亓鵬程，郭齊勝，董志明，李 亮

(陸軍裝甲兵學院，北京100072)

1 引言

隨著信息通信技術(shù)與智能控制技術(shù)的飛速發(fā)展和現(xiàn)代軍事變革的不斷深化，信息化、無人化、智能化作戰(zhàn)已成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的重要發(fā)展方向。無人裝備作為重要的新質(zhì)戰(zhàn)斗力生成點正越來越多的應用于軍事實踐，成為現(xiàn)代戰(zhàn)場上一支不可忽視的軍事力量。地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作為陸軍無人裝備的典型代表，是指由地面無人平臺、任務載荷、通信系統(tǒng)、指控終端等部分組成，可自主或通過作戰(zhàn)人員遠程遙控方式執(zhí)行戰(zhàn)場偵察、火力打擊、作戰(zhàn)保障等作戰(zhàn)任務的裝備系統(tǒng)[1]。地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作為一類新型無人裝備，在裝備發(fā)展規(guī)劃與論證過程中一個重要方面就是對其體系融合度進行評估。

體系融合度是我軍在裝備試驗鑒定領(lǐng)域提出的一個新課題，主要是指裝備與特定作戰(zhàn)體系內(nèi)其它裝備之間互操作、協(xié)同作戰(zhàn)能力，即裝備融入體系的能力[2]。目前，學術(shù)界對體系融合度概念內(nèi)涵、評估指標體系、評估方法模型等方面研究還不深入，針對地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)體系融合度的相關(guān)研究尚處于起步階段。隨著各類型地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)不斷列裝定型并裝配部隊，亟需開展地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)體系融合度評估理論與方法的研究。通過對體系融合度的考核評估，可以從裝備體系全局的角度定量分析地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)這一新型裝備能否與現(xiàn)有裝備體系有效融合、融合程度如何，直觀反映地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)在體系融合方面的特性，找出制約地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)融入現(xiàn)有裝備體系的短板弱項，從而進一步優(yōu)化裝備體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)裝備體系化發(fā)展，為裝備發(fā)展規(guī)劃與論證提供決策支撐。

本文主要針對地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)體系融合度評估問題，分析了地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)使命任務，從體系接入度、體系適配性、編成適用性三個方面出發(fā)構(gòu)建了地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)體系融合度評估指標體系。針對地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)體系融合度評估指標數(shù)量多、定性指標與定量指標結(jié)合的特點，構(gòu)建了基于模糊層次分析方法(Fuzzy-AHP)[3]～[5]的評估模型，實現(xiàn)了對地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)體系融合度的評估。

2 評估指標體系構(gòu)建

2.1 總體思路

體系融合度是裝備作戰(zhàn)試驗的重要考核內(nèi)容，屬于體系適用性的范疇[6]。裝備的體系融合度的高低與裝備體系作戰(zhàn)效能緊密相關(guān)，裝備體系融合度越高，即被試裝備與裝備體系的融合能力和匹配程度越高，越有利于體系作戰(zhàn)效能發(fā)揮。構(gòu)建體系融合度指標，要緊密結(jié)合裝備作戰(zhàn)運用實際，準確反映裝備實戰(zhàn)特性。從確定作戰(zhàn)試驗目標出發(fā)，分析地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)使命任務，研究提出關(guān)鍵適用性問題，而后將關(guān)鍵適用性問題解析為若干適用性問題，由適用性問題映射到適用性指標集，進而找出與所需適用性指標相關(guān)聯(lián)的底層數(shù)據(jù)元，以此建立體系融合度評估指標體系，總體思路如圖1所示。

圖1 指標體系構(gòu)建總體思路

2.2 構(gòu)建流程

按照2.1節(jié)中指標體系構(gòu)建思路，按以下步驟構(gòu)建地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)體系融合度評估指標體系。

1)確定作戰(zhàn)試驗目標

確定作戰(zhàn)試驗目標是構(gòu)建武器裝備評估指標體系的基礎(chǔ)和前提[7]。要區(qū)分性能試驗、作戰(zhàn)效能試驗和適用性試驗，有針對性的構(gòu)建指標體系。體系融合度評估屬于體系適用性的考核內(nèi)容，與效能類指標不同，適用性指標往往包含較多定性指標。在構(gòu)建時，要從體系融合度的內(nèi)涵出發(fā)，聚焦裝備作戰(zhàn)運用實際，深入挖掘被試裝備與作戰(zhàn)體系之間的相互作用機理，力求全面反映裝備體系特征。

