数据链装备作战试验评估指标体系

贾哲 王锐华 马贤明

1.军事科学院评估论证研究中心北京100091

武器装备作战试验是指为获取装备作战效能、作战适用性、体系适用性等相关数据,将装备置于接近真实的战场环境中,并与部队使用结合起来,按照实际的作战流程和任务剖面要求而进行的活动[1-2].作战试验是检验武器装备遂行作战任务能力的重要手段,通过摸清装备效能底数,提前暴露问题,可为装备研制改进和组织运用提升提供重要参考,为提高装备交付质量、充分发挥作战效能、加快体系作战能力提供有力支撑.

数据链是现代战场的中枢系统,担负着在情报侦察系统、指挥控制系统和武器平台之间建立紧密连接,实现战场态势信息共享、传递指挥控制命令、提高武器平台快速反应能力和联合打击效能的重要任务[3].如何科学客观地评价数据链装备的作战效能,一直是各方关注的重要问题[4-9].本文从作战试验需求出发,结合数据链承担的作战任务,以美军Link16 数据链为例,从作战效能、作战适用性和体系适用性3 方面构建了从能力指标到数据指标的作战试验评估指标体系,并给出了数据指标的计算方法.数据指标可以结合作战试验进行采集分析,计算方法较为简单,并能够通过比照作战使用要求分析各项指标的满足程度.

1 指标体系构建原则

构建指标体系是组织开展作战试验的重要工作,建立准确清晰、科学合理的指标体系对于设计作战试验想定、规划作战试验项目、实施作战试验评估具有重要的意义.作战试验的评估指标既要具备实战化和典型性的特点,充分反映出实战条件下武器装备的使用效能,又要兼顾简洁性和可测性,以节约试验资源,确保评估结论尽量准确客观.因此,作战试验指标体系构建主要遵循以下原则:

1)实战化原则.要从作战使用需求出发,通过对作战任务要求、目标特性要求、战场环境要求、武器装备性能指标和组织运用方式的综合分析,构建反映实战能力的指标体系,作战试验指标体系与武器装备性能指标并不等同,而是性能指标在实际任务执行过程中的反映.

2)系统性原则.指标体系构建要面向首长的重大关切,面向建模仿真和室内试验无法摸清的效能底数,要能够全面反映武器装备的作战效能、作战适用性和体系适用性,能够充分暴露影响作战使用的重要问题.

3)简明化原则.在能够满足作战试验任务要求的前提下,尽量保留较少的指标,突出主要指标,避免指标体系过于庞大,导致作战试验花费过长的时间、过高的经费,影响参试部队的执勤训练.

4)可量化原则.尽量确保能力指标通过计算模型关联到数据指标,数据指标能够通过装备配置参数、输入输出结果和运行日志数据等方式获取,度量明确,便于定量分析和使用.

2 指标体系构建思路

作战试验评估指标体系构建需要从作战使命任务出发,梳理装备承担的典型作战任务,分析每项典型任务对装备的能力指标要求,在对不同典型任务对应的能力指标进行综合分析的基础上,得到能力指标体系,再对能力指标逐级分解,最终将能力指标落实到可以通过作战试验获取的数据指标.在能力指标的分类上,从作战效能、作战适用性、体系适用性3 个维度分类聚合,作战效能主要反映装备实际的作战能力,作战适用性主要反映装备的可用化水平,体系适用性主要反映装备的体系化运用水平,能力指标从这3 个维度分类,既覆盖了典型作战任务对装备的能力要求,又清晰地反映了制约作战能力提升的核心问题.指标体系的构建思路如图1所示.

