短波自適應(yīng)通信系統(tǒng)綜合效能分析

李有才，王 歡，鄭春弟

（海軍陸戰(zhàn)學(xué)院，廣州510430）

0 引 言

短波自適應(yīng)通信系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)今軍事通信領(lǐng)域的常用通信裝備，廣泛應(yīng)用于陸基固定通信、海上艦船移動(dòng)通信和陸海遠(yuǎn)程通信等［1］，諸如單向與雙向、同頻與異頻、網(wǎng)址與全址等自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)組織也趨于完善，但由于系統(tǒng)綜合效能受信道傳輸電磁環(huán)境、導(dǎo)頻探測(cè)選頻技術(shù)、實(shí)時(shí)信道估值設(shè)計(jì)、自適應(yīng)選頻參數(shù)確定、自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)組織形式等因素影響，具有不確定性與模糊性。其信息傳輸質(zhì)量受大氣空間自然電磁環(huán)境、民用電磁干擾環(huán)境、敵我無意與有意干擾環(huán)境等諸多因素影響，造成系統(tǒng)綜合效能涉及的指標(biāo)因子多，覆蓋的學(xué)科領(lǐng)域范圍廣，具有很大的不確定性。文章引用模糊集合或隸屬度函數(shù)的理論，利用模糊語言變量和模糊數(shù)適用于量化模糊信息的特點(diǎn)［2－3］，分析了短波自適應(yīng)通信系統(tǒng)綜合效能評(píng)估指標(biāo)體系，建立了效能評(píng)估模型，并利用層次分析法確定了指標(biāo)權(quán)重，通過典型實(shí)例，驗(yàn)證了本方法的可行性。

1 短波自適應(yīng)通信系統(tǒng)效能評(píng)估指標(biāo)體系

短波自適應(yīng)通信系統(tǒng)與一般軍事通信系統(tǒng)一樣，基本要求是迅速、準(zhǔn)確、保密、不間斷地傳輸與交換數(shù)據(jù)信息，平時(shí)強(qiáng)調(diào)信息傳輸?shù)臅r(shí)效性、可靠性、互通性，戰(zhàn)時(shí)還強(qiáng)調(diào)保密性和抗擾性，按照這個(gè)要求，參照一般軍事通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)分類方法，并考慮短波自適應(yīng)通信系統(tǒng)的特殊性，短波自適應(yīng)通信系統(tǒng)綜合效能評(píng)估指標(biāo)及分層結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。根據(jù)AHP的分層思想，短波自適應(yīng)通信系統(tǒng)可以分為總目標(biāo)層（A）、中間層（Bi）和指標(biāo)層（Ci）。

時(shí)效性：是指系統(tǒng)在規(guī)定的時(shí)限內(nèi)以最快的速度將信息傳遞給接收端的能力，以發(fā)射端開始承辦信息的時(shí)間與接收端收到信息并付之行動(dòng)的開始時(shí)間差來衡量，系統(tǒng)時(shí)效性好則信息傳輸與交換的時(shí)間短，有利于指揮員迅速把握作戰(zhàn)行動(dòng)的主動(dòng)權(quán)。影響系統(tǒng)時(shí)效性的主要因素包括短波自適應(yīng)選擇呼叫時(shí)間、短波自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量、短波自適應(yīng)通信工作方式、短波自適應(yīng)信息傳輸與處理時(shí)延等。

圖1 短波自適應(yīng)通信系統(tǒng)綜合效能評(píng)估指標(biāo)及分層結(jié)構(gòu)圖

可靠性：是系統(tǒng)硬件設(shè)備穩(wěn)定性和信息內(nèi)容準(zhǔn)確性的綜合指標(biāo)，是指系統(tǒng)由于內(nèi)部或外部影響因素發(fā)生變化，仍能可靠保障信息傳輸與交換的能力［4］。系統(tǒng)可靠性好則信息傳輸穩(wěn)定或信息內(nèi)容誤碼率低，有利于指揮員的正確決策和有效指揮。影響系統(tǒng)可靠性的主要因素包括短波自適應(yīng)裝備平均無故障時(shí)間、短波自適應(yīng)裝備平均維修時(shí)間、短波自適應(yīng)通信信息誤碼（信）率、短波自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式等。

