网电一体作战效能耦合协调度评估问题研究

杨 兵，彭 佳，王 涵

(中国人民解放军战略支援部队信息工程大学， 郑州 450001)

1 引言

耦合是物理学概念，用以表示2个(或2个以上)系统的相互影响、相互依赖的过程。协调是描述2个(或2个以上)系统及要素之间为达同一目的，相互协作、相互促进，从而达成一种和谐发展的状态。耦合度在社会经济学领域被定义为系统之间相互作用、相互影响的程度，协调度表示良性耦合程度的大小，系统之间相互协作的好坏程度。耦合协调度主要用来反应系统之间的整体效应与协同效应，并克服了事物在低水平情况下产生调度耦合的假象。评估网电一体作战效能耦合协调度的目的是：在网络战与电子战相互影响、相互作用的基础上，衡量两者之间的协同水平，以耦合协调度结果，判定两者是否在行动中协调同步，顺畅一致，是网电一体作战指挥中应该解决的重难点问题。

2 网络战与电子战耦合关系的理论分析

2.1 耦合关系判定

2.1.1 网络战对电子战的影响作用分析

网络战手段使得电子侦察向全域化、实时化、智能化方向发展。首先，网络战与电子战技术的融合发展，形成网电融合的新型战场，遍布全域的电子设备及其形成的网络结构，使得运用网络技术能够促使电子侦察范围延伸至陆、海、空、天的各个角落，探明电子设备与平台之间的联通关系、作战体系、指挥关系、关键目标节点等。其次，网络连接能够实现战场各传感器、侦察系统模块及终端设备等获得的情报信息近实时传输至情报中心及指控中心，克服了传统信息传输的极大延时，大大提高电子侦察时效性。人工智能、大数据、云计算等技术在电子侦察中的广泛应用，使海量情报得到高速、精确、分类、关联、融合处理，规避了人工分析处理情报造成的误差。

网络战手段是电子进攻克服了实体毁伤与能量压制方面的技术壁垒。传统电子进攻主要采用毁瘫物理设施、大功率粗放压制等手段，存在效费比过高、易被敌方反击、能量分配不足以及干扰自身现象。通过网络战手段瘫痪敌方目标网络，取得目标网络控制权，配合电子进攻行动，不仅能够突破技术发展限制，也能在作战效能上有很大提升。

网络战手段使得电子防御、电子支援更具复杂性与全面性。电子防御中，既要注重对单个电子设备的防护与己方电磁信号的利用，同时，要运用网络战手段，充分论证电子设备组网的安全性，是否易被敌方瘫痪，遭敌攻击后是否能够迅速恢复等，从而具备更加全面的电子防御能力；电子支援行动中，网络支援行动能够为其提供更多支援途径。

2.1.2 电子战对网络战的影响作用分析

电子战手段促使网络战侦察丰富化、精确化。首先，通过电子战手段所获取的设备位置、信号频率、带宽、速率与功率等信号参数，从电子战角度为网络战提供可能侦察的漏洞与薄弱环节，同时，通过对敌方无线电通联情况的感知，监测敌方重要部署及变动，使网络战侦察由逻辑域、信息域向物理域扩展，丰富网络战侦察情报。另外，电子战手段与网络战手段的融合运用，使得网络空间与电磁空间的情报信息得到相互关联与印证，大大增强情报侦察的准确性。

电子战手段能够克服网络攻击面临的协议异构、物理隔离的难题。首先，指挥控制系统往往是与互联网物理隔绝的专用内网，并且安全防护等级更高，利用漏洞、病毒手段都难以进入对方网络；其次，网络协议的异构特征大大降低网络攻击效能，传统的网络攻击手段在异构协议面前往往束手无策。因此，电子战手段为网络攻击提供了信号层面的技术突破，从无线信号入手弥补网络攻击的技术劣势。

电子战手段能够提高网络防御与支援能力。电子战防御手段，可为网络实体设备提供物理层防护，防止敌方利用电子措施对我方设备实施干扰破坏，通过对实体层的安全防护保持逻辑层的完整性与可用性。同样，电子支援也可在作战效能上为网络支援行动提供更加全面、可靠的支援保证。

