基于云模型的地面防空混编群信息对抗能力评估方法

以信息对抗为核心的空袭与反空袭时代悄然而至，随着空袭信息对抗力量的不断发展及运用手段的创新，防空作战也突破以往的火力对抗模式，发展为信息和火力一体化作战。信息防空作战作为防空作战火力打击的前提和情报支援，主导着整个空防对抗的成败，并贯穿于整个战役的始终[1]。以地空导弹武器系统为主，辅以高炮武器、弹炮结合武器系统及引入电子对抗分队所组建的地面防空混编群是地面防空作战的重要支撑。地面防空武器通过组网作战、火力信息协同开启了全新的防空作战样式，并将不断提升自身信息对抗能力作为混编群建设发展的一项重要内容。信息对抗能力作为地面防空混编群作战能力的重要组成部分，评估其能力优劣对于指导混编群规模结构的优化有着重要现实意义。

目前，对地面防空混编群信息对抗能力的评估大都采用作战模拟法、模糊综合评判法、逻辑分析法等，其缺陷在于忽视了评估过程出现的不确定性，即模糊性和随机性，而且缺乏简洁有效的定性定量互转模型[2]。基于云模型理论可有效结合评估过程的模糊性和随机性，以隶属云形式表征定性概念中的能力评估等级，实现对地面防空混编群信息对抗能力的综合评估。

1 地面防空混编群信息对抗能力分析

地面防空混编群是按照作战任务需求而混合组建有机作战群体，其实质是把不同型号、性能各异的防空武器装备经过进一步混编集成优化、混合配置，以达到作战空域和电磁频谱互补、信息和火力协同作战的效果。地面防空混编群有着单个型号地面防空武器装备无法比拟的信息优势，通过混编组网作战，不仅增强了混编群火力协同攻击能力，更重要的使其整体信息对抗及作战运用效能大大提高。信息作战作为地面防空混编群火力打击的重要支援手段，一方面通过己方各战斗单元雷达组网实现信息协同，以及利用多种抗干扰手段进一步提升整体信息对抗能力，创造我方的信息优势；另一方面通过侦察及攻击敌空袭信息节点，从而破坏和瘫痪敌方的信息作战体系，夺取战场制信息权达成信息防空作战的目的。据此，可进一步将地面防空混编群信息对抗能力指标分为空情获取能力、信息进攻能力、信息防御能力以及信息协同能力等。

1.1 空情获取能力

空情获取是地面防空混编群火力、信息一体打击的基础和前提[3]。地面防空混编群空情预警探测系统主要由地面防空雷达和光电侦察等装备组成，通过对来袭目标预警、跟踪、识别，经过指挥信息系统信号处理，及时掌握战场空情信息要素，为指控系统战斗部署分析决策提供判断依据。地面防空混编群空情获取能力主要包括目标预警能力、目标跟踪能力、目标识别能力及指挥信息系统的目标信息传输处理能力等。

1.2 信息进攻能力

地面防空混编群各型武器系统通过混编组网使之具备了一定的信息进攻能力。特别是引入地空反辐射导弹武器系统及各种对空辐射源，使地面防空混编群更具信息防空优势。信息进攻能力进一步可分为电子干扰能力、电子摧毁能力、网络攻击能力及心理对抗能力[4]。其中电子干扰主要以对空辐射源释放电磁干扰及实施各种电子欺骗为手段对空袭关键信息节点及精确制导武器系统进行干扰压制；电子摧毁主要以地空反辐射导弹武器系统、电磁脉冲武器等装备实施对空袭电子干扰源的火力及电子打击；网络攻击主要以黑客入侵、病毒破坏及电磁脉冲攻击等多种方式实施对敌信息系统及计算机网络平台的破坏；心理对抗则是通过作战人员实施心理压制以扰乱敌方作战决心。

1.3 信息防御能力

随着空袭信息对抗装备的发展壮大，地面防空混编群面临电子干扰及电子摧毁威胁日益加剧，在无线电通信领域争夺频谱控制权的电波斗争也日益严峻[5]。信息防御能力作为地面防空混编群作战能力的一项重要指标，是地面防空混编群能否保证火力拦截可靠性的前提，主要包括信息传输的安全保密能力、各作战单元的信息隐蔽伪装能力、雷达预警、通信及指挥控制等网络系统的抗毁能力及重构能力。其中信息保密以确保我方作战情报及指挥决策信息防敌窃取为主；信息隐蔽伪装以电磁辐射控制、利用工事、地形等进行信息伪装以及设置各种假目标迷惑敌方；系统抗毁及网络重构能力则用以评估地面防空混编群对空预警网络、指挥控制中心及各种通信枢纽在敌信息干扰时运行的稳定性和可靠性以及应对空袭信息、火力打击时的重建能力。

