胡昌棟，滑 楠，楊 琪，李文超

（1.空軍工程大學(xué)信息與導(dǎo)航學(xué)院，西安 710077；2.解放軍78156 部隊(duì)，重慶 400039）

0 引言

高原高寒地區(qū)海拔多在4 500 m 以上，晝夜溫差普遍超過15 ℃，受高原自然環(huán)境及地理?xiàng)l件影響，信息通信裝備工作狀態(tài)不穩(wěn)定、效能衰減嚴(yán)重，無線裝備部署及使用受限，裝技保障儲(chǔ)供修困難等問題都成為影響戰(zhàn)時(shí)信息通信保障水平的關(guān)鍵因素，加強(qiáng)高原戰(zhàn)場環(huán)境下的信息通信裝備作戰(zhàn)效能評(píng)估，對(duì)于解決信息通信裝備建設(shè)發(fā)展、組織運(yùn)用現(xiàn)實(shí)難題具有重要意義。當(dāng)前針對(duì)裝備效能評(píng)估的方法較多［1-3］，而對(duì)高原環(huán)境下信息通信裝備作戰(zhàn)效能評(píng)估研究存在不足，現(xiàn)有研究中，竇曉杰等［4］研究了通信裝備固有保障效能評(píng)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(shù)保障［7］等單類別裝備及單項(xiàng)效能評(píng)估問題。對(duì)此，本文面向新體制下聯(lián)合作戰(zhàn)信息通信裝備組織運(yùn)用規(guī)律和信息通信保障能力要求，以傳統(tǒng)ADC 模型為基礎(chǔ)，運(yùn)用改進(jìn)的基于復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境的ADCQ 模型，探索高原高寒戰(zhàn)場環(huán)境下的信息通信裝備作戰(zhàn)效能評(píng)估。傳統(tǒng)ADC 模型［1］主要通過武器裝備系統(tǒng)的可用性、可信性和能力三要素來評(píng)估系統(tǒng)整體效能，側(cè)重于對(duì)武器裝備系統(tǒng)的固有能力評(píng)估，對(duì)實(shí)際作戰(zhàn)環(huán)境考慮較少，改進(jìn)ADCQ 模型［2］通過融入戰(zhàn)場環(huán)境因素Q，加強(qiáng)了對(duì)戰(zhàn)場環(huán)境適應(yīng)性的分析，使評(píng)估更加科學(xué)有效。

1 評(píng)估指標(biāo)體系

1.1 信息通信裝備作戰(zhàn)效能定義

裝備效能的通用定義［3］：“在規(guī)定的條件下達(dá)到規(guī)定使用目標(biāo)的能力?！备鶕?jù)規(guī)定條件和任務(wù)目標(biāo)的不同，裝備效能可以進(jìn)一步分為裝備系統(tǒng)效能和裝備作戰(zhàn)效能，兩者的根本區(qū)別在于作戰(zhàn)效能考慮了戰(zhàn)場因素和敵我對(duì)抗，與實(shí)際任務(wù)完成密切相關(guān)。參考裝備作戰(zhàn)效能定義：在規(guī)定條件下，作戰(zhàn)部隊(duì)運(yùn)用裝備執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)所能達(dá)到的程度。高原信息通信裝備作戰(zhàn)效能可以定義為：在高原高寒山地作戰(zhàn)環(huán)境下，信息通信部隊(duì)運(yùn)用所屬裝備執(zhí)行信息通信保障任務(wù)所能達(dá)到的程度。

1.2 指標(biāo)體系建立

高原信息通信裝備作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系建立，主要考慮高原高寒戰(zhàn)場環(huán)境下信息通信裝備的儲(chǔ)供修能力、信息通信保障能力和戰(zhàn)場環(huán)境適應(yīng)能力。裝備的儲(chǔ)供修能力與裝備的可用性及可信性密切相關(guān)；信息通信保障能力根據(jù)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(shè)備，并分別提供通信傳輸能力、業(yè)務(wù)服務(wù)能力和供應(yīng)保障能力；戰(zhàn)場環(huán)境適應(yīng)能力主要考慮戰(zhàn)場電磁環(huán)境、自然環(huán)境、火力環(huán)境對(duì)信息通信裝備作戰(zhàn)效能的影響，建立指標(biāo)體系如圖1 所示。

