基于效能評(píng)估的兩棲攻擊艦數(shù)據(jù)鏈優(yōu)選方法*

朱文秀 聶衛(wèi)國 宋 劍

(海軍陸戰(zhàn)學(xué)院 廣州 510430)

基于效能評(píng)估的兩棲攻擊艦數(shù)據(jù)鏈優(yōu)選方法*

朱文秀 聶衛(wèi)國 宋 劍

(海軍陸戰(zhàn)學(xué)院 廣州 510430)

隨著數(shù)據(jù)鏈不斷發(fā)展,針對(duì)如何選擇較匹配兩棲攻擊艦的數(shù)據(jù)鏈方案,論文提出了基于層次分析(AHP)效能評(píng)估的優(yōu)選方法,構(gòu)建了三層指標(biāo)體系,從響應(yīng)能力、處理能力、有效利用率、靈活性、安全性、抗干擾能力、可靠性方面對(duì)多種類型數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行分析和對(duì)比,選出其中較優(yōu)方案,為確定兩棲攻擊艦數(shù)據(jù)鏈方案提供了一種參考手段。

數(shù)據(jù)鏈; 優(yōu)選; 指標(biāo); 評(píng)估

(Naval Marine Academy, Guangzhou 510430)

Class Number E962

1 引言

隨著以信息化為主要特征的世界新軍事變革迅猛推進(jìn),數(shù)據(jù)鏈[1]已成為信息化戰(zhàn)爭中的關(guān)鍵裝備,技術(shù)不斷更新?lián)Q代,在研制兩棲攻擊艦數(shù)據(jù)鏈[2]前往往有諸多數(shù)據(jù)鏈方案,最終按照哪個(gè)方案進(jìn)行研制,可通過擇優(yōu)選定較匹配該艦的數(shù)據(jù)鏈類型。戰(zhàn)時(shí)各種指揮和控制信息能否有效下達(dá),戰(zhàn)場信息能否實(shí)時(shí)共享,能否滿足兩棲攻擊艦的需求,是由數(shù)據(jù)鏈裝備性能的優(yōu)劣直接影響的,因此對(duì)數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行優(yōu)選采用效能評(píng)估法是最直接有效的手段。

用于評(píng)估系統(tǒng)綜合效能的方法有解析法、模糊決策法、系統(tǒng)效能分析法、加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度法、層次分析法等,使用層次分析法對(duì)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)效能進(jìn)行選優(yōu)評(píng)估,其思路簡單明了,尤其是緊密地與決策者的主觀判斷和推理聯(lián)系起來。對(duì)決策者的推理過程進(jìn)行量化的描述,可以避免決策者在結(jié)構(gòu)復(fù)雜和方案較多時(shí)邏輯推理上的失誤。

2 基于層次分析法[3]的模型構(gòu)建

層次分析法的一般步驟是依據(jù)構(gòu)建的指標(biāo)體系,對(duì)數(shù)據(jù)處理后分步計(jì)算,求出各層次指標(biāo)權(quán)重,并擇優(yōu)數(shù)據(jù)鏈類型,通過一致性檢驗(yàn),判斷是否具有滿意一致性,以保證結(jié)論的可靠性。按此計(jì)算方法可得兩棲攻擊艦數(shù)據(jù)鏈指標(biāo)權(quán)重,據(jù)此可計(jì)算綜合權(quán)重,可按由上而下的順序逐層計(jì)算。計(jì)算使用Yaahp軟件實(shí)現(xiàn)。

具體分析計(jì)算方法如下:

Step1:根據(jù)所建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)[4]體系構(gòu)造判斷矩陣。

首先選擇標(biāo)度系統(tǒng),它是將人的主觀判斷轉(zhuǎn)換為一個(gè)定量的判斷矩陣的關(guān)鍵,在此選擇1～9度標(biāo)度賦值法,其標(biāo)度值的具體意義如表1所示。

表1 1～9的比較標(biāo)度法

應(yīng)用1～9的比較標(biāo)度法對(duì)指標(biāo)體系各層指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較,即可構(gòu)造各層指標(biāo)的比較判斷矩陣A=(aij)n×n。

Step2:計(jì)算重要性排序。

針對(duì)所構(gòu)造的判斷矩陣,求出最大特征根所對(duì)應(yīng)的特征向量,所求特征向量即為評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性排序。求判斷矩陣的最大特征根和特征向量有多種方法,本文應(yīng)用合積法,步驟如下:

將判斷矩陣每一列歸一化

每一列經(jīng)正規(guī)化后的判斷矩陣按行相加

對(duì)向量W=(W1,W2Wn)T即為所求特征向量。

Step3:判斷矩陣一致性檢驗(yàn)。

所求的權(quán)數(shù)分配是否合理,需對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。計(jì)算一般一致性指標(biāo)如下

