基于模糊層次分析法的指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)可信性評(píng)估

綦磊升　張曉娜　門(mén)星火　劉波

摘 要：隨著指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)的應(yīng)用，其仿真試驗(yàn)可信性問(wèn)題越來(lái)越成為關(guān)注的重點(diǎn)。仿真試驗(yàn)可信性是評(píng)價(jià)仿真試驗(yàn)成功與否的重要指標(biāo)。本文基于模糊層次分析法的思想和原理，結(jié)合指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)過(guò)程，建立了指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)可信性評(píng)估指標(biāo)體系，并結(jié)合炮兵連指揮信息系統(tǒng)情報(bào)處理仿真試驗(yàn)實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證，對(duì)如何評(píng)估指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)可信性做了一定的研究和探討。

關(guān)鍵詞：指揮信息系統(tǒng)；模糊層次分析法；仿真試驗(yàn)；可信性

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：With the application of the C4ISR system simulation test，the credibility of simulation test has increasingly become the focus of attention.And the credibility evaluation is an important index to evaluate the success of simulation test.Based on the principle of fuzzy analytic hierarchy process （AHP），the evaluation index system is established according to the simulation test process of C4ISR system.Combined with the example of intelligence processing simulation test of the artillery company，this paper conducts some research and discussion on how to evaluate the credibility of simulation test of the C4ISR system.

Keywords：C4ISR system；fuzzy AHP；simulation test；credibility evaluation

1 引言（Introduction）

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和建模與仿真技術(shù)的飛速發(fā)展，在新型指揮信息系統(tǒng)裝備采辦過(guò)程中，仿真試驗(yàn)已成為裝備試驗(yàn)與鑒定的一項(xiàng)重要措施。但是隨著仿真技術(shù)的發(fā)展和仿真需求的增加，對(duì)指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)結(jié)果是否可信、可信的程度如何，關(guān)注程度也越來(lái)越重視。從某種意義上說(shuō)，只有保證了仿真系統(tǒng)、仿真試驗(yàn)方案、試驗(yàn)數(shù)據(jù)等的正確性和可信性，最終得到的仿真試驗(yàn)結(jié)果才有實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值和意義[1-3]。如何評(píng)估指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)的正確性和可信性是指揮信息系統(tǒng)試驗(yàn)中需要重視和研究的主要問(wèn)題?？尚判栽u(píng)估一方面可以有效地提高仿真試驗(yàn)系統(tǒng)的有效性水平和試驗(yàn)結(jié)果的正確性，增強(qiáng)使用者的信心；另一方面可降低仿真試驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用的風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)使用效益[4]。

2 指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)可信性影響因素分析

（Analysis of influence factors of credibility

evaluation of the C4ISR system simulation test）

2.1 指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)過(guò)程分析

指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)是指利用仿真技術(shù)對(duì)實(shí)際的指揮信息系統(tǒng)及其技術(shù)進(jìn)行鑒定與評(píng)估的一種過(guò)程，其本質(zhì)是系統(tǒng)在仿真條件下的試驗(yàn)活動(dòng)，包括確定試驗(yàn)對(duì)象和目標(biāo)，建立仿真模型，構(gòu)建試驗(yàn)環(huán)境，設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，開(kāi)展仿真試驗(yàn)，采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，評(píng)估試驗(yàn)結(jié)果等。指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)連接關(guān)系如圖1所示。在這種環(huán)境下，仿真試驗(yàn)系統(tǒng)主要用于被試指揮信息系統(tǒng)運(yùn)行所需的外部環(huán)境的構(gòu)建，包括各類(lèi)ISR、指控、武器等，以及相關(guān)藍(lán)方兵力及活動(dòng)情況。試驗(yàn)運(yùn)行過(guò)程中，在想定的驅(qū)動(dòng)下，為被試裝備提供運(yùn)行所需的激勵(lì)信息，并能接收和響應(yīng)被試裝備發(fā)送的信息和指令，試驗(yàn)組織者利用實(shí)時(shí)導(dǎo)調(diào)功能也可對(duì)藍(lán)方的兵力進(jìn)行導(dǎo)調(diào)干預(yù)指揮。