1.4 信息协同能力

地面防空混编群是高度集成、互联互通的作战体系，其作战效能能否实现“1+1>2”的效果很大程度上取决于混编群各作战单元与上级指挥机构及相互之间的信息协同。信息协同是在各防空作战力量把握空情重点信息基础上相互的信息交流，以提高信息使用效率实现对敌高效火力拦截[6]，地面防空混编群信息协同能力主要包括雷达组网能力、频谱管控能力和组织协同能力。雷达组网作为混编群组建的网络架构，是混编群能否实现信息与火力协调运用的前提，其能力优劣是衡量混编群能否形成一体化作战整体的关键因素。频谱管控是指地面防空混编群通过对战场空间内己方用频装备的科学规划和合理运用，最大限度地发挥各用频装备的作战效能、降低内耗，以提升防空体系信息对抗的整体作战能力，主要以雷达频谱管控和通信频谱管控为主实现信息协同的效益最大化。其中雷达频谱管控是对战场区域各型雷达通过区分频率、体制及使用时间、空间(方向)等，进行配置和协调，避免己方用频装备的互扰，并尽可能减少对作战任务需求的限制。通信频谱管控则是防空作战中数据链系统的无线电终端的协调工作，其主要表现在通用性和互补性上。组织协同是指指挥员及指挥机构实施电子攻击或防御作战时，协同混编群电子战装备之间、电子战装备与其他作战装备之间的关系，提高各武器装备的协同作战能力，避免电子战装备对其他作战装备产生影响，甚至损伤。

2 基于云模型的信息对抗能力评估方法

2.1 云模型理论

云模型是一种用以表征定性概念和定量数值之间的不确定性转换模型，通过概率论和模糊数学方法反映自然语言概念的不确定性。设X是一个精确数值表示的定量论域X={x}，L是与X相联系的语言值(模糊子集)，若对任意元素x，x∈X，都存在一个稳定倾向的随机数uL(x)∈[0，1]与之对应，称为x对L的隶属度。隶属度在论域上的分布称为隶属云，简称云[7]。

云是从论域到区间[0，1]上的映射，由许多云滴共同组成，每个云滴由元素xi和其隶属度组成，以drop(xi，ui)表示。单一的云滴不能反映整体的分布情况，当众多云滴汇聚成云时，整个云体现了一定的数字特征值，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为云分布的中心，用以表征相应模糊概念的信息中心值，熵En表征在这个论域中能够被这个概念所接受的数值范围，超熵He表征云滴离散程度，即云的厚度。如表征“20左右的数值”可以用“Ex=20，En=1，He=0.05”的正态云图表示，如图1所示。

云模型用以对不确定性问题的评估，经过数学方法推理计算实现。它将专家的评估数据经特定的数学公式计算得到属性特征值，不再以精确的函数表示，而是以3个属性特征值来表示评估对象的不确定性，有效处理了评估过程的模糊性和随机性[7-8]。

指标评价云的生成。指标评价云表示各指标的评价等级，也体现了评估对象在某个方面的等级特性，是决定最终评价等级的独立因子，通过逆向云生成器计算生成。逆向云生成器运算法则如下[8]：

通过计算n个样本点的平均值

和方差

从而生成3个云特征值：

其中xi为专家对某个指标的评估值。

2.2 建立指标体系

地面防空混编群信息对抗能力影响因素呈现一定的多样性及复杂性，需要通过构建合理指标体系对其信息对抗能力综合评估。基于上述对地面防空混编群信息对抗能力的要素分析，采用逐层分解的方式，选取防空混编群信息对抗能力的主要影响要素作为评估指标，以信息对抗能力为根，分列出一级指标和二级指标，据此，可得地面防空混编群信息对抗能力评估指标体系，如图2所示。

2.3 指标权重确定[9]

设Ai(i=1，2，3，4)中各指标因素Aij(j=1，2，…，n,其中n表示Ai中的指标因素Aij的个数)相对Ai的权重分配分别为wij(wi1+wi2+…+win=1)；类似地，Ai(i=1，2，3，4)相对于A的权重分配分别为Wi(i=1，2，3，4)。

对于Wi及wij的确定，采取层次分析法。根据层次分析法，将问题中涵盖的指标要素区分层次进行排列以形成层次结构。在本文中以地面防空混编群信息对抗能力A为目标层，以一级指标空情获取能力A1、信息进攻能力A2、信息防御能力A3、信息协同能力A4为第一准则层，其余二级指标为第二准则层。判断矩阵采取“1～9”标度法：以上一层次中的某一指标要素作为评判标准对下一层次中对应的每个元素进行重要性对比，构建所需的判断矩阵，判断矩阵包括该层次中各因素相互比较所得出的权重值。

对于第一准则层Ai(i=1，2，3，4)关于A的判断矩阵C=(cij)n×n(n=4)，矩阵中元素cij表示层次结构模型中指标因素Ai与Aj相对比所得的重要程度，而且满足cij>0;cii=1; cji=1/cij，也就是层次结构模型中因素Aj与Ai相比较的重要性与层次结构模型中因素Ai与Aj相比较所得的重要性应该成倒数关系，因此可知，判断矩阵C为正反矩阵，进行n(n-1)/2次判断就可以得出结论。