抗擾性：是指系統(tǒng)在復(fù)雜電磁環(huán)境下，受到系統(tǒng)內(nèi)部、外部無意或有意干擾時(shí)的信息傳輸能力［5］。系統(tǒng)抗擾性強(qiáng)則系統(tǒng)信息防御能力強(qiáng)，在信息對(duì)抗異常激烈的海戰(zhàn)場(chǎng)，獲得“制信息權(quán)”的可能性增大，系統(tǒng)信息作戰(zhàn)能力有保障。影響系統(tǒng)抗擾性的主要因素包括短波自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)切換能力、短波自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)重建時(shí)間、短波自適應(yīng)通信信息類型、短波自適應(yīng)信號(hào)覆蓋范圍。

安全性：是指系統(tǒng)將信息隱蔽、保密地傳輸給網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)，而不被敵方偵察、截獲、攻擊的能力。系統(tǒng)安全性強(qiáng)則被敵方偵測(cè)、獲取我方信息的幾率減小，受到敵干擾、攻擊的可能性降低，系統(tǒng)運(yùn)行安全有保障。影響系統(tǒng)安全性的主要因素包括短波自適應(yīng)信號(hào)功率強(qiáng)度、短波自適應(yīng)通信反偵察能力、短波自適應(yīng)加密與解密技術(shù)。

互通性：是指系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)技術(shù)、編碼譯碼技術(shù)以及系統(tǒng)內(nèi)部各接口間、系統(tǒng)與外部配套終端間的互聯(lián)互通能力，是衡量系統(tǒng)耦合性、兼容性、標(biāo)準(zhǔn)性、通用性的重要指標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)基于信息系統(tǒng)的信息融合、功能耦合、體系融合、能力聚合的根本保障。影響系統(tǒng)互通性的主要因素包括短波自適應(yīng)各接口連接融合性、短波自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行通用性等。

2 構(gòu)建判斷矩陣并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)

2.1 構(gòu)建判斷矩陣

構(gòu)建判斷矩陣實(shí)際上就是確定指標(biāo)集上各指標(biāo)的權(quán)重，即是以上一級(jí)的某個(gè)要素作為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，對(duì)本級(jí)的要素進(jìn)行兩兩比較來確定矩陣元素。對(duì)指標(biāo)集上各指標(biāo)權(quán)重的確定，一般采取層次分析法中薩蒂的九級(jí)標(biāo)度確定判斷矩陣［6－7］，定義如表1所示。

表1 兩兩比較相對(duì)偏好判斷的九級(jí)標(biāo)度

根據(jù)判斷的九級(jí)標(biāo)度，可以建立判斷矩陣。表3～表8就是根據(jù)圖1短波自適應(yīng)通信系統(tǒng)綜合效能評(píng)估指標(biāo)及分層結(jié)構(gòu)，按照評(píng)價(jià)準(zhǔn)則建立的兩兩比較判斷矩陣。

2.2 計(jì)算相對(duì)權(quán)重

由于求解判斷矩陣的特征值和特征向量一般相當(dāng)麻煩，通常采用近似解法——規(guī)范列平均法對(duì)判斷矩陣進(jìn)行近似計(jì)算，得出下一級(jí)相對(duì)上一級(jí)的權(quán)重，其基本過程是：

（1）對(duì)n個(gè)因素C1，C2，…，Cn的判斷矩陣A′各列歸一化處理。假設(shè)A′＝［aij］n×n，

（2）計(jì)算判斷矩陣A′的特征矢量W＝ （w1，w2，…，wn）， 其 中wi根 據(jù) 下 式 計(jì) 算：wi

（3）計(jì)算判斷矩陣的最大特征值λmax，λmax＝

（4）計(jì)算各指標(biāo)相對(duì)權(quán)重。求出判斷矩陣的最大特征根λmax的特征向量，然后進(jìn)行歸一化處理，即可求出各指標(biāo)因子對(duì)上一級(jí)的權(quán)重。

2.3 進(jìn)行一致性檢驗(yàn)

由于系統(tǒng)評(píng)價(jià)的復(fù)雜性和評(píng)價(jià)人的主觀性，判斷矩陣的傳遞性和一致性可能存在偏差，如果判斷矩陣的一致性越好，說明最大特征值λmax與A的階數(shù)n就越接近，因此可以根據(jù)最大特征值λmax來確定判斷矩陣A的一致性程度［8］。其步驟為：

