雷達裝備精確保障系統信息結構設計與評價研究*

萬曉磊，宋寧哲，劉 慶，鄭龍生＊＊

(1.空軍雷達學院，武漢 430019;2.94878 部隊，安徽 蕪湖 241009)

0 引言

隨著信息化武器裝備的發展和戰爭形態的轉變，裝備保障方式方法也在發生著深刻的變革。信息化條件下裝備保障高需求、高價值、高時效、高技術、高質量的特點，要求裝備保障必須確立和強化精確保障理念，即充分運用以信息技術為核心的高技術手段，精確規劃、建設和運用保障資源，在準確的時間、地點為作戰行動提供準確的保障，使裝備保障適時、適地、適量、高效，最大限度地提高保障工作的消費比。深入開展精確化保障理論和方法研究，對于應對信息化戰爭的挑戰，推進中國特色軍事變革具有重要的現實意義［1-2］。

雷達裝備保障系統是指為完成雷達裝備保障任務，使用與維修裝備所需的所有保障資源及其管理的有機組合［3］，保障要素包括保障力量、保障對象、保障時間、保障空間、保障信息等。雷達裝備精確保障系統是一個復雜、綜合、完整的體系，核心目標是解決裝備物資平時與戰時“快速、精確、高效”的保障問題。以往對系統結構的研究大都拘泥于對組織結構的研究，而裝備精確保障系統具有其鮮明的時代特征，信息是裝備精確保障的核心，故此對裝備精確保障系統信息結構的研究必不可少。本文對雷達裝備精確保障系統的信息結構進行設計，建立基于熵的信息結構評價模型，并進行了仿真驗證。

1 現行信息結構模型分析

裝備保障系統信息結構是指以計算機硬件、軟件技術為基礎，以網絡技術為支撐，以知識管理、信息構建、信息資源集成理論等作為理論基礎，輔以知識管理技術所支持的多層次的結構，是信息化條件下裝備保障信息資源的管理模式［4］。根據信息組織方式可以劃分為3 種模式，即組織同構型、流線型和網絡對應型［5］。

1.1 同構型信息結構

如圖1所示，在組織同構型信息結構中，戰略級和戰役級裝備保障系統均既是信源又是信宿，向下一級提供信息，同時接受下級反饋的信息;戰術級裝備保障系統只是信宿，接收信息，但由于其反饋信息，所以也可稱為信源。戰術級裝備保障系統將信息使用的情況分別向戰略級和戰役級保障系統反饋。

圖1 組織同構型信息結構

1.2 流線型信息結構

流線型是指在裝備保障系統中信息結構是相當獨立的。在流線型信息結構中，設立了信息中心專門負責收集并加工信息，系統在使用信息后，如果發現問題再向信源或者是信息中心進行反饋。這種信息結構能夠更好地保證信息的質量，但是在信息提供的過程中，程序相對較繁瑣，針對性相對較差，如圖2所示。

圖2 流線型信息結構

1.3 網絡對應型信息結構

網絡對應型與流線型類似，但是在網絡對應型信息結構中不同的信源對應不同的信息中心，不同的信息中心又對應不同專業和不同子系統(部門），并且在不同的信源和信息中心之間也有相互交流，在信息使用中遇到的情況也是分開進行反饋，從而使得這種結構有較好的效率，如圖3所示。

圖3 網絡對應型信息結構

2 雷達裝備精確保障系統蛛網型信息結構設計

基于對以上各種信息結構的分析，本文構建了裝備精確保障系統蛛網型信息結構，如圖4所示。

蛛網型信息結構與網絡對應型相似，特點是全域信息共享，在信息結構中不同的信源對應不同的信息中心，不同的信息中心又對應不同分系統，分系統為指揮控制分系統、保障力量調配分系統、需求預測分系統、物資倉儲分系統、重組控制分系統、人員管理分系統等。信源、信息中心以及各分系統都散落在各自的網絡中，不同的信源與信源、信息中心與信息中心都可以進行信息交流。與網絡對應型信息結構不同的是，蛛網型信息結構使得各分系統也都在一個網絡中相互之間可以進行信息溝通，在信息使用中遇到的情況也是分開進行反饋，從而使得這種結構的效率更高、效果更好。

圖4 精確保障系統蛛網型信息結構

3 雷達裝備精確保障系統信息結構評價

蛛網型信息結構的特點就是信息的共享。在未來信息化戰爭中，信息共享是實現精確保障的前提條件，其程度也決定了精確保障效能發揮的強弱。因此，可以依據各信源的信息共享程度以及系統整體的信息量來衡量系統的信息結構優劣。