2.2 耦合形式分析

2.2.1 结构耦合

网络战与电子战的结构耦合，主要体现在网电一体作战指挥体系上。由网络战与电子战的内部要素，根据职能分工，形成具有一定职能的网电一体作战指挥机构，由各网电一体作战指挥机构，形成具有层次的网电一体作战指挥体系。由内部要素的相互作用和影响，通过系统内部形成职能结构的有机结合，实现指挥机构内信息共享和职能分工，通过系统结构的层次性，达到指令上传下达和战局态势的有效反馈，从而保持耦合系统结构的稳定和不间断指挥。

2.2.2 功能耦合

功能耦合是指将网络战与电子战行动作为一个有机整体，以两者之间功能的互补耦合，实现整体功能的耦合。传统电子战与网络战的发展已遭遇瓶颈，亟需寻求攻击的突破口。网电一体作战是集电子战与网络战的功能为一体，两者的攻击分属于不同层次，一个是信号层面、一个是信息层面。可能通过从电子战信号层面的干扰，为网络战实施攻击成为可能；同理，也可从破坏对方网络系统的基础上，对预定目标实施电子攻击，使两者在作战过程中发挥作用功能，形成相互支撑、相互协同的良好状态。既注重使各自功能发挥到最优化，又注重两者为达到功能耦合而进行有效配置，从而使优势互补、协同促进。

2.2.3 效能耦合

网络战与电子战的耦合效能，往往大于两者的独立效能，这是网电一体作战的核心本质。以网络战为手段，为电子战创造攻击条件或者以电子战为手段，为网络攻击创造战机，或是两者同时使用，都是为了谋求耦合效能的极具放大效果。在两者的协调同步、相互促进、相互依赖的过程中，通过体系的健康运行、要素的密切配合、信息的高效共享、行动的协调同步，加速效能的增强与溢出，以实现网电一体作战效能的最大集聚与释放。

3 网电一体作战效能耦合协调度评估需求

网电一体作战耦合协调度评估需求，是指根据评估耦合协调度的需要而产生的具体要求。网电一体作战，因其涉及领域广、技术差异大、临机动态性强、协同要求高以及作战节奏快速等特点，使评估工作难度巨大。在网电一体作战中，网络战与电子战的耦合与协调，关系到总体效能的发挥，耦合协调程度越高，效能发挥越大，耦合协调程度越低，越不利于效能发挥最大化。分析网电一体作战耦合协调度评估需求，是评估前的一项非常重要的工作，它主要从评估的过程及具体情况出发，分析评估过程中需要“干什么”。理清网电一体作战耦合协调度评估需求，能够为评估过程提供清晰的思路，使评估工作更具指向性和明确性。网电一体作战耦合协调度评估，需要确定网络战与电子战之间的耦合关系，从网络战与电子战等2个方面，建立科学的指标体系，运用定量与定性的评估方法，准确分配指标权重，评估的结果能够作为提升指挥效能提供参考。

3.1 合理判定正确的耦合关系

网电空间是网络与电磁的无形融合，网络战与电子战必然存在紧密的联系。一方面，网络使电子信息系统互联，促使传统电子战从技术、组织结构上实现质的飞跃，也使电磁能量在时域、空域、频域等方面皆有所涉及，扩大电磁频谱作用范围，同时，网络化的组织结构所产生的级联效应，提升了电子战的攻击范围，大大提升电子战效能；另一方面，战场网络的物理隔离性迫使人工接入方式存在较大风险和阻碍，网络协议的异构特性使得网络攻击手段和效能大大降低，网络战的长期预置潜伏等无法产生立竿见影的作战效果，运用电子战手段从信号层面作为切入点，不仅能克服网络攻击存在的种种困难，还能有效提高网络攻击的时效性。基于以上2个方面的分析，网电一体作战势在必行，而网络战与电子战的简单相加并不能达到预期的作战目的，作战效能大大折扣，必须认清网络战与电子战的相互影响、相互依赖的耦合关系，是评估网电一体作战耦合协调度的需求和前提。弄清两者之间的关系以及在网电一体作战中不可分割的现实，将耦合协调度作为衡量网电一体作战效能的主要角度，才能在指挥中克服传统观念带来的指挥局限，以新的作战思想指导指挥活动，顺应网电空间发展方向，夺得网电空间主动权。

