成科平

(西安電子科技大學(xué) 電子工程學(xué)院，陜西 西安710071)

電子對(duì)抗系統(tǒng)是軍事電子信息系統(tǒng)的重要組成部分，在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中也具有重要作用。它的整體效能決定著戰(zhàn)爭(zhēng)的勝負(fù)，因此提高電子對(duì)抗系統(tǒng)的整體效能具有重要的意義。而作戰(zhàn)效能作為電子對(duì)抗系統(tǒng)一項(xiàng)主要的戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)，如何全面、合理地對(duì)這一動(dòng)態(tài)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，是軍事專家們研究的課題。目前，在對(duì)電子對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的研究中，已有一些方法如對(duì)艦船電子對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估的模糊評(píng)判法，多屬性決策法等，但這些研究都只是對(duì)系統(tǒng)本身的作戰(zhàn)效能進(jìn)行了分析，而對(duì)于操作人員和作戰(zhàn)環(huán)境等對(duì)系統(tǒng)的影響并未考慮。文中在用系統(tǒng)分析法建立電子對(duì)抗設(shè)備作戰(zhàn)效能模型的基礎(chǔ)上，考慮各影響因素對(duì)系統(tǒng)的作用，最后得出整個(gè)電子對(duì)抗系統(tǒng)效能的作戰(zhàn)效能，為客觀準(zhǔn)確評(píng)價(jià)電子對(duì)抗系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)［1］。

1 ADC模型

ADC效能評(píng)估方法是美國(guó)工業(yè)界武器效能咨詢委員會(huì)(Weapon System Effectiveness Industry Advisory Committee，WSEIAC)提出的一種效能評(píng)估解析算法，它能較為全面地反映武器系統(tǒng)狀態(tài)及隨時(shí)間變化的多項(xiàng)戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)指標(biāo)，在作戰(zhàn)使用中的動(dòng)態(tài)變化與綜合作用，具有層次分明、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于理解等優(yōu)點(diǎn)。文中選用改進(jìn)的ADC效能評(píng)估方法對(duì)電子對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能進(jìn)行評(píng)估與分析。ADC效能評(píng)估方法是WSEIAC提出的評(píng)價(jià)武器系統(tǒng)效能的模型和方法，被認(rèn)為是有效、通用的模型。WSEIAC規(guī)定系統(tǒng)效能是“系統(tǒng)滿足一組特定任務(wù)要求程度的度量，或者說(shuō)是系統(tǒng)在規(guī)定條件下達(dá)到規(guī)定使用目標(biāo)的能力”。規(guī)定的條件指的是環(huán)境條件、時(shí)間、人員、使用方法等因素;規(guī)定使用目標(biāo)指的是所要達(dá)到的目的;能力則是指達(dá)到目標(biāo)的定量或定性程度。因此WSEIAC將系統(tǒng)效能規(guī)定為系統(tǒng)可用度A(Available)、可信賴度D(Dependability)和能力C(Capability)的函數(shù)，用系統(tǒng)效能E表示

A=(a1，a2，…，an)為1×n維向量，表示在開始執(zhí)行任務(wù)時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)的量度;ai為開始執(zhí)行任務(wù)時(shí)系統(tǒng)處于狀態(tài)i的概率，顯然為n×n維的可信性矩陣，是在已知系統(tǒng)開始執(zhí)行任務(wù)時(shí)所處狀態(tài)的情況下，在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中某個(gè)或多個(gè)瞬間的系統(tǒng)狀態(tài)的量度，如為已知在開始執(zhí)行任務(wù)時(shí)系統(tǒng)處于狀態(tài)i而在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中系統(tǒng)處于狀態(tài)j的概率，;C=(cij)nn為能力矩陣，是在已知系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中所處狀態(tài)條件下，系統(tǒng)完成任務(wù)能力的量度，cij為在系統(tǒng)的有效狀態(tài)i條件下第j個(gè)品質(zhì)因素值。

