基于云模型的地面防空混編群信息對抗能力評估方法

李勇祥，曹澤陽，李龍躍，楊麗娜

(1.空軍工程大學 研究生院， 西安 710051； 2.空軍工程大學 防空反導學院， 西安 710051)

以信息對抗為核心的空襲與反空襲時代悄然而至，隨著空襲信息對抗力量的不斷發展及運用手段的創新，防空作戰也突破以往的火力對抗模式，發展為信息和火力一體化作戰。信息防空作戰作為防空作戰火力打擊的前提和情報支援，主導著整個空防對抗的成敗，并貫穿于整個戰役的始終[1]。以地空導彈武器系統為主，輔以高炮武器、彈炮結合武器系統及引入電子對抗分隊所組建的地面防空混編群是地面防空作戰的重要支撐。地面防空武器通過組網作戰、火力信息協同開啟了全新的防空作戰樣式，并將不斷提升自身信息對抗能力作為混編群建設發展的一項重要內容。信息對抗能力作為地面防空混編群作戰能力的重要組成部分，評估其能力優劣對于指導混編群規模結構的優化有著重要現實意義。

目前，對地面防空混編群信息對抗能力的評估大都采用作戰模擬法、模糊綜合評判法、邏輯分析法等，其缺陷在于忽視了評估過程出現的不確定性，即模糊性和隨機性，而且缺乏簡潔有效的定性定量互轉模型[2]。基于云模型理論可有效結合評估過程的模糊性和隨機性，以隸屬云形式表征定性概念中的能力評估等級，實現對地面防空混編群信息對抗能力的綜合評估。

1 地面防空混編群信息對抗能力分析

地面防空混編群是按照作戰任務需求而混合組建有機作戰群體，其實質是把不同型號、性能各異的防空武器裝備經過進一步混編集成優化、混合配置，以達到作戰空域和電磁頻譜互補、信息和火力協同作戰的效果。地面防空混編群有著單個型號地面防空武器裝備無法比擬的信息優勢，通過混編組網作戰，不僅增強了混編群火力協同攻擊能力，更重要的使其整體信息對抗及作戰運用效能大大提高。信息作戰作為地面防空混編群火力打擊的重要支援手段，一方面通過己方各戰斗單元雷達組網實現信息協同，以及利用多種抗干擾手段進一步提升整體信息對抗能力，創造我方的信息優勢；另一方面通過偵察及攻擊敵空襲信息節點，從而破壞和癱瘓敵方的信息作戰體系，奪取戰場制信息權達成信息防空作戰的目的。據此，可進一步將地面防空混編群信息對抗能力指標分為空情獲取能力、信息進攻能力、信息防御能力以及信息協同能力等。

1.1 空情獲取能力

空情獲取是地面防空混編群火力、信息一體打擊的基礎和前提[3]。地面防空混編群空情預警探測系統主要由地面防空雷達和光電偵察等裝備組成，通過對來襲目標預警、跟蹤、識別，經過指揮信息系統信號處理，及時掌握戰場空情信息要素，為指控系統戰斗部署分析決策提供判斷依據。地面防空混編群空情獲取能力主要包括目標預警能力、目標跟蹤能力、目標識別能力及指揮信息系統的目標信息傳輸處理能力等。

1.2 信息進攻能力

地面防空混編群各型武器系統通過混編組網使之具備了一定的信息進攻能力。特別是引入地空反輻射導彈武器系統及各種對空輻射源，使地面防空混編群更具信息防空優勢。信息進攻能力進一步可分為電子干擾能力、電子摧毀能力、網絡攻擊能力及心理對抗能力[4]。其中電子干擾主要以對空輻射源釋放電磁干擾及實施各種電子欺騙為手段對空襲關鍵信息節點及精確制導武器系統進行干擾壓制；電子摧毀主要以地空反輻射導彈武器系統、電磁脈沖武器等裝備實施對空襲電子干擾源的火力及電子打擊；網絡攻擊主要以黑客入侵、病毒破壞及電磁脈沖攻擊等多種方式實施對敵信息系統及計算機網絡平臺的破壞；心理對抗則是通過作戰人員實施心理壓制以擾亂敵方作戰決心。

1.3 信息防御能力

隨著空襲信息對抗裝備的發展壯大，地面防空混編群面臨電子干擾及電子摧毀威脅日益加劇，在無線電通信領域爭奪頻譜控制權的電波斗爭也日益嚴峻[5]。信息防御能力作為地面防空混編群作戰能力的一項重要指標，是地面防空混編群能否保證火力攔截可靠性的前提，主要包括信息傳輸的安全保密能力、各作戰單元的信息隱蔽偽裝能力、雷達預警、通信及指揮控制等網絡系統的抗毀能力及重構能力。其中信息保密以確保我方作戰情報及指揮決策信息防敵竊取為主；信息隱蔽偽裝以電磁輻射控制、利用工事、地形等進行信息偽裝以及設置各種假目標迷惑敵方；系統抗毀及網絡重構能力則用以評估地面防空混編群對空預警網絡、指揮控制中心及各種通信樞紐在敵信息干擾時運行的穩定性和可靠性以及應對空襲信息、火力打擊時的重建能力。

