基于改進ADC 法的高原信息通信裝備作戰效能評估*

胡昌棟，滑 楠，楊 琪，李文超

（1.空軍工程大學信息與導航學院，西安 710077；2.解放軍78156 部隊，重慶 400039）

0 引言

高原高寒地區海拔多在4 500 m 以上，晝夜溫差普遍超過15 ℃，受高原自然環境及地理條件影響，信息通信裝備工作狀態不穩定、效能衰減嚴重，無線裝備部署及使用受限，裝技保障儲供修困難等問題都成為影響戰時信息通信保障水平的關鍵因素，加強高原戰場環境下的信息通信裝備作戰效能評估，對于解決信息通信裝備建設發展、組織運用現實難題具有重要意義。當前針對裝備效能評估的方法較多［1-3］，而對高原環境下信息通信裝備作戰效能評估研究存在不足，現有研究中，竇曉杰等［4］研究了通信裝備固有保障效能評估問題，溫廣杰、葛大江、康云分別研究了指揮所通信裝備［5］、通信裝備維修保障［6］、通信裝備技術保障［7］等單類別裝備及單項效能評估問題。對此，本文面向新體制下聯合作戰信息通信裝備組織運用規律和信息通信保障能力要求，以傳統ADC 模型為基礎，運用改進的基于復雜戰場環境的ADCQ 模型，探索高原高寒戰場環境下的信息通信裝備作戰效能評估。傳統ADC 模型［1］主要通過武器裝備系統的可用性、可信性和能力三要素來評估系統整體效能，側重于對武器裝備系統的固有能力評估，對實際作戰環境考慮較少，改進ADCQ 模型［2］通過融入戰場環境因素Q，加強了對戰場環境適應性的分析，使評估更加科學有效。

1 評估指標體系

1.1 信息通信裝備作戰效能定義

裝備效能的通用定義［3］：“在規定的條件下達到規定使用目標的能力?！备鶕幎l件和任務目標的不同，裝備效能可以進一步分為裝備系統效能和裝備作戰效能，兩者的根本區別在于作戰效能考慮了戰場因素和敵我對抗，與實際任務完成密切相關。參考裝備作戰效能定義：在規定條件下，作戰部隊運用裝備執行作戰任務所能達到的程度。高原信息通信裝備作戰效能可以定義為：在高原高寒山地作戰環境下，信息通信部隊運用所屬裝備執行信息通信保障任務所能達到的程度。

1.2 指標體系建立

高原信息通信裝備作戰效能評估指標體系建立，主要考慮高原高寒戰場環境下信息通信裝備的儲供修能力、信息通信保障能力和戰場環境適應能力。裝備的儲供修能力與裝備的可用性及可信性密切相關；信息通信保障能力根據裝備功能作用和提供能力不同，可分類概括為信息通信傳輸裝備、信息通信終端裝備和附屬配套設備，并分別提供通信傳輸能力、業務服務能力和供應保障能力；戰場環境適應能力主要考慮戰場電磁環境、自然環境、火力環境對信息通信裝備作戰效能的影響，建立指標體系如圖1 所示。

圖1 信息通信裝備作戰效能評估指標體系

1.3 指標體系分析及量化

結合戰時信息通信保障具體任務，采用數據統計、計算解析、模擬仿真、專家評價的方法對指標進行量化，指標含義及量化方法詳見下頁表1 所示。

表1 信息通信裝備作戰效能評估指標含義及量化方法

2 信息通信裝備作戰效能評估

信息通信裝備作戰效能是在實戰環境下信息通信裝備系統所提供的通信傳輸能力、業務服務能力、供應保障能力的聚合，3 種能力相互獨立且都不可或缺。因此，只有在3 個子系統裝備都正常工作時，信息通信裝備系統才處于正常工作狀態且提供信息通信保障能力，具體如表2 所示：