在作战试验评估指标体系构建过程中,需要重点把握3 种关系:一是作战任务要求与能力指标的关系,一型装备需要适应不同作战任务,但只有一套能力指标,能力指标是综合不同任务要求后形成的,有的能力指标可以根据任务要求确定理想的目标值,如覆盖范围、网络容量等,有的难以确定理想的目标值,比如命令传递时间,虽然越快越好,但多快能够满足对抗条件下的作战要求却难以确定,只能基于对非对抗条件下的装备性能和组织运用的理想化分析确定装备可以达到的目标值.二是能力指标与性能指标的关系,性能指标是通过标准化的测试条件和方法得到的,主要由装备本身的因素决定,而能力指标是装备在规定的条件下,执行一组活动并达到期望效果的本领,不但与装备的性能指标有关系,还与装备的使用环境和组织运用有关系,性能指标会影响能力指标或决定能力指标的表现,但不是能力指标的唯一决定因素.三是作战效能、作战适用性和体系适用的关系,武器装备的作战效能表现为最终的作战效果,是装备作战能力、适应能力、保障能力和体系化运用能力综合作用的结果,作战适用性侧重考核武器装备在实际编成和实际环境中的适应能力和保障能力;体系适用性侧重从体系角度,考核武器装备融入作战体系后的作战效果、作战能力的变化.

3 数据链装备作战试验评估指标体系

3.1 作战效能指标

作战效能指在规定条件下,运用装备的作战兵力执行作战任务所能达到预期目标的有效程度,即在装备支持下,作战兵力执行作战任务所能取得的战果[1].

按照作战效能的定义,检验数据链装备作战效能最直接的方式就是模拟对抗,最直接的衡量指标就是杀伤率的对比.美军在20 世纪90年代中期的作战特殊项目中,采用这种方式检验了联合战术信息分发系统(Joint Tactical Information Distribution System,JTIDS)战术数据链的作战效能.该项目对比分析了单独话音和Link-16 数据链加话音两种情况下的F-15s 战斗机的模拟对抗结果,对抗环境为预警机指挥下的白天和夜间作战,作战规模从2 对2 蓝红对抗到8 对16 蓝红对抗.通过收集分析1 200 多个出动架次和累计1 900 多小时的飞行数据,结果表明,使用数据链后,白天作战的平均杀伤率提高了1.61倍,夜间作战的平均杀伤率提高了1.59 倍,白天和夜间作战的平均杀伤率都获得了150%以上的提升.

图1 作战试验评估指标体系构建思路

可以说,模拟对抗是作战试验的高级形态,虽然能够直观反映装备的作战效能,但需要构建合适的对抗条件,组织大量试验,积累足够的样本数量,周期较长,耗资巨大.对试验进度的要求较高,试验经费投入有限的条件下,可以采用折中的办法,在非对抗或部分对抗条件下(如典型电子对抗条件),根据典型作战任务对数据链装备的能力要求构建指标体系,设计作战试验想定,规划试验科目,采集试验数据,对作战效能进行评估分析.

战术数据链在组网条件下工作,主要支撑态势感知、指挥引导、战术协同等任务,在实战中需要在激烈的电子对抗条件下使用,因此,可以建立包括“网络管理能力、态势共享能力、指挥控制能力和抗干扰能力”4 项一级指标13 项二级指标的评估指标体系,如图2所示.

3.1.1 网络管理能力

网络管理能力指根据作战任务要求,开设数据链网络、保持网络正常运转、并根据突发情况对网络进行临机调整的能力,主要包括网络开通能力、网络运维能力和网络调整能力4 项二级能力指标.

1)网络开通能力

网络开通能力指根据作战任务要求,生成网络运行参数,并成功组建数据链网络的能力可以用网络开通数量、网络开通时间和网络开通成功率、网络容量、网络覆盖范围等5 个指标衡量.

a)网络开通数量.在同一地域、同时开通的数据链网络数量,单位用个表示.

b)网络开通时间.数据链网络从开始网络规划到网络开通运行的时间,单位用分钟(min)表示.

c)网络开通成功率.数据链网络开通运行后,实际入网的成员数量与应当入网的成员数量的比值.

d)网络容量.单个数据链网络在同一地域,同时支持的最大用户数量,单位用个表示.

e)网络覆盖范围.指挥控制系统依托数据链网络,能够指挥武器平台的最远距离,单位用公里(km)表示.

