虚拟现实作战系统互操作应用效能的仿真评估研究
摘要:作战系统互操作是实现多军种联合作战并进而在战争中取得信息优势的关键技术。实现作战系统互操作必须解决的一个问题是互操作的应用效能评估,即评估互操作可以在何种程度上提升作战系统的应用效能。文章旨在通过对作战系统互操作应用效能评估方法进行仿真来证明评估指标体系和评估方法的有效性。仿真系统基于已建立的作战系统互操作的应用效能评估指标体系和综合评估方法,通过VC++进行了实现。文中给出了仿真评估的运算步骤和计算实例。仿真结果表明了该作战系统互操作应用效能评估方法的可行性。
1 引言
随着计算机和通信技术在军事领域的广泛应用,作战系统乃至更高层次系统间的互操作已经成为我国及世界各国的军事发展方向。互操作是指系统间以及时而连贯的方式实现对资源的共享,作战系统互操作应用效能是指作战系统在实现互操作后其效能的提升度,而作战系统互操作应用效能仿真评估即是对系统在实现互操作后的效能提升度进行数字仿真计算,通过对作战系统在互操作实现后其效能提升度的仿真计算,能够为作战系统互操作实现方案和技术的优劣作出正确评判,从而为作战系统互操作实现方案和技术的选择及改进提供科学依据。
作战系统互操作应用效能评估不同于一般的作战系统效能评估。作战系统效能评估是对系统完成预定任务的满意度进行综合评价;而作战系统互操作应用效能评估是对系统在互操作实现后其效能的提升度进行综合评价。传统的评估方法如统计试验法、专家调查法、指数法、解析法、模糊评估法、层次分析法、SEA法 等侧重于评估单个作战系统的效能,对于效能的提升度则缺乏考虑。因此,为了解决作战系统互操作应用效能评估问题,本文首先提出了一个作战系统互操作应用效能评估指标体系,并进一步提出了一种综合评估方法。该方法将各一级指标视为评估对象的子对象,分别采用不同的评估方法对各子对象在互操作实现前后的效能进行测算,并将两种状态下的测算结果进行比较得出子对象的度量提升度,最后综合处理计算出实际评估对象的效能。经仿真实例分析,这种评估方法能有效地测算出作战系统互操作的应用效能,基本满足作战系统问互操作的应用效能评估需求。
2 作战系统互操作应用效能仿真评估指标体系
建立正确、科学的评估指标体系是有效进行仿真评估的前提和关键。从作战系统互操作的应用效能评估概念可知,作战系统互操作的应用效能实际上是通过作战系统在两种状态下的不同作战效能来得到反映的,但其评判对象并不是作战系统本身,而是系统的“互操作性”,因此,我们在遵循建立指标体系的普遍原则基础上,按照作战系统的战术、技术性能(即作战功能)和作战要求,运用主成份分析法确定主因子的原理 ’ ,即根据作战功能和作战要求,从所有因素集中确定出主因子,再结合层次化思想,并充分体现了互操作性的特征,建立图1所示的指标体系。
图1 作战系统互操作应用效能仿真计算指标体系
3 作战系统互操作应用效能评估方法
关于系统效能评估的常用方法有:统计试验法、专家调查法、指数法、解析法、模糊评估法、层次分析法、SEA法 ,然而由于这些方法都是针对不同系统效能特点(并非系统互操作应用效能)而提出的相应评估方法,故单凭这些方法中的任何一种均无法完成作战系统互操作应用效能的计算。
为解决此问题,本文提出了一种综合评估方法,其基本思想是:将各一级指标视为评估对象的子对象,即把图1中“作战系统互操作的应用效能”的下一级指标视作评估子对象,分别采用不同的计算模型和方法对各子对象在互操作实现前后的效能进行计算,并将两种状态下的计算结果进行比较得出子对象的度量提升度,最后将所有子对象的度量提升度加权求和,从而运算出作战系统互操作应用效能。
该方法分为两步进行:①子对象评估;②综合评估。
3.1 子对象评估
子对象评估旨在计算图1中“决策能力、攻击精度、生存能力、攻击火力、作战节奏、机动能力、信息安全”各子对象的度量提升度。由于各子对象特点不同,因此我们采用了不同的计算方法:
①对决策能力、攻击火力、攻击精度和作战节奏这几个定量子对象,用解析法直接求取它们在互操作实现前后两种状态下的度量值,进而运算出它们各自的度量提升度;
②对生存能力子对象,用线性数学相关理论运算出它在两种状态下的数学期望,进而求出度量提升度;
③ 对机动能力和信息安全这两个定性子对象,用模糊评估法算出它们在两种状态下的模糊向量,再对各评判等级按照100分制进行打分,将两种状态下的模糊向量转换成定量值,进而运算出度量提升度。
3.1.1 基于解析法的子对象评估
解析法用于计算决策能力、攻击火力、作战精度和作战节奏在互操作实现后的度量提升度。以“决策能力”为例,互操作实现前:
互操作实现后有:
(其中,分别表示:决策能力的度量值;作战系统间的通信可靠性;作战系统间的通信误码率;单个系统内通信的可靠性;单个系统内通信的误码率;传感设备及时发现情报(目标)概率;传感设备及时发现情报(目标)正确率;系统及时获取情报(目标)的完备率;系统及时获取情报(目标)的正确率;融合设备处理数据信息的正确率)
将上面求得的Ⅳ 在两种状态下的不同值相比减1,即可得Ⅳ 在实现互操后的度量提升度。
攻击火力、作战精度和作战节奏子对象的度量提升度计算与此类似,在此不再赘述。
3.1.2 基于排队理论的子对象评估