圖1 信息通信裝備作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系

1.3 指標(biāo)體系分析及量化

結(jié)合戰(zhàn)時(shí)信息通信保障具體任務(wù)，采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、計(jì)算解析、模擬仿真、專家評(píng)價(jià)的方法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行量化，指標(biāo)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(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)含義及量化方法

2 信息通信裝備作戰(zhàn)效能評(píng)估

信息通信裝備作戰(zhàn)效能是在實(shí)戰(zhàn)環(huán)境下信息通信裝備系統(tǒng)所提供的通信傳輸能力、業(yè)務(wù)服務(wù)能力、供應(yīng)保障能力的聚合，3 種能力相互獨(dú)立且都不可或缺。因此，只有在3 個(gè)子系統(tǒng)裝備都正常工作時(shí)，信息通信裝備系統(tǒng)才處于正常工作狀態(tài)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(tài)表

2.1 可用性模型A

A 代表系統(tǒng)的可用性，表示任務(wù)開始時(shí)系統(tǒng)處于不同狀態(tài)的概率。設(shè)信息通信裝備的平均故障間隔時(shí)間為MTBF，平均故障修復(fù)時(shí)間為MTTR，通過單類裝備、子系統(tǒng)裝備、系統(tǒng)裝備可用性的逐層計(jì)算可得到信息通信裝備系統(tǒng)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(tǒng)的可信性，表示任務(wù)執(zhí)行過程中系統(tǒng)從初始狀態(tài)轉(zhuǎn)移到其他狀態(tài)的概率。根據(jù)戰(zhàn)時(shí)信息通信保障不同任務(wù)類型，裝備的可信性可分兩種情況進(jìn)行討論：一是機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、保障周期短的戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)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(fù)，一般只允許修復(fù)一次；二是固定性強(qiáng)、保障周期長的指揮所、骨干網(wǎng)絡(luò)保障，故障裝備同時(shí)依靠裝技力量與備品備件結(jié)合修復(fù)，且裝備可及時(shí)補(bǔ)充，一般可多次修復(fù)。

2.2.1 只允許修復(fù)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(fù)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(fù)，工作狀態(tài)在正常與故障之間相互轉(zhuǎn)移且轉(zhuǎn)移概率只與當(dāng)前狀態(tài)有關(guān)，可在研究裝備正常–故障兩種狀態(tài)隨機(jī)轉(zhuǎn)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(tài)，用“1”表示裝備的故障狀態(tài)，則裝備狀態(tài)轉(zhuǎn)移如圖2 所示：

圖2 裝備狀態(tài)轉(zhuǎn)移示意圖

經(jīng)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(tǒng)處于不同狀態(tài)下所具備的信息通信保障能力，是對(duì)信息通信裝備固有能力的評(píng)估，也是作戰(zhàn)效能評(píng)估的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

2.3.1 組合賦權(quán)方法確定指標(biāo)權(quán)重

本文通過采用熵值賦權(quán)法客觀賦權(quán)，層次分析法主觀賦權(quán)，乘法合成確定最終指標(biāo)權(quán)重，能夠兼顧兩者優(yōu)點(diǎn)［10-11］，使指標(biāo)權(quán)重計(jì)算更加科學(xué)合理。

1）熵值法賦權(quán)

熵值賦權(quán)法［10］根據(jù)指標(biāo)的相對(duì)變化對(duì)系統(tǒng)整體影響程度計(jì)算權(quán)重。根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象數(shù)m 以及評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)n，構(gòu)建規(guī)范化決策矩陣A，其中，aij代表第i個(gè)對(duì)象的第j 個(gè)指標(biāo)規(guī)范化后的值；對(duì)矩陣A 進(jìn)行歸一化處理得到規(guī)范化矩陣R，進(jìn)而計(jì)算指標(biāo)j 的熵值ej；確定指標(biāo)權(quán)重wj。

2）層次分析法賦權(quán)

