军用卫星系统效能评估的基本原则与方法研究

2001年4月第12卷第2期指挥技术学院学报

Journal of Institute of Command and Technology April 　2001Vol.12　No 12

　收稿日期:2000211225　作者简介:陈浩光(1967-),男,讲师,硕士,101416,北京.

军用卫星系统效能评估的

基本原则与方法研究

陈浩光　　秦大国　　李云芝

(装备指挥技术学院试验指挥系)

　　摘　　　要:随着世界各军事强国对天基信息网的开发、建设,在未来战争中,

卫星信息将是信息战的主要对象。为有效地对军用卫星系统的综合效能进行评估,针对军用卫星系统的信息支援使命集,在分析已有武器系统效能评估模型、方法的基础上,提出了军用卫星系统综合效能评估的基本原则与方法。

关　键　词:军用卫星系统;效能评估;原则中图分类号:V 57　　　　文献标识码:A

　　没有正确的评价就没有正确的决策,然而没

有正确的评估原则和方法也就没有正确的评价结果。随着军用卫星在现代以及未来高技术战争中的作用越来越重要,对军用卫星系统综合效能的评估也必然在发展军用卫星系统决策中显得极为重要。目前国内对军用卫星系统效能的评估只进行卫星本身性能评估,包括卫星各个单项技术性能、可靠性、精度等,而对军用卫星系统综合效能的研究还没有有效的方法。

关于系统效能的定义,美国工业界武器系统效能咨询委员会曾经给出过一个定义:“预期一个系统能满足一组特定任务要求程度的量度”。从这个定义可看出,针对不同的任务集,系统效能是不同的,也即系统效能随任务的变化而动态变化。从上述定义出发,可以定义使命效能来度量军用系统的效能。综合系统的各个使命效能,就得到系统的综合效能。

所谓使命效能[1],是指军事系统满足使命系统要求程度的度量。特定的使命要求可以具体化为对一系列性能指标的要求,这些性能指标要求共同构成特定的使命系统。

军用系统效能评价方法是军用系统理论研究中的重要内容。近几年,人们相继从不同角度提出了多种系统的评价模型。主要分为连续型和离散型2大类[2]。

连续型模型,如美国麻省理工学院信息与决

策实验室的A.H.Levis 等人提出了SEA 方法,可用来研究系统与使命的匹配程度,并以此作为衡量系统的效能指标。这类模型的基本特征是将系统的参量指标或性能指标融入战斗动态方程中,通过对参量的变化,分析参量对系统整体效能的影响,进而分析系统的效能。

离散型模型有模糊综合评判法、层次模型法等。在离散型评价方法中,一个普遍的特点是性能或效能指标与参量指标的关系以线性关系为多,人为的因素较大。

为了有效地对军用卫星系统综合效能进行评价,首先,必须建立军用卫星系统的使命集合;然后,采用科学、合理、有效的模型方法进行评估。

1　评价环境

所谓评价环境是指效能评价中涉及的系统环境因素集合。它决定了系统评价的指标集,即在给定评价环境后,评价指标的范围、层次结构相应地被固定下来,评价指标的性质也就确定了。

评价环境包括人文环境、技术环境以及战场(对抗)环境。人文环境主要由经济、风险、政治、决策者等因素组成;技术环境由系统中的技术性因素组成;战场环境是系统评价中所应虚拟的未

2　评估系统总体效能的步骤

为了探讨军用卫星系统效能评估的基本原则、方法,以及有效地进行系统的效能评估,下面先介绍效能评估的基本步骤:

1)确定系统效能评估的目的,建立系统效能评价环境;

2)明确约束条件(包括技术、经济、风险等条件);

3)建立评价指标体系;

4)建立效能分析模型;

5)定性分析、定量计算、结果验证;若结果不满意,则反馈,继续评估。

3　系统效能评估的基本原则

根据军用卫星系统的特点:结构庞大,关系复杂,技术先进,投资巨大,对抗环境复杂等,其效能的评估应考虑如下基本原则:

1)系统性原则。也就是系统论中的“1+1> 2”观点的反映。这个原则要求在军用卫星系统效能评估中,其总体效能不是各个子系统效能的简单相加,也即效能的综合中,不仅有线性关系,更多的是非线性关系。

2)层次性原则。系统是有层次的,层次性原则要求在系统效能评估中正确划分层次,才能建立合理的评价指标体系。

3)定性与定量相结合原则。由于在军用卫星系统效能评价中,涉及众多的不确定性因素,使得有些评价指标能进行定量,而有些甚至大部分则无法进行直接定量,或者勉强进行量化,也可能导致不合理的结果,因此,必须注意定性与定量相结合,找到合理的量化方法。