2)网络运维能力

网络运维能力指监视网络状态,维持网络正常运行的能力,可以用状态监视覆盖率、状态监视一致性、状态监视更新周期、网络控制程度、网络控制成功率等5 个指标衡量.

a)状态监视覆盖率.反映网络运行情况监视的覆盖程度,用实际监视节点状态参数数量与应监视节点状态参数数量之比衡量,单位用百分比表示.

b)状态监视一致率.反映网络运行情况监视的准确程度,用监视结果与实际情况一致的节点状态参数数量和实际监视节点状态参数数量的数量之比衡量,单位用百分比表示.

c)状态监视更新周期.反映网络运行情况监视的时效性,用更新时间间隔衡量,单位用秒(s)表示.

d)网络控制程度.反映网络运行情况的受控程度,用受控节点数量与应控制的节点数量之比衡量,单位用百分比表示.

e)网络控制成功率.反映数据链装备成功控制网络运行的情况,用成功进行的网络控制操作数量和网络控制操作总数之比衡量,单位用百分比表示.

3.1.2 态势共享能力

态势共享能力指数据链装备获取各类战场态势信息,分发给网络成员,在网络成员之间建立统一态势图的能力.态势共享能力主要包括我方成员报告能力、目标监视能力和情报共享能力等3 项二级能力指标.

1)我方成员报告能力

我方成员报告能力指数据链网内成员周期性报告自身位置、速度、身份、状态等信息,实现网内成员态势共享的能力,可以用成员报告覆盖率、成员报告一致性和成员报告更新周期等3 个指标衡量.

图2 数据链作战效能评估指标体系

a)成员报告覆盖率.反映数据链装备网内成员报告信息的覆盖程度,用实际报告的成员状态参数数量与应报告的成员状态参数数量之比衡量,单位用百分比表示.

b)成员报告一致性.反映数据链网内成员收到成员报告信息与成员上报信息的一致程度,用收到报告信息与实际报告信息一致的数量和实际报告的信息数量的比值衡量,单位用百分比表示.

c)成员报告更新周期.反映数据链网内成员报告信息的时效性,用报告信息的时间间隔衡量,单位用秒(s)表示.

2)目标监视能力

目标监视能力指数据链系统接收情报侦察系统发送的敌方目标、友方目标和不明目标等信息,分发给每个用户,掌握战场态势的能力.目标监视能力可以用目标监视数量,目标监视信息准确率、目标监视更新周期等3 个指标衡量.

a)目标监视数量.反映数据链分发目标监视信息的容量,用实际能够监视的目标数量衡量,单位用个表示.

b)目标监视信息准确率.反映数据链分发目标监视信息的准确性,用每个用户成功接收到的目标监视信息数量和系统分发的目标监视信息数量的比值衡量,单位用百分比表示.

c)目标监视更新周期.反映数据链装备网内成员报告信息的时效性,用分发目标监视信息的时间间隔衡量,单位用秒(s)表示.

3)情报共享能力

情报共享能力指数据链装备接收情报侦察系统发送的情报信息,分发给每个用户,实现情报信息共享的能力.情报共享能力可以用情报信息分发速率、情报信息分发成功率等2 个指标衡量.

a)情报信息分发速率.反映数据链装备传输情报信息的有效性,用情报信息的数量与情报信息传输时间的比值衡量,单位用兆字节/分钟(MByte/min)表示.

b)情报信息分发成功率.反映数据链装备传输情报信息的准确性,用每位用户成功接收到的情报信息数量与系统分发的情报信息数量的比值衡量,单位用百分比表示.

3.1.3 指挥控制能力

指挥控制能力指挥控制系统根据共享的战场态势,利用数据链对所属武器平台的指挥控制的能力,主要包括指挥引导能力、战术协同能力、指挥交接能力和话音指挥能力等3 项二级能力指标.