2)作戰(zhàn)使命任務分析

地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)是信息化戰(zhàn)爭條件下重要的新質(zhì)戰(zhàn)斗力量，是網(wǎng)絡信息體系聯(lián)合作戰(zhàn)的重要裝備，其作戰(zhàn)使命是根據(jù)作戰(zhàn)任務需要，與有人作戰(zhàn)力量融合編組，通過減少己方人員傷亡、降低人員戰(zhàn)場負荷、提升戰(zhàn)場保障能力、增大有效作戰(zhàn)范圍等途徑實現(xiàn)體系作戰(zhàn)效能的提高。在作戰(zhàn)中主要執(zhí)行情報偵察、火力打擊、機動突擊、排爆除障等任務。

3)提出關(guān)鍵適用性問題

所謂關(guān)鍵適用性問題是指與裝備系統(tǒng)作戰(zhàn)、訓練、維護、保障等方面緊密相關(guān)的重要問題，關(guān)注的是裝備作戰(zhàn)運用的適用性特性。關(guān)鍵適用性問題的提出目的是將試驗評估需求轉(zhuǎn)化為具體明確的問題，一方面便于評估人員理解，另一方面又能較為準確的反映裝備實戰(zhàn)特性同時降低試驗的復雜度。以地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)體系融合度評估為例，提出關(guān)鍵適用性問題如下：“在作戰(zhàn)運用中，地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)體系接入度如何？體系適配性如何？編成適用性如何？”

4)解析關(guān)鍵適用性問題

關(guān)鍵適用性問題往往相對比較宏觀，難以通過試驗測得的指標直接回答。需要將關(guān)鍵適用性問題進一步解析成若干適用性問題，對應建立若干適用性指標集，以此回答關(guān)鍵適用性問題。例如，可以將關(guān)鍵適用性問題“地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)體系接入度如何？”解析為2個適用性問題：“地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)信息融合度如何？信息通連性如何？”

5)構(gòu)建適用性指標集

對應各個關(guān)鍵適用性問題及解析出的子問題，初步映射為適用性指標集。例如，3個關(guān)鍵適用性問題對應映射為3個一級指標集：體系接入度、體系適配性、編成適用性；其中，體系接入度所對應的2個適用性問題又可映射為2個二級指標集：信息融合度、信息通連性。

6)確定底層評估指標

底層指標是指能夠通過試驗數(shù)據(jù)或?qū)＜掖蚍?、問卷調(diào)查等方式直接獲取的數(shù)據(jù)元，若干數(shù)據(jù)元組合起來構(gòu)成底層評估指標集合，包括定性指標與定量指標兩類。例如，信息融合度可分解為態(tài)勢信息兼容度、指控信息兼容度、組網(wǎng)節(jié)點覆蓋率3個底層指標。

2.3 指標體系

按照上述步驟，構(gòu)建地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)體系融合度評估指標體系如表1所列。

表1 地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)體系融合度評估指標體系

3 基于Fuzzy-AHP的評估方法

地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)體系融合度指標體系具有層次結(jié)構(gòu)明顯，指標數(shù)量眾多，定性指標與定量指標相結(jié)合等特點，其評估過程是定量計算與定性分析相結(jié)合的多指標綜合決策過程，針對這一特點，本文采用了基于模糊層次分析法(Fuzzy-AHP，F(xiàn)uzzy analysis hierarchy process)的綜合評估方法實現(xiàn)了地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)體系融合度評估。模糊層次分析法將層次分析法與模糊綜合評判法相結(jié)合，把定性分析轉(zhuǎn)化為定量運算，能夠科學有效的提高評估結(jié)果的準確性，其評估模型如圖2所示，具體步驟可分為4步：建立評價因素集及評語集、確定各級指標權(quán)重、確定模糊評判矩陣、多級模糊綜合計算。

圖2 基于Fuzzy-AHP的體系融合度評估模型

3.1 建立評價因素集及評語集

1)評價因素集

對多級遞階層次結(jié)構(gòu)模型逐層建立評估因素集合，設指標I下級包含n個評價因素，記作評價因素集I=(A1，A2，…An)，其中每個評價因素Ai(i=1，2，…n)又包含不同多個評價因素，記作Ai=(Bi1，Bi2，…Bij)。以此類推，建立所有評價因素集合。

2)評語集

評語集是由評估組成員依據(jù)評估對象特點建立的不同評估等級的集合?？蓪⒃u語集表示為V=(V1，V2，…Vm)，評語集中的每個元素代表一個評價等級，按照由高到低的順序排列。具體評價等級可根據(jù)實際情況設定，例如，按照五級評定法構(gòu)建評語集V={優(yōu)秀(V1)，良好(V2)，一般(V3)，較差(V4)，很差(V5)}。

