葛萌萌，楊 鋒

（1.西南電子技術(shù)研究所，成都 610036；2.電子科技大學電子科學與工程學院，成都 611731）

0 引言

情報保障是體系作戰(zhàn)的重要組成部分，是能打仗、打勝仗的關(guān)鍵因素［1］。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，情報保障體系組成結(jié)構(gòu)愈加復雜，工作模式愈發(fā)多樣。因此，對于愈加復雜的情報保障體系，如何科學準確地評估其體系能力對于情報體系優(yōu)化設(shè)計以及體系建設(shè)等具有重要意義。

傳統(tǒng)的體系能力評估方法大多通過建立具體的指標體系，利用多層次指標聚合方法實現(xiàn)體系能力評估［2-5］，這類方法可以較好地反映裝備性能對體系能力的影響，但是無法體現(xiàn)裝備間的相互作用。隨著復雜網(wǎng)絡(luò)、超網(wǎng)絡(luò)科學理論的發(fā)展，學者發(fā)現(xiàn)超網(wǎng)絡(luò)、復雜網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)模型可以用于分析裝備間相互作用對體系能力的影響，因此，基于超網(wǎng)絡(luò)、復雜網(wǎng)絡(luò)的體系能力評估得到了廣泛關(guān)注［6-7］。文獻［7］基于復雜網(wǎng)絡(luò)理論，提出了基于作戰(zhàn)環(huán)的裝備體系方法，為后續(xù)基于作戰(zhàn)環(huán)的體系能力評估奠定了基礎(chǔ)。文獻［8］利用熵權(quán)法計算作戰(zhàn)環(huán)中邊的權(quán)重，從而實現(xiàn)導彈裝備體系效能評估。文獻［9］將作戰(zhàn)環(huán)與改進信息熵相結(jié)合，對作戰(zhàn)武器裝備體系效能進行評估。文獻［10］將圖示評審技術(shù)（graphical evaluation and review technique，GERT）引入作戰(zhàn)環(huán)中，通過推導等價傳遞函數(shù)實現(xiàn)武器裝備體系能力評估，但是該方法假設(shè)裝備節(jié)點效能是一個服從一定概率分布的隨機變量，這個假設(shè)在實際應用中還有待進一步驗證。

針對情報保障體系能力評估問題，文獻［11］對預警情報保障體系進行超網(wǎng)絡(luò)建模，從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的角度分別對體系情報效能、節(jié)點重要度以及抗毀性進行衡量評價，并提出情報效能環(huán)的概念。文獻［12］利用情報效能環(huán)的數(shù)量和路徑長度作為體系能力的評估指標，通過計算平均情報效能環(huán)長度實現(xiàn)情報保障體系能力評估，但是該方法沒有考慮效能環(huán)中裝備節(jié)點的性能。

本文針對情報保障體系能力評估問題，在文獻［12］的基礎(chǔ)上，考慮裝備節(jié)點性能，提出了基于超網(wǎng)絡(luò)的體系能力評估方法。根據(jù)情報保障流程，對情報保障體系超網(wǎng)絡(luò)中的裝備節(jié)點以及交互關(guān)系進行建模。利用改進轉(zhuǎn)移矩陣計算情報效能環(huán)能力值，從而實現(xiàn)體系能力評估，并將其應用于體系能力增量評估。通過案例分析驗證所提方法的有效性和合理性。

1 情報保障體系的超網(wǎng)絡(luò)建模

1.1 情報保障體系的網(wǎng)絡(luò)抽象

針對戰(zhàn)場目標，情報保障的一般流程為：通過對敵方目標進行偵察探測，獲取目標數(shù)據(jù)，并對其進行處理分析，形成情報產(chǎn)品，最終將情報產(chǎn)品分發(fā)給各情報用戶，以支持用戶做決策，對目標進行處置，其信息流轉(zhuǎn)圖如圖1 所示［11］。

圖1 情報保障體系信息流轉(zhuǎn)圖Fig.1 Information flow chart of the intelligence support system-of-systems（SoS）