1.4 信息協同能力

地面防空混編群是高度集成、互聯互通的作戰體系，其作戰效能能否實現“1+1>2”的效果很大程度上取決于混編群各作戰單元與上級指揮機構及相互之間的信息協同。信息協同是在各防空作戰力量把握空情重點信息基礎上相互的信息交流，以提高信息使用效率實現對敵高效火力攔截[6]，地面防空混編群信息協同能力主要包括雷達組網能力、頻譜管控能力和組織協同能力。雷達組網作為混編群組建的網絡架構，是混編群能否實現信息與火力協調運用的前提，其能力優劣是衡量混編群能否形成一體化作戰整體的關鍵因素。頻譜管控是指地面防空混編群通過對戰場空間內己方用頻裝備的科學規劃和合理運用，最大限度地發揮各用頻裝備的作戰效能、降低內耗，以提升防空體系信息對抗的整體作戰能力，主要以雷達頻譜管控和通信頻譜管控為主實現信息協同的效益最大化。其中雷達頻譜管控是對戰場區域各型雷達通過區分頻率、體制及使用時間、空間(方向)等，進行配置和協調，避免己方用頻裝備的互擾，并盡可能減少對作戰任務需求的限制。通信頻譜管控則是防空作戰中數據鏈系統的無線電終端的協調工作，其主要表現在通用性和互補性上。組織協同是指指揮員及指揮機構實施電子攻擊或防御作戰時，協同混編群電子戰裝備之間、電子戰裝備與其他作戰裝備之間的關系，提高各武器裝備的協同作戰能力，避免電子戰裝備對其他作戰裝備產生影響，甚至損傷。

2 基于云模型的信息對抗能力評估方法

2.1 云模型理論

云模型是一種用以表征定性概念和定量數值之間的不確定性轉換模型，通過概率論和模糊數學方法反映自然語言概念的不確定性。設X是一個精確數值表示的定量論域X={x}，L是與X相聯系的語言值(模糊子集)，若對任意元素x，x∈X，都存在一個穩定傾向的隨機數uL(x)∈[0，1]與之對應，稱為x對L的隸屬度。隸屬度在論域上的分布稱為隸屬云，簡稱云[7]。

云是從論域到區間[0，1]上的映射，由許多云滴共同組成，每個云滴由元素xi和其隸屬度組成，以drop(xi，ui)表示。單一的云滴不能反映整體的分布情況，當眾多云滴匯聚成云時，整個云體現了一定的數字特征值，即期望值Ex、熵En和超熵He(用C(Ex，En，He)表示)，以反映定性概念的特征。其中期望值Ex為云分布的中心，用以表征相應模糊概念的信息中心值，熵En表征在這個論域中能夠被這個概念所接受的數值范圍，超熵He表征云滴離散程度，即云的厚度。如表征“20左右的數值”可以用“Ex=20，En=1，He=0.05”的正態云圖表示，如圖1所示。

圖1 云及其數字特征曲線

云模型用以對不確定性問題的評估，經過數學方法推理計算實現。它將專家的評估數據經特定的數學公式計算得到屬性特征值，不再以精確的函數表示，而是以3個屬性特征值來表示評估對象的不確定性，有效處理了評估過程的模糊性和隨機性[7-8]。

指標評價云的生成。指標評價云表示各指標的評價等級，也體現了評估對象在某個方面的等級特性，是決定最終評價等級的獨立因子，通過逆向云生成器計算生成。逆向云生成器運算法則如下[8]：

2.2 建立指標體系

地面防空混編群信息對抗能力影響因素呈現一定的多樣性及復雜性，需要通過構建合理指標體系對其信息對抗能力綜合評估。基于上述對地面防空混編群信息對抗能力的要素分析，采用逐層分解的方式，選取防空混編群信息對抗能力的主要影響要素作為評估指標，以信息對抗能力為根，分列出一級指標和二級指標，據此，可得地面防空混編群信息對抗能力評估指標體系，如圖2所示。

圖2 地面防空混編群信息對抗能力評估指標體系框圖

2.3 指標權重確定[9]

設Ai(i=1，2，3，4)中各指標因素Aij(j=1，2，…，n,其中n表示Ai中的指標因素Aij的個數)相對Ai的權重分配分別為wij(wi1+wi2+…+win=1)；類似地，Ai(i=1，2，3，4)相對于A的權重分配分別為Wi(i=1，2，3，4)。

對于Wi及wij的確定，采取層次分析法。根據層次分析法，將問題中涵蓋的指標要素區分層次進行排列以形成層次結構。在本文中以地面防空混編群信息對抗能力A為目標層，以一級指標空情獲取能力A1、信息進攻能力A2、信息防御能力A3、信息協同能力A4為第一準則層，其余二級指標為第二準則層。判斷矩陣采取“1～9”標度法：以上一層次中的某一指標要素作為評判標準對下一層次中對應的每個元素進行重要性對比，構建所需的判斷矩陣，判斷矩陣包括該層次中各因素相互比較所得出的權重值。