2.3.2 指標(biāo)模糊綜合量化

2.4 戰(zhàn)場環(huán)境適應(yīng)能力模型Q

戰(zhàn)場環(huán)境適應(yīng)能力模型Q 的評(píng)估，參照信息通信保障能力模型C 的評(píng)估步驟進(jìn)行。

綜上，信息通信裝備作戰(zhàn)效能評(píng)估為：

3 高原信息通信裝備作戰(zhàn)效能評(píng)估

高原高寒戰(zhàn)場環(huán)境，高海拔、低氣壓、強(qiáng)靜電自然特點(diǎn)以及山地、通道地理?xiàng)l件，對(duì)戰(zhàn)時(shí)信息通信裝備效能發(fā)揮都產(chǎn)生了較大影響：1）傳輸裝備話音延遲、數(shù)據(jù)丟包嚴(yán)重；電源裝備啟動(dòng)困難、功率下降、電壓不穩(wěn)定、故障率升高；車輛裝備點(diǎn)火困難、動(dòng)力損失大、通行能力差。2）散射、微波天線截面積大，大風(fēng)天氣多發(fā)，天線架設(shè)不宜、易折斷；高原山地環(huán)境可用陣位少、遮蔽多、盲區(qū)大，短波、超短波裝備運(yùn)用效果不好；高海拔高緯度地區(qū)衛(wèi)星站對(duì)星困難，使用不便。3）高原大區(qū)域保障，對(duì)象分布散遠(yuǎn)，對(duì)裝技保障要求高；裝備維修程序繁瑣周期長，對(duì)備品備件需求大。4）配套裝備編配不容忽視，對(duì)保密、頻管、后勤、偽裝、防護(hù)等裝備編配提出較高要求。

3.1 可用性A 計(jì)算

根據(jù)信息通信裝備組織運(yùn)用特點(diǎn)和保障能力要求，設(shè)定電臺(tái)、微波、散射、移動(dòng)裝備為滿足“或”關(guān)系的裝備類型；數(shù)據(jù)鏈、導(dǎo)航定位、頻譜管理為滿足“或”關(guān)系的裝備類型；其余皆為滿足“與”關(guān)系的裝備類型。則單類裝備可用性Aij，子系統(tǒng)裝備可用性Ai，結(jié)果如表3 所示。

表3 信息通信裝備可用性相關(guān)參數(shù)

綜上可得，信息通信裝備系統(tǒng)可用性向量

3.2 可信性D 計(jì)算

1）假設(shè)執(zhí)行某戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)信息通信保障任務(wù)，周期為12 h。其單類裝備可靠度Rij、維修度Lij；子系統(tǒng)裝備Ri、Li，結(jié)果如表4 所示。

表4 信息通信裝備可信性相關(guān)參數(shù)1

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

同理，不同任務(wù)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(guān)參數(shù)2

表6 典型任務(wù)中信息通信裝備運(yùn)用參數(shù)組合賦權(quán)表

3.3 保障能力C 計(jì)算

3.3.1 確定指標(biāo)權(quán)重

對(duì)比高原高寒、遠(yuǎn)程遠(yuǎn)海、空降作戰(zhàn)、防空作戰(zhàn)4 種典型信息通信保障任務(wù)中裝備組織運(yùn)用情況，進(jìn)行熵值賦權(quán)；組織不同建制高原信息通信不對(duì)指揮員、參謀人員、裝備維修人員、基層技術(shù)骨干，以及科技院所相關(guān)專業(yè)人員、裝備生產(chǎn)廠家技術(shù)人員等領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)同一層次指標(biāo)兩兩對(duì)比，并經(jīng)過反復(fù)征詢、歸納統(tǒng)計(jì)得出對(duì)比結(jié)果，進(jìn)行AHP 賦權(quán)；最終乘法合成確定指標(biāo)權(quán)重。

3.3.2 指標(biāo)量化

1）定量參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，定性參數(shù)的專家評(píng)價(jià)，指標(biāo)綜合計(jì)算及歸一化處理，結(jié)果分別如表7～表9 所示。

