基于雙猶豫模糊信息的軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)效能評(píng)估*

張　力　于　?！〗稹■巍O　瑩

(1.南京電訊技術(shù)研究所　南京　210007)(2.解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院　南京　210007)

(3.中國(guó)電子設(shè)備系統(tǒng)工程公司研究所　北京　100039)(4.73681部隊(duì)　南京　210000)(5.73682部隊(duì)　徐州　221006)

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基于雙猶豫模糊信息的軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)效能評(píng)估*

張力1,2于睿3金鑫4孫瑩5

(1.南京電訊技術(shù)研究所南京210007)(2.解放軍理工大學(xué)通信工程學(xué)院南京210007)

(3.中國(guó)電子設(shè)備系統(tǒng)工程公司研究所北京100039)(4.73681部隊(duì)南京210000)(5.73682部隊(duì)徐州221006)

摘要基于分析軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)的特點(diǎn)及其承擔(dān)的軍事信息保障任務(wù),構(gòu)建了軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)效能評(píng)估指標(biāo)體系。提出了一種屬性值為雙猶豫模糊數(shù)、屬性權(quán)重通過(guò)幾何平均和最小方差得到的群體評(píng)估方法,并用實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞效能評(píng)估; 指標(biāo)體系; 雙猶豫模糊信息; 軍事衛(wèi)星系統(tǒng)

Effectiveness Evaluation of Military Satellite Communication System Based on Dual Hesitant Fuzzy Information

ZHANG Li1,2YU Ru3JIN Xin4SUN Ying5

(1. Nanjing Telecommunication Technology Institute, Nanjing210007) (2. College of Communications Engineering, PLA University of Science & Technology, Nanjing210007) (3. Institute of China Electronic System Engineering Corporation, Beijing100039) (4. No. 73681 Troops of PLA, Nanjing210007)(5. No. 73682 Troops of PLA, Xuzhou221006)

AbstractBased on analyzing the characteristics and missions of military satellite communication system, this paper built up the effectiveness evaluation index system of military satellite communication system. An evaluation method was introduced which the attributes being presented by hesitant fuzzy information and the weights being obtained by the concept of geometric mean and least-square. Finally, a practical example was given to prove the exactitude and practicability of the method.

Key Wordseffectiveness evaluation, index system, dual hesitant fuzzy information, military satellite communication system

Class NumberV474

1引言

軍用衛(wèi)星從20世紀(jì)50年代末出現(xiàn)到90年代直接參加局部戰(zhàn)爭(zhēng),已經(jīng)發(fā)展成為一些國(guó)家現(xiàn)代作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)和戰(zhàn)略武器系統(tǒng)的重要組成部分,被喻為現(xiàn)代信息戰(zhàn)的軍事力量倍增器。在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)、伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)、阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)等局部戰(zhàn)爭(zhēng)中,各種軍用衛(wèi)星大量集中應(yīng)用,為美軍在全球提供及時(shí)可靠的通信保障,對(duì)于美軍取得戰(zhàn)爭(zhēng)最終的勝利發(fā)揮了巨大的作用。軍用衛(wèi)星系統(tǒng)作為高技術(shù)軍用裝備已成為各國(guó)軍事領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。軍用衛(wèi)星系統(tǒng)是一個(gè)由通信系統(tǒng)聯(lián)結(jié)起來(lái)的集無(wú)線電測(cè)控設(shè)備和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理等設(shè)備于一體的復(fù)雜大系統(tǒng),網(wǎng)內(nèi)任一分系統(tǒng)或任一局部性能的變化都將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作性能產(chǎn)生一定的影響[1]。其系統(tǒng)效能評(píng)估在軍用衛(wèi)星系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、研制、試驗(yàn)、采購(gòu)、使用及維護(hù)等各個(gè)階段都是十分重要的問(wèn)題。

軍用衛(wèi)星系統(tǒng)的這種復(fù)雜性決定了其評(píng)價(jià)指標(biāo)(屬性)必然具有多層次且定性與定量指標(biāo)并存。本文在模糊理論基礎(chǔ)上,研究了在考慮決策者主觀不確定偏好特征條件下的多屬性決策理論、方法及其在武器系統(tǒng)效能的應(yīng)用。