表2 信息通信裝備工作狀態表

2.1 可用性模型A

A 代表系統的可用性，表示任務開始時系統處于不同狀態的概率。設信息通信裝備的平均故障間隔時間為MTBF，平均故障修復時間為MTTR，通過單類裝備、子系統裝備、系統裝備可用性的逐層計算可得到信息通信裝備系統的可用性向量［5］。

1）單類裝備的可用性

2.2 可信性模型D

D 代表系統的可信性，表示任務執行過程中系統從初始狀態轉移到其他狀態的概率。根據戰時信息通信保障不同任務類型，裝備的可信性可分兩種情況進行討論：一是機動性強、保障周期短的戰役、戰術行動信息通信保障，故障裝備主要依靠備品備件（主備按1∶1 配置）修復，一般只允許修復一次；二是固定性強、保障周期長的指揮所、骨干網絡保障，故障裝備同時依靠裝技力量與備品備件結合修復，且裝備可及時補充，一般可多次修復。

2.2.1 只允許修復一次的裝備可信性

1）單類裝備的可靠性

2.2.2 可多次修復的裝備可信性

1）單類裝備的可靠性

由于信息通信裝備可多次修復，工作狀態在正常與故障之間相互轉移且轉移概率只與當前狀態有關，可在研究裝備正常–故障兩種狀態隨機轉移的過程中引入馬爾可夫過程［8］。假定用“0”表示裝備的正常狀態，用“1”表示裝備的故障狀態，則裝備狀態轉移如圖2 所示：

圖2 裝備狀態轉移示意圖

經推理［9］：

2.3 信息通信保障能力模型C

C 代表信息通信裝備系統處于不同狀態下所具備的信息通信保障能力，是對信息通信裝備固有能力的評估，也是作戰效能評估的基礎和關鍵。

2.3.1 組合賦權方法確定指標權重

本文通過采用熵值賦權法客觀賦權，層次分析法主觀賦權，乘法合成確定最終指標權重，能夠兼顧兩者優點［10-11］，使指標權重計算更加科學合理。

1）熵值法賦權

熵值賦權法［10］根據指標的相對變化對系統整體影響程度計算權重。根據評價對象數m 以及評價指標數n，構建規范化決策矩陣A，其中，aij代表第i個對象的第j 個指標規范化后的值；對矩陣A 進行歸一化處理得到規范化矩陣R，進而計算指標j 的熵值ej；確定指標權重wj。

2）層次分析法賦權

2.3.2 指標模糊綜合量化

2.4 戰場環境適應能力模型Q

戰場環境適應能力模型Q 的評估，參照信息通信保障能力模型C 的評估步驟進行。

綜上，信息通信裝備作戰效能評估為：

3 高原信息通信裝備作戰效能評估

高原高寒戰場環境，高海拔、低氣壓、強靜電自然特點以及山地、通道地理條件，對戰時信息通信裝備效能發揮都產生了較大影響：1）傳輸裝備話音延遲、數據丟包嚴重；電源裝備啟動困難、功率下降、電壓不穩定、故障率升高；車輛裝備點火困難、動力損失大、通行能力差。2）散射、微波天線截面積大，大風天氣多發，天線架設不宜、易折斷；高原山地環境可用陣位少、遮蔽多、盲區大，短波、超短波裝備運用效果不好；高海拔高緯度地區衛星站對星困難，使用不便。3）高原大區域保障，對象分布散遠，對裝技保障要求高；裝備維修程序繁瑣周期長，對備品備件需求大。4）配套裝備編配不容忽視，對保密、頻管、后勤、偽裝、防護等裝備編配提出較高要求。

3.1 可用性A 計算

根據信息通信裝備組織運用特點和保障能力要求，設定電臺、微波、散射、移動裝備為滿足“或”關系的裝備類型；數據鏈、導航定位、頻譜管理為滿足“或”關系的裝備類型；其余皆為滿足“與”關系的裝備類型。則單類裝備可用性Aij，子系統裝備可用性Ai，結果如表3 所示。