指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)設(shè)計(jì)與準(zhǔn)備階段，主要進(jìn)行仿真試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、仿真試驗(yàn)想定設(shè)計(jì)和初始數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。仿真試驗(yàn)方案主要內(nèi)容包括需求分析、思路與方法、保障需求、安全風(fēng)險(xiǎn)分析等。仿真試驗(yàn)想定為指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)提供初始條件、參戰(zhàn)單位、結(jié)束條件等，包括為指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)中仿真系統(tǒng)的運(yùn)行提供預(yù)先安排的一些動(dòng)作、活動(dòng)或命令等初始條件和約束條件。初始數(shù)據(jù)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和生成數(shù)據(jù)兩類(lèi)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)包括地形數(shù)據(jù)、軍標(biāo)數(shù)據(jù)、武器裝備性能數(shù)據(jù)等，而生成數(shù)據(jù)主要是對(duì)想定進(jìn)行細(xì)化和結(jié)構(gòu)化后生成的數(shù)據(jù)，如編制數(shù)據(jù)、編成數(shù)據(jù)、部署數(shù)據(jù)等。

指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)實(shí)施階段主要是按照仿真試驗(yàn)實(shí)施方案或試驗(yàn)大綱、細(xì)則，進(jìn)行仿真試驗(yàn)，是從指揮信息系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)仿真試驗(yàn)開(kāi)始至試驗(yàn)實(shí)施計(jì)劃中規(guī)定的所有試驗(yàn)項(xiàng)目組織完畢的整個(gè)過(guò)程，是試驗(yàn)鑒定最關(guān)鍵的階段。

試驗(yàn)總結(jié)分析階段包括仿真結(jié)果收集、仿真結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析、撰寫(xiě)試驗(yàn)報(bào)告等環(huán)節(jié)。仿真結(jié)果收集是對(duì)單次或多次的仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分類(lèi)、排序等，選擇對(duì)最終試驗(yàn)結(jié)果有用的數(shù)據(jù)集。試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，主要是將試驗(yàn)所獲取的、經(jīng)初步處理的大量數(shù)據(jù)進(jìn)一步加以整理、加工和處理，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析和圖解分析的方法，把試驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成能夠表征試驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)變量，進(jìn)行定量和定性相結(jié)合的分析。然后，與被試裝備體系的評(píng)估指標(biāo)、研制總要求和研制任務(wù)書(shū)中規(guī)定的作戰(zhàn)要求和相應(yīng)變量的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較分析，以評(píng)價(jià)裝備體系的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能和作戰(zhàn)效能，鑒定其是否滿(mǎn)足作戰(zhàn)使用要求，或者評(píng)估某裝備對(duì)整個(gè)體系的貢獻(xiàn)率。

2.2 指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)影響因素分析

結(jié)合指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)的一般過(guò)程，對(duì)影響指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)可信性的因素進(jìn)行分析。從試驗(yàn)設(shè)計(jì)與準(zhǔn)備階段、試驗(yàn)實(shí)施階段和試驗(yàn)總結(jié)分析階段這三個(gè)階段的主要工作可以看出，影響指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)可信性的因素主要是數(shù)據(jù)、模型、仿真試驗(yàn)系統(tǒng)、仿真結(jié)果的可信性。而這些因素又受到諸多因素的影響，因此，仿真試驗(yàn)可信性是大量影響因素共同作用下，描述仿真試驗(yàn)系統(tǒng)與仿真試驗(yàn)?zāi)康南噙m應(yīng)程度的一個(gè)總體指標(biāo)。endprint