3.2 確定各級指標權(quán)重

評估指標體系確定后，需要對各個層級指標分別賦予相應的權(quán)重，以體現(xiàn)各個指標在評估指標體系中的地位作用和重要程度。指標權(quán)重確定是否科學合理，直接影響評估結(jié)果的科學性。本文通過AHP法確定指標權(quán)重，具體方法可參考文獻[9]，在此不再贅述。

3.3 確定模糊評判矩陣

在地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)體系融合度評估指標體系中既包含定性指標又包含定量指標，在確定隸屬度時要區(qū)分定性指標和定量指標。

(1)

(2)

對于定量指標，例如組網(wǎng)節(jié)點覆蓋率、遙控指令連通成功率、人工干預次數(shù)占比等，這些定量指標數(shù)據(jù)是通過裝備作戰(zhàn)試驗實際測得或作戰(zhàn)仿真獲取，屬性更加客觀，但實際上這些指標的量綱不同、類型不同，有的要求數(shù)值越大越好，如遙控指令連通成功率；有的要求數(shù)值越小越好，如人工干預次數(shù)占比；有的則是要求數(shù)值在某個區(qū)間最好。這些指標數(shù)值互相之間不具備可比性，在評估時需要將定量指標數(shù)據(jù)進行無量綱歸一化處理，通?？梢圆捎秒`屬度函數(shù)確定其隸屬度。但在解決裝備實際問題過程中，往往難以在有限的試驗次數(shù)條件下找到能夠較好的擬合指標數(shù)值分布特點的隸屬度函數(shù)。為此，本文提出了一種基于評語等級區(qū)間量化的定量指標隸屬度確定方法。具體方法為：

Step1：對所有的定量指標，根據(jù)評語集所劃分等級，咨詢專家確定每個指標對應的各個等級的取值范圍，進行區(qū)間量化；

Step2：根據(jù)定量指標的實際試驗測量或仿真數(shù)值，判斷其對應評語集等級；

Step3：指標實際數(shù)值落在哪個等級區(qū)間范圍內(nèi)，則對應該等級的隸屬度為“1”，其余等級隸屬度為“0”，確定定量指標隸屬度向量。

定性指標和定量指標的隸屬度向量都確定以后，按照所在評價因素集組合，即可建立底層評價因素集到評語集V=(V1，V2，…Vm)的模糊判斷矩陣。

3.4 多級模糊綜合計算

地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)體系融合度評估是一個典型的多級模糊綜合評價模型。對于層級較多的結(jié)構(gòu)應用模糊綜合評價時，要從最底層開始，逐層向上進行模糊綜合計算，直至得到最終評價結(jié)果。下面以表1所給出的三級遞階層次結(jié)構(gòu)為例說明。

1)一級模糊評價

設底層評價因素集Bij的模糊判斷矩陣為Rij，權(quán)重向量為Wij。記其模糊評價結(jié)果為Bij，則有

Bij=Wij°Rij

(3)

其中，i表示底層評價因素集Bij的類別，j表示該底層評價因素集中包含指標的個數(shù)，符號“°”為模糊合成算子，通常有四種模糊合成算子：M(∧，∨)算子，M(·，∨)算子，M(∧，⊕)算子，M(·，⊕)算子。根據(jù)體系融合度評估的特點，同時兼顧各指標因素的影響，此處采用第四種加權(quán)平均型M(·，⊕)算子[10]。

2)二級模糊評價

二級模糊評價是對評價因素集Ai進行的評價，設對應每個評價因素集Ai權(quán)重向量為Wi，模糊判斷矩陣為Ri，則有

Ai=Wi°Ri

(4)

其中，Ri是由一級模糊評價結(jié)果Bij按照評價因素集類別組成的模糊判斷矩陣，即

(5)

3)三級模糊評價

三級模糊評價是對目標層I進行的評價，設目標層I下各指標對應的權(quán)重向量為W，模糊判斷矩陣為R，則有

I=W°R

(6)

其中，R是由二級模糊評價結(jié)果Ai組成的模糊判斷矩陣，即

(7)

經(jīng)三級模糊綜合計算求得I后，根據(jù)最大隸屬度原則，即可得出最終評估結(jié)果。

4 評估應用示例

根據(jù)前面建立的基于Fuzzy-AHP的評估模型，對某地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)體系融合度進行具體評估。