3.2 建立科学有效的指标体系

科学有效的指标体系是评估活动的前提和基础。它既体现了评估活动的侧重性，从不同角度评估，其构建的指标体系有所不同；同时还关系到评估结果的准确性，关键在于其科学性和合理性。由于网络战与电子战之间存在相互影响、相互依赖的耦合关系，且在耦合协调度模型中需进行两者各自的综合评价，因此，在构建指标体系时，还要体现其全面性、综合性的特点。但评估体系的建立过程往往具有主观性，即便是在评估目标相同、模型相同的情况下，不同的学者所构建的指标体系也不尽相同。网电一体作战耦合协调评估过程中，要同时兼顾统一性与特殊性，主观因素与客观实际相结合，对于指标体系的选择要多借鉴以往学术文献的成果，同时要站在网络战与电子战耦合协调的角度，体现网电一体作战的特殊性，使之科学合理、全面有效。

3.3 定量分析客观的指标权重

指标权重分配的准确与否将直接影响评估结果的准确性与可靠性。计算指标权重的方法有很多，熵值赋权法是以差异驱动原理的基础上，分析各指标之间的关联度，来计算指标权重。该计算方法能够准确反应指标信息熵值的效用价值，克服了过去主观确定权重所造成的认知局限与评估偏差，评估结果更具客观性与可信度。

3.4 为提升指挥效能提供参考依据

实现网络战与电子战的有机融合，是使作战效能倍增、达成网电一体作战目的的关键，对提升网电一体作战效能具有重要的现实意义。由于网电空间的转变融合，网电作战地位逐渐突显，受战场网电态势的集聚变化以及作战的高技术性等诸多因素的影响，评估网电一体作战效能，既是重点也是难点。网电一体作战耦合协调度能够从两者之间配合程度的角度，有效衡量网络战与电子战在作战过程中的耦合程度，通过评估两者之间相互影响、相互牵制的情况，判定是否发挥了网电一体作战的最大效能。评估活动的意义更是在于能够为提升网电一体作战效能提供参考依据，同时，也为指挥员在作战筹划与指挥控制阶段提供辅助依据。

4 网电一体作战效能评估指标体系构建

指标体系反映评估活动的所侧重的角度，构建指标体系过程体现了对网电一体作战过程的系统分析过程，是对影响因素进行采集与筛选并确立权重的过程。它是衡量网电一体作战效能的一把标尺，是评估活动中一项复杂关键的步骤。

4.1 指标体系的建立

针对相关文献中对网络战与电子战作战效能评估的成果进行梳理与借鉴，形成一级、二级指标体系。该指标体系属于通用型指标体系，即在实际作战效能评估过程中，可根据具体作战行动对指标进行增减。

4.1.1 网络战指标体系

文献[5]分别从网络战作战力量、作战技术等2个方面，将网络作战能力评估体系划分为侦察、攻击、防御和保障等4个方面；文献[6]从网络侦察、攻击、防御等3个方面构建了网络作战综合能力评估体系；文献[7]将编队网络对抗能力的影响因素划分为软件进攻、软件防御、硬件打击、硬件生存、信息处理、窃密(听)和技术侦查能力等7个方面。文献[8]中，根据网络战的功能、结构等特点，将指标体系确定为网络攻击、网络防御、网络支援、战场环境影响因素等4个方面。经过对各文献的研究对比，从网络战与电子战技术功能耦合协调的角度出发，参照文献[9]中总结的相关作战技术及评估指标，建立网络战效能评估指标体系，如图1所示。

