基于冪指數(shù)法的通信保障能力模型研究?

魯云軍 袁榮召，2 田尚保，3

（1.國(guó)防信息學(xué)院武漢430010）（2.94175部隊(duì)烏魯木齊830042）（3.69026部隊(duì)烏魯木齊830092）

基于冪指數(shù)法的通信保障能力模型研究?

魯云軍1袁榮召1，2田尚保1，3

（1.國(guó)防信息學(xué)院武漢430010）（2.94175部隊(duì)烏魯木齊830042）（3.69026部隊(duì)烏魯木齊830092）

通信保障能力的量化是指揮對(duì)抗模擬訓(xùn)練必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一，對(duì)于訓(xùn)練提高合成指揮員的作戰(zhàn)指揮能力具有重要的意義。論文基于冪指數(shù)法的基本原理，通過(guò)依次構(gòu)建單裝（臺(tái)、站）通信裝備、成系統(tǒng)通信裝備和基本通信力量的能力指數(shù)計(jì)算模型，進(jìn)而建立起了整體通信保障能力指數(shù)聚合模型。最后，探索利用協(xié)同系數(shù)和作戰(zhàn)能力指數(shù)建立了指數(shù)—蘭徹斯特方程，對(duì)所構(gòu)建的模型進(jìn)行了檢驗(yàn)評(píng)估。

模擬訓(xùn)練；通信保障能力；模型；冪指數(shù)法

Class NumberTP391

1 引言

基于指揮信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)是信息化條件下作戰(zhàn)的基本形態(tài)，指揮對(duì)抗模擬訓(xùn)練是提高合成指揮員體系作戰(zhàn)形態(tài)下指揮能力的重要途徑。通信保障能力是體系作戰(zhàn)能力的基礎(chǔ)性支撐能力，也是支持合成指揮員進(jìn)行指揮對(duì)抗模擬訓(xùn)練時(shí)必須考慮的重要因素。因此，如何構(gòu)建實(shí)用的通信保障能力模型，科學(xué)量化計(jì)算通信保障能力指數(shù)，為指揮對(duì)抗模擬訓(xùn)練提供簡(jiǎn)潔直觀的模擬通信保障效果，是指揮對(duì)抗模擬訓(xùn)練必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

2 通信保障能力模型總體設(shè)計(jì)

2.1 模型建立的基本思路

通信保障能力模型的最終目標(biāo)就是對(duì)整體通信保障效果進(jìn)行量化分析計(jì)算，得出具體的通信保障能力指數(shù)，其模型建立的基本思路為：從已擬制的通信保障方案中讀取通信力量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，基于冪指數(shù)法的基本原理，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜依次建立單裝（臺(tái)、站）通信裝備、成系統(tǒng)通信裝備和基本通信力量的能力指數(shù)計(jì)算模型，然后在此基礎(chǔ)上構(gòu)建整體通信保障能力指數(shù)聚合模型，并以能力指數(shù)的形式輸出結(jié)果。

在實(shí)際應(yīng)用之前，通常情況下還要對(duì)所構(gòu)建的通信保障能力指數(shù)模型進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)估，本研究主要通過(guò)構(gòu)建指數(shù)—蘭徹斯特方程數(shù)學(xué)模型，以解析求解的方式來(lái)驗(yàn)證模型的科學(xué)性和合理性。

2.2 模型建立的主要方法

通信能力保障模型建立的基礎(chǔ)是選取合適的計(jì)算方法，作戰(zhàn)能力的計(jì)算通常情況下多使用指數(shù)法、AHP法、模糊分析法等方法。冪指數(shù)法作為指數(shù)法的一種，更適用于計(jì)算艦艇編隊(duì)、導(dǎo)彈武器類及信息化裝備的作戰(zhàn)能力，且相對(duì)簡(jiǎn)潔高效。基于此，本研究中采用了冪指數(shù)法來(lái)構(gòu)建通信保障能力模型，對(duì)通信保障能力進(jìn)行量化分析計(jì)算。