平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI查表可得。隨機(jī)一致性比率CR=CI/RI。當(dāng)CR<0.1時(shí),認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性,權(quán)數(shù)分配合理；否則需調(diào)整判斷矩陣,直到取得具有滿意的一致性為止。

3 系統(tǒng)效能指標(biāo)[5]的建立

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)效能指標(biāo)的合理確定,是系統(tǒng)效能評(píng)估的關(guān)鍵環(huán)節(jié),評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇必須能恰當(dāng)?shù)胤从诚到y(tǒng)效能的優(yōu)劣程度。

3.1 指標(biāo)建立原則

指標(biāo)體系的建立主要考慮以下原則: 1) 各指標(biāo)的選擇應(yīng)以數(shù)據(jù)鏈的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)和使用要求為基礎(chǔ)； 2) 各指標(biāo)之間充分考慮相對(duì)獨(dú)立性,相互聯(lián)系的指標(biāo)盡量避免重復(fù)； 3) 充分考慮到評(píng)估模型的可操作性,選取一些基本上反映數(shù)據(jù)鏈各方面性能的主要指標(biāo),對(duì)于一些關(guān)系復(fù)雜 、受各方面條件制約、內(nèi)涵不夠明確、對(duì)系統(tǒng)效能影響不大的因素,暫且不考慮； 4) 盡量選用可以量化的指標(biāo),不能直接量化的定性指標(biāo)內(nèi)涵應(yīng)清楚明確。

3.2 各指標(biāo)的詳細(xì)說明

考慮數(shù)據(jù)鏈的技術(shù)特性,其效能指標(biāo)與軍事通信系統(tǒng)[6]的基本要求是一致的,參考軍事通信信息系統(tǒng)指標(biāo)分類方法,構(gòu)建數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)效能指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)效能指標(biāo)分層結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)效能指標(biāo)體系由響應(yīng)能力、處理能力、有效利用率、靈活性、安全性、抗干擾能力、可靠性共七種指標(biāo)體現(xiàn)。

3.2.1 響應(yīng)能力

通過響應(yīng)時(shí)間、時(shí)延、延時(shí)抖動(dòng)三個(gè)指標(biāo)來體現(xiàn)。

1) 響應(yīng)時(shí)間。響應(yīng)能力高低主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間上,響應(yīng)時(shí)間是數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)服務(wù)請(qǐng)求和響應(yīng)該請(qǐng)求之間的時(shí)間,反映了網(wǎng)絡(luò)根據(jù)傳輸優(yōu)先級(jí)別、及時(shí)交付信息的能力。響應(yīng)時(shí)間根據(jù)數(shù)據(jù)鏈所要完成的功能及消息類型的不同而有不同的時(shí)間要求。在指揮自動(dòng)化系統(tǒng)需要使用數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)時(shí)得到迅速的響應(yīng),要求數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)的開設(shè)、連通、傳遞、轉(zhuǎn)移與恢復(fù)高速運(yùn)轉(zhuǎn),并立即直接提供給用戶使用。

2) 時(shí)延。從信源生成信息到信宿收到信息,數(shù)據(jù)信息需要經(jīng)過指控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈終端、通信信道設(shè)備、輔助設(shè)備等,分系統(tǒng)與分系統(tǒng)、部件與部件之間都存在接口連接、信息編碼或解調(diào)、協(xié)議解釋或轉(zhuǎn)換等,每前進(jìn)一步都要消耗一定時(shí)間,都有一定的時(shí)延。

3) 延時(shí)抖動(dòng)。延時(shí)抖動(dòng)是指每個(gè)消息傳輸時(shí)隙在粗同步頭之前所用時(shí)間。是指數(shù)據(jù)塊從發(fā)送方到達(dá)接收方所經(jīng)歷時(shí)間的長短變化。引起延遲抖動(dòng)的原因比較多,網(wǎng)絡(luò)信道自身缺陷引起的,也可能由網(wǎng)絡(luò)的硬件或軟件引起的,最常見的是由網(wǎng)絡(luò)自身的流量傳輸狀況造成的。

3.2.2 處理能力[7]

處理能力是系統(tǒng)快速地、大量地傳輸處理各種信息的能力,通過傳輸速率、誤碼率、網(wǎng)絡(luò)吞吐量三個(gè)指標(biāo)來體現(xiàn)。

