指揮信息系統(tǒng)驗(yàn)證理論和驗(yàn)證方法

王文普，劉光耀，楊 慧，楊學(xué)春

(1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十五研究所，北京 100083;2.解放軍95899部隊(duì)，北京 100094)

指揮信息系統(tǒng)，也稱指揮自動(dòng)化系統(tǒng)，美軍稱為C3I系統(tǒng)或C4ISR系統(tǒng)，是現(xiàn)代化軍隊(duì)的神經(jīng)中樞，是軍隊(duì)的重要軍事裝備和作戰(zhàn)體系的重要節(jié)點(diǎn)，被稱為“兵力倍增器”，它的性能在很大程度上會(huì)影響甚至決定戰(zhàn)爭(zhēng)的勝負(fù)。指揮信息系統(tǒng)涉及指揮、控制、通信和情報(bào)等諸多領(lǐng)域，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能多樣、實(shí)時(shí)性要求高等特點(diǎn)。因此，指揮信息系統(tǒng)驗(yàn)證(包括檢驗(yàn)、仿真測(cè)試等)的相關(guān)課題已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

本文從什么是“驗(yàn)證”出發(fā)，針對(duì)“指揮信息系統(tǒng)驗(yàn)證”，從概念和含義、產(chǎn)品和結(jié)果、目的和作用等多方面進(jìn)行了詳細(xì)解讀，給出了較詳細(xì)的驗(yàn)證方法和步驟，并就驗(yàn)證與測(cè)試的區(qū)別和關(guān)聯(lián)進(jìn)行了討論，然后對(duì)廣義概念上的“指揮信息系統(tǒng)驗(yàn)證”做了更深入的探討，最后提出了驗(yàn)證應(yīng)遵序的原則和注意事項(xiàng)。

1 “驗(yàn)證”相關(guān)理解和表述

對(duì)于什么是“驗(yàn)證”、什么是“指揮信息系統(tǒng)驗(yàn)證”，多數(shù)文獻(xiàn)基本都認(rèn)為“指揮信息系統(tǒng)驗(yàn)證”(包括仿真測(cè)試、研究)應(yīng)主要采用試驗(yàn)的方式進(jìn)行［1-6］，然而到目前為止對(duì)于“驗(yàn)證”、“指揮信息系統(tǒng)驗(yàn)證”卻沒有較公認(rèn)的答案或說法。以下是幾種相關(guān)的理解和表述。

1)“驗(yàn)證”是“檢驗(yàn)或測(cè)驗(yàn)精確性或準(zhǔn)確性”［7］。

2)指揮自動(dòng)化/作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)的“仿真測(cè)試”［1-4］，基本都認(rèn)為“仿真測(cè)試”是“對(duì)系統(tǒng)的功能、性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試”。

3)根據(jù)目的把概念上的試驗(yàn)分為3類［8、9］:

① 探索發(fā)現(xiàn)試驗(yàn):產(chǎn)生出合適的觀點(diǎn)和理論假說，并加以驗(yàn)證和調(diào)整;

②假設(shè)檢驗(yàn)試驗(yàn):找到敏感/影響程度大的因素，發(fā)現(xiàn)/確定因果關(guān)系;并認(rèn)為此模式可以“發(fā)現(xiàn)異常、尋找不足，進(jìn)一步優(yōu)化概念”;

③演示驗(yàn)證試驗(yàn):證實(shí)知識(shí)的存在性和可行性。

4)根據(jù)目的把武器系統(tǒng)的試驗(yàn)分為3類［10］:

①研制性試驗(yàn):對(duì)于研制中的武器系統(tǒng)或分系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)以驗(yàn)證部分戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能是否符合預(yù)期;

②鑒定性試驗(yàn):對(duì)于研制完成的武器系統(tǒng)進(jìn)行全面的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)考核以決定能否定型，也稱“定型試驗(yàn)”;