（2）確定不同階數(shù)的隨機(jī)一致性指標(biāo)IR。IR是多次重復(fù)進(jìn)行隨機(jī)判斷矩陣特征值的計(jì)算后取其算術(shù)平均數(shù)獲取，具體數(shù)值如表2。

表2 不同階數(shù)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)IR

（3）計(jì)算一致性比例RC。為度量不同階數(shù)判斷矩陣的不一致性，引入度量判斷矩陣偏離一致性的相對(duì)指標(biāo)RC：RC＝IC／IR，一般情況下，當(dāng)一個(gè)判斷矩陣的RC指標(biāo)小于10%時(shí)，可以認(rèn)為其一致性符合要求；如果一個(gè)判斷矩陣的RC指標(biāo)大于10%時(shí)，則應(yīng)重新進(jìn)行元素的兩兩比較，對(duì)已建立的判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整，使之具有滿意的一致性。

3 基于模糊評(píng)判的短波自適應(yīng)通信系統(tǒng)效能評(píng)估主要步驟

模糊綜合評(píng)判是把眾多的因素劃分為若干層次，每層只包含少量因素，先對(duì)最下層的各因素進(jìn)行綜合，逐層往上評(píng)估直到最高層，得出最終評(píng)估結(jié)果。主要步驟：

（1）確定指標(biāo)集合及其層次。根據(jù)圖1短波自適應(yīng)通信系統(tǒng)綜合效能評(píng)估指標(biāo)及分層結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)效 能 評(píng) 估 目 標(biāo) 層 集 合 為A＝ （B1，B2，B3，B4，B5），子目標(biāo)層的指標(biāo)因子集合為B1＝

（2）明確效能評(píng)估指標(biāo)相對(duì)權(quán)重。采取層次分析法中薩蒂的九級(jí)標(biāo)度確定判斷矩陣，并計(jì)算各判斷矩陣的最大特征值λmax和最大特征值相對(duì)的特征向量W，W1，W2，W3，W4，W5然后進(jìn)行歸一化處理，即可求出各指標(biāo)因子對(duì)上一級(jí)的相對(duì)權(quán)重。

（3）構(gòu)建效能評(píng)估影響因子指標(biāo)層模糊判斷矩陣。將影響因子指標(biāo)分成優(yōu)秀、良好、一般、差4個(gè)等級(jí)，并采用專家打分的形式確定影響因子指標(biāo)的隸屬度，獲得指標(biāo)層判斷矩陣Pi和指標(biāo)層Ci相對(duì)子目標(biāo)層Bi的判斷矩陣Li。

（4）獲取目標(biāo)層判斷矩陣。根據(jù)效能評(píng)估指標(biāo)相對(duì)權(quán)重和影響因子模糊判斷矩陣，可以得出子目標(biāo)層Bi相對(duì)目標(biāo)層A的判斷向量和模糊關(guān)系矩陣P。

（5）根據(jù)最大隸屬度原則確定系統(tǒng)的綜合效能值，對(duì)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行定性描述解義。

4 基于模糊評(píng)判的短波自適應(yīng)通信系統(tǒng)效能評(píng)估實(shí)例

4.1 兩兩比較法構(gòu)造判斷矩陣

根據(jù)圖1短波自適應(yīng)通信系統(tǒng)綜合效能評(píng)估指標(biāo)及分層結(jié)構(gòu)圖與薩蒂的九級(jí)標(biāo)度準(zhǔn)則，可以確定子目標(biāo)層Bi相對(duì)目標(biāo)層A的判斷矩陣及相對(duì)性權(quán)重，各影響因子Ci相對(duì)子目標(biāo)層Bi的判斷矩陣及相對(duì)性權(quán)重，如表3～表8所示。

表3 子目標(biāo)層Bi相對(duì)目標(biāo)層A的判斷矩陣及相對(duì)性權(quán)重

表4 影響因子C1～C4相對(duì)子目標(biāo)層B1的判斷矩陣及相對(duì)性權(quán)重

表5 影響因子C5～C8相對(duì)子目標(biāo)層B2的判斷矩陣及相對(duì)性權(quán)重

表6 影響因子C9～C12相對(duì)子目標(biāo)層B3的判斷矩陣及相對(duì)性權(quán)重

表7 影響因子C13～C15相對(duì)子目標(biāo)層B4的判斷矩陣及相對(duì)性權(quán)重

表8 影響因子C16～C17相對(duì)子目標(biāo)層B5的判斷矩陣及相對(duì)性權(quán)重

判斷矩陣一致性檢驗(yàn)結(jié)果表明，各個(gè)指標(biāo)判斷矩陣的RC指標(biāo)都小于0.1，具有滿意的一致性，判斷矩陣不需要調(diào)整。