全方位、多層次、全時(shí)域的立體戰(zhàn)要求指揮控制、情報(bào)偵察、目標(biāo)指示與引導(dǎo)等相關(guān)信息的信息量巨大,各種數(shù)據(jù)信息交織,要求數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)有高效的處理能力。信息傳遞速率體現(xiàn)了數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的時(shí)效性、誤碼率體現(xiàn)在信息傳遞質(zhì)量上,網(wǎng)絡(luò)吞吐量體現(xiàn)為信息傳遞量,傳遞信息量越大信息處理能力越強(qiáng)。

3.2.3 有效利用率[8]

有效利用率是指整個(gè)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)的傳輸信道、處理終端、網(wǎng)絡(luò)資源的應(yīng)用效率。有效利用率通過信道利用率和節(jié)點(diǎn)利用率兩個(gè)指標(biāo)來體現(xiàn)。

信道利用率是指信息傳輸通道的應(yīng)用效率,節(jié)點(diǎn)利用率是指數(shù)據(jù)鏈組成的通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用效率。戰(zhàn)場環(huán)境信道資源是寶貴的,用于信息傳輸?shù)挠布O(shè)備通道也是寶貴的,因此要充分利用信道資源、充分發(fā)揮每個(gè)信息節(jié)點(diǎn)的信息傳輸能力,提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)利用率。

3.2.4 靈活性

靈活性通過組網(wǎng)能力和適應(yīng)能力兩個(gè)指標(biāo)來體現(xiàn)。

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的靈活性要求部隊(duì)在高速運(yùn)動(dòng)中,能組成不同類型、不同規(guī)模的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò),并要求數(shù)據(jù)鏈裝備系列化、通用化,網(wǎng)絡(luò)接口具有較強(qiáng)的融合性,通信協(xié)議保持一致的標(biāo)準(zhǔn),使陸、海、空軍兵種的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)能夠互連互通,系統(tǒng)具有較強(qiáng)的兼容性和通用性,實(shí)現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)的一體化。

3.2.5 安全性

安全性包括網(wǎng)絡(luò)信息安全和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行安全。安全性通過防入侵能力、保密能力和恢復(fù)能力三個(gè)指標(biāo)來體現(xiàn)。

安全性第一要求數(shù)據(jù)鏈具備將戰(zhàn)術(shù)信息隱蔽地、保密地傳輸給指定目標(biāo),難以被敵截獲、破譯和攻擊的能力。系統(tǒng)安全性強(qiáng)則被敵方偵測、獲取我方信息的幾率減小,受敵干擾、攻擊的可能性降低,系統(tǒng)運(yùn)行安全有保障。第二要求數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)具備反偵察能力,對(duì)數(shù)據(jù)鏈信號(hào)輻射功率強(qiáng)度也有相應(yīng)的要求,使數(shù)據(jù)鏈本身具有一定的對(duì)抗能力。第三要求數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行安全、穩(wěn)定,對(duì)敵虛假、偽裝信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)入侵具有識(shí)別、防御和清除能力。

3.2.6 抗干擾能力

抗干擾能力要求整個(gè)數(shù)據(jù)鏈[9]系統(tǒng)對(duì)戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)性、抗干擾能力。即要求數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)從頻域、時(shí)域、空域、能域與信息加密等方面采取一系列的反對(duì)抗措施,以確保數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)在復(fù)雜的電磁環(huán)境中的安全運(yùn)行,增強(qiáng)對(duì)抗能力和反欺騙能力?？垢蓴_能力通過對(duì)抗能力、反欺騙能力兩個(gè)指標(biāo)來體現(xiàn)。

干擾分為有意干擾和無意干擾,從這兩種干擾對(duì)數(shù)據(jù)鏈的抗干擾性進(jìn)行分析。對(duì)于有意電磁干擾必須通過采用諸如偽隨機(jī)碼直接序列擴(kuò)頻、快速跳頻、跳擴(kuò)、猝發(fā)、密碼加密等抗干擾技術(shù),不斷提升數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)裝備本身的抗干擾能力,也可以通過研究和演練諸如“快、變、避”等一系列反干擾戰(zhàn)術(shù),來提高數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)效能。對(duì)于無意電磁干擾可以通過完善各種報(bào)告、申請(qǐng)、審批、檢測制度,加強(qiáng)各種無線電設(shè)備協(xié)調(diào)、頻譜管理以及采取其它諸如屏蔽、窄帶濾波、數(shù)據(jù)[10]相關(guān)平滑處理、幅限、頻限等技術(shù)措施,或通過水平、垂直冗余校驗(yàn)差錯(cuò)檢測與BCH校正、反饋重傳等糾錯(cuò)辦法,糾錯(cuò)或自動(dòng)剔除各種干擾、噪聲對(duì)數(shù)據(jù)信息的影響。