冪指數(shù)法是定性與定量相結(jié)合的作戰(zhàn)能力指數(shù)計(jì)算方法，冪指數(shù)函數(shù)可記為：I=F(X)。對(duì)通信裝備的每一個(gè)最底層的性能參數(shù)，如果給出一個(gè)向量X，就可計(jì)算通信裝備的能力指數(shù)。

冪指數(shù)法的基本計(jì)算公式為

上式中，xn為歸一化處理后的通信裝備各項(xiàng)性能參數(shù)，一般取值范圍為0～9，或0～99；wn為冪指數(shù)權(quán)重，表示相應(yīng)的性能參數(shù)對(duì)通信裝備通信能力指數(shù)的貢獻(xiàn)；k是一個(gè)對(duì)通信裝備能力指數(shù)量級(jí)的調(diào)整系數(shù)，在比較不同通信裝備能力指數(shù)值或統(tǒng)計(jì)由多種通信系統(tǒng)組成的作戰(zhàn)單位的能力時(shí)，它為不同通信系統(tǒng)的能力指數(shù)達(dá)到一致性起著調(diào)整量級(jí)的作用，也稱為一致性調(diào)整參數(shù)。

依托成都市醫(yī)療廢物處理中心項(xiàng)目停車場(chǎng)邊坡工程項(xiàng)目，綜合計(jì)算結(jié)果、理論和經(jīng)驗(yàn)對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，最后在合理評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了合理的支護(hù)方式，大大提高了場(chǎng)地的利用率。依托邊坡工程治理設(shè)計(jì)綜合采用了防滑樁、擋土板以及截水溝等進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，并采用ANSYS-FLAC 3D聯(lián)合仿真對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)防滑坡效果進(jìn)行了模擬，結(jié)果表明本文采用的聯(lián)合支護(hù)方式效果較好；后期檢測(cè)數(shù)據(jù)尚未發(fā)現(xiàn)地表隆起、樁的變形，周邊地基土變形等現(xiàn)象，目前使用正常，表明了設(shè)計(jì)方案合理有效。

冪指數(shù)法的基本原理及計(jì)算方法可參考相關(guān)文獻(xiàn)資料，在這不展開(kāi)討論。

2.3 模型分析計(jì)算的主要流程

通信保障能力模型計(jì)算的前提是已經(jīng)明確了參與通信保障任務(wù)的通信力量，且已確定了相應(yīng)的通信保障任務(wù)區(qū)分和通信力量編組部署。通信保障能力模型的具體量化分析計(jì)算流程，主要分為單裝（臺(tái)、站）通信裝備能力指數(shù)計(jì)算、成系統(tǒng)通信裝備能力指數(shù)、基本通信力量能力指數(shù)和聚合計(jì)算通信保障能力指數(shù)四步，如圖1所示。

由流程圖可知，通信力量的保障能力計(jì)算模型是在形成通信保障方案，確定通信保障力量后開(kāi)始計(jì)算，第一步，從通信裝備性能數(shù)據(jù)庫(kù)獲取各類通信裝備基本性能參數(shù)，計(jì)算單裝（臺(tái)、站）通信能力指數(shù)；第二步，依據(jù)單裝（臺(tái)、站）通信能力指數(shù)計(jì)算成系統(tǒng)的通信能力指數(shù)；第三步，依據(jù)單裝（臺(tái)、站）通信能力指數(shù)、成系統(tǒng)的通信能力指數(shù)計(jì)算和通信力量編配數(shù)據(jù)計(jì)算基本通信力量能力指數(shù)；第四步，聚合計(jì)算參與通信保障任務(wù)的通信力量保障能力指數(shù)。

圖1通信保障能力模型計(jì)算流程示意圖

3 通信保障能力模型的建立

3.1 單裝（臺(tái)、站）通信裝備能力指數(shù)模型

單裝（臺(tái)、站）通信裝備按功能劃分，主要分為傳輸設(shè)備、交換設(shè)備、終端設(shè)備和用戶設(shè)備四大類，依據(jù)冪指數(shù)法計(jì)算方法，構(gòu)建各類單裝（臺(tái)、站）通信裝備的保障能力指數(shù)模型為

