技術報告基于模糊層次分析法的指揮信息系統(tǒng)仿真試驗可信性評估

1、計劃類別 項目編號 項目技術報告課題名稱 項目主持人 承擔單位 題目：基于模糊層次分析法的指揮信息系統(tǒng)仿真試驗可信性評估隨著指揮信息系統(tǒng)仿真試驗的應用，其仿真試驗可信性問題越來越成為關注的重點。仿真試驗可信性是評價仿真試驗成功與否的重要指標。本文基于模糊層次分析法的思想和原理，結合指揮信息系統(tǒng)仿真試驗過程，建立了指揮信息系統(tǒng)仿真試驗可信性評估指標體系，并結合炮兵連指揮信息系統(tǒng)情報處理仿真試驗實例進行了驗證，對如何評估指揮信息系統(tǒng)仿真試驗可信性做了一定的研究和探討。關鍵詞：指揮信息系統(tǒng)；模糊層次分析法；仿真試驗；可信性Abstract：With the application of the C4

2、ISR 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

3、 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：C4IS

4、R system；fuzzy AHP；simulation test；credibility evaluation1 引言（Introduction）隨著計算機技術和建模與仿真技術的飛速發(fā)展，在新型指揮信息系統(tǒng)裝備采辦過程中，仿真試驗已成為裝備試驗與鑒定的一項重要措施。但是隨著仿真技術的發(fā)展和仿真需求的增加，對指揮信息系統(tǒng)仿真試驗結果是否可信、可信的程度如何，關注程度也越來越重視。從某種意義上說，只有保證了仿真系統(tǒng)、仿真試驗方案、試驗數(shù)據(jù)等的正確性和可信性，最終得到的仿真試驗結果才有實際應用的價值和意義1-3。如何評估指揮信息系統(tǒng)仿真試驗的正確性和可信性是指揮信息系統(tǒng)試驗中需要重視和研究的主要

5、問題?？尚判栽u估一方面可以有效地提高仿真試驗系統(tǒng)的有效性水平和試驗結果的正確性，增強使用者的信心；另一方面可降低仿真試驗系統(tǒng)應用的風險，提高系統(tǒng)使用效益4。2 指揮信息系統(tǒng)仿真試驗可信性影響因素分析（Analysis of influence factors of credibilityevaluation of the C4ISR system simulation test）2.1 指揮信息系統(tǒng)仿真試驗過程分析指揮信息系統(tǒng)仿真試驗是指利用仿真技術對實際的指揮信息系統(tǒng)及其技術進行鑒定與評估的一種過程，其本質(zhì)是系統(tǒng)在仿真條件下的試驗活動，包括確定試驗對象和目標，建立仿真模型，構建試驗環(huán)境，設計

6、試驗方案，開展仿真試驗，采集試驗數(shù)據(jù)，評估試驗結果等。指揮信息系統(tǒng)仿真試驗連接關系如圖1所示。在這種環(huán)境下，仿真試驗系統(tǒng)主要用于被試指揮信息系統(tǒng)運行所需的外部環(huán)境的構建，包括各類ISR、指控、武器等，以及相關藍方兵力及活動情況。試驗運行過程中，在想定的驅(qū)動下，為被試裝備提供運行所需的激勵信息，并能接收和響應被試裝備發(fā)送的信息和指令，試驗組織者利用實時導調(diào)功能也可對藍方的兵力進行導調(diào)干預指揮。指揮信息系統(tǒng)仿真試驗設計與準備階段，主要進行仿真試驗方案設計、仿真試驗想定設計和初始數(shù)據(jù)準備。仿真試驗方案主要內(nèi)容包括需求分析、思路與方法、保障需求、安全風險分析等。仿真試驗想定為指揮信息系統(tǒng)仿真試驗提供初

