艦艇綜合通信系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估計(jì)算

張 江，張 紅

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艦艇綜合通信系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估計(jì)算

張 江，張 紅

(國(guó)防信息學(xué)院，武漢 430010)

艦艇綜合通信系統(tǒng)是現(xiàn)代作戰(zhàn)艦艇的中樞神經(jīng)。本文基于灰色關(guān)聯(lián)投影理論，依據(jù)艦艇綜合通信系統(tǒng)的評(píng)估指標(biāo)體系，采用層次遞進(jìn)的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)艦艇綜合通信系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能進(jìn)行評(píng)估計(jì)算。實(shí)踐表明，該計(jì)算方法簡(jiǎn)便直觀，非常適合應(yīng)用于復(fù)雜武器系統(tǒng)的多指標(biāo)評(píng)估。

艦艇綜合通信系統(tǒng) 作戰(zhàn)效能 評(píng)估計(jì)算

0 引言

艦艇綜合通信系統(tǒng)是應(yīng)現(xiàn)代及未來(lái)信息化海上戰(zhàn)爭(zhēng)需求，為作戰(zhàn)艦艇將信息優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為戰(zhàn)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)而誕生的新興事物。美國(guó)作為世界海軍第一大國(guó)，早在2003年就為其里根號(hào)核動(dòng)力航母配備了名為“一體化通訊和先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)”，簡(jiǎn)稱ICAN系統(tǒng)的艦艇綜合通信系統(tǒng)。其最新下水的福特號(hào)的艦艇綜合通信系統(tǒng)更為先進(jìn)，可全面支持美軍的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)能力。繼美國(guó)之后，英國(guó)也于09年將艦艇綜合通信系統(tǒng)成功應(yīng)用于其45型防空導(dǎo)彈驅(qū)逐艦上。

我軍的艦艇綜合通信系統(tǒng)目前還處于一個(gè)研究發(fā)展階段，為了能夠?qū)ζ溲兄普撟C、作戰(zhàn)使用、作戰(zhàn)方案的制定和模擬訓(xùn)練等提供可靠的決策依據(jù)和合理的參考建議，因此，有必要對(duì)艦艇綜合通信系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力進(jìn)行評(píng)估。而建立科學(xué)、合理、簡(jiǎn)便、直觀的評(píng)估計(jì)算方法是進(jìn)行評(píng)估的關(guān)鍵。

本文根據(jù)已建立的評(píng)估指標(biāo)體系（作者另有文獻(xiàn)論述），以灰色關(guān)聯(lián)投影理論為基礎(chǔ)，采用層次遞進(jìn)的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)艦艇綜合通信系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的評(píng)估計(jì)算。

1 評(píng)估模型

灰色關(guān)聯(lián)投影法評(píng)估是基于待評(píng)估方案的多個(gè)定量或定性指標(biāo)，加上決策者的偏好信息實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的效能排序，其模型為

根據(jù)D的計(jì)算結(jié)果即可判斷各個(gè)系統(tǒng)建設(shè)方案的效能高低，其值越高表示方案效能越佳。為什么可以這樣判斷呢？

如圖1所示，若用圖中最下方的0代表理想方案的效能矢量，A代表某個(gè)待評(píng)估方案的效能矢量，那么判斷衡量A是最接近理想方案0呢？眾所周知，矢量是具備兩個(gè)要素的，分別是模和方向。如果A的方向和模都與0最接近，那它是不是就是最佳方案了？根據(jù)這個(gè)思路，人們就又開(kāi)始尋找：怎么才能最方便的判斷A的方向和模是不是最接近理想方案的呢？于是從A向0作了一條垂線，從而引出來(lái)灰色關(guān)聯(lián)投影值D和灰色關(guān)聯(lián)投影角。根據(jù)余弦定理，，它同時(shí)包含了A的方向和模的變化趨勢(shì)，其值越大，就證明A與理想方案的關(guān)聯(lián)度越高，所以我們說(shuō)灰色關(guān)聯(lián)投影值D最大的方案就是所有待評(píng)估方案中的最佳方案。

圖1 灰色關(guān)聯(lián)投影模型原理圖

因此，灰色關(guān)聯(lián)投影評(píng)估的核心思想是：灰色關(guān)聯(lián)投影法首先通過(guò)決策屬性矩陣，以評(píng)估指標(biāo)值序列構(gòu)建待評(píng)估方案和理想方案的效能矢量；再通過(guò)引入的關(guān)聯(lián)度函數(shù)，再根據(jù)權(quán)重向量，建立加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)決策矩陣，使得評(píng)估方案和理想方案的效能矢量得以關(guān)聯(lián)；最終實(shí)現(xiàn)灰色關(guān)聯(lián)投影值D的解算。