4.1 指標數(shù)據(jù)仿真獲取

指標體系和評估模型建立后，還需要獲取底層評估指標數(shù)據(jù)，作為評估模型的基本輸入。定性指標數(shù)據(jù)主要通過咨詢專家打分、問卷調(diào)查等途徑獲取。對于定量指標，依托“裝甲兵作戰(zhàn)實驗系統(tǒng)”進行仿真獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，作為確定定量指標隸屬度的基本依據(jù)。根據(jù)對抗紅藍雙方裝備體系基本情況構(gòu)建仿真模型，開展作戰(zhàn)仿真，利用仿真軟件收集原始實驗數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析相同條件下大量實驗的規(guī)律，確定各指標數(shù)值。例如組網(wǎng)節(jié)點覆蓋率、遙控指令連通成功率、戰(zhàn)場態(tài)勢信息回傳成功率等指標可通過多次實驗獲得較為穩(wěn)定數(shù)值，作為評估模型的基本輸入。

4.2 建立評價因素集和評語集

依據(jù)前文建立的地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)體系融合度評估指標體系(見表1)，建立三級評價因素集：

第一層評價因素集：I={A1，A2，A3}；

第二層評價因素集：A1={B11，B12}，A2={B21，B22，B23，B24，B25}，A3={B31，B32}；

第三層評價因素集：B11={C111，C112，C113}，B12={C121，C122，C123}，B21={C211，C212，C213}，B22={C221，C222，C223}，B23={C231，C232，C233}，B24={C241，C242，C243}，B25={C251，C252，C253，C254}，B31={C311，C312，C313}，B32={C321，C322，C323}。

依據(jù)體系融合度評估的需要，確定評語集V={優(yōu)秀，良好，一般，較差，很差}。

4.3 計算各級指標權(quán)重

基于AHP法確定各層級指標權(quán)重值如表2所示。

表2 體系融合度各評價指標權(quán)重

4.4 確定模糊判斷矩陣

按照3.3節(jié)中方法，分別對定性指標和定量指標的隸屬度向量進行確定，以評估指標指標信息融合度B11為例，其包含“態(tài)勢信息兼容度C111、指控信息兼容度C112、組網(wǎng)節(jié)點覆蓋率C113”3個底層指標，既有定性指標也有定量指標，下面分別確定其隸屬度。

對于定性指標，邀請10位領(lǐng)域?qū)＜医M成評估小組，對各個底層評估指標按照給定評語集進行評價，計算出各個指標隸屬度。專家評價結(jié)果如表3所示，由式(1)和式(2)即可求得“態(tài)勢信息兼容度C111”的隸屬度向量r111=(0.2 0.5 0.2 0.1 0)，“指控信息兼容度C112”的隸屬度向量r112=(0.3 0.3 0.2 0.1 0.1)。

表3 定性指標C111、C112專家評價結(jié)果

對定量指標，根據(jù)專家意見對“組網(wǎng)節(jié)點覆蓋率C113”按照評語集各等級劃分評價區(qū)間如表4所列，通過仿真得到指標取值C113=0.83，則對應“良好”等級隸屬度為“1”，確定隸屬度向量為r113=(0 1 0 0 0)。

表4 定量指標C113評價等級區(qū)間劃分

將定性與定量指標對應的隸屬度向量組合，即可得到信息融合度B11的模糊判斷矩陣為

以此類推，確定所有定性指標與定量指標的隸屬度，得到各評價因素集的模糊判斷矩陣。

4.5 多級模糊綜合計算

按照3.4節(jié)中方法逐級進行模糊綜合計算，可求得各評估因素集對應的評價結(jié)果，最終得出體系融合度評估結(jié)果

I=[0.147 0.557 0.2193 0.0701 0.0095]

4.6 評估結(jié)果分析

對照評語集V={優(yōu)秀，良好，一般，較差，很差}，在5個評價等級中，地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)體系融合度對“優(yōu)秀”等級的隸屬度為0.147，對“良好”等級的隸屬度為0.557，對“一般”等級的隸屬度為0.2193，對“較差”等級的隸屬度為0.0701，對“很差”等級的隸屬度為0.0095，評估結(jié)果如圖3所示。根據(jù)最大隸屬度原則，該地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)體系融合度評估結(jié)果為“良好”。

圖3 評估結(jié)果

5 結(jié)束語

論文分析了地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的作戰(zhàn)使命任務，從體系接入度、體系適配性、編成適用性3個一級指標出發(fā)，構(gòu)建了地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)體系融合度評估指標體系，基于模糊層次分析法實現(xiàn)了對地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)體系融合度的評估。該方法較好的適用于體系融合度評估指標層級多、數(shù)量多、定性指標與定量指標相結(jié)合的特點，評估結(jié)果可為地面無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的試驗鑒定提供參考。