2軍用衛(wèi)星系統(tǒng)的特點(diǎn)及任務(wù)

結(jié)合軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)的特點(diǎn),在一體化作戰(zhàn)、遠(yuǎn)程精確打擊等高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)中,軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)大致有如下任務(wù)[2]:

1) 指揮通信。上級(jí)指揮命令的下達(dá),作戰(zhàn)行動(dòng)的協(xié)調(diào)(主要為話音、文傳等信息),都需要通過(guò)C4ISR系統(tǒng)及時(shí)、準(zhǔn)確、保密地傳達(dá)給作戰(zhàn)部隊(duì),這就要求用于指揮通信的衛(wèi)星通信及時(shí)、準(zhǔn)確、保密、抗干擾、生存能力強(qiáng)。

2 )偵察情報(bào)傳輸。軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)以其高數(shù)據(jù)傳輸速率、高數(shù)據(jù)壓縮比、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)被選作優(yōu)先對(duì)象,接收、傳送關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的情報(bào)產(chǎn)品,提供決策所需的有關(guān)我情、敵情和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的近實(shí)時(shí)情報(bào)數(shù)據(jù)和圖像,傳輸空間監(jiān)視和預(yù)警信息及指揮控制信息,確保探測(cè)器與射擊武器之間的通信和信息處理鏈路暢通,實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)地向武器系統(tǒng)分發(fā)目標(biāo)定位數(shù)據(jù),從而實(shí)現(xiàn)精確打擊。

3) 日常通信。為陸、海、空各軍種部隊(duì)的后勤、裝備保障及日常管理提供通信服務(wù),包括海上艦隊(duì)與基地的日常通信、廣播服務(wù)、友鄰的聯(lián)絡(luò)、心理戰(zhàn)的宣傳等。

3軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)效能評(píng)估指標(biāo)體系的建立

基于以上分析,建立效能評(píng)估指標(biāo)體系[3],如表1所示。

表1　軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)效能評(píng)估指標(biāo)體系的層次模型

4基于雙猶豫模糊信息的效能評(píng)估方法

武器系統(tǒng)的效能是該系統(tǒng)完成給定作戰(zhàn)任務(wù)的能力,是規(guī)劃、研制、生產(chǎn)和使用武器系統(tǒng)所追求的總目標(biāo),其效能分析也是武器裝備研制工程中的重要環(huán)節(jié)。系統(tǒng)效能的含義是系統(tǒng)滿足一組特定任務(wù)要求程度的度量[4],要想獲取實(shí)際的參數(shù)數(shù)據(jù)是復(fù)雜而困難的。文獻(xiàn)[1]認(rèn)為大部分性能指標(biāo)可通過(guò)分析具體的通信衛(wèi)星網(wǎng)的性能直接獲得;一些與覆蓋能力相關(guān)的指標(biāo)可通過(guò)軌道仿真或相關(guān)仿真軟件獲得;一些定量的性能指標(biāo)可通過(guò)分析具體的衛(wèi)星系統(tǒng)的性能,利用該指標(biāo)的具體解析計(jì)算模型直接獲得。但效用函數(shù)只能描述評(píng)估人員的部分評(píng)估信息,即滿意程度。而且評(píng)估人員由于認(rèn)知程度的差異往往存在著不同程度的猶豫性,如果要求他們對(duì)于系統(tǒng)屬性給予完全精確的評(píng)估值是比較困難的,也是不準(zhǔn)確的。Atanassov的直覺(jué)模糊集[5],把只考慮隸屬度的Zadeh[6]經(jīng)典模糊推廣為同時(shí)考慮隸屬度、非隸屬度和猶豫度這三方面信息的雙猶豫模糊集。Torra[7]認(rèn)為決策者在做決策時(shí)往往對(duì)于信息的把握是模糊的,會(huì)在多個(gè)方案中猶豫不絕,即確定一個(gè)元素屬于一個(gè)集合的隸屬度時(shí),往往是由幾個(gè)可能的值構(gòu)成。受IFs和HFs的啟發(fā),朱斌和徐澤水[8]給出了對(duì)偶猶豫模糊集的概念,對(duì)于隸屬度和非隸屬度都是數(shù)集而不僅僅是一個(gè)數(shù)值。其提出的雙猶豫模糊集理論,可以充分反映決策人員的評(píng)估信息,對(duì)于定性指標(biāo)的量化評(píng)估具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