2 評(píng)估計(jì)算流程

在對(duì)灰色關(guān)聯(lián)投影模型和核心思想后有了直觀認(rèn)識(shí)之后，我們結(jié)合對(duì)艦艇綜合通信系統(tǒng)的二級(jí)指標(biāo)——傳輸速度的評(píng)估，詳細(xì)介紹采用灰色關(guān)聯(lián)投影模型進(jìn)行評(píng)估計(jì)算的流程。

基于對(duì)艦艇綜合通信系統(tǒng)特點(diǎn)的分析，我們可以從系統(tǒng)的可靠性與維修性、快速傳遞能力、數(shù)據(jù)鏈貫通能力、聯(lián)合分發(fā)能力、集中管控能力、安全防護(hù)能力等六個(gè)方面來(lái)度量艦艇綜合通信系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的強(qiáng)弱。

按照層次結(jié)構(gòu)，對(duì)這六個(gè)一級(jí)評(píng)估指標(biāo)逐步細(xì)化，形成了一個(gè)層次化的作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系。例如，對(duì)一級(jí)指標(biāo)快速傳遞能力而言，包含傳輸速度和傳輸質(zhì)量?jī)蓚€(gè)2級(jí)指標(biāo)，它們又分別包含了它們又分別包含了諸如光纜網(wǎng)傳輸速率、衛(wèi)通系統(tǒng)傳輸速率之類的6個(gè)3級(jí)評(píng)估指標(biāo)，如圖2所示。

圖2 艦艇綜合通信系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系

2.1確定決策屬性矩陣

第一步，我們需要通過(guò)決策屬性矩陣來(lái)構(gòu)建描述待評(píng)估目標(biāo)的效能矢量。

假定現(xiàn)有三種艦艇綜合通信系統(tǒng)的研制方案需要對(duì)其進(jìn)行評(píng)估計(jì)算，其傳輸速度的6個(gè)評(píng)估指標(biāo)數(shù)據(jù)都已獲得。以評(píng)估指標(biāo)為行，待評(píng)估方案為列建立一個(gè)表格（如表1所示），那么可得到待評(píng)估方案集合，評(píng)估指標(biāo)集合。

表1 傳輸速度評(píng)估指標(biāo)值

若將該表進(jìn)行歸納處理，則以評(píng)估指標(biāo)為行，待評(píng)估方案為列可建立一個(gè)公式化的屬性值表格，如表2所示。

表2 評(píng)估指標(biāo)V和評(píng)估方案A屬性表

2.2決策屬性矩陣的規(guī)范化

第二步就是要對(duì)決策屬性矩陣進(jìn)行規(guī)范化了。

由于系統(tǒng)的評(píng)定指標(biāo)存在類型、量綱或數(shù)量級(jí)的不同，使得各指標(biāo)間不具備可公度性，無(wú)法直接進(jìn)行比較。因此為了保證評(píng)估結(jié)果的可靠性，有必要將評(píng)估指標(biāo)的屬性值進(jìn)行初值化處理。

初值化處理對(duì)一個(gè)數(shù)列的所有數(shù)據(jù)均用它的某一個(gè)數(shù)去除或被除，從而得到一個(gè)新數(shù)列的方法叫初值化處理。

3.3建立灰色關(guān)聯(lián)判斷矩陣

得到規(guī)范化決策屬性矩陣后，就要進(jìn)行最核心的一步了，那就是建立灰色關(guān)聯(lián)判斷矩陣了。

2.4建立加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)決策矩陣

加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)決策矩陣的建立分為兩個(gè)步驟，首先要建立權(quán)重判斷矩陣A。設(shè)某評(píng)估指標(biāo)有n個(gè)因素Vi對(duì)其進(jìn)行表征，對(duì)Vi 間的相對(duì)重要性進(jìn)行兩兩比較，得到Vi間的相對(duì)重要性分值為aij 。那么如何規(guī)范這個(gè)分值呢？這就需要要用到層次分析法給出的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)了。根據(jù)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)所有因素進(jìn)行兩兩比較后，就可依據(jù)aij建立權(quán)重判斷矩陣。通常情況下我們都會(huì)采用多位專家打分，取其幾何均值確定最終的權(quán)重判斷矩陣。

對(duì)于系統(tǒng)的二級(jí)指標(biāo)—傳輸速度而言，若其下層指標(biāo)——光纜網(wǎng)傳輸速率與衛(wèi)通系統(tǒng)傳輸速率進(jìn)行比較，光纜網(wǎng)傳輸速率稍微重要，那么其分值就為3，將其填在a12這個(gè)位置。如此，分別由三位專家按評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)所有下層指標(biāo)的相對(duì)重要性進(jìn)行打分后，分別建立了3個(gè)權(quán)重判斷矩陣。為了減小極端分值對(duì)指標(biāo)權(quán)重的影響，我們根據(jù)幾何平均法求取它們的均值，這個(gè)均值矩陣就是最終的權(quán)重判斷矩陣了。

