任务管理与显示控制功能子系统评估方法研究

李靖+张兴国+陈亮

摘 要 任务管理与显示控制功能子系统属于关键的航电子系统，但由于其功能的特殊性，传统的评估方法一般仅做到主要功能的定性评估，文章采用层次分析法，将其评估指标进一步明确细化，并给出人机工效定量评估的步骤，力求得到更为客观的评估结果。

关键词 任务管理与显示控制功能子系统；层次分析法

中图分类号：V249.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）10-0049-02

任务管理与显示控制功能子系统是航电系统的重要组成部分，类似航电系统中的“司令部”，确定航电系统的工作模式和状态，管理航电系统之间的数据传输，监控航电系统的系统状态，提供必要的人机接口，并根据不同任务阶段进行任务解算，在整个飞行过程中，发挥着至关重要的作用。但是功能如此重要的子系统，却因为其效能主要通过功能性指标体现，没有具体的量化指标，采用传统的方法，对其效能评估都仅仅为粗略的定性评估，评估主要内容就是是否具备相应的功能，相应的功能是否正常，人机工效也是采用简单的打分制，没有形成一套规范的评估体系。

本文采用层次分析法，首先建立了该系统的层次化阶梯式评估指标，并针对不同形式的指标，采用不同的评估方法，给出定量和定性相结合的评估结果，力求更客观的体现该系统的功能。

1 任务管理与显示控制功能子系统评估指标体系的建立

任务管理与显示控制功能子系统的主要功能即管理其他航电系统和非航电系统的工作模式和工作状态，监控各个系统的系统状态，作为总线控制器，管理各个系统之间的数据传输，根据不同阶段完成任务解算，同时提供飞行员人机接口，因此，该系统的能力可以从以下几个方面考虑。

图1 任务管理与显示控制功能子系统效能评估层次化指标

1）系统管理功能。任务机的系统管理主要包括以下方面：评估是否能够按照操作人员的要求启动或关闭各个子系统；是否能够按照操作人员的要求使各个子系统进入不同的工作模式；是否能够按照一定的设计逻辑管理各个子系统，使各个系统电磁兼容，不存在干扰；是否能够对各个系统进行自检测，并根据自检测结果进行维护。

2）总线传输控制功能。综合航电系统由不同子系统组成，为完成不同功能，各个系统之间相互配合，因此，各个子系统之间必然会传输大量的数据，而且传输的数据类型也不相同。换言之，逻辑正确的数据传输是航电系统工作正常的前提，任务机即负责系统数据传输的控制管理功能。以通用的1553B总线传输为例，该总线传输机制如下：1553B信息以消息为的形式传输，每条消息最长32个字，字包括命令字、数据字、状态字，状态字只能由RT发出，表示RT对BC的指令反馈，BC根据状态字的内容决定下一步操作，数据字可再BC和RT之间互传，整个传输过程是：总线控制器向某一终端发布一个接收/发送指令，终端在给定的相应时间范围内一般总线数据传输类型包括周期传输类、条件周期传输类、事件触发块，按照数据传输设计的子系统类型，传输方式包括终端-总线控制器，总线控制器-终端，终端-终端。因此，在总线传输控制的检查中，按照发送和接收系统的特征，针对不同传输类型的不同类型字，检查其传输逻辑和传输周期是否满足设计要求。

3）任务解算功能。对战斗机而言，主要的任务解算功能有两大类：即导航解算和火控解算。根据航电系统的一般工作模式划分，导航解算主要包括飞行计划导航解算和进场着陆导航解算；而火控解算主要包括空空主模式火控解算和空地主模式火控解算，而不同模式下，不同武器的攻击解算功能是评估的更小单元。

4）人机工效。任务管理与显示控制功能子系统的重要组成部分就是显示控制设备，显示控制设备是飞行员操纵飞机、执行作战飞行任务的人机接口，尤其是随着先进电子技术的飞速发展，人机之间交流的信息量不断增加，迫使显示器、控制器增加的功能越来越多，自然随之带来越来越多的人机工效问题。较好的人机工效设计可以减轻驾驶员的工作负荷，提供驾驶员及时有用的信息，具有有效防差错设计，减轻飞行员的视觉疲劳，对飞机作战效能产生较大的影响。