7、始條件、參戰(zhàn)單位、結束條件等，包括為指揮信息系統(tǒng)仿真試驗中仿真系統(tǒng)的運行提供預先安排的一些動作、活動或命令等初始條件和約束條件。初始數(shù)據(jù)包括基礎數(shù)據(jù)和生成數(shù)據(jù)兩類?；A數(shù)據(jù)包括地形數(shù)據(jù)、軍標數(shù)據(jù)、武器裝備性能數(shù)據(jù)等，而生成數(shù)據(jù)主要是對想定進行細化和結構化后生成的數(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)仿真試驗實施階段主要是按照仿真試驗實施方案或試驗大綱、細則，進行仿真試驗，是從指揮信息系統(tǒng)現(xiàn)場仿真試驗開始至試驗實施計劃中規(guī)定的所有試驗項目組織完畢的整個過程，是試驗鑒定最關鍵的階段。試驗總結分析階段包括仿真結果收集、仿真結果統(tǒng)計分析、撰寫試驗報告等環(huán)節(jié)。仿真結果收集是對單次或多次的仿

8、真試驗數(shù)據(jù)進行收集、分類、排序等，選擇對最終試驗結果有用的數(shù)據(jù)集。試驗結果統(tǒng)計分析，主要是將試驗所獲取的、經(jīng)初步處理的大量數(shù)據(jù)進一步加以整理、加工和處理，應用統(tǒng)計分析和圖解分析的方法，把試驗數(shù)據(jù)轉換成能夠表征試驗結果的相關變量，進行定量和定性相結合的分析。然后，與被試裝備體系的評估指標、研制總要求和研制任務書中規(guī)定的作戰(zhàn)要求和相應變量的評定標準進行比較分析，以評價裝備體系的戰(zhàn)術技術性能和作戰(zhàn)效能，鑒定其是否滿足作戰(zhàn)使用要求，或者評估某裝備對整個體系的貢獻率。2.2 指揮信息系統(tǒng)仿真試驗影響因素分析結合指揮信息系統(tǒng)仿真試驗的一般過程，對影響指揮信息系統(tǒng)仿真試驗可信性的因素進行分析。從試驗設計與準

9、備階段、試驗實施階段和試驗總結分析階段這三個階段的主要工作可以看出，影響指揮信息系統(tǒng)仿真試驗可信性的因素主要是數(shù)據(jù)、模型、仿真試驗系統(tǒng)、仿真結果的可信性。而這些因素又受到諸多因素的影響，因此，仿真試驗可信性是大量影響因素共同作用下，描述仿真試驗系統(tǒng)與仿真試驗目的相適應程度的一個總體指標。endprint由圖3可見，數(shù)據(jù)可信性是仿真可信性的基礎，模型可信性是仿真可信性的靈魂，仿真結果是仿真的產(chǎn)物，是模型、數(shù)據(jù)、仿真試驗系統(tǒng)、仿真試驗等諸因素的集中反應。數(shù)據(jù)可信性、模型可信性、仿真試驗系統(tǒng)可信性都會對仿真結果產(chǎn)生不同程度的影響；仿真試驗設計、試驗實施過程、仿真試驗結果處理等環(huán)節(jié)也會影響仿真結果的可

10、信性。如仿真結果的處理過程中可能由于數(shù)據(jù)的遺漏處理、重復處理、錯誤處理而使得最終結果和仿真輸出不一致，影響仿真的可信性。仿真結果全面反映了仿真全過程的影響，在某種程度上甚至可以說，仿真結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中使用的數(shù)據(jù)，對仿真滿足仿真應用目的的影響程度。這里所說的數(shù)據(jù)，指的是用于支持模型運行的數(shù)據(jù)，而不包含仿真結果數(shù)據(jù)。模型可信性是指仿真試驗中所用的模型，對仿真滿足仿真應用目的的影響程度。仿真試驗系統(tǒng)可信性是指仿真試驗系統(tǒng)的結構及運行，對仿真滿足仿真應用目的的影響程度。仿真結果可信性是指在特定的仿真應用目的下，運行仿真試驗系統(tǒng)進行仿真試驗，產(chǎn)生的試驗結果數(shù)據(jù)對仿

