王睿，姜寧

（海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧大連116018）

基于作戰(zhàn)任務(wù)的艦艇數(shù)據(jù)鏈傳輸時效控制方法*

王睿，姜寧

（海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧大連116018）

數(shù)據(jù)鏈作為艦艇信息系統(tǒng)的重要組成部分，其效能的發(fā)揮程度直接影響作戰(zhàn)任務(wù)的完成度。針對艦艇數(shù)據(jù)鏈技戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用缺乏科學(xué)化、規(guī)范化理論支撐的問題，創(chuàng)新性地將作戰(zhàn)任務(wù)完成度理念引入到艦艇數(shù)據(jù)鏈傳輸時限判定和實效性管控過程中，通過構(gòu)建艦艇作戰(zhàn)任務(wù)完成度量化評估模型，并詳盡分析數(shù)據(jù)鏈傳輸實效判定因素，提出了基于作戰(zhàn)任務(wù)的艦艇數(shù)據(jù)鏈傳輸時效性管控方法。

作戰(zhàn)任務(wù)，數(shù)據(jù)鏈，傳輸實效

0 引言

數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)桥炌ё鲬?zhàn)指揮與信息傳輸?shù)闹匾瘟α?。艦艇在?shù)據(jù)鏈支持下，通過互通、互聯(lián)和互操作，可以自動連接各作戰(zhàn)指揮平臺，實現(xiàn)跨平臺作戰(zhàn)資源共享；能優(yōu)化作戰(zhàn)指揮信息資源，有效調(diào)配和使用作戰(zhàn)能量，提升作戰(zhàn)指揮效能；能充分提高作戰(zhàn)資源的利用率，增強(qiáng)指揮系統(tǒng)的生命力，使作戰(zhàn)指揮結(jié)構(gòu)向扁平化發(fā)展成為可能。數(shù)據(jù)鏈采用格式化消息進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，旨在實現(xiàn)指控系統(tǒng)的快速解讀，與普通話音、文字通信相比具有較大的差異，在眾多影響因素中對數(shù)據(jù)傳輸時效要求更高，數(shù)據(jù)傳輸實效的優(yōu)劣直接關(guān)系到作戰(zhàn)指揮的效率。

目前，許多學(xué)者已在基于數(shù)據(jù)鏈的武器作戰(zhàn)效能方面進(jìn)行了較為深入的研究。文獻(xiàn)［1］將作用域原則引入WSSDL作戰(zhàn)效能評估體系中，提出了數(shù)據(jù)鏈支持下武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估方法；文獻(xiàn)［2］通過對加裝數(shù)據(jù)鏈前后潛艇導(dǎo)彈攻擊任務(wù)的效能比較進(jìn)行建模分析，提出了一套具有較強(qiáng)針對性的效能評估方法；文獻(xiàn)［3］從數(shù)據(jù)鏈傳輸準(zhǔn)確性和實效性入手，提出了戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈傳輸效能評估法；文獻(xiàn)［4］以空中作戰(zhàn)為背景，運(yùn)用多屬性方法構(gòu)建了包含數(shù)據(jù)鏈影響因素的空戰(zhàn)效能評估模型。綜合上述可知，相關(guān)研究關(guān)注問題和取得成果主要集中在以下兩個方面：一是通過量化計算得到數(shù)據(jù)鏈對武器裝備作戰(zhàn)效能具有較強(qiáng)的推動作用；二是將數(shù)據(jù)鏈融入到作戰(zhàn)效果評估體系之中，構(gòu)建新的評估體系模型。這些成果雖然從不同角度論證了數(shù)據(jù)鏈裝備對作戰(zhàn)效果的影響，但都是在理想化條件下進(jìn)行宏觀理論分析，并沒有考慮實際限制條件，如不同作戰(zhàn)任務(wù)中數(shù)據(jù)鏈所占重要性比重不同、數(shù)據(jù)鏈裝備效能最大貢獻(xiàn)程度不同等。此外，指揮員及操作手更加關(guān)注怎樣合理運(yùn)用數(shù)據(jù)鏈裝備，最大限度地提高核心度量指標(biāo)——數(shù)據(jù)鏈傳輸實效性，進(jìn)而提升實際作戰(zhàn)效果，而這方面更具實用意義的研究很少。因此，本文以確保研究成果實用性為目標(biāo)，以具體作戰(zhàn)任務(wù)為背景，提出一套基于作戰(zhàn)任務(wù)的艦艇數(shù)據(jù)鏈傳輸實效控制方法，為艦艇數(shù)據(jù)鏈合理使用提供理論支撐。