根据用户的意见和建议，人机工效应该考虑以下几个方面：①技术先进性，侧重对飞机座舱显控采用的软件技术先进性进行评价。②设备先进性，侧重对飞机座舱应将设备的先进性进行评述。③综合显示水平，包括显示信息是否及时；显示信息是否准确；显示信息是否清晰；显示信息是否易于驾驶员判断飞机状态；显示器亮度调节是否好用；显示器对比度调节功能是否好用；视觉疲劳性：如果显示界面有不可容忍的镜面效应或抖动、横纹、闪烁、竖纹现象，或者显示界面色彩搭配不合理，必然会给驾驶员产生视觉疲劳。④综合控制水平，控制操作是否简单易行；是否易于精确性控制；控制相应时间是否及时；控制力大小是否合理；按键灵敏度是否可接受；防差错设施是否全面；控制器是否会偶发启动或长时间使用后，仍能达到要求的指标。⑤布局合理性，座舱的显示控制设备布局是否合理。

根据以上分析，可以得到任务管理与显示控制功能子系统的评估指标体系，如图2。

图2 任务管理与显示控制功能子系统效能评估指标体系

2 任务管理与显示控制功能子系统评估指标评估方法

对任务管理与显示控制功能子系统的功能评估，主要通过试验进行：设计合理的试验程序，按照试验程序逐步进行，检查相应的响应是否正确；对试验过程的数据逻辑进行分析，检查数据传输逻辑是否正确，检查数据是否正确。第一层指标里，系统管理功能和数据传输功能相对容易判断，因为其功能只有正确和不正确两种结果，没有其它级别。但人机工效的相对模糊，为了能得出定量的结果，采用层次分析法。

2.1 层次分析法介绍

层次分析法属于专家评估法的一种，该方法的主要特征是把复杂的问题分解为若干个组成因素，将这些因素按从属关系把最复杂的问题分解为若干个组成因素，再将因素按照从属关系分为层次结构。专家评比时只需要对各因素进行两两比较，确定同一层次中诸因素的相对重要性。由于层次分析方法可以把复杂的问题表示为有序的阶梯层次结构，通过定性判断和定量计算，将经验判断给予量化，对决策方案进行排序，是一种定性分析和定量分析结合的决策分析方法。endprint

2.2 评估矩阵建立

以第一级指标中的人机工效为例，介绍层次分析法的应用。首先确定人机工效指标的相对重要性。假设专家评定结果如下：软件技术先进性和设备技术先进性重要性相当，即1：1；与综合显示水平相比，综合显示水平更为重要，即分数比值为2：5；与综合控制水平相比，综合控制水平更为重要，为2：5；与布局合理性相比，布局合理性较为重要，即1：2；综合显示水平和综合控制水平重要性相当，即1：1；综合显示水平和布局和理性相比，综合显示水平稍显重要，即5：4，这样可以得到人机工效指标的评估矩阵如表1所示。

表1 人机工效指标判断矩阵

软件技术先进性（C1） 设备技术先进性 综合显示

水平（C3） 综合控制

水平（C4） 布局合理性

（C5）

（C1） 1 1 2/5 2/5 1/2

（C2） 1 1 2/5 2/5 1/2

（C3） 5/2 5/2 1 1 3/2

（C4） 5/2 5/2 1 1 3/2

（C5） 2 2 2/3 2/3 1

2.3 评估指标权值计算

1）根据层次分析法的步骤对这个5阶矩阵进行解算，由上可知，矩阵参数量为5。首先计算矩阵各行乘积的1/次方数值（Zi）：

Z1=（1×1×1/3×1/3×1/2）1/5=0.72；Z2=（1×1×1/3×1/3×1/2）1/5=0.72；Z3=（3×3×1×1×3/2）1/5=

1.56；Z4=（3×3×1×1×3/2）1/5=1.56；Z5=（2×2×2/3×2/3×1）1/5=1.12。

2）求上述计算结果之和：W总=Z1+Z2+Z3+Z4+Z5=5.68。

3）得到各参数的重要性（加权系数）：W1=Z1/W总=0.13；W2=Z2/W总=0.13；W3=Z3/W总=0.27；W4=Z4/W总=0.27；W5=Z5/W总=0.20。

