基于ANP的隨隊支援自適應(yīng)干擾效能指標(biāo)研究

吳曉降，崔　偉，李云鵬(.中國電子科技集團公司第二十九研究所，成都60036; .空軍航空大學(xué)，長春300)

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基于ANP的隨隊支援自適應(yīng)干擾效能指標(biāo)研究

吳曉降1，崔偉2，李云鵬2
(1.中國電子科技集團公司第二十九研究所，成都610036; 2.空軍航空大學(xué)，長春130022)

摘要:針對隨隊支援自適應(yīng)干擾評估模型中評估指標(biāo)之間的相互影響關(guān)系，分析了影響隨隊支援自適應(yīng)干擾效能的指標(biāo)因素，提出了基于網(wǎng)絡(luò)層次分析法(ANP)的干擾效能網(wǎng)絡(luò)化評估指標(biāo)體系，構(gòu)建了基于ANP的隨隊支援自適應(yīng)干擾效能指標(biāo)評估模型，并對提出的網(wǎng)絡(luò)化評估模型進行了分析和求解，計算結(jié)果表明了干擾效能指標(biāo)評估的合理性和有效性。

關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò)層次分析法;指標(biāo)體系;干擾效能

0　引言

現(xiàn)代隨隊支援干擾系統(tǒng)的自適應(yīng)干擾能力是雷達(dá)對抗干擾的重要組成部分，對其進行干擾效能指標(biāo)的評估研究是評估雷達(dá)對抗作戰(zhàn)能力的重要方面。文獻(xiàn)［1］對隨隊支援干擾的基本效能進行了評估，但沒有體現(xiàn)自適應(yīng)干擾內(nèi)部影響因素的邏輯關(guān)系。隨隊支援干擾系統(tǒng)本身的復(fù)雜性和作戰(zhàn)應(yīng)用的多樣性使得評價其自適應(yīng)干擾效能的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)較多，而且各戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)相互影響，相互制約，對總體的效能影響也不相同。同時，在確定其指標(biāo)權(quán)重的過程中，由于主客觀因素的影響，不能完全排除人為因素帶來的誤差，很難真實反映其好壞程度。

網(wǎng)絡(luò)層次分析法(Analytic Network Process，ANP)理論［2-3］將系統(tǒng)內(nèi)各元素的關(guān)系用類似網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)表示，而不再是簡單的遞階層次結(jié)構(gòu)理論，很好地考慮了層次內(nèi)部元素的依存和下層元素對上層元素的反饋影響。本文把ANP方法引入隨隊支援干擾系統(tǒng)的自適應(yīng)干擾效能指標(biāo)權(quán)重的確定中，并通過計算極限超矩陣得到影響干擾效能的各指標(biāo)的權(quán)重。

1　ANP法特性分析［2-5］

1.1建立評價指標(biāo)體系的ANP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

ANP將系統(tǒng)元素劃分為兩大部分:第一部分為控制層，包括目標(biāo)和決策準(zhǔn)則。控制層中可以沒有決策準(zhǔn)則，但至少應(yīng)該有一個目標(biāo)，控制層中每個準(zhǔn)則的權(quán)重均可用傳統(tǒng)AHP方法獲得;第二部分為網(wǎng)絡(luò)層，它是由所有受控制層支配的元素組成的，元素之間互相依存、互相支配，元素和層次間內(nèi)部不獨立，在這個過程中還要分析判斷元素層次是否內(nèi)部獨立或存在依存和反饋。

1.2確定控制層各指標(biāo)的權(quán)重

網(wǎng)絡(luò)分析模型定性地表示了指標(biāo)元素之間的相互影響、依賴關(guān)系。數(shù)據(jù)矩陣可以實現(xiàn)定性與定量之間的轉(zhuǎn)化。在ANP方法中，矩陣通過SD軟件的運算可以得出各個評價指標(biāo)的權(quán)重。這些權(quán)重定量地反映了分析模型中各個指標(biāo)元素的相互影響程度。

1.2.1構(gòu)建判斷矩陣

設(shè)網(wǎng)絡(luò)ANP中控制層元素為B1，B2，…，Bm，網(wǎng)絡(luò)層元素集有C1，C2，…，CN，其中Cj有元素Cjk(k =1，2，…，nj)。將元素集Ci中的元素按其對Cjk的影響力大小進行兩兩比較分析，即在控制準(zhǔn)則下構(gòu)造判斷矩陣。然后，由特征根法得到排序向量(Wjk，Wjk，…，Wjk)T。

i1i2inj在上述特征向量通過一致性檢驗的條件下，則將其寫成矩陣形式，可得到局部的權(quán)重向量Wij:

1.2.2超矩陣和加權(quán)超矩陣計算

依次將其他元素集元素之間的內(nèi)外關(guān)系比較可以得到所有的局部權(quán)重向量，將所偶局部權(quán)重向量進行排列，得到由網(wǎng)絡(luò)層中各個元素相互影響的排序向量所構(gòu)成的無權(quán)重超矩陣Ws:

以Bm為主準(zhǔn)則，以元素組Cj為次準(zhǔn)則，對元素組進行成對比較，并進行歸一化處理，得歸一化特征向量(a1j，a2j，…，aNj)T。依次類推，由此可以獲得在反映元素組間關(guān)系的加權(quán)矩陣Am。

有了加權(quán)矩陣，就可以獲得加權(quán)超矩陣，即以加權(quán)矩陣Am乘以超矩陣Ws得到加權(quán)超矩陣W。W = AmWs

1.2.3求極限排序向量

對加權(quán)超矩陣進行冪次運算得到極限超矩陣。極限超矩陣的權(quán)重值是趨于穩(wěn)定的，即矩陣的各列值是一致的，取矩陣中的一列就是各評價指標(biāo)的排序向量，也就是各元素相對于評價目標(biāo)的權(quán)重值。

2　基于ANP的隨隊支援自適應(yīng)干擾效能指標(biāo)分析

2.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型

隨隊支援干擾系統(tǒng)的自適應(yīng)干擾效能評估指標(biāo)主要由4個主指標(biāo)和10個二級指標(biāo)構(gòu)成，如表1所示。具體指標(biāo)分別是:(1)時間管理能力，主要包括任務(wù)調(diào)度能力，波束駐留控制能力和干擾效果檢測能力;(2)空間管理能力，主要包括波束控制能力和多目標(biāo)干擾能力;(3)頻譜管理能力，主要包括電磁兼容能力和快速頻率合成能力;(4)功率管理能力，主要包括干擾功率分配能力、威脅等級判定能力和干擾樣式控制能力等。

整個評估指標(biāo)復(fù)雜繁多并且指標(biāo)相互之間存在一定的影響關(guān)系。因此，進行分析時要考慮了各因素之間的相互依賴關(guān)系和反饋關(guān)系，將定性和定量分析相結(jié)合。依據(jù)各層次指標(biāo)元素的關(guān)系，使用Super Decision(SD)超級決策軟件。建立如圖1所示的隨隊支援干擾系統(tǒng)自適應(yīng)干擾效能ANP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型。4個主指標(biāo)B1、B2、B3、B4之間及其子元素之間的關(guān)系都不是獨立的，相互影響關(guān)系如圖1所示。

表1　自適應(yīng)干擾效能指標(biāo)體系構(gòu)成

圖1　自適應(yīng)干擾效能的ANP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型

2.2隨隊支援自適應(yīng)干擾效能指標(biāo)權(quán)重分析

由上面建立的隨隊干擾系統(tǒng)自適應(yīng)能力的效能ANP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合前面ANP法求解步驟，應(yīng)用SD軟件直接求干擾效能準(zhǔn)則下的各超矩陣，最終得出指標(biāo)權(quán)重結(jié)果。

2.2.1構(gòu)建判斷矩陣

首先以控制層目標(biāo)隨隊干擾系統(tǒng)的自適應(yīng)能力為準(zhǔn)則，以網(wǎng)絡(luò)層元素組空間管理能力B1中的元素平均修復(fù)時間C12為次準(zhǔn)則，考慮元素組B4中的元素按其對C12的影響力大小進行間接優(yōu)勢度比較，可構(gòu)造如表2所示的判斷矩陣，并求出歸一化特征向量。其他次準(zhǔn)則下的判斷矩陣類似。

表2　C12為次準(zhǔn)則下元素組B4中元素的判斷矩陣

2.2.2構(gòu)建未加權(quán)超矩陣和加權(quán)超矩陣

(1)計算未加權(quán)超矩陣

將C11、C12、C13準(zhǔn)則下各判斷矩陣的歸一化特征向量匯總到一個矩陣中W41中。該矩陣表示元素組B1中的元素與元素組B4中的元素之間的影響關(guān)系，即

式中，W41的列向量就是元素組B1中的元素對元素組B4中的元素的影響程度排序向量。需要說明的是，若元素組B4中的元素不受元素組B1中元素的影響，則W41=0。

用同樣的方法，通過考慮元素間的相互關(guān)系，可以求得W11、W21、W31、W32、W13、W14、W42、W44。其他沒有列出的關(guān)聯(lián)矩陣均為0，說明兩個元素組之間沒有關(guān)聯(lián)。這樣以自適應(yīng)干擾效能為主準(zhǔn)則，因此干擾效能指標(biāo)體系的指標(biāo)元素間的未加權(quán)超矩陣為

(2)求其加權(quán)超矩陣

首先以自適應(yīng)干擾效能為主準(zhǔn)則，分別以元素組B1、B2、B3、B4為次準(zhǔn)則，依據(jù)各元素組之間的重要性進行比較，采用標(biāo)度對其進行間接優(yōu)勢度比較，建立各次準(zhǔn)則下的判斷矩陣，并求出其歸一化特征向量。將各次準(zhǔn)則下的判斷矩陣相對應(yīng)的歸一化特征向量匯總到一個矩陣Am中，可獲得干擾效能準(zhǔn)則下的權(quán)重矩陣A :