4.1雙猶豫模糊信息的相關(guān)知識(shí)

定義1[8]X是一個(gè)給定的集合,雙猶豫模糊集D是從X到[0,1]的一個(gè)函數(shù)映射,表示為

D={〈x,h(x),g(x)〉|x∈X}

(1)

其中h(x)和g(x)分別是兩個(gè)數(shù)集,數(shù)集中的元素都在[0,1],并且表示x∈X屬于集合D的可能的程度和不屬于集合D的可能的程度,令γ∈h(x),η∈g(x),γ+∈h+(x)=∪γ∈h(x)max{γ},η+∈g+(x)=∪η∈g(x)max{η}。則滿足以下條件:

0≤γ,η≤1,0≤γ++η+≤1

(2)

為方便起見(jiàn),d(x)=(h(x),g(x))稱作對(duì)偶猶豫模糊數(shù)。

定義3[8]設(shè)d1=(hd1,gd1)和d2=(hd2,gd2)為雙猶豫模糊數(shù),s(d1)和s(d2)分別為d1和d2的得分值,h(d1)和h(d2)分別為d1和d2的精確度,則

若s(d1)

若s(d1)=s(d2),則

1) 若h(d1)=h(d2),則d1和d2相等,即hd1=hd2和gd1=gd2,記為d1=d2;

2) 若h(d1)

3) 若h(d1)>h(d2),則d1大于d2,記為d1?d2。

定義4設(shè)d=(hd,gd),d1=(hd1,gd1)和d2=(hd2,gd2)為雙猶豫模糊數(shù),則

1)d1⊕d2={hd1⊕hd2,gd1?gd2}=∪γd1∈hd1,ηd1∈gd1,γd2∈hd2,ηd2∈gd2{{γd1+γd2-γd1γd2},{ηd1ηd2}};

2)d1?d2={hd1?hd2,gd1⊕gd2}=∪γd1∈hd1,ηd1∈gd1,γd2∈hd2,ηd2∈gd2{{γd1γd2},{ηd1+ηd2-ηd1ηd2}};

3)nd=∪γd∈hd,ηd∈gd{1-(1-γd)n,(ηd)n}

定義5設(shè)hj=(hhj,ghj)(j=1,2,…,n)為一組雙猶豫模糊數(shù),且設(shè)DHFWA:Θn→Θ,若

DHFWAω(d1,d2,…,dn)=ω1d1⊕ω2d2⊕…⊕ωndn

(3)

(4)

定理1[9]設(shè)dj=(hdj,gdj)(j=1,2,…,n)為一組雙猶豫模糊數(shù),則由DHFWA算子得到的集成值也是雙猶豫模糊數(shù),其中

(3)

(5)

4.2屬性權(quán)重的確定[10]

本文采用多專家群決策方法確定屬性權(quán)重,基本思路是:首先各專家依據(jù)層次分析法[11]構(gòu)建出判斷矩陣群,確定其權(quán)重向量群并用幾何平均法求出相對(duì)最優(yōu)權(quán)重,利用“最小方差”概念確定決策者評(píng)價(jià)水平相對(duì)權(quán)重;再采用加權(quán)幾何平均法確定各層指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重。

(6)

(7)

則第l個(gè)決策者評(píng)價(jià)水平的相對(duì)權(quán)重為

(8)

再由加權(quán)幾何平均法可以得到n個(gè)屬性的權(quán)重為

(9)

4.3效能評(píng)估方法的步驟

1) 確定二級(jí)指標(biāo)的屬性值。此處由各專家以雙猶豫模糊數(shù)的形式給出底層指標(biāo)的屬性值,再利用DHFWA算子對(duì)各專家的評(píng)估值進(jìn)行集成,其中各專家的權(quán)重可事先給出。