1 艦艇作戰(zhàn)任務(wù)完成度量化評估模型

艦艇實施作戰(zhàn)行動中，其作戰(zhàn)指揮效能發(fā)揮程度直接體現(xiàn)在該平臺作戰(zhàn)任務(wù)完成度，進(jìn)而反饋出艦艇綜合作戰(zhàn)效果。鑒于目標(biāo)需求的不同，艦艇作戰(zhàn)任務(wù)完成度可從“基于數(shù)值量化”和“基于實戰(zhàn)效果”兩個角度進(jìn)行分析。“基于數(shù)值量化”主要是從艦艇作戰(zhàn)要素能力發(fā)揮程度出發(fā)，通過對各級衡量指標(biāo)重要性判定和指標(biāo)值量化計算，運(yùn)用相應(yīng)數(shù)學(xué)方法聚合運(yùn)算得到具體數(shù)值。“基于實戰(zhàn)效果”主要是通過艦艇實際作戰(zhàn)中任務(wù)完成情況進(jìn)行直接判定。艦艇數(shù)據(jù)鏈傳輸時間可通過內(nèi)部相關(guān)要素的量化計算得到，而“傳輸時限”的標(biāo)準(zhǔn)無法直接確定，必須結(jié)合特定作戰(zhàn)任務(wù)的完成度進(jìn)行間接反饋，因此，可采用“基于實戰(zhàn)效果”的作戰(zhàn)任務(wù)完成度進(jìn)行逆向判斷。

艦艇平臺集多種信息化裝備于一體，按照基于信息系統(tǒng)作戰(zhàn)的思路，制約艦艇作戰(zhàn)任務(wù)完成度的因素主要包括偵察預(yù)警能力、指揮控制能力、信息傳輸能力、信息對抗能力和武器裝備作戰(zhàn)能力，而上述各類影響因素又包括多種、多級內(nèi)在度量指標(biāo)，鑒于本文重點(diǎn)關(guān)注數(shù)據(jù)鏈傳輸時限及管控方法選擇問題，因此，聚焦于信息傳輸能力相關(guān)要素，其他不一一列舉。艦艇通信保障主要依托于無線通信手段，其信息傳輸能力主要由衛(wèi)星、數(shù)據(jù)鏈、短波和超短波通信能力構(gòu)成，數(shù)據(jù)鏈通信能力上重點(diǎn)關(guān)注數(shù)據(jù)鏈通信準(zhǔn)確性、時效性和抗干擾能力三項非相關(guān)性較強(qiáng)的指標(biāo)。構(gòu)建艦艇作戰(zhàn)任務(wù)量化評估體系如圖1所示。

圖1 艦艇作戰(zhàn)任務(wù)完成效果量化評估體系結(jié)構(gòu)

1.1 評估指標(biāo)權(quán)重判定

艦艇遂行作戰(zhàn)任務(wù)和裝備特點(diǎn)不同，其作戰(zhàn)任務(wù)完成度評估的各級影響因素重要性存在很大差異，如防空反導(dǎo)任務(wù)和對岸火炮攻擊任務(wù)，前者對數(shù)據(jù)鏈通信時效性要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于后者。為增強(qiáng)指標(biāo)權(quán)重的合理性，采取基于層次分析法［5-7］和主客觀復(fù)合修正的方法［8］確立評估指標(biāo)權(quán)重，最大程度消除主觀因素的影響。

第1步：用層次分析法確定各級指標(biāo)權(quán)重的初始值

第2步：對權(quán)重進(jìn)行分析修正

αi為主觀判定專家可信度，βi為客觀判定專家可信度［8］。

運(yùn)用式（3）對專家可信度進(jìn)行修正

得到評估指標(biāo)體系中m層指標(biāo)權(quán)重為：

其中：m為相應(yīng)層級，n為第m層指標(biāo)數(shù)量。

1.2 量化聚合方法

艦艇作戰(zhàn)任務(wù)完成度量化評估是一個相對復(fù)雜的系統(tǒng)工程，各本級影響因子之間常存在較強(qiáng)的相關(guān)性，必須綜合考慮“功能性”和“均衡性”。突出權(quán)重和指標(biāo)值大的指標(biāo)的作用，能夠強(qiáng)調(diào)某一重要指標(biāo)值對最終效能值得影響程度；加權(quán)幾何平均法，強(qiáng)調(diào)指標(biāo)值之間的均衡性，使得評估值受較小指標(biāo)值的影響教大。對艦艇作戰(zhàn)任務(wù)完成度進(jìn)行量化評估時，按照遵循“兩性”原則，其指標(biāo)聚合模型為：