1) 网络侦察能力。网络侦察是指使用技术侦察装备与方法，对敌网络信息系统进行的侦察，它主要是指在未经授权情况下进行信息收集活动。网络侦察能力主要有扫描探测能力、口令破解能力、网络窃听能力等。通过扫描探测手段，发现敌网络信息系统的拓扑结构及关键节点，扫描探测发现敌网络信息系统漏洞及薄弱配置；运用口令破解技术，能够以合法用户身份顺利进行敌方网络系统，从而获取有价值的情报信息或控制该网络系统；网络窃听是指在网络接口处截获计算机之间的通信数据，不仅可以对截获的数据包进行分析，还可以对该网络中的通信协议进行解译等。网络侦察所获取的情报信息，是网络攻击的先导，不仅为实施网络攻击提供入口，也是作为选择网络攻击手段的重要依据。

图1 网络战效能评估指标体系框图Fig.1 The index system of network warfare effectiveness evaluation

2) 网络进攻能力。网络进攻的目的是削弱敌方网络作战效能，按照网络攻击手段的不同，将网络进攻能力划分为程序攻击能力、缓冲区溢出攻击能力、拒绝服务攻击能力、欺骗攻击能力、脚本攻击能力、高级持续性威胁攻击(APT)等。根据对若干文献的总结梳理，发现网络进攻能力的划分有所不同。在划分网络攻击能力时，不应该将有包含关系的指标并列使用。例如，在广义上讲，病毒攻击包括木马植入以及利用电子邮件隐藏病毒攻击，而计算机病毒、特洛伊木马程序、逻辑炸弹等，统统属于程序攻击的类型，有些文献却将木马后门、电子邮件、逻辑炸弹等与病毒攻击能力并列，导致指标之间因包含关系造成评估的偏差。

3) 网络防御能力。网络防御的目的是提高自身安全防护能力，防止敌方非法入侵己方网络信息系统，从而保证己方网络信息系统的安全性。网络防御能力包括技术能力与策略配置能力，技术上主要采用对信息数据进行加密、检测内外部非法入侵活动、对访问用户进行身份验证、配置防火墙隔离外网与内网、使用蜜罐欺骗技术进行数据反捕分析与控制、运用云计算提高病毒查杀效能；策略配置主要包括总体防御策略和具体的防御规则，明确防御边界、信任范围以及规定被允许或被禁止的活动等。

4) 网络支援保障能力。网络保障是支撑网络侦察、进攻、防御行动中所需的信息网络修复、数据信息流分析、信息传输与处理等。信息网络修复的目的是保障各类信息系统正常运行以及信息系统和终端设备之间互连互通，是保证全时联网、体系运行的重要环节。信息流广义上是指从信息源到信息接收者的所有信息的集合，网络战中的数据信息流分析，不仅能够通过信息的传送确定信息源与信息接收者之间存在的联结关系，从而分析其作战体系结构，还可以作为网络攻击溯源的重要依据；对传输的数据信息进行收集，并对本身的内容进行分析，从中获取情报信息对实施决策和调控至关重要。信息传输与处理能力作为网络保障能力的一项指标，对评估网络战效能不可或缺，其传输速率与处理效率直接影响网络战精确性与实时性。

4.1.2 电子战指标体系

经对电子战效能评估相关文献的查阅和梳理，文献[12-13]都将电子战评估一级指标划分为电子支援、进攻、防护能力，但在二级指标的选取上有所不同。对照之前已经构建的网络战指标体系，考虑到网络战与电子战耦合协调的目的作用，构建相应的电子战效能评估指标体系，如图2所示。

图2 电子战效能评估指标体系框图Fig.2 The index system of eletronic warfare effectiveness evaluation

1) 电子侦察能力。无线电通信侦察主要是搜索、截获敌方无线电设备的技术工作参数，并对其进行测向定位，根据通联关系分析判定指挥关系及通信部署，进一步预判敌作战企图等。雷达侦察的主要作用是发现敌方雷达及武器平台的部署，引导雷达干扰、硬摧毁武器对敌方实施攻击。光电侦察主要是根据敌方光电武器的辐射和反辐射的光波信号获取情报。