4)可拓性原则。军用卫星系统是一高技术系统。它具有技术更新快,军事需求变化快,对抗环境变化快的特点,因此,在建立评价指标体系中,必须考虑指标的延展性、前瞻性、松弛性等可拓性原则。

5)一致性原则。在建立评价指标体系时,必须保持系统功能与使命的一致,性能与功能的一致,数据的表现形式与评估模型的一致,以及评估模型与评估方法的一致。

6)完备性原则。完备性原则要求系统效能评估中,依据评估目标,应包括系统效能评估所涉及的各个方面。主要是指指标体系的完备性。

7)可行性原则。系统效能分析所建立的模型,应满足量化计算的可行性,否则,即使使用了科学、合理的效能评估模型,也因无法计算而得不到系统效能的评估结果。

4　系统总体效能的评估指标体系军用卫星系统包括军事侦察卫星系统、军事通信卫星系统、军事导航卫星系统、军事地球环境监测卫星系统等。每个军用卫星系统的使命集合,最终将分配到各个子系统中,因此,要研究军用卫星系统总体效能的评估指标体系,必须研究各个子系统效能的评估指标体系结构。

指标体系是一个树形层次化的结构。

图1表示上面3层即总体效能、目标层与使命层。使命层表示军用卫星系统未来可能承担的各种军事斗争保障任务,包括联合作战、威慑、危机响应以及军备控制等。使命匹配只是一个概要性目标,具体的可以是军事价值、使命概率、使命映射等。

风险

图1系统效能评估顶层综合性指标结构

……

打击走私

反恐怖

救灾行动

平时军事行动

……

军备控制

危机响应

核威慑

威慑与防止冲突

费用

……

特种作战

登陆作战

防空作战

联合作战

使命匹配度量

总体效能

图2表示下面3层(以情报侦察保障任务为例加以说明)[3]。其中第4层是保障任务层,表示军用卫星系统在执行上述军事斗争中的保障任务,作为天基C4ISR系统,可以分为情报侦察监视(ISR)、导航定位、通信以及环境监测等。第5

82指挥技术学院学报　　　　　　　　　　　　　　　2001年

层是功能层,描述为执行上述保障任务,军用卫星系统应具备的功能集合。第6层是性能层,描述实现功能所应有的性能度量指标集合,每一功能的性能度量应从该集合中选出。

图2侦察保障任务的指标结构

定位精度

空间分辨率有关信号

占线小时点目标数面积覆盖数量特性质量及时性反应性更新频率

时间特性战场情报准备目标标定战斗毁伤评估指示与预警战场情报判断

测绘、

制图、大地测量

通信ISR 保障任务

导航定位

环境监测

5　系统总体效能评估方法

依据建立的效能评价指标体系结构,效能评估要解决2个关键问题,一是单项指标的量化,二是多个指标的综合。

目前,效能评估的方法基本上分为2大类,即统计法和解析法。

统计法的特点是应用数理统计方法,依据实践、演习、试验以及计算机仿真获得大量统计资料来评估效能指标。由于这一方法需要的大量数据无法获得,以及很难对有关军用卫星系统的战场环境进行仿真,因此统计法很难在军用卫星系统效能评估中单独使用。

对系统效能进行评估的解析法主要有以下几大类:结构评估法、量化标尺评价法、阶段概率法、A.D.C 法等[4]。

1)结构评估法。其实质是用战技指标的符

合程度来评价效能,考虑因素比较全面,是一种可以借鉴的思想。它适用于系统方案的检验。不足之处在于,认为达到军方所提供的指标,效能就为1是不太合理的,而且把所有指标都映射到[0,1]

区间上,虽然达到了量化的目的,但难免导致不合理的结果出现,因而,使用该方法尚有一定困难和局限性。

2)量化标尺评价法。其基本思想是首先根

据战技指标体系来确定系统的分层结构和评价项目,然后确定各个分系统评价项目的加权系数,根据各指标给定的定量化标尺,对各指标进行评价,最后对系统进行综合效能评估。该方法比较适合于系统不同方案的综合比较,缺点在于量化标尺的选取很难统一。

3)阶段概率法。通过把系统完成任务人为地划分成几个阶段,取各阶段完成任务的概率积作为效能值。该方法简单、直观易懂。由于在不同的情况下,各阶段完成任务的概率不是一个定值,因而它只能反应一种具体阶段划分后的效能,无法综合全系统的效能。