2.4 一致性检验

为了避免出现矛盾的评价，层次分析法还需要进行一致性检验。具体步骤如下。

1）计算原矩阵与重要性分配值的乘积：

2）求矩阵的最大特征根：

3）决定平均随机一致性指标（）：该指标与参数量值直接相关，具体数值如下：

3 4 5 6 7

0.58 0.90 1.12 1.24 1.32

4）求随机一致性。如果<0.1，表明判断矩阵有比较好的一致性，的计算公式为：=0.013<0.1，证明具有较好的一致性。

上一步只是得出了第二层指标的权值，但评估的最小单元是第三层指标，还要计算第三层指标对上一层的评价权重。计算的方法类似，只需要将底层计算的权重逐一乘以与其有关的上一层因素的权重，即可得出。得到最小评估单元的权值之后，即可邀请不同驾驶员进行打分评估，得出较为客观的评估值。

3 小结

任务管理与显示控制功能子系统具备的功能较多，层次分析法如果运用得当，可以得到更为客观的评价结果。但在层次分析法的运用中，判断矩阵是否合理是评估值是否客观有效的最关键环节，为了不引入争议，在实际的试验过程中，应该征求设计人员、用户、第三方人员等多位专家进行讨论，得到最合理的判断矩阵。

参考文献

[1]朱宝鎏，朱荣昌，熊笑非.作战飞机效能评估[M].北京：航空工业出版社，2006.

[2]刘杲靓.综合航空电子系统效能评估研究[D].西北工业大学，2007.

[3]李全军.综合航空电子信息处理系统性能评估仿真建模研究[D].西北工业大学，2006.

作者简介

李靖（1982-），女，内蒙古赤峰人，硕士生，主要从事综合航电系统试飞技术研究。endprint

2.2 评估矩阵建立

以第一级指标中的人机工效为例，介绍层次分析法的应用。首先确定人机工效指标的相对重要性。假设专家评定结果如下：软件技术先进性和设备技术先进性重要性相当，即1：1；与综合显示水平相比，综合显示水平更为重要，即分数比值为2：5；与综合控制水平相比，综合控制水平更为重要，为2：5；与布局合理性相比，布局合理性较为重要，即1：2；综合显示水平和综合控制水平重要性相当，即1：1；综合显示水平和布局和理性相比，综合显示水平稍显重要，即5：4，这样可以得到人机工效指标的评估矩阵如表1所示。

表1 人机工效指标判断矩阵

软件技术先进性（C1） 设备技术先进性 综合显示

水平（C3） 综合控制

水平（C4） 布局合理性

（C5）

（C1） 1 1 2/5 2/5 1/2

（C2） 1 1 2/5 2/5 1/2

（C3） 5/2 5/2 1 1 3/2

（C4） 5/2 5/2 1 1 3/2

（C5） 2 2 2/3 2/3 1

2.3 评估指标权值计算

1）根据层次分析法的步骤对这个5阶矩阵进行解算，由上可知，矩阵参数量为5。首先计算矩阵各行乘积的1/次方数值（Zi）：

Z1=（1×1×1/3×1/3×1/2）1/5=0.72；Z2=（1×1×1/3×1/3×1/2）1/5=0.72；Z3=（3×3×1×1×3/2）1/5=

1.56；Z4=（3×3×1×1×3/2）1/5=1.56；Z5=（2×2×2/3×2/3×1）1/5=1.12。

2）求上述计算结果之和：W总=Z1+Z2+Z3+Z4+Z5=5.68。

3）得到各参数的重要性（加权系数）：W1=Z1/W总=0.13；W2=Z2/W总=0.13；W3=Z3/W总=0.27；W4=Z4/W总=0.27；W5=Z5/W总=0.20。

2.4 一致性检验

为了避免出现矛盾的评价，层次分析法还需要进行一致性检验。具体步骤如下。

1）计算原矩阵与重要性分配值的乘积：

2）求矩阵的最大特征根：

3）决定平均随机一致性指标（）：该指标与参数量值直接相关，具体数值如下：

3 4 5 6 7

0.58 0.90 1.12 1.24 1.32

4）求随机一致性。如果<0.1，表明判断矩阵有比较好的一致性，的计算公式为：=0.013<0.1，证明具有较好的一致性。

上一步只是得出了第二层指标的权值，但评估的最小单元是第三层指标，还要计算第三层指标对上一层的评价权重。计算的方法类似，只需要将底层计算的权重逐一乘以与其有关的上一层因素的权重，即可得出。得到最小评估单元的权值之后，即可邀请不同驾驶员进行打分评估，得出较为客观的评估值。

3 小结

任务管理与显示控制功能子系统具备的功能较多，层次分析法如果运用得当，可以得到更为客观的评价结果。但在层次分析法的运用中，判断矩阵是否合理是评估值是否客观有效的最关键环节，为了不引入争议，在实际的试验过程中，应该征求设计人员、用户、第三方人员等多位专家进行讨论，得到最合理的判断矩阵。

参考文献

[1]朱宝鎏，朱荣昌，熊笑非.作战飞机效能评估[M].北京：航空工业出版社，2006.