2) 电子进攻能力。电子进攻能力主要划分为电子干扰能力和电子摧毁能力等2个部分。其中，电子干扰能力分为通信干扰、雷达干扰、光电干扰能力，电子摧毁能力分为反辐射攻击、电磁脉冲攻击、定向能攻击能力。

3) 电子防御能力。电子防御能力指标主要是参照电子进攻能力的指标，按照防侦察、抗干扰以及反摧角度，结合通信、雷达、光电等3个方面进行划分，从而提高我方电子设备和系统的生存抗毁能力。

4) 电子支援保障能力。电子支援保障的目的是保证电子侦察、进攻、防御行动的顺利实施，从而进行电子设备运维、信号识别分析以及信息的传输与处理。电子支援保障能力对电子战效能的发挥是必不可少的，且每一项指标都直接影响电子战的实时性与作战进程的推进。

4.2 指标权重的确定——熵值法

指标权重是衡量指标对评估目标的影响程度。指标赋权主要分为主观赋权和客观赋权等2种方法。为消除主观因素对指标权重的影响，采取熵值法来计算各指标权重值。

熵值赋权法主要计算步骤如下：

1设表示第个作战阶段中第个指标的评价值，其中，=1,2,…,；=1,2,…,。建立初始评价矩阵为：

(1)

2 对初始评价矩阵进行归一化处理，得到矩阵为：

(2)

3计算指标的熵值：

(3)

4 根据熵值确定指标权重为：

(4)

5 网电一体作战效能耦合协调度评估模型

5.1 耦合度函数

耦合度函数是耦合协调度模型中的核心内容。耦合度函数值越大，说明耦合程度越高；耦合函数值越小，说明耦合效果不佳。参考物理学中传统的容量耦合系数模型，设变量(=1,2,…，)、(=1,2,…,)表示多个系统，多个系统相互影响作用的耦合度模型为：

=[(…)∏(+)]1

当只有2个系统时，化简可得：

文献[14]从该传统耦合度模型的使用效度角度对其进行了改进，改进后的耦合度函数为：

在网电一体作战效能评估中，涉及网络战与电子战2个子系统，由此可得：

(5)

式(5)中，()、()分别表示网络战与电子战的综合效能评估函数。即：

(6)

(7)

式(6)～式(7)中：、分别为网络战与电子战各指标权重;、分别为各指标评价值。

5.2 耦合协调度模型

耦合度函数值能够反映各系统之间的相互影响程度，但是不能衡量两者相互协同的整体效能。因此，利用耦合协调度模型，能够反映整个整体协调发展情况，模型为：

(8)

式(8)中：为耦合度函数值；为综合评价指数；、分别为子系统对于整体系统的相对重要程度，即权重系数，且+=1。

在网电一体作战效能中，本文假定网络战与电子战在作战行动中的权重相等，即取==05。

5.3 耦合协调度评价标准

军内暂无利用耦合协调度模型进行评估的案例，因此，在制定耦合协调度评价标准过程中，暂考虑参照国内社会经济学领域相关文献提供的评价标准。文献[15]采用均匀函数法，将耦合协调度评价标准以0.1的跨度划分为10个等级，来衡量人口城镇化与教育城镇化的耦合协调发展程度，计算结果如表1所示。

表1 耦合协调度评价标准Table 1 Evaluation standard of coupling coordination degree

文献[16]采用中值分段法，将评价标准划分为4个区间，用以评价金融创新与科技创新子系统的耦合协调度，如表2所示。大多数学者采用廖重斌界定的协调等级评价标准，本文中，参照文献[17]制定网络战与电子战行动效能耦合协调度评价标准，如表3所示。

表2 耦合协调度评价标准Table 2 Evaluation standard of coupling coordination degree

表3 网络战与电子战行动效能耦合协调度评价标准Table 3 Evaluation standard for coupling coordination degree of network and electronic warfare operational effectiveness

5.4 实例分析

5.4.1 情景描述

在某次联合作战中，我方信息基础设施遭受敌猛烈打击，我方信息网络遭敌渗透，上级指挥机构命令某网电一体作战群立即对敌某重要节点实施打击，消灭敌嚣张气势。根据行动计划安排，将整个攻击行动分为3个阶段：侦察识别目标、网络攻击与电子干扰、反辐射摧毁。

