C4ISR系统效能评估指标体系及计算模型

王雅君

【摘 要】针对指挥控制通信计算机情报监视侦察(C4 ISR)系统,提出了一套客观、完备的效能评估指标体系,并使用层次分析法推导出了用于效能评估计算的权重表,可据此对实际作战或想定推演中测量到的指标值进行计算,得出科学、可信的评估结果.

【期刊名称】《舰船电子对抗》 【年(卷),期】2018(041)003 【总页数】5页(P24-27,35)

【关键词】效能评估;C4ISR系统;层次分析法 【作 者】王雅君

【作者单位】中国电子科技集团公司第二十研究所,陕西西安710068 【正文语种】中 文 【中图分类】E211 0 引 言

C4ISR系统的基本作用是保证战场上各个作战单元之间迅速交换情报信息，共享各作战单元掌握的所有情报，实时监视战场态势，提高相互协同能力和整体作战效能[1]。对C4ISR系统的整体效能进行客观、全面的评估，对于衡量军队作战能力、优化作战任务规划、提升打击效率和精度等具有重要意义。

新一代的C4ISR系统在旧有的战术数据链基础上，加入了辅助决策、多链路协同作战等功能。目前对于C4ISR系统的效能评估还没有一个标准的指标体系，而现有的研究成果也大多侧重于对系统通信能力的评估[2-3]，这样往往会掩盖C4ISR系统的其他能力，无法全面、准确地反映系统的整体效能。本文分析了C4ISR系统自身的特点和所提供的服务，提出了一套对系统整体效能进行评估的指标体系和相应的计算模型。 1 指标体系的建立

新一代C4ISR系统的核心能力在于信息获取与处理、网络传输、辅助决策、系统互联互通以及系统生存能力，将这些核心能力加以细化、扩展，得到如图1所示的效能评估指标体系。

图1 C4ISR系统效能评估指标体系

对信息的获取和处理(A1)是C4ISR系统最基本的功能，也是实现其他功能的基础，只有具有良好的信息获取和处理能力，C4ISR系统才能充分发挥情报保障作用，更好地把握战场态势。该能力可进一步细分为以下指标：

(1) 信息源种类：C4ISR系统支持的获取目标信息的电子设备或手段，如雷达、声呐、卫星、红外、激光设备等。系统支持的信息源种类越多，获取信息、搜集情报的能力越强，同时也意味着多源、异构信息的融合难度更大。

(2) 防区范围：信息源的作用范围，如战场侦察的纵深与宽度，雷达、声呐的覆盖半径和预警高度等。

(3) 目标测量精度：传感器对目标的测量数据与目标真实数据之间的误差。 (4) 信息错漏率：信息获取、传输和处理过程中出错或丢失的那部分信息占整个收集到的信息量的百分比。

(5) 情报处理时延：情报信息从探测设备捕获报告开始，经通信传输、情报处理中心处理，到显示器显示或其它方式输出所滞后的总时间。

(6) 系统反应时间：系统从接收到情报、命令或指令，到做出反应之间的时间滞后量，它是作战指挥系统的反应时间和武器系统的反应时间之和。

网络传输能力(A2)衡量的是C4ISR系统作为一个通信网络所具有的业务能力，它不仅与网络硬件设备的性能有关，还与网络的拓扑结构、通信协议以及所承载的具体业务内容有关。该能力可通过以下指标进行衡量：

(1) 通信信道种类：系统所支持的信道的类别，如光缆、卫星、短波、超短波、散射、微波接力等。

(2) 通信容量：单位时间内输入/输出系统的信息流量。

(3) 通信质量：发送端发出的正确信息经信道传输后，接收端信息的误码率。 (4) 畅通率：整个通信传输时间内，信道有效传输时间的比率。

(5) 传输时延：发送端发出信息到接收端收到信息之间的时间差，这一指标的好坏主要取决于通信网结构和通信设备的质量。

系统生存能力(A3)表征了C4ISR系统在敌方的侦察破坏、电磁干扰、火力压制下保持正常工作状态的能力，具体可划分为以下指标：

(1) 机动能力：系统快速位移运动的能力，包括可装载性(机载、车载、舰载)、可运输性和移动速度等。

(2) 反欺骗能力：主要包括对敌方网络虚假信息的识别能力、同步隐蔽性、设备隐蔽性、功率隐蔽性等[2]。

(3) 重组能力：系统出现故障或遭遇外来破坏时迅速恢复正常工作状态的能力。 (4) 防电磁泄漏能力：系统自身工作时向外辐射电磁信号的强度越低，被敌方侦察系统发现的概率就越小，同时己方电文也越不容易被截获、破译。