1)指挥引导能力

指挥引导能力指指挥控制系统利用数据链对所属武器平台进行指挥引导的能力,可以用指挥引导数量、指挥引导时延、指挥引导连续性等3 个指标衡量.

a)指挥引导数量.反映数据链装备传输指挥控制信息的有效性,用指挥控制系统通过数据链同时引导作战平台的数量衡量,单位用个表示.

b)指挥引导时延.反映数据链装备传输指挥控制信息的及时性,用指挥引导指令通过数据链装备传输的延时时间衡量,单位是毫秒(ms).

c)指挥引导连续性.反映数据链装备参与连续指挥引导的程度,用武器平台的有效引导时间占总的飞行/航行时间的比值度量,单位用百分比表示.

2)战术协同能力

战术协同能力指不同指挥所之间、不同武器平台之间通过数据链装备实现战术行动协同的能力.战术协同能力可以用战术协同信息传输成功率、战术协同信息时延、协同双方信息交互频次衡量.

a)战术协同信息传输成功率.反映数据链传输战术协同信息的准确性,用成功接收的战术协同信息数量与发送的战术协同信息数量的比值衡量,单位用百分比表示.

b)战术协同信息传输时延.反映数据链传输战术协同信息的及时性,用战术协同信息通过数据链传输的延时时间衡量,单位是毫秒(ms).

c)协同双方信息交互频率.反映利用数据链进行战术协同的利用程度,用数据链成功传输战术协同信息的次数来衡量,单位是次.

3)指挥交接能力

指挥交接能力指不同指挥所成功交接对武器平台指挥控制权的能力,可以用指挥交接成功率衡量.

指挥交接成功率反映不同指挥所通过数据链交接指挥权的有效性,用成功交接指挥权的次数与交接指挥权总次数的比值衡量,单位用百分比表示.

4)话音传输能力

话音传输能力指各级指挥所、数据链站点、武器平台之间使用话音进行指挥控制、战术协同、情况沟通的能力,可以用主观评价的五级话音传输质量来衡量.

3.1.4 抗干扰能力

抗干扰能力指数据链装备在干扰条件下,能够顺利工作,完成作战任务的能力,主要包括网管抗干扰能力、态势抗干扰能力和指挥控制抗干扰能力等3 项二级能力指标.

抗干扰能力可以通过分析敌方电子战的干扰功率、干扰样式、干扰时机和作战流程,从最恶劣的情况出发,设置作战试验典型干扰场景,检验数据链装备在干扰条件下的网络管理能力、态势感知能力和指挥控制能力,衡量指标可参见3.1.1 ～3.1.3 节.

3.2 作战适用性指标

作战适用性指以实际作战任务为背景,按照实际的作战流程和任务剖面,武器装备投入实战使用并保持可用的程度[1].

因此,数据链作战适用性可以建立包括“作战使用适用性、作战环境适用性、作战保障适用性”3 项一级指标10 项二级指标的评估指标体系,如图3.

图3 数据链作战适用性评估指标体系

3.2.1 作战使用适用性

作战使用适用性主要考核数据链装备是否安全可靠,具有良好的人机结合功效.作战使用适用性可以分为可靠性、安全性和可操作性等3 项二级能力指标.

1)可靠性.反映数据链装备在规定的条件下、在规定的时间内完成规定功能的能力,一般用平均故障间隔时间(Mean Time Between Failure,MTBF)衡量.在作战试验过程中,可以统计试验期间装备的故障次数和使用时间,在此基础上进行可靠性分析,检查装备是否满足可靠性指标要求和部队使用需求.

2)安全性.反映数据链装备在使用过程中,对可能发生的危害人身安全问题的防范程度,一般通过供电安全性、功率辐射安全性、安全警示标志等指标衡量.

3)操作性.反映数据链装备的人机界面友好程度、操作使用便利程度等,一般通过人机界面设计、按键开关设计、输出显示设计、操作流程设计等指标衡量.