③抽檢性試驗(yàn):對(duì)于批量生產(chǎn)的武器系統(tǒng)，抽取部分進(jìn)行考核以決定本批產(chǎn)品是否通過驗(yàn)收。

上述表述中“仿真測(cè)試”與“驗(yàn)證”較接近，而且也可以把“驗(yàn)證”歸類于“假設(shè)檢驗(yàn)試驗(yàn)”或“鑒定性試驗(yàn)”，但都不夠具體、不夠明確，未能達(dá)到用于指導(dǎo)開展“指揮信息系統(tǒng)驗(yàn)證”的程度。因此，本文將從多方面、多角度對(duì)“指揮信息系統(tǒng)驗(yàn)證”進(jìn)行解讀。

2 “指揮信息系統(tǒng)驗(yàn)證”詳解

2.1 概念和含義

具體到“指揮信息系統(tǒng)驗(yàn)證”，參考上述“驗(yàn)證”相關(guān)的理解和表述，我們認(rèn)為其含義應(yīng)當(dāng)是:“對(duì)于已完成階段開發(fā)或全部開發(fā)的實(shí)際指揮信息系統(tǒng)，由最終使用方組織或主持，在實(shí)際或接近實(shí)際的應(yīng)用條件(對(duì)于軍事指揮系統(tǒng)，就是實(shí)戰(zhàn)條件)下，尤其是在邊界、緊急、特殊條件下，全面檢驗(yàn)其各項(xiàng)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)是否滿足預(yù)期要求所進(jìn)行的試驗(yàn)的統(tǒng)稱?！彼鲱A(yù)期要求，是指系統(tǒng)立項(xiàng)論證報(bào)告、研制任務(wù)書所規(guī)定的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)值。為表述簡(jiǎn)便，在不致混淆的前提下，本文討論中把“指揮信息系統(tǒng)驗(yàn)證”簡(jiǎn)寫為“驗(yàn)證”。

2.2 產(chǎn)品和結(jié)果

根據(jù)以上給出的含義，我們認(rèn)為通過“驗(yàn)證”除得到產(chǎn)品——驗(yàn)證數(shù)據(jù)外，至少還應(yīng)當(dāng)?shù)玫揭韵陆Y(jié)果。

1)驗(yàn)證結(jié)論

各項(xiàng)指標(biāo)是否滿足預(yù)期要求:哪些指標(biāo)滿足、哪些指標(biāo)不滿足。

2)程度和條件

①指標(biāo)是在所有條件下都滿足要求，還是在部分條件下滿足要求;

②指標(biāo)的極大值/極小值是多少，相應(yīng)的條件是什么;

③指標(biāo)滿足要求的程度或欠缺的程度具體有多大。

上述結(jié)果，概括為一句話就是:不僅要回答是否滿足要求(定性)，還要回答滿足或欠缺到什么程度(定量)。

2.3 目的和作用

我們認(rèn)為驗(yàn)證的目的和作用是根據(jù)驗(yàn)證結(jié)論(是否滿足預(yù)期要求)，來決定能否轉(zhuǎn)階段或能否交付使用。

圖1 指揮信息系統(tǒng)的生命周期

2.4 開展時(shí)機(jī)

驗(yàn)證工作的開展時(shí)機(jī)是:轉(zhuǎn)階段之前或采辦并裝備部隊(duì)之前。

2.5 驗(yàn)證對(duì)象

對(duì)于驗(yàn)證對(duì)象——指揮信息系統(tǒng)，我們認(rèn)為可分為廣義、狹義兩類。廣義的指揮信息系統(tǒng)是指C4ISR系統(tǒng)，即指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)、情報(bào)、監(jiān)視和偵察系統(tǒng);狹義的指揮信息系統(tǒng)是指指揮、控制/引導(dǎo)系統(tǒng)，即C2系統(tǒng)。