(5) 开设和撤收能力：系统在工作状态和非工作状态之间切换的用时，用时越短，越适于快节奏的机动作战[4]。

(6) 防护控制能力：系统防止外界对其非法操作和影响其正常工作的能力，如抗电

磁干扰、防病毒、防跟踪、防误操作等。

辅助决策能力(A4)保证C4ISR系统能够根据作战指令和战场态势，综合分析战场局势，去伪存真，帮助指挥官进行定性分析、判断敌方意图，及时修改决策，包含以下3项指标：

(1) 辅助决策质量：计算机辅助决策与最终决策相符合的程度。

(2) 决策自动化程度：决策方案形成过程中，指挥员需要人工干预计算机动作的次数和频繁程度。

(3) 决策响应时间：从系统开始决策到最终做出决策方案所需的时间，包括了情报提取、信息融合、比较评估、预案形成、方案优选等环节。

系统可靠性(A5)表征了系统完成规定任务的能力，对于通信网络而言，可靠性的提高往往通过使用可靠的网络设备和提高链路冗余度这2点来实现。该项指标以平均故障间隔时间(MTBF)来衡量，可用系统正常工作时间的总和除以运行期间的故障次数而获得。

系统互联互通能力(A6)标志了不同种类的数据链路之间实现资源共享、信息兼容的程度，以达到信息安全、完整、有效传输的目的。 2 效能评估计算模型

第1节中所提出的各项指标，有些可以定量测量，有些却只能定性评价。在定量指标中，又有不同的量纲和取值范围。进行效能评估前，首先要将带量纲的指标实测值转化为无量纲的评价分数，并且将定性评价值按一定打分规则也转化为评价分数[5]，然后才能依据评估计算模型，对C4ISR系统的整体效能进行评估。本文采用层次分析法(AHP法)建立计算模型，该方法以矩阵分析为基础，对不同层次的评估指标分别进行权重分析和归一化计算，最终得出权重分配合理的整体计算模型。 将第1级指标记为集合A={A1，A2，A3，A4，A5，A6}，相应地将其权重向量记为ω={ω1，ω2，ω3，ω4，ω5，ω6}，对于一级指标Ai，构成它的j个二级

指标记为集合Ai={Ai1，Ai2，…，Aij}，Ai的权重向量记为ωi={ωi1，ωi2，…，ωij}。

层次分析法使用同一层次的指标Ai和Aj两两比较，采用专家打分法得出Ai相对于Aj的重要性标度，这一标度被量化为一个1～9的数值，数值越高表明Ai相对于Aj越重要。对所有层次的指标进行层次内的两两比较后，就可以得出各个层次的量化评判矩阵，进而确定整个指标体系的权重分布。 本文提出的指标体系中，第1级指标的判断矩阵：

第2级指标A1、A2、A3、A4的判断矩阵：

接下来需要对以上5个判断矩阵进行一致性检验，即分别求出各矩阵的最大特征值和对应的特征向量，查询随机一致性指标表(见表1)，得出相对一致性指标RC。若RC< 0.1，则表明所设计的判断矩阵的一致性满足要求；否则就需要调整权重系数，直到判断矩阵满足一致性。

表1 随机一致性指标表n123456IR000.520.891.121.24

对于矩阵A，利用矩阵计算工具Matlab可计算出最大特征值λ=6.206 9，归一化后的特征向量ω=(0.100 1，0.245 6，0.143 2，0.083 5，0.323 2，0.104 5)，根据公式可得相对一致性指标RC=0.033 < 0.1，满足一致性要求。

同理，对于矩阵A1，可计算出最大特征值λ1=6.198 5，归一化后的特征向量ω1=(0.332 5，0.252 7，0.051 2，0.064 7，0.102 8，0.196 1)，相对一致性指标RC=0.030<0.1，满足一致性要求。对于矩阵A2，最大特征值λ2=5.412 9，