在单一准则情况下，本文采用几何平均法对各指标因素相对权重进行确定，步骤如下。

步骤1 求权重向量。

步骤2 计算矩阵C最大特征值。

步骤3 一致性检验。

上述通过建立判断矩阵避免了其余因素的干扰，但在比较综合结果时，有时会出现一定程度的不一致性。因此，需进一步对判断矩阵一致性检验。计算其一致性指标

在表1中查找相应的平均随机一致性指标RI。

计算一次性比例数值CR=CI/RI，当CR≤0.1，即可认为判断矩阵一致性检验合格。否则，判断矩阵需做恰当的修改，以确保一致性。

类似地，可以求得第二准则层A11，A12，A13，A14对第一准则层A1的权重w1j(j=1，2，3，4)，相应可得w2j、w3j、w4j(j=1，2，3，4)。

2.4 评估流程

地面防空混编群信息对抗能力评估流程如图3所示，具体步骤如下。

步骤1：建立地面防空混编群信息对抗能力评估指标体系。

步骤2：对各个评估指标确立相应评语集及其取值区间，生成相应于每个指标的标准评价云，即云标尺。

步骤3：利用上述层次分析计算方法得出各层次评估指标相应权重值。

步骤4：采集评估数据，生成评估指标的属性评价云，再计算综合评价云。综合评价云的3个特征值通过以下公式求得：

其中λi为利用层次分析法求得的对应指标权重。

步骤5：计算综合评价云与对应属性的标准评价云的相似度[10]。相似度δi的计算步骤如下：

1) 在综合评价云中生成以En为期望和He2为方差的一个正态随机数：

2) 在综合评价云中生成以Ex为期望和

为方差的一个正态随机数：

3) 将xi代入各标准评价云的期望方程，计算

(其中Ex′和En′为对应标准评价云的期望及熵)；

4) 重复上述步骤1)至步骤3)，直至生成n个

步骤6：确定地面防空混编群信息对抗能力等级。根据相似度的大小，以此确定评估对象的信息对抗能力等级。

3 实例仿真分析

为了验证所提方法的有效性和科学性，本文以某地面防空混编群为例，对其各能力指标组织相关领域专家进行打分，综合评估分析。

1) 建立评语集，求得各属性特征值。本文指标统一采用10分制，即所有属性的评估值在[0，10]，数值由小到大的循序即为能力增强的趋势。并依据专家意见将该分值区间划分为若干个子区间，分别对应不同的评语级别，本文将指标能力等级分成[0，2]、[2，4]、[4，6]、[6，8]、[8，10]等4个区间，指标评语集为{很差，差，中等，好，很好}，将其转化为标准评价云分别表示为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)。如图4所示。

2) 确定指标权重。根据专家们对各指标重要性进行比较，并利用层次分析法计算。得到二级指标权重分别为：空情获取能力各指标权重(0.535 9，0.133 1，0.269 8，0.061 2)；信息进攻能力各指标权重(0.574 5，0.294 9，0.086 3，0.044 3)；信息防御能力各指标权重(0.111 3，0.532 9，0.288 4，0.067 4)；信息协同能力各指标权重(0.163 4，0.539 6，0.297 0)。类似地，求得一级指标权重为(0.304 1，0.053 4，0.502 8，0.139 7)。

3) 综合评价云的合成。通过采集评估数据，生成各指标属性评价云，并根据上步求得的权重合成综合评价云。本文采集了10名专家的打分数据，根据上述逆向云生成器运算法则，求得对应的指标属性评价云的数字特征。可得二级指标的数字特征如表2所示，对指标属性评价云进行合并求得一级指标综合评价云，如表3所示。

依据第2节步骤4可得地面防空混编群信息对抗能力的数字特征为C(8.15，0.52，0.19)。经仿真计算可得地面防空混编群信息对抗能力综合评价云与标准评价云如图5所示。

4) 计算相似度。根据第2节步骤5可以得到“地面防空混编群信息对抗能力”各标准评价云与综合评价云的相似度，如表4所示。由表4可以得到与综合评价云相似度最大的是“很好”标准评价云。这与图5比较云图的直观判断相一致。因此，最后的结论为地面防空混编群信息对抗能力等级为“很好”，评价值为8.15，从评估结果来看，地面防空混编群信息对抗能力处于“好”和“很好”的之间，说明该地面防空混编群信息对抗能力尚有进一步的提升空间。

4 结论

地面防空混编群信息对抗能力包含的多种指标因素众多，通过对地面防空混编群信息对抗能力进行系统分析，给出了一套评估指标体系，并运用云模型理论进行运算量化分析评估，对某一地面防空混编群信息对抗能力进行有效评价。这种方法充分考虑了评估过程中的随机性和模糊性，并且能使定性描述定量化，能够有效区分能力程度差异，代替了不科学的“印象”评估结果，较为客观地反映了防空混编群信息对抗能力的真实情况。

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