武器裝備體系不確定性分析框架_風聞

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武器裝備體系在論證、研製、開發和維護等過程中,需要處理各種各樣的不確定性問題。同時體系對抗過程中更加需要對複雜戰場物理環境對武器裝備體系影響不確定性、對抗雙方零和博弈不確定性、武器裝備體系內部認識與決策不確定性等進行分析和處理。

1****武器裝備體系的不確定性形成和表現

不確定性是現實世界的本質屬性。在18--19世紀，受到牛頓力學取得的巨大成功，決定論在科學上佔據了絕對的統治地位，它將整個宇宙看作是一種確定性的動力學系統，按照確定的、和諧的、有序的規律運動，知道了初始條件就可以決定未來的一切。按照牛頓力學理論體系，給定了初始狀態，物體就會在力學定律的制約下作出唯一的運動，並且該運動是可以預測的，也是可以反向推導的，所有的事物都在最初的那一刻被完整且唯一確定了。隨着龐加萊對三體問題深入研究到混沌理論的創立、熱力學第二定律揭示出時間的不可逆性、量子力學的海森堡測不準原理等，從宏觀到微觀揭示了客觀世界的不確定性是自然界本質特性的客觀反應，是客觀世界中的一種真實存在，是存在宇宙間的自然形態。

不確定性大致分為兩大類：客觀不確定性(也稱為固有不確定性)和認知不確定性，也有學者分為隨機不確定性(Aleatory Uncertainty)和認識不確定性(Epistemic Uncertainty)。前者表示自然界或物理現象中存在的隨機性或不確定性，人類無法控制或減少這種不確定性。後者是指由於人類主觀認識不足或所獲得的知識和信息缺乏等，導致無法對客觀事物進行精確的描述、表達或建模等，由此產生的不確定性。認知不確定性，歸根到底來源於客觀世界的不確定性。

由於武器裝備體系的最終目的是在極其複雜不確定性的戰爭環境中實施體系對抗的作戰，完成相應的使命任務並獲得戰爭的勝利。武器裝備體系包括了客觀不確定性和認知不確定性。武器裝備體系在作戰使用過程的不確定性，主要包括：

1) 複雜戰場物理環境對武器裝備體系影響不確定性。

例如複雜電磁環境對雷達的性能影響、複雜水聲環境對聲納作用距離的影響具有很大的不確定性等等，這類不確定主要是由客觀不確定性組成。武器裝備體系主要通過雷達、聲納、光電等設備實現對作戰目標的探測、識別、定位和跟蹤，這是實施體系對抗的前提。複雜的地理環境、大氣環境、電磁環境、海洋環境和水聲環境等對武器裝備的影響不確定性非常大。例如包括海洋動力噪聲、生物噪聲、交通噪聲和工業噪聲、地質噪聲和熱噪聲等的海洋環境噪聲，具有複雜的時、空、頻變異性，同一海區不同時間段(上午、下午和晚上)，受到温度、鹽度、洋流等因素影響，水下聲道產生不確定性變化；不同海區的環境噪聲譜級、指向性和垂直相關性極為複雜；這使得聲納探測距離、精度等具有很大的不確定性。武器裝備體系採用多種裝備和手段，通過對多源異構不確定性信息融合來實現對目標進行探測識別與定位跟蹤，這樣可以獲得在複雜戰場環境中觀察目標的魯棒性、收集信息的敏鋭性和豐富性、更快的反應時間等好處。但是也存在壞數據污染好數據、大量多種類信息之間的不完全一致性導致辨識不確定性等巨大風險。

2) 對抗雙方零和博弈不確定性。

在體系對抗的過程中，敵我雙方的最終目的都是為了打敗對方，獲得最後的勝利。體系對抗過程在劇烈變化的戰場環境、作戰態勢、作戰任務和作戰行動中尋求零和的博弈決策。博弈雙方的決策主體需要在高度不確定條件下進行決策，例如不能確定戰場環境和態勢，不能確定目標精確信息，對博弈中發生事件的真實性無法確認，不能確定對方採取的當前行動，無法預測對方的未來行動等。這種不確定性主要是認知的不確定，它表現為對戰場感知和認知不確定性條件下的全方位體系對抗決策的不確定性。