11、真對象客觀規(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3.1 基于模糊層次分析法的可信性評估方法模糊層次分析法是層次分析法和模糊綜合評判法相結合的方法，主要是為了克服傳統(tǒng)層次分析法中人的主觀判斷、選擇、偏好等對結果影響很大的缺點，使評估更加趨于合理。運用模糊層次分析法對仿真試驗進行可信性評估分析的評估框架如圖4所示。該框架包括評估模型、評估過程和評估方法三個重要組成部分。其中評估模型采用層次分析法構建，各層指標分別為仿真試驗可信性的影響因素。評估過程包括指標合成和指標分析，其中指標合成在這里主要指各評估因素的權重計算過程6，7。3.2 指揮信息系統(tǒng)仿真試驗可信性評估3.2.1

12、層次劃分根據(jù)指揮信息系統(tǒng)的級別、試驗項目，仿真試驗中需采用不同的模型，本文以炮兵連指揮信息系統(tǒng)的情報處理仿真試驗為例，對其仿真試驗可信性進行分析評估。根據(jù)前文分析，影響指揮信息系統(tǒng)仿真試驗可信性的主要因素包括四個方面：數(shù)據(jù)、模型、仿真試驗系統(tǒng)、仿真結果。對炮兵連指揮信息系統(tǒng)情報處理仿真試驗而言，仿真試驗系統(tǒng)中使用的模型主要是紅方裝備體系模型中的偵察車模型和營指揮車模型，目標情報信息主要由戰(zhàn)情產(chǎn)生分系統(tǒng)產(chǎn)生，未使用藍方裝備體系模型。為簡化問題并突出主要因素，在炮兵連指揮信息系統(tǒng)情報處理仿真試驗中，仿真試驗系統(tǒng)與被試裝備之間采用與實裝相同的通信鏈路；仿真試驗系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)方面采用商用計算機、服務器

13、等設備，其影響可暫時不予考慮；仿真試驗系統(tǒng)的軟件運行環(huán)境，主要有操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等；仿真運行支撐分系統(tǒng)。由于操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等的穩(wěn)定性都相對較好，對仿真試驗可信性的影響很小，主要考慮仿真試驗系統(tǒng)的運行支撐分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能力，如丟包率、時延、吞吐量等。綜合以上對某指揮信息系統(tǒng)情報處理仿真試驗可信性影響因素的分析，對各因素進行層次分解劃分，得出某指揮信息系統(tǒng)情報處理仿真試驗可信性層次模型，如圖5所示。3.2.2 單因素評判單因素評判主要用于計算各原子因素的可信度分量。（1）建立因素集與評判集由圖5可知，對某炮兵連指揮信息系統(tǒng)情報處理仿真試驗可信性評估，其因素集如下：C=U1=數(shù)據(jù)可信性，U2=模

14、型可信性，U3=仿真試驗系統(tǒng)可信性，U4=仿真結果可信性U1=U11=基礎數(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)可信性對于影響炮兵連指揮信息系統(tǒng)情報處理仿真試驗可信性的各因素進行單因素評判，本文設定共用一個評判集V=V1，V2，V3，V4，V5，包含五個等級，各等級的含義如表1所示。（2）構造兩兩比較判斷矩陣兩兩比較判斷矩陣A=（aij）nn，其中aij為因素ui與uj對上一層父因素可信性影響的相對重要性比值，其大小通常采用19標度方法和指數(shù)標度法，各標度的含義如表2所示，指數(shù)標度法的指數(shù)取值參考文獻10中的取值。19標度方法在用于確定事物的排序上基本