根據(jù)各裝備實體在情報保障體系中發(fā)揮的功能作用，可以將其抽象為4 類網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，即搜集節(jié)點（S）、處理節(jié)點（P）、用戶節(jié)點（U）和目標節(jié)點（T）。根據(jù)這4 類網(wǎng)絡(luò)節(jié)點以及各節(jié)點間的相依關(guān)系，可以構(gòu)成包含搜集網(wǎng)、處理網(wǎng)、用戶網(wǎng)以及目標網(wǎng)的情報保障體系超網(wǎng)絡(luò)模型，其示意圖如圖2 所示。

圖2 情報保障體系超網(wǎng)絡(luò)模型示意圖Fig.2 The schematic diagram of the super-network model for the intelligence support system-of-systems

1.2 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點建模

在情報保障體系超網(wǎng)絡(luò)中，搜集節(jié)點S 主要為雷達、衛(wèi)星等具有目標探測、數(shù)據(jù)搜集功能的節(jié)點，同時兼具一些簡單的數(shù)據(jù)處理功能，如目標檢測、定位等；處理節(jié)點P 主要為數(shù)據(jù)處理中心，負責對搜集節(jié)點傳輸過來的數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)、融合等處理，并加以分析生成各類情報產(chǎn)品；用戶節(jié)點U 主要為具有情報需求與指揮控制功能的指揮機構(gòu)、行動分隊、武器平臺等節(jié)點，負責決策指揮，對目標進行處置；目標節(jié)點T 主要為敵方目標。

對節(jié)點V 進行規(guī)范化描述，為后續(xù)能力增量評估提供支撐。節(jié)點V 可以表示為：

情報保障體系超網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的能力指標集合I，如下頁圖3 所示。

圖3 節(jié)點能力指標集合Fig.3 The index set of capability of nodes

1.3 網(wǎng)絡(luò)交互關(guān)系建模

情報保障體系超網(wǎng)絡(luò)中主要存在3 種交互關(guān)系，即目標偵察、信息傳輸和目標處置。本節(jié)主要對這3 種交互關(guān)系進行建模。

1.3.1 目標偵察交互關(guān)系

目標偵察交互關(guān)系在網(wǎng)絡(luò)中涉及的邊為T→S，衡量搜集節(jié)點對敵方目標的偵察能力，主要與搜集節(jié)點的偵察能力以及目標的防御能力有關(guān)。T→S 邊的能力值可以表示為：

1.3.2 信息傳輸交互關(guān)系

信息傳輸交互關(guān)系依賴于節(jié)點間的通信能力，網(wǎng)絡(luò)中通信能力指標集合，如圖4 所示。

圖4 通信能力指標集合Fig.4 The index set of communication capability

信息傳輸交互關(guān)系涉及到的邊包括搜集節(jié)點將數(shù)據(jù)傳輸給處理節(jié)點S→P、處理節(jié)點間信息交互P→P、處理節(jié)點將產(chǎn)品傳輸給用戶節(jié)點P→U 以及用戶節(jié)點間信息交互U→U。

1）S→P

S→P 邊的能力值僅與搜集節(jié)點和處理節(jié)點間的通信能力有關(guān)，可以表示為：

2）P→P 和P→U

P→P 和P→U 邊的能力值不僅與節(jié)點間的通信能力有關(guān)，還與處理節(jié)點的處理能力有關(guān)。具體地，以邊P1→P2為例，根據(jù)下式計算處理節(jié)點P1的處理能力：

節(jié)點P1和P2之間的通信能力可以表示為：

P1→P2邊的值為：

同理，P→U 邊的能力值為：

3）U→U

U→U 邊的能力值依賴于節(jié)點間的通信能力和用戶節(jié)點的指揮決策能力。以邊U1→U2為例，其能力值為：

1.3.3 目標處置交互關(guān)系

目標處置交互關(guān)系主要衡量用戶節(jié)點對敵方目標的處置能力，在網(wǎng)絡(luò)中涉及的邊為U→T，其能力值主要與用戶節(jié)點的決策能力和目標的防御能力有關(guān)。U→T 邊的能力值可以表示為：