上述內(nèi)容旨在給出一套明確且固定的方法，完成客觀、簡潔、高效的評估任務(wù)，其指標(biāo)和權(quán)重呈動態(tài)變化，可隨作戰(zhàn)任務(wù)變化進(jìn)行隨機(jī)調(diào)整。

2 數(shù)據(jù)鏈傳輸時效判定因素

數(shù)據(jù)鏈傳輸過程中，與傳輸時間相關(guān)的因素主要集中在數(shù)據(jù)收發(fā)延遲時間和相鄰數(shù)據(jù)傳輸時間間隔兩個方面。

2.1 數(shù)據(jù)收發(fā)延遲時間

數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)瞻l(fā)延遲時間是單元數(shù)據(jù)從發(fā)送時刻到接收時刻的時間差，主要反映單元信息在電磁空間中的傳遞［9-10］。由于數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)前窗◣﹣磉M(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)，因此，數(shù)據(jù)包（幀）延遲時間計算公式為：

式中：tYi為第單包（幀）數(shù)據(jù)延遲時間，tRi為第i包（幀）數(shù)據(jù)接收時刻，tSi為第i包（幀）數(shù)據(jù)發(fā)送時刻。

則在單位時限內(nèi)延遲時間平均值為：

式中：N為單位時間內(nèi)傳遞數(shù)據(jù)包（幀）的數(shù)量。

數(shù)據(jù)收發(fā)延遲時間對指控系統(tǒng)實際使用有重要意義，其值主要受通信手段和電磁空間化境影響。

2.2 相鄰數(shù)據(jù)傳輸時間間隔

相鄰數(shù)據(jù)傳輸時間間隔是前一數(shù)據(jù)接收時刻與后一數(shù)據(jù)發(fā)送時刻的時間差，此含義具有相對“狹義性”（并非指相鄰數(shù)據(jù)接收時間間隔），主要反映指控系統(tǒng)對戰(zhàn)場態(tài)勢生成的實時性。其時間間隔計算公式為：

式中：tCi為相鄰數(shù)據(jù)傳輸時間間隔，tSi為第i包（幀）數(shù)據(jù)的發(fā)送時刻，tR（i-1）為前一包（幀）數(shù)據(jù)的接收時刻。

在單位時間內(nèi)時間間隔均值為：

式中：N為傳遞數(shù)據(jù)包（幀）的數(shù)量。

相鄰數(shù)據(jù)傳輸時間間隔綜合體現(xiàn)了指控系統(tǒng)與數(shù)據(jù)鏈的傳輸機(jī)制，對指控系統(tǒng)實際使用有重要意義，理想狀態(tài)下其值與數(shù)據(jù)鏈裝備自身數(shù)據(jù)傳輸指標(biāo)成反比，通常情況下的具體值受偵察預(yù)警系統(tǒng)情報獲取能力和指控系統(tǒng)信息處理能力影響較大。

3 艦艇數(shù)據(jù)鏈傳輸時效控制方法

艦艇數(shù)據(jù)鏈傳輸實效是制約艦艇作戰(zhàn)任務(wù)完成效果眾多評價指標(biāo)之一，其量化值受裝備性能、空間環(huán)境等多重因素影響，整體上可在一定區(qū)間進(jìn)行變化調(diào)整。若要進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈傳遞實效的有效調(diào)控，進(jìn)而實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈裝備的高效運(yùn)用，必須在固定作戰(zhàn)效果、任務(wù)背景、影響因素量化值（數(shù)據(jù)鏈傳遞實效除外）等條件前提下，按照規(guī)范的程序逐級運(yùn)算推導(dǎo)。具體參照以下流程，如圖2所示。

圖2 艦艇數(shù)據(jù)鏈傳遞時效判定及管控流程

3.1 規(guī)范量化評估模型

艦艇作戰(zhàn)效果評估模型主要包括評估指標(biāo)體系、指標(biāo)權(quán)重和聚合方法等內(nèi)容的構(gòu)建選取，執(zhí)行不同作戰(zhàn)任務(wù)時，上述3類影響因素會發(fā)生不同程度的變化和調(diào)整。其中，指標(biāo)權(quán)重變化最大，如遂行防空反導(dǎo)作戰(zhàn)和對岸火炮攻擊兩項任務(wù)時，武備作戰(zhàn)能力的重要性差異較大（后者較前者對該項指標(biāo)的依賴性更高，評估指標(biāo)權(quán)重也更大）；評估指標(biāo)體系適度調(diào)整，如遂行反潛作戰(zhàn)任務(wù)時應(yīng)增加水聲通信保障能力相關(guān)指標(biāo)；聚合方法遵循1.1節(jié)內(nèi)容（其具有較好的通用性）不發(fā)生變化。因此，必須將作戰(zhàn)任務(wù)具體化，進(jìn)而結(jié)合具體作戰(zhàn)任務(wù)確定各相關(guān)制約因素，形成具有較強(qiáng)針對性的量化評估模型。