4.2 指標(biāo)層評(píng)價(jià)與各層相對(duì)模糊評(píng)判矩陣

將17個(gè)影響因子指標(biāo)層評(píng)語分為4級(jí)，分別為“優(yōu)秀、良好、一般、差”，對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，采用專家打分法，邀請(qǐng)20位專家對(duì)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表9所示。

表9 短波自適應(yīng)通信系統(tǒng)指標(biāo)層影響因子C評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)上述表格，可以得到指標(biāo)層影響因子模糊判斷矩陣Pi。比如針對(duì)指標(biāo)“系統(tǒng)自適應(yīng)選擇呼叫時(shí)間C1”，20位專家中2位專家認(rèn)為為優(yōu)秀，5位專家認(rèn)為良好，10位專家認(rèn)為一般，3位專家認(rèn)為差，則評(píng)價(jià)指標(biāo)分別為0.1，0.25，0.5，0.15，由此可以得出指標(biāo)層的判斷矩陣為：

根據(jù)指標(biāo)層影響因子模糊判斷矩陣Pi和表3～表8子目標(biāo)層判斷矩陣WBi－C，可以得到指標(biāo)層相對(duì)子目標(biāo)層的模糊綜合評(píng)判矩陣：

則子目標(biāo)層Bi相對(duì)目標(biāo)層A的模糊關(guān)系矩陣

4.3 計(jì)算模糊綜合評(píng)語并轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)綜合效能

根據(jù)上述關(guān)于子目標(biāo)層Bi相對(duì)目標(biāo)層A的判斷矩陣及相對(duì)性權(quán)重的分析，結(jié)合子目標(biāo)層Bi相對(duì)目標(biāo)層A的模糊關(guān)系矩陣的計(jì)算結(jié)論，按加權(quán)綜合型算法可以計(jì)算出系統(tǒng)模糊綜合評(píng)語E。

根據(jù)短波自適應(yīng)通信系統(tǒng)的模糊綜合評(píng)語E＝（0.321 9，0.379 5，0.210 1，0.088 5），不難看出系統(tǒng)效能好壞的可能性分布為：優(yōu)秀的可能性為0.321 9，良好的可能性為0.379 5，一般的可能性為0.210 1，差的可能性為0.088 5，根據(jù)模糊理論最大隸屬度原則，該系統(tǒng)綜合效能為良好，驗(yàn)證了方法的可行性。

5 結(jié)束語

本文據(jù)短波自適應(yīng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)，參照一般軍事通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)分類方法，構(gòu)建了短波自適應(yīng)通信系統(tǒng)效能評(píng)估指標(biāo)體系；應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)基本理論和層次分析法基本步驟建立了多層模糊綜合評(píng)判數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)短波自適應(yīng)通信系統(tǒng)效能的定量評(píng)估，通過典型實(shí)例驗(yàn)證了方法的可行性。

［1］何家琪，楊浩.軍事通信裝備學(xué)概論［M］.北京：解放軍出版社，2004.

［2］汪應(yīng)洛.系統(tǒng)工程［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：141－144.

［3］蒙存占，何成銘，孫紅宇.基于模糊綜合評(píng)估法的裝備保障系統(tǒng)效能評(píng)估［J］.四川兵工學(xué)報(bào)，2008（6）：28－29.

［4］陳浩光.武器系統(tǒng)效能評(píng)估與評(píng)估創(chuàng)新［J］.裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（8）：1－3.

［5］郭齊勝，郅志剛，楊瑞平.裝備效能評(píng)估概論［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2005.

［6］彭鵬菲，劉忠，張建強(qiáng).基于評(píng)價(jià)指標(biāo)模糊集的復(fù)雜系統(tǒng)效能評(píng)估方法研究.指揮控制與仿真，2007（3）：58－59.

［7］楊軍.基于模糊理論的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)綜合效能評(píng)估研究［J］.宇航學(xué)報(bào)，2004，25（2）：147－151.

［8］穆躍東.基于模糊綜合評(píng)判的學(xué)員能力評(píng)估［J］.海軍大連艦艇學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，31（2）：69－71.