2) 利用4.2節(jié)中的方法確定各級(jí)指標(biāo)相對(duì)于上一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重,進(jìn)而計(jì)算出各底層指標(biāo)相對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重。

3) 根據(jù)底層指標(biāo)屬性值和權(quán)重向量,利用DHFWA算子計(jì)算出系統(tǒng)最終效能評(píng)估值。

顯然,得到的最終效能評(píng)估值也為一雙猶豫模糊數(shù),計(jì)算它的得分值和精確度,得分值可以體現(xiàn)出該系統(tǒng)滿足特定任務(wù)要求的程度,可以事先由專家設(shè)定一門限值作為可接受闕值,即當(dāng)系統(tǒng)效能得分值高于該門限值時(shí),若其為擬建設(shè)的系統(tǒng),則認(rèn)為有建設(shè)的必要;若為已建成系統(tǒng),說(shuō)明其可滿足戰(zhàn)爭(zhēng)要求,不需要改進(jìn)。而精確度可以反映專家對(duì)于該系統(tǒng)評(píng)估的確定程度,也需設(shè)定一門限值,只有高于該門限時(shí)才為有效評(píng)估結(jié)果,否則需重新進(jìn)行評(píng)估。

4) 若為多系統(tǒng)擇優(yōu)問(wèn)題,則只需計(jì)算各系統(tǒng)效能評(píng)估值的得分值和精確度,按定義3進(jìn)行排序。

5算例分析

對(duì)某一軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)進(jìn)行效能評(píng)估,設(shè)共有四位專家D={d1,d2,d3,d4}參與評(píng)估,效能得分值和精確度門限分別設(shè)為0.4和0.8。

步驟1各專家以雙猶豫模糊數(shù)給出底層指標(biāo)屬性值,然后利用DHFA算子對(duì)各專家的評(píng)估值進(jìn)行集成,可得各指標(biāo)的綜合屬性值,如表2所示。

表2　底層指標(biāo)屬性值

步驟2各專家利用層次分析法給出各指標(biāo)層的相對(duì)權(quán)重初始值,如表3所示。

表3　各層指標(biāo)相對(duì)權(quán)重初始值

由式(5)～(7)可計(jì)算得到一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo)專家評(píng)價(jià)水平相對(duì)權(quán)重:

λ(1)=(0.24,0.13,0.16,0.47)

λ(2)=(0.15,0.27,0.13,0.45)

由式(8)計(jì)算出各級(jí)指標(biāo)的屬性權(quán)重值

ω(u11,u12,u13,u14)=(0.26,0.24,0.22,0.28)

ω(u21,u22,u23)=(0.31,0.34,0.35)

ω(u1,u2)=(0.47,0.53)

進(jìn)而計(jì)算出底層指標(biāo)相對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重值

ω=(0.12,0.11,0.10,0.13,0.16,0.18.0.19)

最后利用DHFWA算子計(jì)算出系統(tǒng)最終效能評(píng)估值

其得分值和精確度分別為

s(α)=0.465,h(α)=0.843

顯然,該系統(tǒng)的效能值滿足要求,且評(píng)估值有效。

6結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)于軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)效能評(píng)估問(wèn)題做了初步探討,在分析軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)的特點(diǎn)和任務(wù)的基礎(chǔ)上建立了效能評(píng)估指標(biāo)體系,針對(duì)傳統(tǒng)的效用函數(shù)評(píng)估信息的不足以及考慮到?jīng)Q策專家由于認(rèn)知差異所帶來(lái)的評(píng)估猶豫度,提出了一種屬性值為雙猶豫模糊數(shù)、屬性權(quán)重通過(guò)幾何平均和最小方差得到的群體評(píng)估方法,并通過(guò)算例驗(yàn)證了該方法的有效性。

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中圖分類號(hào)V474

DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2016.01.027

作者簡(jiǎn)介:張力,男,碩士研究生,工程師,研究方向:網(wǎng)絡(luò)資源管理。

*收稿日期:2015年7月2日,修回日期:2015年8月30日