系統的效能，需要在確定分層結構的基礎上，得到重要性判斷矩陣。具體的評估框架，如圖1所示。

圖1 無人偵察機系統效能評估的層次分析法

由圖1可以看出，基于已經建立的指標體系，要得到無人偵察機系統的效能，需要在確定分層結構的基礎上，得到重要性判斷矩陣。

4 無人偵察機系統指標體系的建立

4.1 指標體系的構建過程

指標體系要全面科學合理地反映出研究對象的各項目標要求，并基本上能為有關人員和部門所接受。因此建立指標體系，需在全面分析系統的基礎上首先擬定指標草案，然后經過廣泛征求專家和有關部門的意見、反復交換信息、統計處理和綜合歸納等，最后確定指標體系。

無人機偵察機系統效能評估指標體系的構建是一個反復迭代的過程［11］，如圖2所示。

在明確無人機偵察系統作戰要求的基礎上，首先對無人偵察機系統進行功能分析，即對無人偵察機系統所要達到的目的和期望狀態進行分析，從而形成了不同類型的目標，反映在指標體系中即指標體系中的一級指標。特征屬性分析就是對無人偵察機系統各組成要素的特點進行分析，建立與之相適應的指標，弄清各指標的本質屬性（定性的還是定量的）。不同的功能要求，會帶來不同的指標體系結構形式。

根據無人偵察機系統作戰要求、功能分析及特征屬性分析，從而得到初始的艦載無人機系統效能評估指標體系層次結構，然后根據指標的相對重要性對指標體系中的指標進行篩選。由于指標之間以及與其它指標之間均存在關聯，因此需要對各級評估指標進行權衡分析。在經過上述的過程之后，可得到確定的指標體系，之后經過檢驗與評價再對指標體系進行進一步的優化。

4.2 無人偵察機系統效能指標體系初建

根據圖2所示的指標體系構建過程，通過深入分析無人偵察機系統作戰要求，并利用層次分析法的思想，對無人偵察機系統效能進行分解。遵從指標選取的有效性、獨立性、定性與定量結合、確定性等原則，指標可分為定性指標和定量指標，定量指標又可分為效益型指標、成本型指標、固定型指標和區間型指標等不同的形式。在對數據樣本進行分類處理之后，數據的格式依然是不統一的，不能支持機器計算。如定量指標具有不同的量綱，而定性指標具有不一樣的描述方式。所以要對定性指標進行科學的量化，對不同量綱的指標進行無量綱的標準化處理。

在系統評價中，建立具體詳細的系統效能模型是關鍵技術［11］。選擇AHP模型在多目標不確定信息下方案決策研究中具有較強的適用性，它不僅能夠吸收應用評價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據進行一定的量化評價，使定性和定量方法相結合，能夠得到比較科學的判斷等多種優點。

根據無人偵察機在作戰偵察時戰術技術指標的要求將無人偵察機的效能主要進行三個方面的評估：1）可靠性其中包括：可維護度、飛行可靠度、可用度（晴天、雪天、大風天）；2）生存力其中包括隱身性（飛機幾何尺寸、巡航速度、巡航高度、飛機外形設計）、機動性（自身重量、最小轉彎半徑、最大爬升率）、抗摧毀能力（抗軟摧毀能力、抗硬摧毀能力）；3）偵察能力其中根據所裝載的不同設備進行評價，所評價的指標為信息獲取能力（最大偵察范圍、偵察高度、巡航時間、機載電子設備可靠性、單個目標偵察時間（有偽裝、無偽裝）、目標搜索、目標辨識、目標定位）、信息處理與傳輸能力（傳感器最大分辨率、機載傳輸系統的性能（傳輸速度、傳輸質量））。

由層次分析法的基本原理確定評價體系如下：1）確定無人偵察機效能評估指標層次結構圖；2）確定各個標度的含義；3）計算單一準則下的指標權重（同層元素間的權重確定）；4）計算組合權重（上下層間的權重確定）；5）底層元素對目標層權重的計算；6）綜合性指標的評價；7）專家進行綜合打分評價。

