武器装备体系不确定性分析框架_风闻

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武器装备体系在论证、研制、开发和维护等过程中,需要处理各种各样的不确定性问题。同时体系对抗过程中更加需要对复杂战场物理环境对武器装备体系影响不确定性、对抗双方零和博弈不确定性、武器装备体系内部认识与决策不确定性等进行分析和处理。

1****武器装备体系的不确定性形成和表现

不确定性是现实世界的本质属性。在18--19世纪，受到牛顿力学取得的巨大成功，决定论在科学上占据了绝对的统治地位，它将整个宇宙看作是一种确定性的动力学系统，按照确定的、和谐的、有序的规律运动，知道了初始条件就可以决定未来的一切。按照牛顿力学理论体系，给定了初始状态，物体就会在力学定律的制约下作出唯一的运动，并且该运动是可以预测的，也是可以反向推导的，所有的事物都在最初的那一刻被完整且唯一确定了。随着庞加莱对三体问题深入研究到混沌理论的创立、热力学第二定律揭示出时间的不可逆性、量子力学的海森堡测不准原理等，从宏观到微观揭示了客观世界的不确定性是自然界本质特性的客观反应，是客观世界中的一种真实存在，是存在宇宙间的自然形态。

不确定性大致分为两大类：客观不确定性(也称为固有不确定性)和认知不确定性，也有学者分为随机不确定性(Aleatory Uncertainty)和认识不确定性(Epistemic Uncertainty)。前者表示自然界或物理现象中存在的随机性或不确定性，人类无法控制或减少这种不确定性。后者是指由于人类主观认识不足或所获得的知识和信息缺乏等，导致无法对客观事物进行精确的描述、表达或建模等，由此产生的不确定性。认知不确定性，归根到底来源于客观世界的不确定性。

由于武器装备体系的最终目的是在极其复杂不确定性的战争环境中实施体系对抗的作战，完成相应的使命任务并获得战争的胜利。武器装备体系包括了客观不确定性和认知不确定性。武器装备体系在作战使用过程的不确定性，主要包括：

1) 复杂战场物理环境对武器装备体系影响不确定性。

例如复杂电磁环境对雷达的性能影响、复杂水声环境对声纳作用距离的影响具有很大的不确定性等等，这类不确定主要是由客观不确定性组成。武器装备体系主要通过雷达、声纳、光电等设备实现对作战目标的探测、识别、定位和跟踪，这是实施体系对抗的前提。复杂的地理环境、大气环境、电磁环境、海洋环境和水声环境等对武器装备的影响不确定性非常大。例如包括海洋动力噪声、生物噪声、交通噪声和工业噪声、地质噪声和热噪声等的海洋环境噪声，具有复杂的时、空、频变异性，同一海区不同时间段(上午、下午和晚上)，受到温度、盐度、洋流等因素影响，水下声道产生不确定性变化；不同海区的环境噪声谱级、指向性和垂直相关性极为复杂；这使得声纳探测距离、精度等具有很大的不确定性。武器装备体系采用多种装备和手段，通过对多源异构不确定性信息融合来实现对目标进行探测识别与定位跟踪，这样可以获得在复杂战场环境中观察目标的鲁棒性、收集信息的敏锐性和丰富性、更快的反应时间等好处。但是也存在坏数据污染好数据、大量多种类信息之间的不完全一致性导致辨识不确定性等巨大风险。

2) 对抗双方零和博弈不确定性。

在体系对抗的过程中，敌我双方的最终目的都是为了打败对方，获得最后的胜利。体系对抗过程在剧烈变化的战场环境、作战态势、作战任务和作战行动中寻求零和的博弈决策。博弈双方的决策主体需要在高度不确定条件下进行决策，例如不能确定战场环境和态势，不能确定目标精确信息，对博弈中发生事件的真实性无法确认，不能确定对方采取的当前行动，无法预测对方的未来行动等。这种不确定性主要是认知的不确定，它表现为对战场感知和认知不确定性条件下的全方位体系对抗决策的不确定性。