式中，I傳輸，I交換，I終端，I用戶分別表示傳輸設(shè)備、交換設(shè)備、終端設(shè)備和用戶設(shè)備的通信能力指數(shù)，k傳輸，k交換，k終端，k用戶分別表示傳輸設(shè)備、交換設(shè)備、終端設(shè)備、用戶設(shè)備之間的調(diào)整系數(shù)，xn表示第n類通信裝備的性能參數(shù)，wn表示相應(yīng)的第n類通信裝備性能參數(shù)的冪指數(shù)權(quán)。

3.2 成系統(tǒng)通信裝備能力指數(shù)模型

隨著軍事通信技術(shù)和裝備的飛速發(fā)展，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，通信力量在實(shí)際保障作戰(zhàn)通信任務(wù)時(shí)，越來(lái)越多的通信裝備是以成系統(tǒng)形式的進(jìn)行組織運(yùn)用，即多類型通信裝備成系統(tǒng)的參與作戰(zhàn)保障行動(dòng)，比如機(jī)動(dòng)骨干通信系統(tǒng)、衛(wèi)星骨干網(wǎng)、分組無(wú)線網(wǎng)等。因此，結(jié)合單裝（臺(tái)、站）通信裝備能力指數(shù)模型和冪指數(shù)法原理，構(gòu)建成系統(tǒng)通信裝備的能力指數(shù)模型如下

3.3 基本通信力量能力指數(shù)模型

一般情況下，軍事通信力量的基本作戰(zhàn)單元為班（臺(tái)、站）、排、連、營(yíng)、團(tuán)。依據(jù)成系統(tǒng)通信裝備能力指數(shù)模型和文獻(xiàn)［4］關(guān)于能力指數(shù)的運(yùn)用，基本通信編組力量的能力指數(shù)計(jì)算模型可表示為

式中，IT為基本通信力量能力指數(shù)，K為調(diào)整系數(shù)，n為基本通信力量中通信系統(tǒng)的數(shù)目，ai為相應(yīng)通信系統(tǒng)的冪指數(shù)權(quán)重。

3.4 通信保障能力指數(shù)聚合模型

單裝（臺(tái)、站）通信能力指數(shù)、成系統(tǒng)通信能力指數(shù)和的基本通信力量能力指數(shù)的計(jì)算，都還僅僅是通信保障能力指數(shù)計(jì)算的基礎(chǔ)。在指揮對(duì)抗模擬訓(xùn)練中，紅藍(lán)雙方合成指揮員更關(guān)注的是通信保障力量整體性強(qiáng)弱，因此如何聚合通信保障能力是模型計(jì)算的關(guān)鍵。

通信力量的通信保障能力的發(fā)揮，是通信裝備之間與兵力協(xié)調(diào)配合，通過(guò)構(gòu)建各類通信網(wǎng)系并互聯(lián)互通來(lái)完成各類通信保障任務(wù)?？梢?jiàn)，通信力量保障作戰(zhàn)行動(dòng)中，各能力指數(shù)之間不是簡(jiǎn)單的相加或乘積關(guān)系，需要一個(gè)協(xié)同系數(shù)加以表示。依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料和有關(guān)演習(xí)（試驗(yàn)）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，確定各基礎(chǔ)能力指數(shù)之間的協(xié)同系數(shù)如下

式中，ρ為協(xié)同系數(shù)，i，j分別表示基本通信力量和其中每一項(xiàng)基本的性能參數(shù)，m為基本通信力量數(shù)目，eji表示第i個(gè)基本通信力量中第j項(xiàng)性能參數(shù)，αij，βij分別表示eij的最大值和最小值，λ為第i個(gè)基本通信力量的權(quán)重。

因此，構(gòu)建整體通信保障能力指數(shù)計(jì)算模型如下

式中，K為調(diào)整系數(shù)，ρ為協(xié)同系數(shù)，IT表示第n個(gè)基本通信力量的通信能力指數(shù)，ai為基本通信力量相應(yīng)的冪指數(shù)權(quán)重。

4 通信保障能力模型的檢驗(yàn)與評(píng)估

所構(gòu)建的通信保障能力指數(shù)模型是否科學(xué)合理，通常情況下，在具體實(shí)踐應(yīng)用之前必須要進(jìn)行模型的校驗(yàn)和評(píng)估。本文主要采用指數(shù)—蘭徹斯特方程法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