2 情報保障體系能力評估方法

本章基于情報保障體系超網(wǎng)絡(luò)模型，利用情報效能環(huán)對情報保障體系能力進行評估。對節(jié)點的能力指標以及邊的通信能力指標進行歸一化處理，計算體系網(wǎng)絡(luò)中每條邊的能力值，通過改進轉(zhuǎn)移矩陣計算情報效能環(huán)的能力值，從而求得體系能力值，最終實現(xiàn)體系能力增量評估。

2.1 指標歸一化處理

在計算邊的能力值時，需要對節(jié)點的能力指標以及邊的通信能力指標進行歸一化處理。本文的能力指標可以分為效益型和成本型［14］，其中，效益型指標歸一化函數(shù)為：

成本型指標歸一化函數(shù)為：

2.2 情報效能環(huán)的能力值計算

2.2.1 情報效能環(huán)

借鑒OODA（observe-orient-decide-act）作戰(zhàn)環(huán)理論，根據(jù)情報保障流程，可以構(gòu)建以敵方目標為起始節(jié)點的情報效能環(huán)［11-12］，如圖5 所示。

情報效能環(huán)分為標準情報效能環(huán)和廣義情報效能環(huán)，其中，標準情報效能環(huán)描述了情報網(wǎng)絡(luò)中最基本的情報保障過程，包含搜集、處理、用戶和目標等節(jié)點和目標偵察、信息傳輸和目標處置等交互關(guān)系。在實際情報保障體系中，處理節(jié)點之間可能存在信息共享、協(xié)同處理的關(guān)系，用戶節(jié)點之間可能存在多級指揮控制關(guān)系等，因此，定義包含多個處理節(jié)點協(xié)同處理或多個決策節(jié)點相互指揮控制的情報效能環(huán)為廣義情報效能環(huán)。

2.2.2 情報效能環(huán)能力值計算

以標準情報效能環(huán)T→S→P→U→T 為例，網(wǎng)絡(luò)中該類型的效能環(huán)總能力值為：

2.2.3 體系能力增量評估

通過改進轉(zhuǎn)移矩陣計算出每一類情報保障效能環(huán)總能力值后，則該情報保障體系能力值為：

其中，NH為體系中情報效能環(huán)的類型數(shù)。

假設(shè)存在兩個情報保障體系G1和G2，其中，G1為舊體系；G2為新體系，則新體系G2相對于G1的體系能力增量為：

其中，C1和C2分別為體系G1和G2的能力值。

綜上，基于超網(wǎng)絡(luò)的情報保障體系能力增量評估流程，如圖6 所示。

圖6 基于超網(wǎng)絡(luò)的情報保障體系能力增量評估算法流程圖Fig.6 The flow chart of capability increment evaluation algorithm for intelligence support system-of-systems based on super-network

3 示例分析

本章以典型情報保障體系為例，對提出的方法進行驗證分析，進一步說明方法的有效性。

3.1 場景想定

假設(shè)敵方分別從海空派遣敵機T1和艦船T2對我方沿海軍事港口進行襲擊，我方偵察飛機S1、預警機S2、衛(wèi)星S3、巡洋艦S4以及沿海岸基雷達S5對敵方目標進行偵察搜索，并將其偵察信息傳輸至地面機動式處理中心P1，處理中心通過綜合處理分析后，將目標的位置等信息分別發(fā)送至前方指控中心U1和后方指控中心U2，各用戶對敵目標進行處置打擊，其作戰(zhàn)概念圖如圖7 所示。

圖7 作戰(zhàn)概念圖Fig.7 The map of operational concept

根據(jù)上述作戰(zhàn)概念圖，可以構(gòu)建如下頁圖8 所示的情報保障網(wǎng)絡(luò)，由于預警機同時具備搜索偵察和處理功能，因此，將預警機抽象為搜集節(jié)點S2和處理節(jié)點P2。

圖8 情報保障體系超網(wǎng)絡(luò)模型Fig.8 The super-network model of the intelligence support system-of-systems