主要攻击步骤如下：① 侦察识别目标。命我方某型电子侦察飞机赴敌防空区域外进行电子侦察，侦收各类通信、雷达信号，获取敌方一定区域内雷达类型及武器平台位置信息；运用网络扫描技术对获得目标网络主要拓扑结构、薄弱环节及系统漏洞等，将情报信息传回指控中心进行分析处理。② 网络攻击与电子干扰。指控中心将分析处理后的情报数据传送给某电子攻击平台，由该电子攻击平台向敌方雷达系统及通信系统脆弱节点植入恶意算法程序，瘫痪敌防空预警网络，并通过口令破解合法进入敌方网络，以管理员身份对其网络进行操控，同时对攻击目标实施电子干扰。③ 反辐射摧毁。当敌方防空网络无法对入侵者实施预警识别时，我方利用反辐射武器迅速进入目标区域，对设定目标进行硬摧毁，并安全撤离。

主要防御措施如下：① 网络防御方面，实时监测网络流量异常情况，主要监测重要网络节点的运行情况，加强身份验证与访问控制，优化防御策略配置，健全数据共享机制，加强病毒查杀与防范，完善防火墙等策略以过滤异常用户行为等；做到发现即预警，预警即处置。② 电子防御方面，针对易被侦察易受攻击的目标进行伪装防护，通过布设假目标假辐射源进行示假，防敌电子侦察；交错部署不同类型的雷达，合理设置电子设备工作体制，避免敌方电子干扰；对于已发现的敌方电子干扰源，应进行欺骗与摧毁；及时预警拦截敌方电子摧毁武器的袭击，保护我方关键电子设备的安全。

5.4.2 建模评估

根据情景设定，根据上文构建的指标体系，采用前期对各指标的定量评估与领域专家定性评估相结合的方法，得出网络战与电子战行动效能各指标评估值(以10分制为标准)，初始评估数据如表4、表5所示,根据熵值法进行各指标权重计算，如表6、表7所示。

表4 网络战初始评估数据Table 4 Initial assessment data for network warfare

表5 电子战初始评估数据Table 5 Initial assessment data for electronic warfare

表6 网络战各指标权重Table 6 The index weight of network warfare

表7 电子战各指标权重Table 7 The index weight of electronic warfare

计算综合效能时，假设各阶段权重分别为0.3、0.4、0.3，各二级指标权重分别为0.25、0.35、0.2、0.2，则：

网络战综合效能f(x)=0.453，电子战综合效能g(y)=0.547，网络战与电子战耦合度C=0.866 1，耦合协调度D=0.658 0，根据耦合协调度评价标准判断，网络战与电子战的耦合协调程度为初级协调阶段，网络战行动效能稍有滞后。

5.4.3 结果分析

从计算结果可知，网络战与电子战行动效能处于初级协调阶段，相比之下，电子战效能发挥较为良好，网络战效能稍有滞后。根据情景描述的一些内容，可以得知，当前我方信息网络系统正遭受敌方渗透攻击，导致我方网络战行动效能降低。在下一步指挥网电一体作战时，应重点分析网络战效能滞后的原因，在遭受敌网络渗透攻击背景下，思考在后续作战中如何以提高网络战行动效能为着眼点，提升网络战与电子战行动效能的耦合协调度，从而最大程度释放网电一体作战效能。

6 结论

由于网电空间的转变融合，网电作战地位逐渐突显，受战场网电态势的集聚变化以及作战的高技术性等诸多因素的影响，评估网电一体作战效能既是重点也是难点。通过理论论证与定量分析，可得出结论如下：

1) 网电一体作战耦合协调度能够从两者之间配合程度的角度，有效衡量网络战与电子战在作战过程中的耦合协调程度，判定是否发挥了网电一体作战的最大效能。

2) 利用该评估模型能够为提升网电一体作战效能提供依据，也可为指挥员在作战筹划与指挥控制阶段提供参考。