有了權(quán)重矩陣，就可以獲得加權(quán)超矩陣，即以權(quán)重矩陣Am乘以未加權(quán)超矩陣Wm得到加權(quán)超矩陣W:

W = AmWm

(3)求極限超矩陣

對加權(quán)超矩陣進行2k + 1次演化，k趨近于無窮大，結(jié)果形成一個長期穩(wěn)定的矩陣。這是得到的超矩陣各行的值均相同。通過運用SD軟件得出干擾效能準(zhǔn)則下的極限超矩陣，如圖2所示。

通過SD軟件計算，可發(fā)現(xiàn)極限超矩陣的各行數(shù)值是趨于一致的。

(4)計算最終排序(敏感度分析)

由于本文只有干擾效能一個準(zhǔn)則，因此由上面得到的穩(wěn)定極限超矩陣每一列即為各元素相對于干擾效能的極限相對排序向量，稱為各元素的敏感度分布，也是各元素相對于目標(biāo)的相對權(quán)重，即w∞=(0.01827，0.04751，0.20817，0.00702，0.10626，0.00000，0.04326，0.05348，0.29535，0.22068)。各指標(biāo)權(quán)重分布圖如圖3所示。(ANP)的隨隊支援自適應(yīng)干擾效能評估指標(biāo)體系，并對提出的網(wǎng)絡(luò)化評估體系進行了求解和分析。結(jié)果表明ANP法能有效地評估隨隊支援干擾的自適應(yīng)干擾效能指標(biāo)，具有良好的科學(xué)性和適用性。同時該結(jié)論為隨隊支援干擾總體效能評估奠定了基礎(chǔ)，具有一定的理論參考意義。

圖2　干擾效能準(zhǔn)則下的極限超矩陣

圖3　干擾效能準(zhǔn)則下的指標(biāo)元素權(quán)重圖

在圖4中，從10個二級性能指標(biāo)的權(quán)重排序結(jié)果來看，在獨立性假設(shè)條件下，隨隊支援干擾系統(tǒng)自適應(yīng)干擾效能指標(biāo)影響排序前5位的分別是威脅等級判定、干擾樣式控制、干擾效果檢測、多目標(biāo)干擾能力和干擾功率分配。實際上，通過指標(biāo)權(quán)重得到的干擾效能分析也符合隨隊支援干擾系統(tǒng)的作用機理。隨隊支援干擾系統(tǒng)要實現(xiàn)有效的干擾，必須首先對目標(biāo)偵察，確定目標(biāo)的威脅等級，在此基礎(chǔ)上才能確定有效的干擾樣式，對目標(biāo)實施干擾。干擾時要對目標(biāo)效果進行監(jiān)視，以觀測干擾效果的有效性。如果對多目標(biāo)實施干擾，同時還要考慮對多目標(biāo)的干擾能力以及如何進行干擾功率分配的問題。

參考文獻(xiàn):

3　結(jié)束語

考慮到隨隊支援自適應(yīng)干擾評估模型中評估指標(biāo)之間的相互影響關(guān)系，提出了基于網(wǎng)絡(luò)層次分析法

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［2］蔣志彪，駱魯秦，張曉杰.機載箔條彈投放系統(tǒng)干擾效能指標(biāo)研究［J］.現(xiàn)代防御技術(shù)，2013，41(5):27-31.

［3］黃武超，陳小銀.基于ANP的艦空導(dǎo)彈干擾效能指標(biāo)權(quán)重確定方法研究［J］.艦船電子工程，2011，31(1):27-31.

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［5］石福麗，楊峰，許永平，等.基于ANP和仿真的武器裝備作戰(zhàn)能力冪指數(shù)評估方法［J］.系統(tǒng)工程理論與實踐，2011，31(6):1086-1094.

Evaluation of adaptive escort-support jamming efficiency index based on ANP

WU Xiao-jiang1，CUI Wei2，LI Yun-peng2
(1.No.29 Research Institute of CETC，Chengdu 610036; 2.Aviation University of Air Force，Changchun 130022)

Abstract:According to the interaction relationship between the evaluation indexes for the adaptive escort-support jamming(ESJ)evaluation model，with the analysis of the factors that affect the adaptive ESJ efficiency，the network evaluation index system of the ESJ efficiency based on the analytic network process(ANP)is proposed，and the corresponding network index evaluation model is constructed，analyzed and calculated.The calculation results indicate that the evaluation of the ESJ efficiency index is reasonable and effective.

Keywords:ANP; index system; jamming efficiency

作者簡介:吳曉降(1970-)，男，高級工程師，研究方向:電子對抗系統(tǒng)設(shè)計;崔偉(1982-)，男，講師，研究方向:電子對抗建模與仿真;李云鵬(1979-)，男，副教授，碩士，研究方向:電子對抗效果評估。

收稿日期:2015-03-30

文章編號:1009－0401(2015)02－0001－04

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

中圖分類號:E9