指挥信息系统验证理论和验证方法

王文普，刘光耀，杨 慧，杨学春

(1.中国电子科技集团公司第十五研究所，北京 100083;2.解放军95899部队，北京 100094)

指挥信息系统，也称指挥自动化系统，美军称为C3I系统或C4ISR系统，是现代化军队的神经中枢，是军队的重要军事装备和作战体系的重要节点，被称为“兵力倍增器”，它的性能在很大程度上会影响甚至决定战争的胜负。指挥信息系统涉及指挥、控制、通信和情报等诸多领域，具有结构复杂、功能多样、实时性要求高等特点。因此，指挥信息系统验证(包括检验、仿真测试等)的相关课题已成为当前研究的热点和难点。

本文从什么是“验证”出发，针对“指挥信息系统验证”，从概念和含义、产品和结果、目的和作用等多方面进行了详细解读，给出了较详细的验证方法和步骤，并就验证与测试的区别和关联进行了讨论，然后对广义概念上的“指挥信息系统验证”做了更深入的探讨，最后提出了验证应遵序的原则和注意事项。

1 “验证”相关理解和表述

对于什么是“验证”、什么是“指挥信息系统验证”，多数文献基本都认为“指挥信息系统验证”(包括仿真测试、研究)应主要采用试验的方式进行［1-6］，然而到目前为止对于“验证”、“指挥信息系统验证”却没有较公认的答案或说法。以下是几种相关的理解和表述。

1)“验证”是“检验或测验精确性或准确性”［7］。

2)指挥自动化/作战指挥系统的“仿真测试”［1-4］，基本都认为“仿真测试”是“对系统的功能、性能指标进行测试”。

3)根据目的把概念上的试验分为3类［8、9］:

① 探索发现试验:产生出合适的观点和理论假说，并加以验证和调整;

②假设检验试验:找到敏感/影响程度大的因素，发现/确定因果关系;并认为此模式可以“发现异常、寻找不足，进一步优化概念”;

③演示验证试验:证实知识的存在性和可行性。

4)根据目的把武器系统的试验分为3类［10］:

①研制性试验:对于研制中的武器系统或分系统进行试验以验证部分战术技术性能是否符合预期;

②鉴定性试验:对于研制完成的武器系统进行全面的战术技术考核以决定能否定型，也称“定型试验”;

③抽检性试验:对于批量生产的武器系统，抽取部分进行考核以决定本批产品是否通过验收。

上述表述中“仿真测试”与“验证”较接近，而且也可以把“验证”归类于“假设检验试验”或“鉴定性试验”，但都不够具体、不够明确，未能达到用于指导开展“指挥信息系统验证”的程度。因此，本文将从多方面、多角度对“指挥信息系统验证”进行解读。

2 “指挥信息系统验证”详解

2.1 概念和含义

具体到“指挥信息系统验证”，参考上述“验证”相关的理解和表述，我们认为其含义应当是:“对于已完成阶段开发或全部开发的实际指挥信息系统，由最终使用方组织或主持，在实际或接近实际的应用条件(对于军事指挥系统，就是实战条件)下，尤其是在边界、紧急、特殊条件下，全面检验其各项战术技术指标是否满足预期要求所进行的试验的统称。”所述预期要求，是指系统立项论证报告、研制任务书所规定的战术技术指标值。为表述简便，在不致混淆的前提下，本文讨论中把“指挥信息系统验证”简写为“验证”。

2.2 产品和结果

根据以上给出的含义，我们认为通过“验证”除得到产品——验证数据外，至少还应当得到以下结果。

1)验证结论

各项指标是否满足预期要求:哪些指标满足、哪些指标不满足。

2)程度和条件

①指标是在所有条件下都满足要求，还是在部分条件下满足要求;

②指标的极大值/极小值是多少，相应的条件是什么;

③指标满足要求的程度或欠缺的程度具体有多大。

上述结果，概括为一句话就是:不仅要回答是否满足要求(定性)，还要回答满足或欠缺到什么程度(定量)。

2.3 目的和作用

我们认为验证的目的和作用是根据验证结论(是否满足预期要求)，来决定能否转阶段或能否交付使用。

图1 指挥信息系统的生命周期

2.4 开展时机

验证工作的开展时机是:转阶段之前或采办并装备部队之前。

2.5 验证对象

对于验证对象——指挥信息系统，我们认为可分为广义、狭义两类。广义的指挥信息系统是指C4ISR系统，即指挥、控制、通信、计算机、情报、监视和侦察系统;狭义的指挥信息系统是指指挥、控制/引导系统，即C2系统。