由圖3可見(jiàn)，數(shù)據(jù)可信性是仿真可信性的基礎(chǔ)，模型可信性是仿真可信性的靈魂，仿真結(jié)果是仿真的產(chǎn)物，是模型、數(shù)據(jù)、仿真試驗(yàn)系統(tǒng)、仿真試驗(yàn)等諸因素的集中反應(yīng)。數(shù)據(jù)可信性、模型可信性、仿真試驗(yàn)系統(tǒng)可信性都會(huì)對(duì)仿真結(jié)果產(chǎn)生不同程度的影響；仿真試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)實(shí)施過(guò)程、仿真試驗(yàn)結(jié)果處理等環(huán)節(jié)也會(huì)影響仿真結(jié)果的可信性。如仿真結(jié)果的處理過(guò)程中可能由于數(shù)據(jù)的遺漏處理、重復(fù)處理、錯(cuò)誤處理而使得最終結(jié)果和仿真輸出不一致，影響仿真的可信性。仿真結(jié)果全面反映了仿真全過(guò)程的影響，在某種程度上甚至可以說(shuō)，仿真結(jié)果的可信性就代表了仿真可信性。

數(shù)據(jù)可信性是指仿真試驗(yàn)中使用的數(shù)據(jù)，對(duì)仿真滿(mǎn)足仿真應(yīng)用目的的影響程度。這里所說(shuō)的數(shù)據(jù)，指的是用于支持模型運(yùn)行的數(shù)據(jù)，而不包含仿真結(jié)果數(shù)據(jù)。

模型可信性是指仿真試驗(yàn)中所用的模型，對(duì)仿真滿(mǎn)足仿真應(yīng)用目的的影響程度。

仿真試驗(yàn)系統(tǒng)可信性是指仿真試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行，對(duì)仿真滿(mǎn)足仿真應(yīng)用目的的影響程度。

仿真結(jié)果可信性是指在特定的仿真應(yīng)用目的下，運(yùn)行仿真試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行仿真試驗(yàn)，產(chǎn)生的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)仿真對(duì)象客觀規(guī)律的反映程度。

3 基于模糊層次分析法的指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)

3.1 基于模糊層次分析法的可信性評(píng)估方法

模糊層次分析法是層次分析法和模糊綜合評(píng)判法相結(jié)合的方法，主要是為了克服傳統(tǒng)層次分析法中人的主觀判斷、選擇、偏好等對(duì)結(jié)果影響很大的缺點(diǎn)，使評(píng)估更加趨于合理。運(yùn)用模糊層次分析法對(duì)仿真試驗(yàn)進(jìn)行可信性評(píng)估分析的評(píng)估框架如圖4所示。該框架包括評(píng)估模型、評(píng)估過(guò)程和評(píng)估方法三個(gè)重要組成部分。其中評(píng)估模型采用層次分析法構(gòu)建，各層指標(biāo)分別為仿真試驗(yàn)可信性的影響因素。評(píng)估過(guò)程包括指標(biāo)合成和指標(biāo)分析，其中指標(biāo)合成在這里主要指各評(píng)估因素的權(quán)重計(jì)算過(guò)程[6，7]。

3.2 指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)可信性評(píng)估

3.2.1 層次劃分

根據(jù)指揮信息系統(tǒng)的級(jí)別、試驗(yàn)項(xiàng)目，仿真試驗(yàn)中需采用不同的模型，本文以炮兵連指揮信息系統(tǒng)的情報(bào)處理仿真試驗(yàn)為例，對(duì)其仿真試驗(yàn)可信性進(jìn)行分析評(píng)估。根據(jù)前文分析，影響指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)可信性的主要因素包括四個(gè)方面：數(shù)據(jù)、模型、仿真試驗(yàn)系統(tǒng)、仿真結(jié)果。對(duì)炮兵連指揮信息系統(tǒng)情報(bào)處理仿真試驗(yàn)而言，仿真試驗(yàn)系統(tǒng)中使用的模型主要是紅方裝備體系模型中的偵察車(chē)模型和營(yíng)指揮車(chē)模型，目標(biāo)情報(bào)信息主要由戰(zhàn)情產(chǎn)生分系統(tǒng)產(chǎn)生，未使用藍(lán)方裝備體系模型。