2 改進(jìn)的ADC效能評(píng)估模型

由于武器和軍事裝備都是在敵方的積極對(duì)抗條件下運(yùn)用的，對(duì)抗環(huán)境對(duì)武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能有較大影響，所以在評(píng)定電子對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能時(shí)，必須將敵方的對(duì)抗和我方操作人員熟悉、掌握電子對(duì)抗系統(tǒng)設(shè)備，駕馭使用武器系統(tǒng)的能力水平和戰(zhàn)場(chǎng)自然環(huán)境條件加以考慮，模型才能符合作戰(zhàn)實(shí)際，真實(shí)地反映出其具備的實(shí)際能力。為此，對(duì)ADC模型作如下修改，使其適合于更全面的評(píng)定［2］

其中，K為操作水平性系數(shù);Q為戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境影響系數(shù)。

3 改進(jìn)的電子對(duì)抗系統(tǒng)效能評(píng)估方法

電子對(duì)抗是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的重要作戰(zhàn)手段，隨著電子對(duì)抗強(qiáng)度的加劇，保障各環(huán)節(jié)中的不確定因素增多，這對(duì)電子對(duì)抗能力評(píng)估體系建設(shè)提出了更高的要求。目前針對(duì)電子對(duì)抗能力的評(píng)估方案還不完善，尤其是對(duì)相關(guān)干擾因素的處理工作還處于探索階段。在眾多方法中，以基于ADC模型為基礎(chǔ)，通過(guò)改進(jìn)和優(yōu)化，對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)電子對(duì)抗系統(tǒng)保障能力進(jìn)行精確評(píng)估的方法較為合理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電子對(duì)抗設(shè)備綜合效能的定量評(píng)估，并為進(jìn)一步設(shè)計(jì)、發(fā)展電子對(duì)抗設(shè)備起到了輔助決策作用。

圖1 電子對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估體系

3.1 操作水平性系數(shù)

圖2 操作水平性系數(shù)指標(biāo)體系

任何系統(tǒng)都需要人操作和使用，由于武器系統(tǒng)操作人員能力、素質(zhì)的高低、平時(shí)訓(xùn)練模式和作戰(zhàn)中戰(zhàn)術(shù)使用的不同，使得同一種武器由不同的人去操作，實(shí)現(xiàn)的效果都存在差異。另外，武器系統(tǒng)的人機(jī)界面是否友好、自動(dòng)化程度的高低，都會(huì)影響到人員的操作水平。因此，在評(píng)估效果時(shí)，考慮操作水平性系數(shù)是必要的［3］。

操作水平性系數(shù)K，即操作人員在完成任務(wù)的過(guò)程中誤操作的概率，主要是操作人員素質(zhì)、訓(xùn)練水平、系統(tǒng)設(shè)備自身的人機(jī)界面、系統(tǒng)自動(dòng)化程度及作戰(zhàn)中戰(zhàn)術(shù)使用等。對(duì)于此系數(shù)K可以由仿真得到。例如研制的各種武器系統(tǒng)的訓(xùn)練模擬器和戰(zhàn)術(shù)模擬軟件，很好地解決操作訓(xùn)練問(wèn)題和戰(zhàn)場(chǎng)上戰(zhàn)術(shù)的使用情況，專門研制了操作成績(jī)打分評(píng)判系統(tǒng)軟件，嵌入式模擬器，對(duì)操作訓(xùn)練過(guò)程以自動(dòng)方式進(jìn)行評(píng)判，將訓(xùn)練過(guò)程進(jìn)行量化處理并計(jì)算各種條件下電子對(duì)抗的成功概率。對(duì)操作成績(jī)打分進(jìn)行處理，得到相對(duì)客觀的K值。

3.2 戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境影響系數(shù)Q

戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境影響系數(shù)Q，主要考慮到戰(zhàn)場(chǎng)上敵情、氣候、地形、電磁環(huán)境對(duì)電子對(duì)抗系統(tǒng)性能的影響。戰(zhàn)場(chǎng)外部環(huán)境對(duì)電子對(duì)抗系統(tǒng)的性能有較大影響，不同的環(huán)境對(duì)電子對(duì)抗系統(tǒng)性能的影響不同，相同的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中，各種因素對(duì)電子對(duì)抗系統(tǒng)性能影響也不盡相同。具體環(huán)境中具體考慮環(huán)境因素也有區(qū)別，圖3列出的是戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下對(duì)電子對(duì)抗系統(tǒng)性能影響的一般因素。