4)A.D.C 法。它是目前使用最多的一种方法。A 是系统可用性向量;D 是系统执行任务可信性矩阵;C 是系统能力向量。由于军用卫星系统未来所处的战场环境不能完全准确确定,对某一敌国的防御体系也不可能非常清楚,以及未来敌方防御技术手段的发展很难作出准确预测,因而给该方法在军用卫星系统效能评估中的应用带来很大的。

经过上面的分析,对军用卫星系统效能的评估,利用上面任何一种方法都存在一定的局限性,而应针对军用卫星系统的效能指标的层次性,对不同的层次,有选择地使用上述方法。

由于图1中单项指标是综合性指标,因此宜采用定性与定量相结合的方法,即专家评判综合法。专家群体应由军事战略、战役、战术以及军事预测等专家组成。多项指标的综合一般可采用线性加权,即根据各单项指标的重要性判断,赋以相应的权值,然后对各个单项量化值与其权的乘积进行求和。这与层次分析法一致。

图2中既有在指标体系中起承上启下作用的指标,又有具体的性能参数指标。由于性能参数指标的相异性大,可比性差,指标的量化与综合十分困难。针对具体情况,可采用以下量化的方法:1)解析法。通过建立根据尺度参数计算性能指标的数学模型,代入实际系统的标尺度参数,调用数学模型,即可计算出实际系统的性能指标。2)仿真法。通过建立系统的仿真模型,代入实际系统的尺度参数,引入随机输入,重复多次实验,通过统计获得实际系统的性能指标。3)定性比较。即采用方案之间的定性比较来进行定性评估,然后利用定性的结果赋值量化,获得实际系统的性能指标。4)效用值法。即通过给出效用值为0、0.5和1时的性能参数,或更多的效用值与对应的性

9

2第2期　　　　　　　　　陈浩光,等:军用卫星系统效能评估的基本原则与方法研究

能参数,经曲线拟合,得到效用值曲线。然后,利

用效用值曲线进行指标量化,获得实际系统的性能指标。指标的综合一般可使用线性加权,或者幂指数法[5]。幂指数法是采用下面公式进行效能综合的方法:

I =k X αY βZ

γ

其中:X ,Y ,Z 是影响系统作战能力的最基本的、

不可再简化的因素或性能;α,β,γ为幂指数,正常数;k 为调整系数,常数。

在分别得到图1、图2所示指标体系的各指标量化值后,利用层次分析法,把图1、图2进行结合,最后通过计算得到军用卫星系统综合效能。其结合后的层次分析法递阶层次结构如图3所示。

图3综合效能评估层次结构图

通信

ISR 保障任务

导航定位

环境监测

风险

费用平时军事行动

威慑与防止冲突

联合作战

使命匹配度量总体效能

6　结束语

本文着重对军用卫星系统综合效能评估的基本原则、方法进行了探讨,并建立了评估军用卫星系统总体效能的评价指标体系。在很难利用仿真、模拟的方法得到评估所需数据的情况下,采用定性与定量相结合的分析手段,充分利用军事专家、技术专家的领域知识,是有效评估军用卫星系统总体效能的可行途径。上述研究已运用到后续研究课题中。

参　考　文　献

[1]万自明,廖良才,陈英武.武器系统效能评估模式研究[J ].

系统工程与电子技术,2000,22(3):123.

[2]邓　苏,沙基昌,张维明,等.C 3I 系统仿真验证与效能分析

[J ].系统工程与电子技术,2000,22(9):31234.

[3]张最良,李梦汶.卫星军事应用总体结构需求论证支持系统

[A ].见:包富红编.军事系统工程理论与创新[C].北京:军

事科学出版社,2000.3352338.

[4]关成启,杨涤,关世义.导弹武器系统效能评估方法研究

[J ].系统工程与电子技术,2000,22(7):32236.

[5]徐瑞恩.作战飞机能力指数一种算法[A ].见:王厚卿编.军

事运筹学与国防系统分析’96联合学术年会论文集[C].北

京:军事谊文出版社,1996.72275.

Study of Ba sic Theorem and Method for Military Satellite

Systems E ffectivene ss Evaluation

CHEN Hao 2guang 　Q IN G Da 2guo 　L I Yun 2zhi

(Department of Test Commanding ,Institute of Command and Technology of Equipment )

Abstract :Satellite information will be the main objective of information warfare in the future.In order to evaluate effectively the synthetic effectiveness of military satellite system ,in this paper task set that mili 2tary satellite system will complete is disputed ,some models and methods for evaluation effectiveness of weapon system are analysed ,and basic theorems and methods for military satellite systems effectiveness e 2valuation are proposed.

Key words :military satellite systems ;effectiveness evaluation ;theorem

(责任编辑:朱凤丽)

03指挥技术学院学报　　　　　　　　　　　　　　　2001年