對于第一準則層Ai(i=1，2，3，4)關于A的判斷矩陣C=(cij)n×n(n=4)，矩陣中元素cij表示層次結構模型中指標因素Ai與Aj相對比所得的重要程度，而且滿足cij>0;cii=1;cji=1/cij，也就是層次結構模型中因素Aj與Ai相比較的重要性與層次結構模型中因素Ai與Aj相比較所得的重要性應該成倒數關系，因此可知，判斷矩陣C為正反矩陣，進行n(n-1)/2次判斷就可以得出結論。

在單一準則情況下，本文采用幾何平均法對各指標因素相對權重進行確定，步驟如下。

步驟1求權重向量。

步驟2計算矩陣C最大特征值。

步驟3一致性檢驗。

表1 隨機一致性指數

計算一次性比例數值CR=CI/RI，當CR≤0.1，即可認為判斷矩陣一致性檢驗合格。否則，判斷矩陣需做恰當的修改，以確保一致性。

類似地，可以求得第二準則層A11，A12，A13，A14對第一準則層A1的權重w1j(j=1，2，3，4)，相應可得w2j、w3j、w4j(j=1，2，3，4)。

2.4 評估流程

地面防空混編群信息對抗能力評估流程如圖3所示，具體步驟如下。

圖3 地面防空混編群信息對抗能力評估流程框圖

步驟1：建立地面防空混編群信息對抗能力評估指標體系。

步驟2：對各個評估指標確立相應評語集及其取值區間，生成相應于每個指標的標準評價云，即云標尺。

步驟3：利用上述層次分析計算方法得出各層次評估指標相應權重值。

步驟5：計算綜合評價云與對應屬性的標準評價云的相似度[10]。相似度δi的計算步驟如下：

步驟6：確定地面防空混編群信息對抗能力等級。根據相似度的大小，以此確定評估對象的信息對抗能力等級。

3 實例仿真分析

為了驗證所提方法的有效性和科學性，本文以某地面防空混編群為例，對其各能力指標組織相關領域專家進行打分，綜合評估分析。

1) 建立評語集，求得各屬性特征值。本文指標統一采用10分制，即所有屬性的評估值在[0，10]，數值由小到大的循序即為能力增強的趨勢。并依據專家意見將該分值區間劃分為若干個子區間，分別對應不同的評語級別，本文將指標能力等級分成[0，2]、[2，4]、[4，6]、[6，8]、[8，10]等4個區間，指標評語集為{很差，差，中等，好，很好}，將其轉化為標準評價云分別表示為C(1，0.33，0.05)，C(3，0.33，0.05)，C(5，0.33，0.05)，C(7，0.33，0.05)，C(9，0.33，0.05)。如圖4所示。

圖4 評語集標準云模型

2) 確定指標權重。根據專家們對各指標重要性進行比較，并利用層次分析法計算。得到二級指標權重分別為：空情獲取能力各指標權重(0.535 9，0.133 1，0.269 8，0.061 2)；信息進攻能力各指標權重(0.574 5，0.294 9，0.086 3，0.044 3)；信息防御能力各指標權重(0.111 3，0.532 9，0.288 4，0.067 4)；信息協同能力各指標權重(0.163 4，0.539 6，0.297 0)。類似地，求得一級指標權重為(0.304 1，0.053 4，0.502 8，0.139 7)。

3) 綜合評價云的合成。通過采集評估數據，生成各指標屬性評價云，并根據上步求得的權重合成綜合評價云。本文采集了10名專家的打分數據，根據上述逆向云生成器運算法則，求得對應的指標屬性評價云的數字特征。可得二級指標的數字特征如表2所示，對指標屬性評價云進行合并求得一級指標綜合評價云，如表3所示。

表2 二級指標數值特征

表3 一級指標數值特征

依據第2節步驟4可得地面防空混編群信息對抗能力的數字特征為C(8.15，0.52，0.19)。經仿真計算可得地面防空混編群信息對抗能力綜合評價云與標準評價云如圖5所示。

圖5 綜合評價云與標準評價云曲線

4) 計算相似度。根據第2節步驟5可以得到“地面防空混編群信息對抗能力”各標準評價云與綜合評價云的相似度，如表4所示。由表4可以得到與綜合評價云相似度最大的是“很好”標準評價云。這與圖5比較云圖的直觀判斷相一致。因此，最后的結論為地面防空混編群信息對抗能力等級為“很好”，評價值為8.15，從評估結果來看，地面防空混編群信息對抗能力處于“好”和“很好”的之間，說明該地面防空混編群信息對抗能力尚有進一步的提升空間。

表4 綜合評價云與各標準評價云的相似度

4 結論

地面防空混編群信息對抗能力包含的多種指標因素眾多，通過對地面防空混編群信息對抗能力進行系統分析，給出了一套評估指標體系，并運用云模型理論進行運算量化分析評估，對某一地面防空混編群信息對抗能力進行有效評價。這種方法充分考慮了評估過程中的隨機性和模糊性，并且能使定性描述定量化，能夠有效區分能力程度差異，代替了不科學的“印象”評估結果，較為客觀地反映了防空混編群信息對抗能力的真實情況。