圖3 戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境影響評(píng)估指標(biāo)體系

根據(jù)加權(quán)平均法可得

3.3 可用度向量A

設(shè)備可用度表示系統(tǒng)在規(guī)定條件下隨時(shí)使用時(shí)能正常工作的概率?？捎眯韵蛄緼時(shí)由系統(tǒng)開始處于所有可能狀態(tài)的概率組成，一般表達(dá)式為A=［a1，a2，…，ai，…，an］，N種可能狀態(tài)構(gòu)成了樣本空間。這里考慮兩個(gè)有意義的狀態(tài):系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，系統(tǒng)處于故障狀態(tài)。則系統(tǒng)可用性向量可表示為

其中，a1表示系統(tǒng)在開始執(zhí)行任務(wù)時(shí)處于正常工作狀態(tài)的概率;a2表示系統(tǒng)在開始執(zhí)行任務(wù)時(shí)處于發(fā)生故障狀態(tài)的概率，在可用性行向量中

式中，用平均故障間隔時(shí)間(Mean Time Between Failure，MTBF)來(lái)表征系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)的數(shù)量特征，用平均修復(fù)時(shí)間(Mean Time To Restoration，MTTR)來(lái)表征系統(tǒng)處于故障狀態(tài)的數(shù)量特征。

3.4 系統(tǒng)可信賴度矩陣D

可信度矩陣D是由各種狀態(tài)變化為其他狀態(tài)的概率組成，若系統(tǒng)開始執(zhí)行任務(wù)時(shí)有中可能狀態(tài)，則在執(zhí)行過(guò)程中就會(huì)呈現(xiàn)出n×n種可能的轉(zhuǎn)化狀態(tài)，即

電子對(duì)抗系統(tǒng)設(shè)備在執(zhí)行任務(wù)中可按“正常工作”和“發(fā)生故障”劃分為兩種狀態(tài)，系統(tǒng)的可信度矩陣變?yōu)?/p>

式中，d11為開始執(zhí)行任務(wù)時(shí)，設(shè)備處于工作狀態(tài)，在任務(wù)完成后，設(shè)備能工作的概率;d12為開始執(zhí)行任務(wù)時(shí)，設(shè)備處于工作狀態(tài)，在完成任務(wù)后，設(shè)備處于故障狀態(tài)的概率;d21為開始執(zhí)行任務(wù)時(shí)，設(shè)備處于故障狀態(tài)，在任務(wù)完成時(shí)，設(shè)備能工作的概率;d22為開始執(zhí)行任務(wù)時(shí)，設(shè)備處于故障狀態(tài)，在任務(wù)完成時(shí)，設(shè)備處于故障狀態(tài)的概率。假設(shè)電子對(duì)抗設(shè)備在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中不能修復(fù)，而系統(tǒng)的故障服從指數(shù)定律，則有

其中，λ為系統(tǒng)故障率;t為任務(wù)時(shí)間。

3.5 系統(tǒng)設(shè)備固有能力C

圖4 設(shè)備固有能力指標(biāo)體系

電子對(duì)抗系統(tǒng)設(shè)備［4］在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中只有正常和故障兩種模式［5］，因此能力矩陣。在故障狀態(tài)下，可以認(rèn)為電子對(duì)抗設(shè)備不能工作，其系統(tǒng)能力為0(即c2=0)，那么能力矩陣。在正常工作狀態(tài)下，給定作戰(zhàn)任務(wù)后，電子對(duì)抗系統(tǒng)設(shè)備完成任務(wù)目標(biāo)的能力是偵察能力、干擾能力及防御能力的函數(shù)，能力結(jié)構(gòu)層次如圖3所示，其關(guān)系式可表示為［6］

式中，β1表示電子對(duì)抗系統(tǒng)設(shè)備的偵察能力;α1表示電子電子對(duì)抗系統(tǒng)設(shè)備的偵察能力的權(quán)系數(shù);β2表示設(shè)備干擾能力;α2表示設(shè)備干擾能力的權(quán)系數(shù);β3表示設(shè)備防御能力;α3表示設(shè)備防御能力的權(quán)系數(shù)。