3.2.7 可靠性

可靠性通過生存能力和抗毀能力兩個(gè)指標(biāo)來體現(xiàn)。

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)的某一部分由于內(nèi)部或外部,人為或自然的原因發(fā)生故障或被毀時(shí),仍能可靠保障信息傳輸與交換的能力。系統(tǒng)可靠性好則信息傳輸穩(wěn)定,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。為了保證信息傳輸連續(xù)、不間斷,數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的可靠性要高,抗毀、抗擾、頑存性要強(qiáng),在系統(tǒng)受到一定程度的打擊后,具有結(jié)構(gòu)重組能力。

4 實(shí)例計(jì)算

由于文章篇幅所限,僅對(duì)兩種數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行比較擇優(yōu),通過層次分析法的計(jì)算分析得出適合兩棲攻擊艦配置的較優(yōu)數(shù)據(jù)鏈類型。根據(jù)數(shù)據(jù)鏈在使用過程中所表現(xiàn)出來的性能,分別確定指標(biāo)的參數(shù)及定性的判斷如表1所示。

在Yaahp軟件中,根據(jù)1～9的比較標(biāo)度法,對(duì)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)第二層指標(biāo)建立判斷矩陣如表2所示。

表1 數(shù)據(jù)鏈指標(biāo)值

表2 第二層指標(biāo)判斷矩陣圖

根據(jù)表1輸入兩種數(shù)據(jù)鏈類型指標(biāo)重要性比值,軟件計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

圖2 指標(biāo)數(shù)值圖

方案A,B對(duì)應(yīng)兩種數(shù)據(jù)鏈,圖3可更為直觀地顯示各指標(biāo)權(quán)重,第二層指標(biāo)權(quán)重值為(0.1008,0.3152,0.0619,0.0518,0.0518,0.3150,0.1035),并根據(jù)方案A,B各指標(biāo)的重要性比值計(jì)算出A,B兩種方案的歸一化比值,A為0.5767,B為0.4233。

軟件計(jì)算結(jié)果矩陣最大特征根λmax為7.0020,一致性比例為0.0003,表明判斷矩陣具有滿意的一致性,權(quán)數(shù)分配合理,結(jié)論具有一定可靠性。

表3 方案層中要素對(duì)決策目標(biāo)的排序權(quán)重

表4為計(jì)算結(jié)果輸出數(shù)據(jù),通過軟件層次分析法的計(jì)算最終得出結(jié)論,方案A優(yōu)于方案B,相對(duì)應(yīng)的第一種數(shù)據(jù)鏈綜合效能較優(yōu)于第二種數(shù)據(jù)鏈,因此可以為兩棲攻擊艦數(shù)據(jù)鏈的選擇提供參考。

圖3 各指標(biāo)歸一化權(quán)重顯示圖

5 結(jié)語

本文嘗試采用層次分析法對(duì)兩棲攻擊艦數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行擇優(yōu),建立三層指標(biāo),根據(jù)數(shù)據(jù)鏈的性能對(duì)指標(biāo)進(jìn)行1～9標(biāo)度,并對(duì)兩種數(shù)據(jù)鏈的三層指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較,應(yīng)用軟件進(jìn)行計(jì)算,得出矩陣最大特征根、一致性檢驗(yàn)值和兩種數(shù)據(jù)鏈的歸一權(quán)重,選出較優(yōu)的數(shù)據(jù)鏈。該方法改變以往單一考慮系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)的模式,為研制兩棲攻擊艦數(shù)據(jù)鏈給定指標(biāo)參數(shù)提供了一種手段,但這種方法只是一種嘗試,還需要在以后的試驗(yàn)訓(xùn)練中不斷加以驗(yàn)證、修改和完善。

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Optimization Method of Amphibious Assault Ship’s Data Link Based on Efficiency Evaluation

ZHU Wenxiu NIE Weiguo SONG Jian

Along with the development of data link, in allusion to how to select the perfect scenario of amphibious assault ship’s data link, this article gives out the method of evaluating efficiency basing on AHP, construct three indexes system, from the capability of response, the capability of disposal, the efficient utilizing rate, flexibility, security, anti-jamming capability, reliability to analysis and compare many types of data link, and selects the better scenario, and offering a method to confirm the data link of amphibious assault ship.

data link, perfect scenario, system efficiency, index evaluation

2016年6月4日,

2016年7月26日

朱文秀,女,碩士研究生,研究方向:海軍陸戰(zhàn)隊(duì)軍事指揮。聶衛(wèi)國,男,碩士生導(dǎo)師,研究方向:計(jì)算機(jī)仿真。宋劍,女,碩士,研究方向:作戰(zhàn)指揮學(xué)。

E962

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.12.008