第二步需要對(duì)權(quán)重判斷矩陣的特征值和特征向量進(jìn)行計(jì)算，得到滿足max的最大特征值max和對(duì)應(yīng)的歸一化的特征向量={1,2,…, w}，若構(gòu)造的權(quán)重判斷矩陣能通過(guò)一致性檢驗(yàn)，則的分量w即可作為對(duì)應(yīng)的評(píng)定指標(biāo)V的權(quán)重值。

設(shè)評(píng)估指標(biāo)間的權(quán)重向量為={1,2,…, w}，則可以建立加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)決策矩陣。其行向量就是描述理想方案和待評(píng)估方案效能矢量的序列，至此我們就得到了對(duì)A和0的關(guān)聯(lián)表達(dá)式的完整表述。

2.5計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)投影值

帶入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，則有

若是僅僅對(duì)系統(tǒng)的傳輸速度進(jìn)行評(píng)估，那么我們的評(píng)估計(jì)算就完成了。根據(jù)分值，顯然第二種方案的傳輸速度是最優(yōu)秀的。

2.6層次遞推計(jì)算

若是要進(jìn)行完整艦艇綜合通信系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的評(píng)估，則還需要利用灰色關(guān)聯(lián)投影法進(jìn)行遞推計(jì)算。其計(jì)算步驟為：

1）按照灰色關(guān)聯(lián)投影法的評(píng)估步驟，計(jì)算待評(píng)估方案所有二級(jí)指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)投影值。

2）將該結(jié)果作為一級(jí)指標(biāo)的評(píng)估數(shù)據(jù)，計(jì)算一級(jí)指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)投影值；

例如，假設(shè)我們已完成了對(duì)3個(gè)待評(píng)估方案的二級(jí)指標(biāo)——傳輸速度和傳輸質(zhì)量的灰色關(guān)聯(lián)投影值的計(jì)算，以這一結(jié)果為指標(biāo)值，就可對(duì)一級(jí)評(píng)估指標(biāo)——快速傳遞能力進(jìn)行評(píng)估得到其灰色關(guān)聯(lián)投影值（如圖3）。

圖3 以二級(jí)指標(biāo)灰色投影值結(jié)構(gòu)遞推評(píng)估一級(jí)指標(biāo)

3）將一級(jí)指標(biāo)灰色關(guān)聯(lián)投影值作為系統(tǒng)效能的指標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算系統(tǒng)級(jí)的灰色關(guān)聯(lián)投影值。即可根據(jù)該結(jié)果對(duì)艦艇綜合通信系統(tǒng)的各個(gè)待評(píng)估方案的作戰(zhàn)效能S進(jìn)行排序比較了。最后再根據(jù)排序結(jié)果給出分析建議，即完成了整個(gè)評(píng)估計(jì)算任務(wù)。（如圖4）。

圖4 遞推實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)指標(biāo)的評(píng)估

3 結(jié)束語(yǔ)

艦艇綜合通信系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能評(píng)估目前還處于一個(gè)探索階段，要得到一個(gè)真實(shí)有效的評(píng)估結(jié)果，那么完整的評(píng)估指標(biāo)體系、切合實(shí)際的指標(biāo)權(quán)重、真實(shí)有效的指標(biāo)數(shù)據(jù)、簡(jiǎn)便合理的評(píng)估模型這四者缺一不可。基于灰色理論的灰色關(guān)聯(lián)投影評(píng)估模型不僅綜合考慮了多種指標(biāo)的影響，還能根據(jù)指標(biāo)體系的層次關(guān)系實(shí)現(xiàn)遞進(jìn)計(jì)算，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)艦艇綜合通信系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的評(píng)分排序。其計(jì)算思想合理，計(jì)算流程清晰，計(jì)算方法簡(jiǎn)便，是一種非常有效的評(píng)估模型，對(duì)于完善艦艇綜合通信系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能評(píng)估具有重要的實(shí)踐價(jià)值。

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Operational Effectiveness Evaluation of Warship’s Integrated Communication System

Zhang Jiang, Zhang Hong

（PLA Academy of National Defense Information, Wuhan 430010, China）

TN95

A

1003-4862（2016）08-0068-05

2016-05-09

張江（1980－），男，講師。研究方向：武器裝備作戰(zhàn)效能評(píng)估。