無人作戰飛機測控與信息傳輸系統風險評估

吳景泰 張依寧

（沈陽航空航天大學，遼寧 沈陽 110136）

0 引言

無人作戰飛機（以下簡稱無人機）的測控與信息傳輸系統是實現地面測控站和無人機之間信息傳輸的系統，傳輸信息中斷或被篡改時，會導致無人機飛行不受控制，無人機墜毀或遵循敵方旨意等問題，最終導致作戰任務失敗。無人機測控與信息傳輸系統對于無人機核心功能的實現起決定性作用。

1 風險識別

無人機測控與信息傳輸系統風險類型很多，主要分為5類。

1.1 鏈路風險

其分為來自自方的無意和敵方的有意的鏈路干擾風險，指令的產生到無人機系統做出相應動作的時間較長，導致鏈路時延風險，飛行距離已經超出測控站的無線電的視距范圍的鏈路作用距離風險。

1.2 管理風險

其分為組成無人機的小型電子設備產生的電磁輻射相互作用的電磁兼容風險[1]。多數據鏈同時使用時，當一條數據鏈由于錯誤的管理發生故障，整個系統癱瘓的多數據鏈管理風險[1]。戰場組網時，需要對不同型號的無人機或其他裝備進行連接，但各類裝備的調制方案和傳輸速率可能各不相同，導致信息傳輸效率降低，甚至無法通信的通信系統兼容風險。

1.3 設備風險

其分為系統出現故障時沒有預留故障檢測點，很難判斷具體故障部件，無法及時精確維修的設備自檢風險[1]。在執行任務時遇到故障，無法依靠自身編程指令來處理復雜多變的情況的設備自控風險。

1.4 人員風險

其是指控制員操作無人機飛行姿態，控制任務載荷獲取圖像或完成復雜多變的作戰任務時，臨時判斷失誤導致的操作錯誤，任務失敗的風險。

1.5 環境風險

其是指無人機的使用時可能會遭受自然衰落和噪聲、雷達和衛星分布不均、山區中通信信號不流暢、機載設備持續高溫和震動、暴風雨雪和大霧等惡劣條件的風險。

2 基于FCM模糊認知圖的風險評估

FCM 模糊認知圖可以描繪風險之間的非線性耦合關系，能夠清晰的呈現各個風險因子之間的相互作用，運用該方法可以對識別出來的風險進行定量評價。首先建立風險因子相互作用框圖，將識別出的5 類風險因子作為概念節點C1、C2、C3、C4、C5，C6為目標風險即無人機測控與信息傳輸系統發生故障。該文建立了一個由5 位無人機方面的專家組成的專家小組，根據經驗和知識確定各個風險因子之間的相互作用關系構成框圖，如圖1 所示。

圖1 無人機測控與信息傳輸系統風險因子相互作用框圖

鄰接矩陣的確定是5 位專家用模糊語言反應概念節點之間的因果關系的模糊程度，即風險因子相互作用程度（見表1）。Wij表示第i 個風險對第j 個風險影響程度，Wij∈[0，1]，沒有相互作用的風險因子Wij=0。該文將模糊語言分為5 個部分，每個模糊語言有對應一個隸屬度（下限lk，中限mk，上限uk），分別為：很低VL（0.0，0.1，0.2），低L（0.1，0.3，0.5），中等M（0.3，0.5，0.7），高H（0.5，0.7，0.9），很高VH（0.8，0.9，1.0）。

每個專家的可信度權重為αk，風險影響程度加權平均和，如公式（1）所示。

式中：n為概念節點數量。將表1 的結果經過處理，建立矩陣，即為鄰接矩陣W，結果如公式（2）所示。

表1 專家對風險因子相互作用程度的評價結果

確定初始狀態向量時，初始狀態同樣由5 位專家給出（見表2）。

表2 專家對風險因子初始狀態值的評價結果

將表2 結果通過加權平均法綜合，根據最大隸屬度平均法去模糊化處理，得到各概念的初始狀態值C（t0），結果如下：

最后運用MATLAB 軟件迭代計算概念狀態值，每個概念初始狀態向量和鄰接矩陣相乘得到輸出結果，這個結果繼續與鄰接矩陣相乘，持續迭代下去，直到每個概念的狀態值穩定不變，第1 次以及第k 次的迭代計算如公式（3）、公式（4）所示。

式（3）、式（4）中，Wij為概念節點相互作用準確值，為各概念的初始狀態值，為第一次迭代計算得到的概念狀態值…為第k次迭代計算得到的概念狀態值，f為閾值函數。在進行迭代計算時，為了保證節點的狀態值在[0，1]之間，需要添加閾值函數

Sigmoid 函數[2]：

式（5）中，x為計算得到的節點概念狀態值。式（4）的輸出結果只保留4 位小數，穩定的狀態值如表3 所示。

表3 MATLAB 迭代計算節點概念狀態值結果

3 灰色關聯度計算

灰色關聯度用來計算風險因素與目標風險的關聯度，確定導致系統故障的最主要風險。依據表3 中C1、C2、…、C5風險中的某一個或者幾個因素會在某種程度上引起目標風險C6。將目標風險C6迭代結果的所有狀態值作為參考序列，記為C6（k）。將概念節點狀態值作為比較序列，分別記為C1（k）、C2（k）、…、C5（k），其中比較序列和參考序列的關聯系數φ 是，如公式（6）所示。

式中：k為迭代次數，i為概念節點，為分辨率系數，通常取0.5。序列和序列的關聯度計算公式如下[3]。

式（7）中 的k同 式（6）。計 算 得γ1=2.2736，γ2=1.6901，γ3=1.7985，γ4=1.9883，γ5=1.8962，γ1＞γ4＞γ5＞γ3＞γ2，γ1值最大。

4 結語

該文對無人機的測控與信息傳輸系統風險影響因素進行識別，利用FCM 模糊認知圖方法計算風險穩定值，利用灰色關聯度的方法計算5 個風險因子與目標風險的關聯度識別風險發生的概率。研究得知，鏈路風險導致無人機發生事故的概率最大，應進一步對鏈路風險進行詳細分析，對鏈路風險嚴加防控。