3) 武器裝備體系內部行動、協作和認識等不確定性。

武器裝備體系在實施對抗作戰的方案制定、任務規劃和行動決策的過程中，一般都通過多節點、多人協同與協作來實現，然而不同的個體經歷、性格、偏好等的不同往往會形成多人多方面協同與決策的不一致性和不確定性，包含人在迴路過程的認知與決策的隨意性、傾向性都具有很大不確定性。而為獲得體系整體優勢和最優效能的體系對抗必須處理好這種不確定性。

4) 各個組成單元不確定性傳播導致複雜性。

體系的各個組成單元通過複雜網絡實現連接與交互，形成執行體系使命任務的一個整體流程。因此，體系內各個組成系統的不確定性也會在體系成員之間的交互而傳播，這種不確定性聯合傳播關係的複雜性表現得尤其明顯。

2****武器裝備體系不確定性分析框架

武器裝備體系的複雜性和不確定性的產生和影響十分複雜，對於武器裝備體系涉及的多來源、多類別的不確定性因素，為了有效進行武器裝備體系不確定性分析，需要根據不同應用場景和技術層面採用不同理論和方法進行分析，為此，形成了多層次的不確定性分析過程框架，如圖1所示。

圖1 武器裝備體系不確定分析過程框架

武器裝備體系不確定性分析過程可以分為數據層、表示層和應用層三個層次，這三個層次形成自頂向下分解細化和自底向上聚合相結合的過程。

1)在數據層分析中，基於知識圖譜理論和技術，對武器裝備體系不確定性因素及其參數進行概念抽象、屬性界定、類型辨識和關聯分析等，形成針對特定武器裝備體系的不確定性元素集。

2)在表示層分析中，需要對不確定元素或參數的類別進行分析，將不確定性類別分為固有不確定性(也稱為客觀不確定性)和認識不確定性(主觀不確定性)兩大類，並確定這些不確定性元素描述方法，以及不確定性參數估計理論等。

3)在應用層分析中，針對不同的應用場景和對象特點，對於武器裝備體系所涉及到的環境不確定性、目標不確定性、任務不確定性等這些使用者直接關注的方面，要形成合適直接友好的呈現方式，在這種呈現方式的背後，需要有合適的不確定性影響的評估分析方法做支撐。

不確定性因素及其參數描述是開展武器裝備體系不確定性分析的基礎。對於不確定性參數需要從多個維度進行分析，包括不確定性參數名稱及描述、分類、影響，以及不確定性參數數值表示形式、取值範圍和獲取方式等。不確定性元素或參數的描述形式如圖2所示。

圖2 不確定性參數描述

武器裝備體系不確定元素和參數很多，總體上可以分為兩大類別，固有不確定性和認知不確定性。固有不確定性(客觀不確定性)是事物(環境、系統或武器等客觀存在實體)本身所固有的，例如複雜電磁環境導致雷達探測距離、精度的不確定性，複雜水聲環境對聲納探測範圍的影響具有很大不確定性等。認知不確定性(主觀不確定性)則是以人作為認識事物的主體，在認識事物過程中表現出來的不確定性。

3****武器裝備體系不確定性分析過程

目前已經有很多理論方法對固有不確定性和認知不確定性進行分析度量，例如概率論、隨機過程等理論都是廣泛應用於固有不確定參數的分析中；粗糙集、模糊集、熵、灰色理論等都可以用於分析認識不確定性。然而複雜系統和體系的不確定性分析的難度大的原因在於，不確定性參數之間存在複雜關聯，並且不確定性隨着複雜系統或體系流程而傳播。不確定性傳播分析過程如圖3所示。

圖3 不確定性傳播分析過程

不確定性傳播需要從固有不確定性和認識不確定性兩個方法一起進行分析。在帶有不確定性的物理模型中，從模型的輸入/輸出關係上進行傳播分析；在帶有不確定性的離散時間/人為事件上，從流程狀態轉移關係進行傳播分析；然後對這兩個方面進行綜合，對不確定性的耦合傳播進行綜合分析。

作者：張宏軍，韋正現

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