3.2.2 作战环境适用性

作战环境适用性主要考核数据链装备对战场环境的适用情况.作战环境适用性可以分为自然环境适应性、电磁环境适应性和运输性等3 项二级能力指标.

1)自然环境适应性.反映数据链装备在寿命周期内各种环境因素的作用下能实现所有预定性能指标而不被破坏的能力,可用存储/工作温度范围、霉菌、盐雾、湿热、振动等指标衡量.环境适应性一般通过专门的环境试验来考核,在作战试验中可以对数据链装备暴露的故障问题进行统计,分析故障问题的原因,厘清环境因素的影响,以进一步检验装备是否满足实际存储和工作环境要求.

2)电磁环境适应性.反映数据链装备对战场电磁环境的适应情况,可用电磁兼容性、电磁易损性、静电控制、电磁辐射危害、雷电效应、电磁脉冲效应等指标衡量.电磁环境适应性一般通过专门的电磁兼容性试验来考核,在作战试验中可以安排共址工作试验检验多型装备同时工作的相互影响,也可以安排电磁脉冲防护试验、雷电防护试验等效能试验进行摸底.

3)运输性.反映数据链装备通过各种运输工具来进行输送的能力,可用外廓尺寸、质量重心、冲击振动等指标衡量.运输性可以通过外场试验进行专项测试,也可以在作战试验中结合装备的运输进行综合检验.

3.2.3 作战保障适用性

作战保障适用性主要考核数据链装备的保障特性和计划的保障资源能够满足作战使用要求的能力.作战保障适用性可以分为维修性、保障性、测试性、标准化程度等4 项二级能力指标.

1)维修性.反映数据链装备在规定的条件下和规定的时间内,按规定的程序和方法进行维修时,保持或恢复到规定状态的能力.维修性可用平均修复时间(Mean Time to Repair,MTTR)定量分析,也可围绕装备简单性、可互换性、安全性和识别标记等指标进行定性分析.在作战试验中,可以通过统计平均维修时间,结合维修的难易程度进行综合分析.

2)保障性.反映数据链装备保障资源对系统作战使用的支持能力,可用保障设备利用率、保障设备满足率、备件利用率、备件满足率、人员培训率衡量.在作战试验中可以安排专项试验,也可以根据作战整体情况进行统计分析.

3)测试性.反映数据链装备及时、准确确定其工作状态并隔离内部故障的能力,可用故障检测率、故障检测时间、故障虚惊率、故障隔离率等指标衡量.在作战试验中可以安排专项试验,也可以根据作战整体情况进行统计分析.

4)标准化.反映数据链装备的标准化、通用化、系列化水平,可用标准执行率、标准化系数、零件互换率等指标衡量.

3.3 体系适用性指标

体系适用性是指武器装备成体系运用中的可用程度.

设计体系适用性指标时,首先应当对体系进行明确的界定.与数据链相关的体系概念主要有作战体系、武器装备体系和网络信息体系.作战体系是由各种作战系统按照一定的指挥控制关系、组织关系和运行机制构成的有机整体,按照作战任务划分,可以分为联合火力打击体系、联合封锁作战体系和联合岛屿进攻作战体系等[11].武器装备体系是为适应一体化联合作战的特点和规律,为发挥最佳的作战效能,由功能上相互联系、性能上相互补充的各种武器装备系统按一定结构综合集成的更高层次的武器装备系统.网络信息体系是信息化战争作战体系的基本形态,是以全军共用信息基础设施为支撑,集成指挥控制、预警探测、情报侦察、信息对抗、战场环境等功能系统,以及政治工作、后勤保障、装备管理等各级各类信息系统的有机整体[12-14].体系的范畴有大有小,但考虑到作战试验的组织难度和成本支出,检验数据链体系适用性时体系不宜过度扩展,数据链系统本身与其铰链的军事信息系统、武器平台即构成典型形态的作战体系,这一体系既是网络信息体系的重要组成,也是武器装备体系的组成部分.