驗(yàn)證對(duì)象狀態(tài):已完成階段開發(fā)或全部開發(fā)的實(shí)際指揮信息系統(tǒng)。

2.6 實(shí)施方式

為確保客觀性、可信性，驗(yàn)證最好在驗(yàn)證對(duì)象的實(shí)際應(yīng)用條件下實(shí)施。然而實(shí)際應(yīng)用條件的構(gòu)建花費(fèi)巨大，且有較大危險(xiǎn)性(尤其對(duì)于軍事指揮系統(tǒng)而言)。結(jié)合參考文獻(xiàn)［1-6，10］和實(shí)際情況，我們認(rèn)為“驗(yàn)證”應(yīng)以少量的演習(xí)結(jié)合大量的仿真試驗(yàn)進(jìn)行，特別是“實(shí)際系統(tǒng)+仿真手段”構(gòu)造的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)，是一種可控、可信、經(jīng)濟(jì)、高效的方式。至于如何構(gòu)造仿真虛擬戰(zhàn)場(chǎng)、如何與驗(yàn)證對(duì)象連接等，許多參考文獻(xiàn)都有詳細(xì)論述［1-6］，本文不再重復(fù)。

2.7 地位和意義

圖1是指揮信息系統(tǒng)的整個(gè)生命周期?？梢钥闯?，如果缺少“系統(tǒng)驗(yàn)證”這一環(huán)節(jié)，那么就會(huì)從“系統(tǒng)研制”直接進(jìn)入“系統(tǒng)采辦”(如圖中虛線所示)，進(jìn)而直接付諸“系統(tǒng)應(yīng)用”。這樣勢(shì)必會(huì)存在很大風(fēng)險(xiǎn)。而“系統(tǒng)驗(yàn)證”，就是要“在實(shí)際或接近實(shí)際的應(yīng)用條件下，全面檢驗(yàn)其各項(xiàng)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)”。因此“系統(tǒng)驗(yàn)證”作為采辦和應(yīng)用之前的最后環(huán)節(jié)，其意義就是確保系統(tǒng)的質(zhì)量并減少在實(shí)際使用中(尤其是實(shí)戰(zhàn)中)的風(fēng)險(xiǎn)。

3 “指揮信息系統(tǒng)驗(yàn)證”的方法和步驟

如前所述，驗(yàn)證就是一種為全面檢驗(yàn)系統(tǒng)各項(xiàng)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)是否滿足要求而開展的試驗(yàn)活動(dòng)。參考文獻(xiàn)［8］認(rèn)為試驗(yàn)的典型步驟為:制定方案、試驗(yàn)實(shí)施、試驗(yàn)總結(jié);而參考文獻(xiàn)［9］把試驗(yàn)劃分為試驗(yàn)前階段、試驗(yàn)實(shí)施階段、試驗(yàn)后階段3個(gè)階段。結(jié)合上述參考文獻(xiàn)的具體敘述以及我們對(duì)驗(yàn)證的理解，我們把驗(yàn)證分為以下4個(gè)階段共7個(gè)步驟。

1)分析規(guī)劃階段

①確定驗(yàn)證指標(biāo):明確具體驗(yàn)證什么;

②確定驗(yàn)證指標(biāo)的可能的影響因素及水平:根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，以用于后續(xù)的計(jì)算和分析;

③確定驗(yàn)證條件:通常根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)理論進(jìn)行。

2)準(zhǔn)備階段

④制作驗(yàn)證想定:包括作戰(zhàn)編成、武器配置、指揮通信關(guān)系、行動(dòng)計(jì)劃及作戰(zhàn)環(huán)境等;

⑤構(gòu)建虛擬戰(zhàn)場(chǎng):開發(fā)/準(zhǔn)備想定涉及的戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)體(可分為實(shí)裝、模擬器、軟件模型)，并與驗(yàn)證對(duì)象——指揮信息系統(tǒng)相互連接;