表7 定量參數(shù)的數(shù)據(jù)采集結(jié)果

表8 定量參數(shù)的專家評(píng)價(jià)結(jié)果

表9 高原高寒信息通信裝備指標(biāo)參數(shù)信息表

2）指標(biāo)模糊評(píng)價(jià)值

3.3.3 綜合能力值C

設(shè)定Li=0.4，因所有指標(biāo)值都高于Li，則：

3.4 環(huán)境適應(yīng)能力Q 計(jì)算

1）指標(biāo)權(quán)重

2）單指標(biāo)評(píng)價(jià)值

3）環(huán)境適應(yīng)能力值Q

3.5 信息通信裝備作戰(zhàn)效能綜合評(píng)估

由公式E=ADCQ 可得出不同保障周期的戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)保障信息通信裝備作戰(zhàn)效能E1，指揮所、骨干網(wǎng)絡(luò)保障信息通信裝備作戰(zhàn)效能E2。并分別給出裝備作戰(zhàn)效能與保障周期的關(guān)系圖。

圖4 單次維修條件的裝備作戰(zhàn)效能與保障周期關(guān)系圖

圖5 多次維修條件的裝備作戰(zhàn)效能與保障周期關(guān)系圖

3.6 評(píng)估結(jié)果分析

從評(píng)估過程和結(jié)果來看，評(píng)價(jià)戰(zhàn)時(shí)信息通信裝備作戰(zhàn)效能的關(guān)鍵因素均受到高原環(huán)境的較大影響。環(huán)境適應(yīng)能力方面，加入戰(zhàn)場環(huán)境適應(yīng)性分析的裝備作戰(zhàn)效能明顯低于裝備固有保障能力，既與實(shí)際情況相符，也反映出高原高寒信息通信裝備建設(shè)發(fā)展和組織運(yùn)用中存在的短板不足；信息通信保障能力方面，在高原環(huán)境下，衛(wèi)星傳輸效能、微波傳輸效能、散射傳輸效能、導(dǎo)航定位能力、機(jī)動(dòng)運(yùn)載能力、電源保障能力等指標(biāo)性能普遍不高，降低了整體作戰(zhàn)效能；裝備供應(yīng)維修能力方面，戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)信息通信保障，損毀裝備主要依靠備品備件修復(fù)，裝備作戰(zhàn)效能隨保障時(shí)間增長成指數(shù)下降，指揮所、骨干網(wǎng)絡(luò)信息通信保障，損毀裝備依靠裝技力量與備品備件結(jié)合修復(fù)，裝備作戰(zhàn)效能隨保障時(shí)間增長上升后趨于穩(wěn)定，且普遍好于第一種情況。

針對(duì)評(píng)估結(jié)果分析，應(yīng)進(jìn)一步在推進(jìn)裝備高原適應(yīng)改造、加強(qiáng)信息通信裝備高原戰(zhàn)場環(huán)境適應(yīng)能力、完善不同任務(wù)的高原信息通信裝備編配標(biāo)準(zhǔn)和備品備件補(bǔ)充，以及優(yōu)化裝備儲(chǔ)備供應(yīng)布局結(jié)構(gòu)、探索軍地聯(lián)合裝備保障模式、建強(qiáng)裝備技術(shù)保障隊(duì)伍、提升戰(zhàn)時(shí)裝備維修效率上下功夫，從而全面提升戰(zhàn)時(shí)高原信息通信裝備保障水平。

4 結(jié)論

運(yùn)用改進(jìn)的ADCQ 模型對(duì)高原信息通信裝備作戰(zhàn)效能進(jìn)行評(píng)估，充分考慮了高原戰(zhàn)場環(huán)境對(duì)信息通信裝備作戰(zhàn)效能的影響，使評(píng)估更加科學(xué)合理。針對(duì)評(píng)估過程和結(jié)果進(jìn)行分析，提出了提升高原信息通信裝備建設(shè)發(fā)展和組織運(yùn)用的對(duì)策建議，同時(shí)，檢驗(yàn)了評(píng)估方法的有效性和可行性，并為開展不同作戰(zhàn)樣式及戰(zhàn)場環(huán)境下的信息通信裝備作戰(zhàn)效能評(píng)估提供了思路和借鑒。