4.3 指標的重要度調查

目前的排序過程不可避免地會受到評估者的經歷、情緒、主觀意見以及部門利益等多方面的影響。

本文引入調查問卷統計分析理論——德爾菲（Delphi）法，克服重要性排序過程中的主觀隨意性，避免了集體討論“團體沉思”和“團體偏移”等問題。

采用層次分析法對無人偵察機系統效能進行評估，重要性判斷矩陣依賴于對指標兩兩進行比較得到。為了避免評估結果的主觀性，可通過發放問卷調查的形式來克服。

事實上，本文建立無人偵察機系統效能指標框架的過程已完成了評估的層次分解，進一步需對各指標間的相對重要性進行分析后排序。

圖3 無人偵察機系統效能評估指標體系層次結構圖

5 無人偵察機效能評估模型

5.1 無人偵察機系統效能評估指標體系的層次結構

無人偵察機作戰評估指標層次結構如圖3所示。構建判斷矩陣如表1所示的比例標度賦值，就可以建立比較矩陣［7］。

表1 標度的含義

5.2 計算單一準則下的指標權重（同層元素間的權重確定）

建立了判斷矩陣后，下層元素 A1，A2，… ，An相對上層準則的相對權重按下列步驟計算：

4）計算矩陣的一致性指標：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，則需要檢查調整判斷矩陣P；其中R.I表示隨機一致性指標，可根據矩陣階數n按表2查取。

表2 平均隨機一致性指標階數

5.3 計算組合權重（上下層間的權重確定）

在分層獲得了同層各要素之間的相對重要程度后，就可以自上而下地計算各級要素關于總體的綜合重要度。假定已計算出k-1層元素相對總目標能力的組合權重向量，設k-1層有m個要素c1，c2，…，cm，其對上一層的權重為W1，W2，… ，Wm；它的下級K層有n個要素p1，p2，… ，pn，pi關于cj的相對重要度為 vij，則k級的要素Pi的綜合重要度

5.4 最底層元素隸屬度計算

技術指標的量化在評價結構模型中不同的指標具有不同的量綱或類型，因此，通過對技術指標的量化使各指標值具有可比性。指標量化可通過隸屬函數進行，它表示每個指標對總體效能所提供的功能與該指標值的關系。無人偵察機主戰系統的技術指標分為兩類：一類是定量指標，一類是綜合定性指標。定量指標分為兩種，一種是極大性指標，另一種是極小性指標。對于這些指標的隸屬函數可采用以下線性函數來求取。

5.5 綜合性指標的評價

對綜合性指標的量化采用標度法進行，即將綜合性指標劃分為優、良、中、一般、差5個等級，用層次分析法建立等級比較矩陣，由專家決定每個級別的權重，從而達到綜合指標的量化。

最終效能指標的評價函數：技術指標的權重和隸屬函數確定后，總的效能評價函數可由下列線型函數表示：

式中：Cj(x)為第j個狀態下的固有能力函數，Wi為第i個指標的權重向量，Wj_ji(x)為第i個指標的隸屬度函數。

6 結語

指標體系是進行系統評估論證設計的基礎，也是評價系統作戰能力的依據。建立一套科學、完備的指標體系對于促進無人偵察機系統健康有序的發展具有重要的意義。這既需要作戰人員、技術人員共同協商，反復推敲，也需要大量的定性定量分析、價值判斷和實驗驗證，還需要在實踐中不斷完善、豐富和發展。本文結合無人偵察機系統評估指標的層次結構，從面向體系對抗的實戰角度建立了指標體系結構模型，該模型和指標量化方法對于開展無人偵察機系統仿真和效能評估具有一定的借鑒意義。

本文主要研究無人偵察機系統效能指標體系的描述，在總體上提出了無人偵察機系統效能指標體系框架。無人偵察機系統效能指標體系框架是關于無人偵察機系統效能指標體系的組織與結構，實踐證明，按照該框架能夠指導建立具體的無人偵察機系統的效能指標體系。