3.2 艦艇數(shù)據(jù)鏈傳輸時限判定

采用逆向判定的思路，首先確定實際作戰(zhàn)效果，并結(jié)合作戰(zhàn)效果完成度u={u1，u2，…}與量化區(qū)間值的對應(yīng)關(guān)系，得到作戰(zhàn)效果評估模型的頂層參考值，為確保一定的預(yù)留度取量化區(qū)間的下限值。如：作戰(zhàn)任務(wù)完成度為合格，對應(yīng)量化區(qū)間［60，70），則量化值為60。而后，以上節(jié)中確定的效果評估模型為基礎(chǔ)，通過計算得到各級衡量指標(biāo)值，反向得到數(shù)據(jù)鏈通信時限。

3.3 艦艇數(shù)據(jù)鏈傳輸實效控制

結(jié)合T、Ts和Tmin三者之間關(guān)系，論證不同情況下艦艇數(shù)據(jù)鏈任務(wù)保障能力及傳輸實效控制方法，見表1所示。

表1 基于不同情況的艦艇數(shù)據(jù)鏈傳輸實效管控方法選取表

如表1中所列，數(shù)據(jù)鏈實時傳遞時間Ts小于數(shù)據(jù)鏈通信時限T時，無需對數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行任何調(diào)整即可達(dá)到新的作戰(zhàn)任務(wù)需求；數(shù)據(jù)鏈實時傳遞時間Ts大于數(shù)據(jù)鏈通信時限T，且數(shù)據(jù)鏈通信時限T大于數(shù)據(jù)鏈傳遞最短時間Tmin時，可通過改變通信頻率、傳輸速率、發(fā)信功率和采取抗擾手段（受到干擾時）等方法，縮短Ts時間進(jìn)而達(dá)成新的作戰(zhàn)任務(wù)需求；數(shù)據(jù)鏈通信時限T小于數(shù)據(jù)鏈傳遞最短時間Tmin時，該型數(shù)據(jù)鏈裝備已無法滿足作戰(zhàn)任務(wù)需求，必須更換到其他數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)。

4 結(jié)論

艦艇數(shù)據(jù)鏈傳輸時效制約因素多、不易量化，數(shù)據(jù)鏈效能調(diào)控過程中，傳統(tǒng)的方法選擇受人為主觀因素影響大，呈現(xiàn)較強(qiáng)的“不規(guī)范性”和“盲目性”，嚴(yán)重制約了數(shù)據(jù)鏈保障效果。本研究以艦艇作戰(zhàn)任務(wù)完成度評估模型為切入點(diǎn)，在各項要素相對穩(wěn)定的“靜態(tài)環(huán)境”下，計算數(shù)據(jù)鏈傳遞時限；依據(jù)新作戰(zhàn)任務(wù)完成度的“動態(tài)需求”，結(jié)合數(shù)據(jù)鏈實時傳遞時間、數(shù)據(jù)鏈通信時限和數(shù)據(jù)鏈傳遞最短時間三者之間相互關(guān)系，分析基于數(shù)據(jù)鏈時效調(diào)整的作戰(zhàn)任務(wù)完成度可行性，進(jìn)而提出數(shù)據(jù)鏈時效性管控方法。另外，本文提出的方法可以和計算機(jī)相結(jié)合，匯編計算程序開發(fā)相應(yīng)軟件，將理論方法轉(zhuǎn)化成實際應(yīng)用，為艦艇作戰(zhàn)指揮決策提供更有效的支撐。

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Research on Control Methods of Warship Data Link Transmission Timeliness Based on Operational Task

WANG Rui，JIANG Ning
（Dalian Naval Academy，Dalian 116018，China）

Being the important element of warship information system，development degree of warship data link capability affects directly completed degree of operational task.To deal with the problem of lacking scientific and standard theory for warship data link application，this paper introduces innovatively completed degree of operational task to process of the transmission time limit judgment and timeliness management for warship data link，and constructes completed degree assessment model of warship operational task，and analyzes deeply judgment factors of data link transmission timeliness，and proposes control methods of warship data link transmission timeliness based on operational task.

operational task，data link，transmission timeliness

TP273

A

1002-0640（2016）12-0146-04

2015-10-05

2015-12-07

國家社會科學(xué)基金資助項目（15GJ003-208）

王睿（1982-），男，黑龍江巴彥人，博士研究生。研究方向：指揮信息系統(tǒng)與作戰(zhàn)應(yīng)用、軍事通信。