β1、β2、β3分別為3項(xiàng)能力評(píng)估相對(duì)于綜合能力指標(biāo)的權(quán)系數(shù)，可采用層次分析法確定，其方法及步驟如下［7］:

(1)兩兩比較以構(gòu)造判斷矩陣對(duì)同一層次的n個(gè)元素關(guān)于上一層中某準(zhǔn)則的重要性進(jìn)行兩兩比較，其值可構(gòu)造n×n的比較矩陣B=(aij)nn，其中aij是元素i與元素j相對(duì)該準(zhǔn)則的1～9重要性比例標(biāo)度，其值可由表1取得。

表1 判斷矩陣標(biāo)度及含義

(2)依據(jù)判斷矩陣計(jì)算權(quán)重。由判斷矩陣計(jì)算被比較元素對(duì)上一層某準(zhǔn)則的相對(duì)權(quán)重有多種方法，文中采用根法，計(jì)算權(quán)重步驟如下:先計(jì)算判斷矩陣B中每行元素的乘積Mi

列向量λ為λ=(λ1，λ2，…，λn)T，其元素即為該層次中各元素相對(duì)上層某準(zhǔn)則權(quán)重。

(3)一致性檢驗(yàn)。構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣時(shí)，不可能做到一致性判斷。為避免誤差太大，需對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。先計(jì)算檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性指標(biāo)

式中，λmax為矩陣最大特征指標(biāo);n為矩陣階數(shù)。再查找相應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)值，如表2所示。

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

計(jì)算一致性比例:CR=CI/RI，當(dāng)CR≤0.1時(shí)，矩陣不一致性可接受，否則，需對(duì)判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整重新計(jì)算，直到滿意的一致性為止，即可得到β1、β2和β3的值。一般情況下，α1、α2和α3三項(xiàng)系數(shù)可通過(guò)專家咨詢、構(gòu)造判斷矩陣，求解矩陣最大特征根的方法求得，也可采用確定權(quán)重的最小二乘法等方法求得。

在K、Q和A、D、C分別確定后，通過(guò)公式E=K×(1－Q)×A×D×D，便可得到系統(tǒng)效能。可以看出式中的K、Q、A、D、C都是概率指標(biāo)，因此最后計(jì)算出來(lái)的系統(tǒng)效能也是一個(gè)概率結(jié)果。

4 結(jié)束語(yǔ)

用改進(jìn)的ADC模型對(duì)電子對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)進(jìn)行了效能分析，該模型將人員因素和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境影響系數(shù)作為單獨(dú)因素考慮，給出了電子對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能定量評(píng)估手段，為電子對(duì)抗系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計(jì)和發(fā)展起到了輔助決策作用，具有較強(qiáng)的使用性。

［1］ 李昆，陳麗花，李學(xué)軍.電子對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估研究［C］.軍事電子信息學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，2006:1227－1230.

［2］ 趙德才，汪路平，李驥，等.基于ADC模型對(duì)通信系統(tǒng)效能的評(píng)估方法［J］.艦船電子工程，2009，29(6):96－98.

［3］ 劉剛，葉廣慶，汪民樂.攻防對(duì)抗環(huán)境下無(wú)人偵察機(jī)作戰(zhàn)效能評(píng)估［J］.戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù)，2005(1):34－36.

［4］ 劉琳，陳云翔.綜合電子戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估［J］.火力與指揮控制，2008，33(3):97－98，102.

［5］ 魏繼才，黃謙，胡曉峰.層次分析法在武器系統(tǒng)效能建模中的應(yīng)用［J］.火力與指揮控制，2007，27(3):23－28.

［6］ 屈也頻，廖英.海軍飛機(jī)反艦作戰(zhàn)能力評(píng)估方法研究［J］.上海航天，2004(5):30－36，60.

［7］ 王菊花，吳曉平，田樹新，等.基于改進(jìn)ADC模型的通信安全設(shè)備效能評(píng)估［J］.火力與指揮控制，2008，28(4):144－146，188.