[2]刘杲靓.综合航空电子系统效能评估研究[D].西北工业大学，2007.

[3]李全军.综合航空电子信息处理系统性能评估仿真建模研究[D].西北工业大学，2006.

作者简介

李靖（1982-），女，内蒙古赤峰人，硕士生，主要从事综合航电系统试飞技术研究。endprint

2.2 评估矩阵建立

以第一级指标中的人机工效为例，介绍层次分析法的应用。首先确定人机工效指标的相对重要性。假设专家评定结果如下：软件技术先进性和设备技术先进性重要性相当，即1：1；与综合显示水平相比，综合显示水平更为重要，即分数比值为2：5；与综合控制水平相比，综合控制水平更为重要，为2：5；与布局合理性相比，布局合理性较为重要，即1：2；综合显示水平和综合控制水平重要性相当，即1：1；综合显示水平和布局和理性相比，综合显示水平稍显重要，即5：4，这样可以得到人机工效指标的评估矩阵如表1所示。

表1 人机工效指标判断矩阵

软件技术先进性（C1） 设备技术先进性 综合显示

水平（C3） 综合控制

水平（C4） 布局合理性

（C5）

（C1） 1 1 2/5 2/5 1/2

（C2） 1 1 2/5 2/5 1/2

（C3） 5/2 5/2 1 1 3/2

（C4） 5/2 5/2 1 1 3/2

（C5） 2 2 2/3 2/3 1

2.3 评估指标权值计算

1）根据层次分析法的步骤对这个5阶矩阵进行解算，由上可知，矩阵参数量为5。首先计算矩阵各行乘积的1/次方数值（Zi）：

Z1=（1×1×1/3×1/3×1/2）1/5=0.72；Z2=（1×1×1/3×1/3×1/2）1/5=0.72；Z3=（3×3×1×1×3/2）1/5=

1.56；Z4=（3×3×1×1×3/2）1/5=1.56；Z5=（2×2×2/3×2/3×1）1/5=1.12。

2）求上述计算结果之和：W总=Z1+Z2+Z3+Z4+Z5=5.68。

3）得到各参数的重要性（加权系数）：W1=Z1/W总=0.13；W2=Z2/W总=0.13；W3=Z3/W总=0.27；W4=Z4/W总=0.27；W5=Z5/W总=0.20。

2.4 一致性检验

为了避免出现矛盾的评价，层次分析法还需要进行一致性检验。具体步骤如下。

1）计算原矩阵与重要性分配值的乘积：

2）求矩阵的最大特征根：

3）决定平均随机一致性指标（）：该指标与参数量值直接相关，具体数值如下：

3 4 5 6 7

0.58 0.90 1.12 1.24 1.32

4）求随机一致性。如果<0.1，表明判断矩阵有比较好的一致性，的计算公式为：=0.013<0.1，证明具有较好的一致性。

上一步只是得出了第二层指标的权值，但评估的最小单元是第三层指标，还要计算第三层指标对上一层的评价权重。计算的方法类似，只需要将底层计算的权重逐一乘以与其有关的上一层因素的权重，即可得出。得到最小评估单元的权值之后，即可邀请不同驾驶员进行打分评估，得出较为客观的评估值。

3 小结

任务管理与显示控制功能子系统具备的功能较多，层次分析法如果运用得当，可以得到更为客观的评价结果。但在层次分析法的运用中，判断矩阵是否合理是评估值是否客观有效的最关键环节，为了不引入争议，在实际的试验过程中，应该征求设计人员、用户、第三方人员等多位专家进行讨论，得到最合理的判断矩阵。

参考文献

[1]朱宝鎏，朱荣昌，熊笑非.作战飞机效能评估[M].北京：航空工业出版社，2006.

[2]刘杲靓.综合航空电子系统效能评估研究[D].西北工业大学，2007.

[3]李全军.综合航空电子信息处理系统性能评估仿真建模研究[D].西北工业大学，2006.

作者简介

李靖（1982-），女，内蒙古赤峰人，硕士生，主要从事综合航电系统试飞技术研究。endprint