3.1 聯合熵與信息熵、條件熵的關系

根據信息熵理論［6］，熵是某個信源的平均信息量，是一種平均意義上的總體信息度量。在信息共享過程中，各信源的相關性會降低它們所攜帶的信息量。聯合熵可以描述相關信息源的不確定性，條件熵可以描述已知某信源后另一信源的不確定性。條件熵和聯合熵分別可表示為

式中，p(x，y）為信號x和y的聯合發生概率，p(y|x）為已知信號x后信號y發生的概率。

聯合熵、條件熵和信息熵存在以下關系:

上式表明，聯合熵等于前一個集合X 出現的信息熵加上前一個集合X 出現的條件下后一個集合Y 出現的條件熵。

在相互關聯的信息之間，某一信息往往包含另一條信息的信息量。互信息可以度量信息X中包含的信息Y的信息量，其定義為

平均互信息量和各類熵的關系可表示為

上式說明，相關信源的平均不確定度和聯合熵的信息可以用某一個信源的信息熵與已知某一信源關于另一信源的條件熵來表示。

3.2 信息結構評價模型

由信息熵理論可知，一個系統的信息量大小僅與該系統的狀態概率相關，而與系統的具體狀態取值無關，且系統的狀態概率越小其所包含的信息熵越大。

設n1和n2為信息結構中有相互共享關系的兩個節點，它們對應的狀態集分別為{a1，a2，…，am}和{b1，b2，…，bm}，對應的狀態概率分別為{p1，p2，…，pm}和{q1，q2，…，qm}，則兩個節點的信息熵為

兩個節點相互作用的聯合熵為

設節點n1和n2相互作用時n1中不被n2影響的那部分信息熵稱為n1的剩余信息熵，則n1的剩余信息熵為

設兩節點的狀態不完全相同，則已知H1≥0，根據聯合熵、條件熵的性質可知:

上式表明節點間的條件熵小于聯合熵，而且節點間相互作用越大條件熵越小，剩余信息量也就越少，而且節點n1和n2的剩余信息量不等。

節點n1和n2共享信息量可用互信息量表述:

如果節點n1和n2是獨立的，則有pij=piqi，共享信息為0。

由互信息量的性質可知:

則節點n1和n2的共享信息量等于兩節點相互作用的信息量。

綜上可知，可以用聯合熵表征信息結構中信息的整體質量，描述結構中各節點之間相互作用而引起的信息量變化。若信息結構有l個節點，則信息結構系統的聯合熵為

可以用交互熵表征信息結構中各節點之間的相互作用關系，即信息共享情況。若信息結構有l個節點，則信息結構系統的交互熵為

3.3 仿真分析

以信息結構由兩個相互獨立的信源組成為例，通過Matlab 對信息熵、聯合熵和交互熵進行仿真，得到單個節點的信息熵如圖5所示，兩個信源的聯合熵如圖6所示，兩個信源的交互熵如圖7所示。

圖5 單個信源的信息熵

圖6 兩個信源的聯合熵

圖7 兩個獨立信源的交互熵

由圖5 可知，單個信源狀態概率為0.37時可獲得最大的信息熵0.3679。由圖6 可知，兩個信源的聯合熵體現了信息結構整體的信息質量，當兩個信源的狀態概率為0.37時系統的信息質量最好。由圖7 可知，當兩信源相互獨立時其交互熵為0，說明兩個節點互不影響，一個節點的信息也不能為另一個節點所共享。同理，以上結論也可以推廣到多個信源的情況，這里不再贅述。

4 結束語

本文在結合相關文獻研究成果的基礎上，根據雷達裝備保障的實際情況，在分析現有的信息結構模型的基礎上，設計了雷達裝備精確保障系統蛛網型信息結構，并建立了基于熵的信息結構評價模型。通過仿真分析，驗證了模型的可行性，對雷達裝備更好地實施精確保障具有一定的參考價值。

［1］余高達.信息化條件系裝備保障新理念解答［J］.裝備，2008(8）:59-62.

［2］徐航.武器裝備精確化保障的目標體系與系統結構［J］.國防大學學報，2003(8）:90-93.

［3］GJB3872-1999.裝備綜合保障通用要求［Z］，2000.

［4］ADA402268.Five Year Automated Information Resources Management Plan［R］，2001.

［5］高魯.軍事裝備管理系統結構與運行機制研究［D］.軍械工程學院，2006.

［6］姜璐.熵——系統科學基本概念［M］.沈陽:沈陽出版社，1997:65-74.