15、合理、可靠，但用它得出的權值計算系數(shù)卻往往不可靠。在理論上可以證明：指數(shù)標度法具有好的衡量標度。因此，在此采用指數(shù)標度法。首先還是由專家對評價指標各層上的元素進行分析，按照對上層元素的可信度影響大小的順序，對同一層上的各元素進行排序。然后利用指數(shù)標度法給判斷矩陣賦值。由于炮兵連指揮信息系統(tǒng)仿真試驗可信性影響因素較多，這里僅對每一層元素給出其中的一個判斷矩陣，見表3表6。從表中的調(diào)查結果可知，對于數(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提高模型的正確性；對于仿真試驗系統(tǒng)可信性而言，主要是支撐服務系統(tǒng)和仿真管理的影

16、響，硬件運行環(huán)境和軟件運行環(huán)境的影響很低；對于仿真結果可信性，主要是試驗數(shù)據(jù)處理的正確性。（3）計算相對權重向量采用“和法”的特征向量近似計算方法，計算矩陣的特征向量，以D111的特征值計算過程為例：（4）計算單因素評判的可信度應用專家打分法對基礎地理信息數(shù)據(jù)的正確性、精度、完整性做出了評價，組合三個評價向量得到模糊評判關系矩陣如表7所示。3.2.3 綜合評判（1）初級綜合評判為了突出關鍵因素，同時又兼顧其他因素，在自然環(huán)境地理數(shù)據(jù)可信性初級綜合評判中采用主因素突出型算子（，），初級綜合評判過程如下：endprint由上式可知，評判集V中的元素V2對應的隸屬值最大，為0.5；按最大隸屬度原則，

17、該自然環(huán)境地理數(shù)據(jù)可信性的初級綜合評判結果為“較滿足要求”。（2）高級綜合評判高級綜合評判建立在初級綜合評判的基礎上。通過初級綜合，我們已將原子因素的評判綜合到上一層次；在高級綜合評判中，把低一層的評判結果向量作為一個模糊向量，多個低層模糊向量的綜合可構成高一層的模糊評判關系矩陣R。對該關系矩陣進行模糊合成運算，可求得高一層的綜合評判值。以數(shù)據(jù)可信性的第二層因素綜合到第一層的模糊評判為例，說明高級綜合評判方法的實現(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元素，其初級評判結果B=（0.2，0.5，0.2，0.1，0）可作為第一層數(shù)據(jù)可信性評判的一個模糊評判向量。以同樣的方法分別求出模型數(shù)據(jù)可

18、信性、生成數(shù)據(jù)可信性、仿真管理數(shù)據(jù)可信性的模糊評判向量后，組合所有數(shù)據(jù)可信性的第二層因素評判向量構成模糊評判矩陣R。針對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判向量B=ATR=（0.4405，0.3524，0.1381，0.0690，0）。根據(jù)最大隸屬度原則，該數(shù)據(jù)可信性的最終評判結果為“Vl”；若評判等級用“高”和“低”來描述，則表示具有“極高”的可信度。4 結論（Conclusion）最終結果表明，所評估的炮兵連指揮信息系統(tǒng)情報處理仿真試驗具有極高的可信性，但需注意限制和約束條件。通過模糊層次分析法的基本思想和原理，結合指揮信息系統(tǒng)仿真試驗過程，對如何評估指揮信息

19、系統(tǒng)仿真試驗可信性做了一定的研究和探討。通過應用模糊層次分析法評價模型，將定性和定量分析有機結合起來，盡量減少了個人主觀臆斷所帶來的弊端，評價結果相對一般評打分等方法更客觀，評價結果更可信。參考文獻（References）1 Jian Bing Tang，Tian Tian Guo，Qi Gao Hu，et al.Research on the Credibility Evaluation Methods of Combat SimulationJ.Applied Mechanics and Materials，2015，713-715：2139-2142.2 Bing Li，Li Hong Li，F(xiàn)an Ming Liu.Verification，Val