归一化后的特征向量ω2=(0.125 7，0.221 0，0.139 6，0.389 9，0.123 8)，相对一致性指标RC=0.089<0.1，满足一致性要求。对于矩阵A3，可计算出最大特征值λ3=6.276 8，归一化后的特征向量ω3=(0.324 0，0.280 3，0.055 1，0.066 2，0.115 6，0.158 8，相对一致性指标RC=0.044<0.1，满足一致性要求。对于矩阵A4，可计算出最大特征值λ4=3.038 5，归一化后的特征向量

ω4=(0.637 0，0.258 3，0.104 7)，相对一致性指标RC=0.037<0.1，满足一致性要求。

最终各指标值的权重分布如表2所示。

表2 指标值与权重分布一级指标二级指标层次权重综合权重信息获取和处理能力(权重0.100 1)信息源种类0.332 50.033 3防区范围0.252 70.025 3目标测量精度0.051 20.005 1信息错漏率0.064 70.006 5情报处理时延0.102 80.010 3系统反应时间0.196 10.019 6网络传输能力(权重0.245 6)通信信道种类0.125 70.030 9通信容量0.221 00.054 3通信质量0.139 60.034 3畅通率0.389 90.095 7传输时延0.123 80.030 4系统生存能力(权重0.143 2)机动能力0.324 00.046 4反欺骗能力0.280 30.040 1重组能力0.055 10.007 9防电磁泄漏能力0.066 20.009 5开设和撤收能力0.115 60.016 5防护控制能力0.158 80.022 7辅助决策能力(权重0.083 5)辅助决策质量0.637 00.053 2决策自动化程度0.258 30.021 6决策响应时间0.104 70.008 7系统可靠性0.323 20.323 2系统互联互通能力0.104 50.104 5 3 仿真验证

本节以美军现役的Link-16数据链为例，使用上一节推导出的表2进行数据链综合效能评估。表2中的指标有些是成本型指标(数值越小越好，如情报处理时延)，有些是效益型指标(数值越大越好，如防区范围)，还有些是定性评价指标(如辅助决策质量)，这类指标统一划分为4个级别：好、较好、一般、较差，对应的归一

化分值分别为0.90、0.80、0.65和0.50分(满分为1分)。Link-16数据链各项指标的归一化得分情况如表3所示。

表3 Link-16数据链各项指标得分一览表123456一级指标得分信息获取和处理能力0.600.900.830.890.710.750.74网络传输能力0.700.670.900.670.72—0.71系统生存能力0.900.800.650.690.770.900.83辅助决策能力000———0系统可靠性——————0.82系统互联互通能力——————0.73

由于Link-16数据链不具备辅助决策功能，因此A4项得分为0。将表3中各一级指标的得分乘以各自权重并求和，可得Link-16数据链的综合效能评估得分为0.71(满分为1分)。 4 结束语

本文针对C4ISR系统提出了较为客观、全面的效能评估指标体系，并使用层次分析法得出了依据这套指标体系进行效能评估的权重表，可据此对战场上或想定推演中测量到的指标值进行计算，得出整体的评估结果。C4ISR系统体量较大，功能多样且集成度高，因此涉及的评估指标也十分繁杂。本文提出的指标体系和权重表已应用在笔者参与的工作项目中，验证了其可行性与正确性，未来仍将在此基础上进行更深入的研究，使整套评估系统更加完善。 参考文献

【相关文献】

[1] 孙义明，杨丽萍．信息化战争中的战术数据链[M]．北京：北京邮电大学出版社，2005. [2] 柏晓莉，柏晓辉，罗雪山，赵阳．C4ISR系统通信网络效能评估指标体系研究[J]．军事运筹与系统工程，2006(1):71-75.

[3] 王一舟，周俊，周志强．一种雷达情报组网系统通信效能评估指标体系研究[J]．舰船电子对抗，2014,37(5):89-93.

[4] 巴宏欣，薛碧峰，李莎．空军武器控制网络作战效能评估指标体系及模型构建[J]．指挥信息系统与技术，2016(4):41-48.

[5] CARMONE F J,KARA A,ZANAKIS S H.A monte carloInvestigation of incomplete pairwise comparison matrices in AHP[J].European Journal of Operation Research,1997,102(3):538-553.