3) 武器装备体系内部行动、协作和认识等不确定性。

武器装备体系在实施对抗作战的方案制定、任务规划和行动决策的过程中，一般都通过多节点、多人协同与协作来实现，然而不同的个体经历、性格、偏好等的不同往往会形成多人多方面协同与决策的不一致性和不确定性，包含人在回路过程的认知与决策的随意性、倾向性都具有很大不确定性。而为获得体系整体优势和最优效能的体系对抗必须处理好这种不确定性。

4) 各个组成单元不确定性传播导致复杂性。

体系的各个组成单元通过复杂网络实现连接与交互，形成执行体系使命任务的一个整体流程。因此，体系内各个组成系统的不确定性也会在体系成员之间的交互而传播，这种不确定性联合传播关系的复杂性表现得尤其明显。

2****武器装备体系不确定性分析框架

武器装备体系的复杂性和不确定性的产生和影响十分复杂，对于武器装备体系涉及的多来源、多类别的不确定性因素，为了有效进行武器装备体系不确定性分析，需要根据不同应用场景和技术层面采用不同理论和方法进行分析，为此，形成了多层次的不确定性分析过程框架，如图1所示。

图1 武器装备体系不确定分析过程框架

武器装备体系不确定性分析过程可以分为数据层、表示层和应用层三个层次，这三个层次形成自顶向下分解细化和自底向上聚合相结合的过程。

1)在数据层分析中，基于知识图谱理论和技术，对武器装备体系不确定性因素及其参数进行概念抽象、属性界定、类型辨识和关联分析等，形成针对特定武器装备体系的不确定性元素集。

2)在表示层分析中，需要对不确定元素或参数的类别进行分析，将不确定性类别分为固有不确定性(也称为客观不确定性)和认识不确定性(主观不确定性)两大类，并确定这些不确定性元素描述方法，以及不确定性参数估计理论等。

3)在应用层分析中，针对不同的应用场景和对象特点，对于武器装备体系所涉及到的环境不确定性、目标不确定性、任务不确定性等这些使用者直接关注的方面，要形成合适直接友好的呈现方式，在这种呈现方式的背后，需要有合适的不确定性影响的评估分析方法做支撑。

不确定性因素及其参数描述是开展武器装备体系不确定性分析的基础。对于不确定性参数需要从多个维度进行分析，包括不确定性参数名称及描述、分类、影响，以及不确定性参数数值表示形式、取值范围和获取方式等。不确定性元素或参数的描述形式如图2所示。

图2 不确定性参数描述

武器装备体系不确定元素和参数很多，总体上可以分为两大类别，固有不确定性和认知不确定性。固有不确定性(客观不确定性)是事物(环境、系统或武器等客观存在实体)本身所固有的，例如复杂电磁环境导致雷达探测距离、精度的不确定性，复杂水声环境对声纳探测范围的影响具有很大不确定性等。认知不确定性(主观不确定性)则是以人作为认识事物的主体，在认识事物过程中表现出来的不确定性。

3****武器装备体系不确定性分析过程

目前已经有很多理论方法对固有不确定性和认知不确定性进行分析度量，例如概率论、随机过程等理论都是广泛应用于固有不确定参数的分析中；粗糙集、模糊集、熵、灰色理论等都可以用于分析认识不确定性。然而复杂系统和体系的不确定性分析的难度大的原因在于，不确定性参数之间存在复杂关联，并且不确定性随着复杂系统或体系流程而传播。不确定性传播分析过程如图3所示。

图3 不确定性传播分析过程

不确定性传播需要从固有不确定性和认识不确定性两个方法一起进行分析。在带有不确定性的物理模型中，从模型的输入/输出关系上进行传播分析；在带有不确定性的离散时间/人为事件上，从流程状态转移关系进行传播分析；然后对这两个方面进行综合，对不确定性的耦合传播进行综合分析。

作者：张宏军，韦正现

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