验证对象状态:已完成阶段开发或全部开发的实际指挥信息系统。

2.6 实施方式

为确保客观性、可信性，验证最好在验证对象的实际应用条件下实施。然而实际应用条件的构建花费巨大，且有较大危险性(尤其对于军事指挥系统而言)。结合参考文献［1-6，10］和实际情况，我们认为“验证”应以少量的演习结合大量的仿真试验进行，特别是“实际系统+仿真手段”构造的虚拟战场，是一种可控、可信、经济、高效的方式。至于如何构造仿真虚拟战场、如何与验证对象连接等，许多参考文献都有详细论述［1-6］，本文不再重复。

2.7 地位和意义

图1是指挥信息系统的整个生命周期。可以看出，如果缺少“系统验证”这一环节，那么就会从“系统研制”直接进入“系统采办”(如图中虚线所示)，进而直接付诸“系统应用”。这样势必会存在很大风险。而“系统验证”，就是要“在实际或接近实际的应用条件下，全面检验其各项战术技术指标”。因此“系统验证”作为采办和应用之前的最后环节，其意义就是确保系统的质量并减少在实际使用中(尤其是实战中)的风险。

3 “指挥信息系统验证”的方法和步骤

如前所述，验证就是一种为全面检验系统各项战术技术指标是否满足要求而开展的试验活动。参考文献［8］认为试验的典型步骤为:制定方案、试验实施、试验总结;而参考文献［9］把试验划分为试验前阶段、试验实施阶段、试验后阶段3个阶段。结合上述参考文献的具体叙述以及我们对验证的理解，我们把验证分为以下4个阶段共7个步骤。

1)分析规划阶段

①确定验证指标:明确具体验证什么;

②确定验证指标的可能的影响因素及水平:根据经验确定，以用于后续的计算和分析;

③确定验证条件:通常根据试验设计理论进行。

2)准备阶段

④制作验证想定:包括作战编成、武器配置、指挥通信关系、行动计划及作战环境等;

⑤构建虚拟战场:开发/准备想定涉及的战场实体(可分为实装、模拟器、软件模型)，并与验证对象——指挥信息系统相互连接;

3)执行阶段

⑥执行验证试验并采集数据:虚拟战场的态势信息作为激励输入指挥信息系统，指挥信息系统显示信息并给出提示和告警(如有)，操作人员根据这些信息及指挥信息系统的辅助决策结果(如有)形成指挥指令，并通过指挥信息系统把指令发给相应的战场实体，以此改变战场态势，如此循环，直至验证试验结束，在整个过程中，验证平台系统应采集必要的数据，以备计算和分析;

4)计算分析阶段

⑦得出验证结果:对采集的数据进行计算、分析，即可得到验证结果。

4 验证与测试的区别和关联

实际上，在研究过程中，不仅需要思考解答什么是“验证”以及什么是“指挥信息系统验证”，还经常被问及或自我迷惑于验证与测试有何区别、又有何关联。为此我们在13个方面对验证和测试进行了对比，具体内容见表1。

表1 验证与测试的对比

通过表1可以看出，验证和测试有较大区别。实际上，我们认为验证是一种更全面、更综合、更严格的测试，是测试的延伸和强化。但显然验证的重点在于具有战术意义的性能指标的测量。此处所述“具有战术意义的性能指标”，而不一定是指“战术指标”。事实上，某些技术指标对作战也会有较大的影响，因此也应被认为是“具有战术意义的性能指标”。当然，“具有战术意义的性能指标”的划分和认定，就像战术指标和技术指标的划分一样，也没有明确、统一的标准。

5 “指挥信息系统验证”的深入讨论

以上我们对“指挥信息系统验证”进行了较详细的解读。然而就验证结果以及验证目的和作用而言，若到此为止，我们仅仅能做到“知其然”，还不能做到“知其所以然”，更不能做到在不满足要求时提出改进意见。而前面所描述的“验证”仅仅是开始和基础，实际上据此还可以开展更丰富、更深入的工作。这些工作一般被称为“研究”［5-6］，但我们认为它们与“验证”的关系非常紧密，也属于广义概念上的“验证”范畴。这些工作按照逐渐深入的顺序共包括:

1)确定因素的影响程度

确定各因素的影响程度并排序，即哪个因素对指标影响大，哪个因素对指标影响小。这项工作的意义在于为后续试验中因素的增减取舍提供依据。

2)判明趋势

判明指标随各因素变化的趋势，如递增/递减、增减速率以及区间范围。即定量回答指标随因素在何水平范围内递增，在何水平范围内递减，增减速率又是多少。

3)找出规律

通过大量的验证数据，应能找出指标和各因素之间的内在联系和规律，做到“数中有术”，即从大量数据中找出指标和各因素之间的函数关系，也就是进行所谓的“数据挖掘”。

4)指明改进方向

对于不满足要求的指标和相应条件(用各因素值的组合来描述)，根据趋势和规律，应能给出系统改进的定量化建议，做到“术中有数”，这样才能使后续的改进工作有所依据并有明确范围。