3)執(zhí)行階段

⑥執(zhí)行驗(yàn)證試驗(yàn)并采集數(shù)據(jù):虛擬戰(zhàn)場(chǎng)的態(tài)勢(shì)信息作為激勵(lì)輸入指揮信息系統(tǒng)，指揮信息系統(tǒng)顯示信息并給出提示和告警(如有)，操作人員根據(jù)這些信息及指揮信息系統(tǒng)的輔助決策結(jié)果(如有)形成指揮指令，并通過指揮信息系統(tǒng)把指令發(fā)給相應(yīng)的戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)體，以此改變戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，如此循環(huán)，直至驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)束，在整個(gè)過程中，驗(yàn)證平臺(tái)系統(tǒng)應(yīng)采集必要的數(shù)據(jù)，以備計(jì)算和分析;

4)計(jì)算分析階段

⑦得出驗(yàn)證結(jié)果:對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、分析，即可得到驗(yàn)證結(jié)果。

4 驗(yàn)證與測(cè)試的區(qū)別和關(guān)聯(lián)

實(shí)際上，在研究過程中，不僅需要思考解答什么是“驗(yàn)證”以及什么是“指揮信息系統(tǒng)驗(yàn)證”，還經(jīng)常被問及或自我迷惑于驗(yàn)證與測(cè)試有何區(qū)別、又有何關(guān)聯(lián)。為此我們?cè)?3個(gè)方面對(duì)驗(yàn)證和測(cè)試進(jìn)行了對(duì)比，具體內(nèi)容見表1。

表1 驗(yàn)證與測(cè)試的對(duì)比

通過表1可以看出，驗(yàn)證和測(cè)試有較大區(qū)別。實(shí)際上，我們認(rèn)為驗(yàn)證是一種更全面、更綜合、更嚴(yán)格的測(cè)試，是測(cè)試的延伸和強(qiáng)化。但顯然驗(yàn)證的重點(diǎn)在于具有戰(zhàn)術(shù)意義的性能指標(biāo)的測(cè)量。此處所述“具有戰(zhàn)術(shù)意義的性能指標(biāo)”，而不一定是指“戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)”。事實(shí)上，某些技術(shù)指標(biāo)對(duì)作戰(zhàn)也會(huì)有較大的影響，因此也應(yīng)被認(rèn)為是“具有戰(zhàn)術(shù)意義的性能指標(biāo)”。當(dāng)然，“具有戰(zhàn)術(shù)意義的性能指標(biāo)”的劃分和認(rèn)定，就像戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)的劃分一樣，也沒有明確、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

5 “指揮信息系統(tǒng)驗(yàn)證”的深入討論

以上我們對(duì)“指揮信息系統(tǒng)驗(yàn)證”進(jìn)行了較詳細(xì)的解讀。然而就驗(yàn)證結(jié)果以及驗(yàn)證目的和作用而言，若到此為止，我們僅僅能做到“知其然”，還不能做到“知其所以然”，更不能做到在不滿足要求時(shí)提出改進(jìn)意見。而前面所描述的“驗(yàn)證”僅僅是開始和基礎(chǔ)，實(shí)際上據(jù)此還可以開展更豐富、更深入的工作。這些工作一般被稱為“研究”［5-6］，但我們認(rèn)為它們與“驗(yàn)證”的關(guān)系非常緊密，也屬于廣義概念上的“驗(yàn)證”范疇。這些工作按照逐漸深入的順序共包括:

1)確定因素的影響程度

確定各因素的影響程度并排序，即哪個(gè)因素對(duì)指標(biāo)影響大，哪個(gè)因素對(duì)指標(biāo)影響小。這項(xiàng)工作的意義在于為后續(xù)試驗(yàn)中因素的增減取舍提供依據(jù)。

2)判明趨勢(shì)

判明指標(biāo)隨各因素變化的趨勢(shì)，如遞增/遞減、增減速率以及區(qū)間范圍。即定量回答指標(biāo)隨因素在何水平范圍內(nèi)遞增，在何水平范圍內(nèi)遞減，增減速率又是多少。