指數(shù)—蘭徹斯特方程法，就是把指數(shù)法與蘭徹斯特方程理論相結(jié)合，用紅藍(lán)雙方的通信保障能力指數(shù)作為基本變量代替經(jīng)典蘭徹斯特方程中的兵力或武器數(shù)量，并以雙方通信保障能力指數(shù)的變化來(lái)描述通信力量在戰(zhàn)斗中損耗情況。應(yīng)用指數(shù)—蘭徹斯特方程法所構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型如下

式中，IBi(IRj)表示藍(lán)（紅）方第i(j)種通信力量在t時(shí)刻的整體通信保障能力指數(shù)，αji(βji)表示紅（藍(lán)）方第i(j)種通信力量的指數(shù)損耗系數(shù)，?ji(φji)是藍(lán)（紅）方對(duì)于通信力量的對(duì)抗系數(shù)，m，n為紅藍(lán)雙方基本編組的通信力量數(shù)目。

在指揮對(duì)抗模擬訓(xùn)練中，通過(guò)上式解析通過(guò)雙方通信力量的變化，可以檢驗(yàn)通信保障能力指數(shù)的動(dòng)態(tài)變化。產(chǎn)生這種變化的因素是多方面的，如自然環(huán)境的影響、雙方電子對(duì)抗、兵力對(duì)抗等諸多因素，而通信保障能力指數(shù)的動(dòng)態(tài)變化可以為合成指揮員在進(jìn)行指揮對(duì)抗模擬訓(xùn)練時(shí)提供一定程度上的參考，可以即時(shí)掌握通信力量的實(shí)時(shí)情況，便于更好的進(jìn)行指揮決策。

5 結(jié)語(yǔ)

通信保障能力的量化計(jì)算，是支撐合成指揮員進(jìn)行指揮對(duì)抗模擬訓(xùn)練和提升作戰(zhàn)指揮能力的有效手段。本文基于冪指數(shù)法所構(gòu)建的通信保障能力指數(shù)模型，已經(jīng)應(yīng)用在有關(guān)的指揮對(duì)抗模擬訓(xùn)練系統(tǒng)之中，并在相關(guān)單位開(kāi)展的指揮對(duì)抗模擬訓(xùn)練活動(dòng)中得到了實(shí)踐檢驗(yàn)，使用效果較好。結(jié)果表明，該模型科學(xué)合理，直觀高效，既可以快速客觀地計(jì)算分析出參戰(zhàn)通信部隊(duì)的整體保障能力水平，又能以能力指數(shù)的形式簡(jiǎn)潔明了地呈現(xiàn)給受訓(xùn)的合成指揮員，支撐其實(shí)施科學(xué)決策和指揮調(diào)控部隊(duì)。

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Capability Model of Communication Support Based on Power Exponent

LU Yunjun1YUAN Rongzhao1，2TIAN Shangbao1，3
（1.Defense Information Academy，Wuhan430010）（2.No.94175 Troops of PLA，Urumchi830042）（3.No.69026 Troops of PLA，Urumchi830092）

The quantification of the communication supports capability is one of the key problems to be solved in the com?mand and countermeasure simulation training，which has important significance to improve the operational command ability of the synthetic commanders.In this paper，based on the basic principle of power exponent method，through the construction of a single（set，station）communication equipment，into a system of communication equipment and the ability to calculate the basic communi?cation power index model，then the overall communication security capability index aggregation model is set up.Last，the establish?ment of the index-Lanchester equation is explored using collaborative coefficient and combat capability endex of the model is evalu?ated.

simulation training，communication security capability，model，power exponent method

TP391

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.07.005

2017年1月13日，

2017年2月27日

魯云軍，男，博士，教授，研究方向：通信兵作戰(zhàn)模擬。袁榮召，男，碩士研究生，研究方向：通信兵作戰(zhàn)模擬。田尚保，男，碩士研究生，研究方向：軍事信息系統(tǒng)裝備需求論證。