我们认为，只有把以上所有的工作都完成了，才能算作真正意义上的、完整的“验证”。不过，这些内容显然不可能也不必一蹴而就，应当稳步前进，逐步开展。

6 验证原则

从前面所述的验证目的、作用和意义，我们能感觉到验证工作的严肃性、严密性、客观性乃至严苛性。有鉴于此，在具体的验证实施中我们还深感必须要遵循一系列必要的原则才能确保验证工作的顺利进行。这些原则是:

1)明确条件和方法

采用不同的计算条件和计算方法可能会得到完全相反的结论，即从“满足要求”变为“不满足要求”，抑或相反(尤其是指标验证值在预期要求附近时)。因此在进行验证结果评判之前，各利益相关方(包括委托方、研制方、使用方)应会同业内专家共同确定指标的具体计算条件和具体计算方法，如具体的样本数量、具体的持续时间和允许的误差范围以及指标的具体算法(是采用简单平均值法，还是取最大值/最小值法，还是取中值法)。显然，各方可能并且有权对具体的条件和算法提出异议。即使不能确保具体条件和算法合理或即使存在争议，“明确规定指标的计算条件和方法”这一原则也必须坚持。

2)合理选择验证人员

［9］对于试验组成部分之一的试验主体——人的要求和选择作了详细的论述。由于验证对象——指挥信息系统不能全自主运行，必须采用“人在回路”的方式。因此对于指挥信息系统的操作使用人员，我们认为应邀请对指挥业务和指挥信息系统操作使用都熟悉的人员担任，最理想的是系统最终使用人员或系统论证人员，但条件是他们都必须接受过系统操作使用培训并通过相应的操作考核。这样做的目的是最大限度地屏蔽人的差异对验证结果的影响。其他参试人员也必须熟悉验证流程和各自的职责、操作脚本、操作时机等。

3)精心组织与指挥

实时指挥控制/引导相关指标的验证试验，需要指挥信息系统、验证平台系统和众多模拟器/仿真模型/实装共同工作才能进行，而指挥信息系统和验证平台系统又都有多个席位，因此需要多人相互配合、协调一致，才能确保验证试验高效、顺利地进行。这就需要有效、精心地组织与指挥:必须设置一名试验指挥员和一名副指挥员。副指挥员负责轮询、实时掌握各参试席位的准备情况和进程并向指挥员汇报，指挥员发布指令，副指挥员把指令传达给相应席位的参试人员，各参试人员必须严格按照指令进行操作。

7 结束语

本文针对指挥信息系统验证的理论和方法提出了自己的见解。指挥信息系统的验证是当前研究的热点和难点，更是工程实践的难点。虽然初步实践表明，这套理论对指挥信息系统验证工作的开展能够起到指导和促进作用，相应的方法也行之有效，但至理论和技术的成熟还有很大差距。

今后我们将以上述验证理论和验证方法为基础，在验证指标体系的选取和构建、验证想定的设计、验证专用仿真系统、验证数据处理与分析等方面进一步开展工作，逐步摸索出一套可行、可操作的工程化方法，并开发出一套验证工具。相关内容的进展，希望有机会在后续的文章中进行介绍。

参考文献:

［1］ 顾浩，周玉芳，岳岗，等.指挥自动化仿真测试技术研究［J］.系统仿真学报，2002，14(12):1666-1670.

［2］ 张刚，刘威，鲁丹，等.作战指挥系统仿真测试研究［J］.舰船电子工程，2008，28(7):123-126.

［3］ 陈炜，王小非.一种舰载指控系统情报处理性能仿真测试评估方法［J］.系统仿真学报，2007，19(18):4146-4149.

［4］ 李妮，肖振，彭晓源，等.C4KISR测试与评估应用框架的研究与实现［J］.计算机仿真，2009，26(7):81-85.

［5］ 张翠侠，毛少杰.采用半实物仿真方法建立C3I系统仿真试验床［J］.计算机仿真，2002，19(6):100-102.

［6］ 张耀鸿，沙基昌，罗雪山.基于C/S结构的C3I系统仿真试验床研究［J］.系统工程与电子技术，2000，22(3):73-79.

［7］ 王同仁.高级汉语词典［M］.海口:海南出版社，1996.

［8］ 胡晓峰，杨境宇，司光亚，等.战争复杂系统仿真分析与实验［M］.北京:国防大学出版社，2008.

［9］ ［美］David S.Alberts.军事试验最佳规程［M］.郁军，周学广译.北京:电子工业出版社，2009.

［10］陈怀瑾，防空导弹武器系统总体设计和试验［M］.北京:宇航出版社，1995.