影响武器装备体系能力的因素除了装备本身对体系能力的贡献外,还包括体系中各组成要素之间的融合程度.因此,数据链体系适用性指标可以分为体系融合度和体系贡献率2 个二级能力指标.

3.3.1 体系融合度

体系融合度主要考核数据链融入武器装备体系后,与其他系统的融合程度,可以用信息系统铰链率、武器平台铰链率、信息交互成功率、信息交互频率衡量.

1)系统铰链率.反映数据链与指挥控制系统、情报侦察系统等其他军事信息系统的铰链程度,用数据链实际连接的军事信息系统种类与需要连接的军事信息系统种类的比值衡量,单位用百分比表示.

2)武器平台铰链率.反映数据链与飞机、舰艇、车辆等武器平台的铰链程度,用数据链实际连接的武器平台种类与需要连接的武器平台种类的比值衡量,单位用百分比表示.

3)信息交互成功率.反映数据链与其他军事信息系统信息交互的准确性,用数据链与系统军事信息系统成功交互的信息数量和实际传输的信息数量的比值衡量,单位用百分比表示.

4)信息交互频率.反映数据链与其他军事信息系统进行信息交互的频繁程度,用数据链与其他军事信息系统进行信息成功交互的次数来衡量,单位是次.

3.3.2 体系贡献率

体系贡献率主要考核数据链在使用后对己方作战体系作战能力、作战效能或任务完成效果提升的贡献程度.

武器装备的体系贡献率可以从任务、能力、结构、演化4个维度进行分析[11,15-16],总体分析框架如图4所示.其中,作战任务贡献率评估主要考核或检验被评武器装备或系统对作战体系任务完成效果的贡献率,具体可从完成作战效果贡献率、作战效率贡献率、付出的作战代价贡献率3个方面来衡量;能力贡献率和结构贡献率则是被评武器装备或系统对作战体系任务完成能力产生贡献量的2项具体内容或表现形式,具体可分别通过体系生存能力贡献率、任务完成能力贡献率,以及体系结构贡献率、任务编成贡献率和作战协同贡献率来衡量; 演化贡献度评估则从动态、适变、发展的视角,考核或检验被评武器装备或系统对体系能力和体系结构发展演化方面产生的贡献率.

图4 数据链作战适用性评估指标体系

数据链装备作战试验重点关注的是数据链融入作战体系后对作战任务完成效果、体系能力增长情况的贡献.对于作战任务完成效果,可以利用杀伤率指标来衡量,如3.1 节提到的美军通过对抗演练,得到了使用数据链与不使用数据链,白天作战平均杀伤率提高了1.61 倍,夜间作战平均杀伤率提高了1.59 倍,综合后平均杀伤率提升150%以上的结论,即用作战任务完成效果表征的体系贡献率.对于体系能力增长情况,可以按照侦察、判断、决策、行动循环理论(Observe Orient Decide Act,OODA),对由情报侦察系统、指挥控制系统、数据链系统和武器平台构建的数据链典型作战体系进行综合分析,将数据链对作战体系的支撑能力分解为情报获取能力、态势综合能力、指挥控制能力和火力打击能力等若干子能力,通过对有无数据链时的子能力变化情况进行综合分析,得到能力变化量与原有能力的比值,即用体系能力变化情况表征的体系贡献率.

4 结论

本文从数据链作战试验评估需求出发,构建了战术数据链作战效能、作战适用性和体系适用性评估指标体系,并给出了各级指标的定义和底层数据指标的计算方法.指标计算方法简单明确,便于进行统计分析.但数据链作战试验评估是一项复杂的系统工程,根据试验任务要求的不同,其评估的侧重点也各不相同,在实际评估过程中,还需要根据具体的任务要求对指标体系进行增减完善,对底层指标的采集计算方法进一步细化,以便得出反映实际作战效能的相对客观的评估结果.