各搜集節(jié)點、處理節(jié)點、用戶節(jié)點以及目標節(jié)點的功能指標分別如表1～表4 所示。

表1 搜集節(jié)點功能指標Table 1 The function indexes for collection nodes

表3 用戶節(jié)點功能指標Table 3 The function indexes for user's nodes

表4 目標節(jié)點功能指標Table 4 The function indexes for target nodes

各節(jié)點通信能力指標如表5 所示。

表5 各節(jié)點通信能力指標Table 5 The capability indexes for communication capability of each node

3.2 體系能力評估

根據(jù)上述各節(jié)點功能與通信指標以及超網(wǎng)絡(luò)模型，可以得到網(wǎng)絡(luò)中各邊的值，如表6 所示。

表6 網(wǎng)絡(luò)中各邊的值Table 6 The values for each side of edge in the network

進而，根據(jù)式（16）構(gòu)造改進轉(zhuǎn)移矩陣，以處理節(jié)點與用戶節(jié)點為例，其改進轉(zhuǎn)移矩陣可以寫為：

通過觀察圖8 所示的情報保障超網(wǎng)絡(luò)，可以發(fā)現(xiàn)該網(wǎng)絡(luò)中共存在4 種類型的情報效能環(huán)，即：T→S→P→U→T、T→S→P→P→U→T、T→S→P→U→U→T、T→S→P→P→U→U→T，根據(jù)式（17），分別可以求出各類型的情報效能環(huán)的能力值為：

從而，整個體系的能力值為：

進一步驗證值的準確性，本文將每條情報效能環(huán)的能力值計算出來，如下頁表7 所示。

表7 情報效能環(huán)能力值列表Table 7 The list for capability values of intelligence effectiveness loops

根據(jù)表7 進一步驗證了提出算法的有效性，同時相比需要計算每一個情報效能環(huán)的能力值，提出的算法計算速度更快，不需要人工參與的程度更高。

為了更直觀地顯示，將關(guān)于兩個目標的各情報效能環(huán)能力值按序號（目標T2的序號值20～38 分別對應于1～19）展示如圖9 所示。

圖9 情報效能環(huán)能力值Fig.9 The capability values of intelligence effectiveness loops

從圖9 可以觀察到以下結(jié)論：

目標T2的情報效能環(huán)的能力值整體上大于目標T1的能力值，這是由于目標T2的運行速度遠遠低于T1，使得對T2的偵察能力（T→S）和處置能力（U→T）遠遠大于T1所造成的；

分別對比序號1 和9、2 和11、4 和15、6 和16以及8 和17，可以看出1、2、4、6、8 情報效能環(huán)的能力值分別大于9、11、15、16、17，這是由于在偵察邊以及處理邊相同的情況下，環(huán)路變長，時效性降低，能力值下降。

3.3 能力增量評估

假設(shè)圖8 為新的情報保障體系，在面向目標T1和T2的舊體系中，假設(shè)衛(wèi)星節(jié)點S3損壞，無法調(diào)用，其余節(jié)點均正常工作，舊的情報保障體系網(wǎng)絡(luò)模型如下頁圖10 所示。根據(jù)本文提出的方法，可以算出舊情報保障體系能力值為：

圖10 舊情報保障體系網(wǎng)絡(luò)模型Fig.10 The network model of the old intelligence support system-of-systems

進而，面向目標T1和T2，新情報保障體系的能力增量為：

4 結(jié)論

本文針對情報保障體系評估難的問題，提出了一種基于超網(wǎng)絡(luò)的情報保障體系能力評估方法，通過構(gòu)造面向目標的情報保障超網(wǎng)絡(luò)模型，利用改進轉(zhuǎn)移矩陣計算每類情報效能環(huán)的能力值，進而計算出體系能力值，從而實現(xiàn)體系能力增量評估。通過案例分析進一步說明了所提方法的有效性，可以發(fā)現(xiàn)，本文提出的方法計算速度更快，有利于后續(xù)工程化實現(xiàn)。