表3 信息通信裝備可用性相關參數

綜上可得，信息通信裝備系統可用性向量

3.2 可信性D 計算

1）假設執行某戰役、戰術行動信息通信保障任務，周期為12 h。其單類裝備可靠度Rij、維修度Lij；子系統裝備Ri、Li，結果如表4 所示。

表4 信息通信裝備可信性相關參數1

信息通信裝備系統只在正常工作狀態下具備信息通信保障能力，因此，信息通信裝備作戰效能只與可信性矩陣第一列向量Dm1相關，由此可得：

同理，不同任務周期可信性矩陣第一列向量：

表5 信息通信裝備可信性相關參數2

表6 典型任務中信息通信裝備運用參數組合賦權表

3.3 保障能力C 計算

3.3.1 確定指標權重

對比高原高寒、遠程遠海、空降作戰、防空作戰4 種典型信息通信保障任務中裝備組織運用情況，進行熵值賦權；組織不同建制高原信息通信不對指揮員、參謀人員、裝備維修人員、基層技術骨干，以及科技院所相關專業人員、裝備生產廠家技術人員等領域專家對同一層次指標兩兩對比，并經過反復征詢、歸納統計得出對比結果，進行AHP 賦權；最終乘法合成確定指標權重。

3.3.2 指標量化

1）定量參數的數據采集，定性參數的專家評價，指標綜合計算及歸一化處理，結果分別如表7～表9 所示。

表7 定量參數的數據采集結果

表8 定量參數的專家評價結果

表9 高原高寒信息通信裝備指標參數信息表

2）指標模糊評價值

3.3.3 綜合能力值C

設定Li=0.4，因所有指標值都高于Li，則：

3.4 環境適應能力Q 計算

1）指標權重

2）單指標評價值

3）環境適應能力值Q

3.5 信息通信裝備作戰效能綜合評估

由公式E=ADCQ 可得出不同保障周期的戰役、戰術行動保障信息通信裝備作戰效能E1，指揮所、骨干網絡保障信息通信裝備作戰效能E2。并分別給出裝備作戰效能與保障周期的關系圖。

圖4 單次維修條件的裝備作戰效能與保障周期關系圖

圖5 多次維修條件的裝備作戰效能與保障周期關系圖

3.6 評估結果分析

從評估過程和結果來看，評價戰時信息通信裝備作戰效能的關鍵因素均受到高原環境的較大影響。環境適應能力方面，加入戰場環境適應性分析的裝備作戰效能明顯低于裝備固有保障能力，既與實際情況相符，也反映出高原高寒信息通信裝備建設發展和組織運用中存在的短板不足；信息通信保障能力方面，在高原環境下，衛星傳輸效能、微波傳輸效能、散射傳輸效能、導航定位能力、機動運載能力、電源保障能力等指標性能普遍不高，降低了整體作戰效能；裝備供應維修能力方面，戰役、戰術行動信息通信保障，損毀裝備主要依靠備品備件修復，裝備作戰效能隨保障時間增長成指數下降，指揮所、骨干網絡信息通信保障，損毀裝備依靠裝技力量與備品備件結合修復，裝備作戰效能隨保障時間增長上升后趨于穩定，且普遍好于第一種情況。

針對評估結果分析，應進一步在推進裝備高原適應改造、加強信息通信裝備高原戰場環境適應能力、完善不同任務的高原信息通信裝備編配標準和備品備件補充，以及優化裝備儲備供應布局結構、探索軍地聯合裝備保障模式、建強裝備技術保障隊伍、提升戰時裝備維修效率上下功夫，從而全面提升戰時高原信息通信裝備保障水平。

4 結論

運用改進的ADCQ 模型對高原信息通信裝備作戰效能進行評估，充分考慮了高原戰場環境對信息通信裝備作戰效能的影響，使評估更加科學合理。針對評估過程和結果進行分析，提出了提升高原信息通信裝備建設發展和組織運用的對策建議，同時，檢驗了評估方法的有效性和可行性，并為開展不同作戰樣式及戰場環境下的信息通信裝備作戰效能評估提供了思路和借鑒。