為簡(jiǎn)化問(wèn)題并突出主要因素，在炮兵連指揮信息系統(tǒng)情報(bào)處理仿真試驗(yàn)中，仿真試驗(yàn)系統(tǒng)與被試裝備之間采用與實(shí)裝相同的通信鏈路；仿真試驗(yàn)系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)方面采用商用計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等設(shè)備，其影響可暫時(shí)不予考慮；仿真試驗(yàn)系統(tǒng)的軟件運(yùn)行環(huán)境，主要有操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等；仿真運(yùn)行支撐分系統(tǒng)。由于操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等的穩(wěn)定性都相對(duì)較好，對(duì)仿真試驗(yàn)可信性的影響很小，主要考慮仿真試驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)行支撐分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能力，如丟包率、時(shí)延、吞吐量等。

綜合以上對(duì)某指揮信息系統(tǒng)情報(bào)處理仿真試驗(yàn)可信性影響因素的分析，對(duì)各因素進(jìn)行層次分解劃分，得出某指揮信息系統(tǒng)情報(bào)處理仿真試驗(yàn)可信性層次模型，如圖5所示。

3.2.2 單因素評(píng)判

單因素評(píng)判主要用于計(jì)算各原子因素的可信度分量。

（1）建立因素集與評(píng)判集

由圖5可知，對(duì)某炮兵連指揮信息系統(tǒng)情報(bào)處理仿真試驗(yàn)可信性評(píng)估，其因素集如下：

C={U1=數(shù)據(jù)可信性，U2=模型可信性，U3=仿真試驗(yàn)系統(tǒng)可信性，U4=仿真結(jié)果可信性}

U1={U11=基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可信性，U12=模型數(shù)據(jù)可信性，U13=生成數(shù)據(jù)可信性，U14=仿真管理數(shù)據(jù)可信性}

……

對(duì)于影響炮兵連指揮信息系統(tǒng)情報(bào)處理仿真試驗(yàn)可信性的各因素進(jìn)行單因素評(píng)判，本文設(shè)定共用一個(gè)評(píng)判集V={V1，V2，V3，V4，V5}，包含五個(gè)等級(jí)，各等級(jí)的含義如表1所示。

（2）構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣

兩兩比較判斷矩陣A=（aij）n×n，其中aij為因素ui與uj對(duì)上一層父因素可信性影響的相對(duì)重要性比值，其大小通常采用1—9標(biāo)度方法和指數(shù)標(biāo)度法，各標(biāo)度的含義如表2所示，指數(shù)標(biāo)度法的指數(shù)取值參考文獻(xiàn)[10]中的取值。

1—9標(biāo)度方法在用于確定事物的排序上基本合理、可靠，但用它得出的權(quán)值計(jì)算系數(shù)卻往往不可靠。在理論上可以證明：指數(shù)標(biāo)度法具有好的衡量標(biāo)度。因此，在此采用指數(shù)標(biāo)度法。首先還是由專(zhuān)家對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)各層上的元素進(jìn)行分析，按照對(duì)上層元素的可信度影響大小的順序，對(duì)同一層上的各元素進(jìn)行排序。然后利用指數(shù)標(biāo)度法給判斷矩陣賦值。由于炮兵連指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)可信性影響因素較多，這里僅對(duì)每一層元素給出其中的一個(gè)判斷矩陣，見(jiàn)表3—表6。

從表中的調(diào)查結(jié)果可知，對(duì)于數(shù)據(jù)可信性的影響因素，較重要的是數(shù)據(jù)的正確性；對(duì)于模型的可信性影響，其正確性明顯比分辨率和精度重要得多，保證模型可信性首先應(yīng)提高模型的正確性；對(duì)于仿真試驗(yàn)系統(tǒng)可信性而言，主要是支撐服務(wù)系統(tǒng)和仿真管理的影響，硬件運(yùn)行環(huán)境和軟件運(yùn)行環(huán)境的影響很低；對(duì)于仿真結(jié)果可信性，主要是試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的正確性。

（3）計(jì)算相對(duì)權(quán)重向量

采用“和法”的特征向量近似計(jì)算方法，計(jì)算矩陣的特征向量，以D111的特征值計(jì)算過(guò)程為例：

（4）計(jì)算單因素評(píng)判的可信度

應(yīng)用專(zhuān)家打分法對(duì)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的正確性、精度、完整性做出了評(píng)價(jià)，組合三個(gè)評(píng)價(jià)向量得到模糊評(píng)判關(guān)系矩陣如表7所示。