3)找出規(guī)律

通過大量的驗(yàn)證數(shù)據(jù)，應(yīng)能找出指標(biāo)和各因素之間的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，做到“數(shù)中有術(shù)”，即從大量數(shù)據(jù)中找出指標(biāo)和各因素之間的函數(shù)關(guān)系，也就是進(jìn)行所謂的“數(shù)據(jù)挖掘”。

4)指明改進(jìn)方向

對(duì)于不滿足要求的指標(biāo)和相應(yīng)條件(用各因素值的組合來描述)，根據(jù)趨勢(shì)和規(guī)律，應(yīng)能給出系統(tǒng)改進(jìn)的定量化建議，做到“術(shù)中有數(shù)”，這樣才能使后續(xù)的改進(jìn)工作有所依據(jù)并有明確范圍。

我們認(rèn)為，只有把以上所有的工作都完成了，才能算作真正意義上的、完整的“驗(yàn)證”。不過，這些內(nèi)容顯然不可能也不必一蹴而就，應(yīng)當(dāng)穩(wěn)步前進(jìn)，逐步開展。

6 驗(yàn)證原則

從前面所述的驗(yàn)證目的、作用和意義，我們能感覺到驗(yàn)證工作的嚴(yán)肅性、嚴(yán)密性、客觀性乃至嚴(yán)苛性。有鑒于此，在具體的驗(yàn)證實(shí)施中我們還深感必須要遵循一系列必要的原則才能確保驗(yàn)證工作的順利進(jìn)行。這些原則是:

1)明確條件和方法

采用不同的計(jì)算條件和計(jì)算方法可能會(huì)得到完全相反的結(jié)論，即從“滿足要求”變?yōu)椤安粷M足要求”，抑或相反(尤其是指標(biāo)驗(yàn)證值在預(yù)期要求附近時(shí))。因此在進(jìn)行驗(yàn)證結(jié)果評(píng)判之前，各利益相關(guān)方(包括委托方、研制方、使用方)應(yīng)會(huì)同業(yè)內(nèi)專家共同確定指標(biāo)的具體計(jì)算條件和具體計(jì)算方法，如具體的樣本數(shù)量、具體的持續(xù)時(shí)間和允許的誤差范圍以及指標(biāo)的具體算法(是采用簡(jiǎn)單平均值法，還是取最大值/最小值法，還是取中值法)。顯然，各方可能并且有權(quán)對(duì)具體的條件和算法提出異議。即使不能確保具體條件和算法合理或即使存在爭(zhēng)議，“明確規(guī)定指標(biāo)的計(jì)算條件和方法”這一原則也必須堅(jiān)持。

2)合理選擇驗(yàn)證人員

［9］對(duì)于試驗(yàn)組成部分之一的試驗(yàn)主體——人的要求和選擇作了詳細(xì)的論述。由于驗(yàn)證對(duì)象——指揮信息系統(tǒng)不能全自主運(yùn)行，必須采用“人在回路”的方式。因此對(duì)于指揮信息系統(tǒng)的操作使用人員，我們認(rèn)為應(yīng)邀請(qǐng)對(duì)指揮業(yè)務(wù)和指揮信息系統(tǒng)操作使用都熟悉的人員擔(dān)任，最理想的是系統(tǒng)最終使用人員或系統(tǒng)論證人員，但條件是他們都必須接受過系統(tǒng)操作使用培訓(xùn)并通過相應(yīng)的操作考核。這樣做的目的是最大限度地屏蔽人的差異對(duì)驗(yàn)證結(jié)果的影響。其他參試人員也必須熟悉驗(yàn)證流程和各自的職責(zé)、操作腳本、操作時(shí)機(jī)等。