3.2.3 綜合評(píng)判

（1）初級(jí)綜合評(píng)判

為了突出關(guān)鍵因素，同時(shí)又兼顧其他因素，在自然環(huán)境地理數(shù)據(jù)可信性初級(jí)綜合評(píng)判中采用主因素突出型算子

（，∨），初級(jí)綜合評(píng)判過(guò)程如下：endprint

由上式可知，評(píng)判集V中的元素V2對(duì)應(yīng)的隸屬值最大，為0.5；按最大隸屬度原則，該自然環(huán)境地理數(shù)據(jù)可信性的初級(jí)綜合評(píng)判結(jié)果為“較滿(mǎn)足要求”。

（2）高級(jí)綜合評(píng)判

高級(jí)綜合評(píng)判建立在初級(jí)綜合評(píng)判的基礎(chǔ)上。通過(guò)初級(jí)綜合，我們已將原子因素的評(píng)判綜合到上一層次；在高級(jí)綜合評(píng)判中，把低一層的評(píng)判結(jié)果向量作為一個(gè)模糊向量，多個(gè)低層模糊向量的綜合可構(gòu)成高一層的模糊評(píng)判關(guān)系矩陣R。對(duì)該關(guān)系矩陣進(jìn)行模糊合成運(yùn)算，可求得高一層的綜合評(píng)判值。

以數(shù)據(jù)可信性的第二層因素綜合到第一層的模糊評(píng)判為例，說(shuō)明高級(jí)綜合評(píng)判方法的實(shí)現(xiàn)。自然環(huán)境地理數(shù)據(jù)可信性是第二層因素集的一個(gè)元素，其初級(jí)評(píng)判結(jié)果B=（0.2，0.5，0.2，0.1，0）可作為第一層數(shù)據(jù)可信性評(píng)判的一個(gè)模糊評(píng)判向量。以同樣的方法分別求出模型數(shù)據(jù)可信性、生成數(shù)據(jù)可信性、仿真管理數(shù)據(jù)可信性的模糊評(píng)判向量后，組合所有數(shù)據(jù)可信性的第二層因素評(píng)判向量構(gòu)成模糊評(píng)判矩陣R。針對(duì)該矩陣同樣選取主因素突出型算

子（，∨），得到數(shù)據(jù)可信性最終的模糊評(píng)判向量B=AT·R=

（0.4405，0.3524，0.1381，0.0690，0）。根據(jù)最大隸屬度原則，該數(shù)據(jù)可信性的最終評(píng)判結(jié)果為“Vl”；若評(píng)判等級(jí)用“高”和“低”來(lái)描述，則表示具有“極高”的可信度。

4 結(jié)論（Conclusion）

最終結(jié)果表明，所評(píng)估的炮兵連指揮信息系統(tǒng)情報(bào)處理仿真試驗(yàn)具有極高的可信性，但需注意限制和約束條件。

通過(guò)模糊層次分析法的基本思想和原理，結(jié)合指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)過(guò)程，對(duì)如何評(píng)估指揮信息系統(tǒng)仿真試驗(yàn)可信性做了一定的研究和探討。通過(guò)應(yīng)用模糊層次分析法評(píng)價(jià)模型，將定性和定量分析有機(jī)結(jié)合起來(lái)，盡量減少了個(gè)人主觀臆斷所帶來(lái)的弊端，評(píng)價(jià)結(jié)果相對(duì)一般評(píng)打分等方法更客觀，評(píng)價(jià)結(jié)果更可信。

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作者簡(jiǎn)介：

綦磊升（1980-），男，碩士，工程師.研究領(lǐng)域：指控系統(tǒng)試驗(yàn).

張曉娜（1981-），女，碩士，助理研究員.研究領(lǐng)域：軟件測(cè)試.

門(mén)星火（1975-），男，碩士，高級(jí)工程師.研究領(lǐng)域：系統(tǒng)建模與仿真.

劉 波（1983-），男，本科，工程師.研究領(lǐng)域：指控系統(tǒng)試驗(yàn).endprint