3)精心組織與指揮

實(shí)時(shí)指揮控制/引導(dǎo)相關(guān)指標(biāo)的驗(yàn)證試驗(yàn)，需要指揮信息系統(tǒng)、驗(yàn)證平臺(tái)系統(tǒng)和眾多模擬器/仿真模型/實(shí)裝共同工作才能進(jìn)行，而指揮信息系統(tǒng)和驗(yàn)證平臺(tái)系統(tǒng)又都有多個(gè)席位，因此需要多人相互配合、協(xié)調(diào)一致，才能確保驗(yàn)證試驗(yàn)高效、順利地進(jìn)行。這就需要有效、精心地組織與指揮:必須設(shè)置一名試驗(yàn)指揮員和一名副指揮員。副指揮員負(fù)責(zé)輪詢、實(shí)時(shí)掌握各參試席位的準(zhǔn)備情況和進(jìn)程并向指揮員匯報(bào)，指揮員發(fā)布指令，副指揮員把指令傳達(dá)給相應(yīng)席位的參試人員，各參試人員必須嚴(yán)格按照指令進(jìn)行操作。

7 結(jié)束語

本文針對(duì)指揮信息系統(tǒng)驗(yàn)證的理論和方法提出了自己的見解。指揮信息系統(tǒng)的驗(yàn)證是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，更是工程實(shí)踐的難點(diǎn)。雖然初步實(shí)踐表明，這套理論對(duì)指揮信息系統(tǒng)驗(yàn)證工作的開展能夠起到指導(dǎo)和促進(jìn)作用，相應(yīng)的方法也行之有效，但至理論和技術(shù)的成熟還有很大差距。

今后我們將以上述驗(yàn)證理論和驗(yàn)證方法為基礎(chǔ)，在驗(yàn)證指標(biāo)體系的選取和構(gòu)建、驗(yàn)證想定的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證專用仿真系統(tǒng)、驗(yàn)證數(shù)據(jù)處理與分析等方面進(jìn)一步開展工作，逐步摸索出一套可行、可操作的工程化方法，并開發(fā)出一套驗(yàn)證工具。相關(guān)內(nèi)容的進(jìn)展，希望有機(jī)會(huì)在后續(xù)的文章中進(jìn)行介紹。

參考文獻(xiàn):

［1］ 顧浩，周玉芳，岳崗，等.指揮自動(dòng)化仿真測(cè)試技術(shù)研究［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2002，14(12):1666-1670.

［2］ 張剛，劉威，魯?shù)?，?作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)仿真測(cè)試研究［J］.艦船電子工程，2008，28(7):123-126.

［3］ 陳煒，王小非.一種艦載指控系統(tǒng)情報(bào)處理性能仿真測(cè)試評(píng)估方法［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2007，19(18):4146-4149.

［4］ 李妮，肖振，彭曉源，等.C4KISR測(cè)試與評(píng)估應(yīng)用框架的研究與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)仿真，2009，26(7):81-85.

［5］ 張翠俠，毛少杰.采用半實(shí)物仿真方法建立C3I系統(tǒng)仿真試驗(yàn)床［J］.計(jì)算機(jī)仿真，2002，19(6):100-102.

［6］ 張耀鴻，沙基昌，羅雪山.基于C/S結(jié)構(gòu)的C3I系統(tǒng)仿真試驗(yàn)床研究［J］.系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2000，22(3):73-79.

［7］ 王同仁.高級(jí)漢語詞典［M］.海口:海南出版社，1996.

［8］ 胡曉峰，楊境宇，司光亞，等.戰(zhàn)爭(zhēng)復(fù)雜系統(tǒng)仿真分析與實(shí)驗(yàn)［M］.北京:國(guó)防大學(xué)出版社，2008.

［9］ ［美］David S.Alberts.軍事試驗(yàn)最佳規(guī)程［M］.郁軍，周學(xué)廣譯.北京:電子工業(yè)出版社，2009.

［10］陳懷瑾，防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和試驗(yàn)［M］.北京:宇航出版社，1995.