基于模糊綜合評價(jià)的海基測控系統(tǒng)綜合效能評估*

李少華，楊奕飛，凌曉冬

（1.江蘇科技大學(xué)，江蘇鎮(zhèn)江212003；2.飛行器海上測量與控制聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，江蘇江陰214431）

基于模糊綜合評價(jià)的海基測控系統(tǒng)綜合效能評估*

李少華1，楊奕飛1，凌曉冬2

（1.江蘇科技大學(xué)，江蘇鎮(zhèn)江212003；2.飛行器海上測量與控制聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，江蘇江陰214431）

為有效評估?；鶞y控系統(tǒng)的綜合效能，首先分析了系統(tǒng)的測控性能特點(diǎn)，采用工作分解結(jié)構(gòu)建立層次結(jié)構(gòu)的評估指標(biāo)體系，然后引入層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重并基于模糊綜合評價(jià)法構(gòu)建多級評估模型，最后結(jié)合測控任務(wù)實(shí)例分析并計(jì)算出綜合效能值。仿真結(jié)果表明，該方法具有一定的有效性和實(shí)用性，可為?；鶞y控設(shè)備的系統(tǒng)效能評估提供科學(xué)方法和合理的參考依據(jù)。

?；鶞y控系統(tǒng)，工作分解結(jié)構(gòu)，層次分析法，模糊綜合評價(jià)

0 引言

?；鶞y控系統(tǒng)是利用主體測控設(shè)備，通過海面測試基站對航天器、導(dǎo)彈和火箭等執(zhí)行跟蹤測量、控制和通信等測控任務(wù)的大型復(fù)雜裝備系統(tǒng)［1］。系統(tǒng)在使用過程中會(huì)產(chǎn)生設(shè)備老化及損耗等現(xiàn)象，致使系統(tǒng)工作機(jī)能下降，而系統(tǒng)綜合效能的優(yōu)劣對測控結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生重要影響。目前已有學(xué)者對相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備的綜合效能進(jìn)行了深入研究：文獻(xiàn)［2］采用德爾菲與AHP相結(jié)合的多層次模糊綜合評價(jià)方法對自動(dòng)測試系統(tǒng)的總體性能進(jìn)行評估；文獻(xiàn)［3］基于模糊AHP法對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和工作性能量化評估。文獻(xiàn)［4］通過云Delphi層次分析法分析了船載測控系統(tǒng)性能的可靠性。上述成果對?；鶞y控系統(tǒng)綜合效能的研究具有一定的參考價(jià)值。考慮到該系統(tǒng)的多層次性、相互關(guān)聯(lián)性等特點(diǎn)，為保證評估的全面性，本文將WBS引入到?；鶞y控系統(tǒng)效能評估指標(biāo)體系模型中，并將層次分析法和模糊綜合評價(jià)方法相結(jié)合實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)綜合效能的有效評估。

1 海基測控系統(tǒng)任務(wù)結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系模型

?；鶞y控系統(tǒng)綜合效能評估就是根據(jù)系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)時(shí)的設(shè)備結(jié)構(gòu)和影響因素確定并構(gòu)建合理的評估指標(biāo)體系，通過適宜的評估算法和模型，對系統(tǒng)完成任務(wù)的能力和水平量化評價(jià)并分析給出合理決策建議的過程。海基測控系統(tǒng)完成的典型測控任務(wù)主要有飛船測控通信、S和C頻段衛(wèi)星測控、火箭遙外測等，該系統(tǒng)具有自主性強(qiáng)、靈活性好、測控覆蓋率高、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。隨著被測航天器種類的增加和任務(wù)頻度的密集，對該復(fù)雜裝備體系系統(tǒng)進(jìn)行效能評估時(shí)會(huì)出現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)多層次性、任務(wù)模型多樣性和內(nèi)部關(guān)系復(fù)雜性等問題。

海基測控系統(tǒng)中各種設(shè)備組成復(fù)雜，性能特點(diǎn)不盡相同。以系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)采用擴(kuò)頻2（非相干）測控機(jī)制，對某衛(wèi)星進(jìn)行S頻段的實(shí)時(shí)測控和對測控信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理為例，該任務(wù)主要包括以下內(nèi)容：①衛(wèi)星測角；②衛(wèi)星測距測速；③衛(wèi)星遙測遙控；④數(shù)傳數(shù)據(jù)接收與傳輸；⑤測控信息實(shí)時(shí)處理與傳輸；⑥系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控；⑦系統(tǒng)測試與校準(zhǔn)；⑧時(shí)間同步。根據(jù)參試設(shè)備的工作原理、功能鏈路和信息邏輯關(guān)系，可以得到系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)時(shí)的設(shè)備結(jié)構(gòu)模型。如圖1所示為衛(wèi)星測距測速任務(wù)時(shí)的結(jié)構(gòu)模型，并且系統(tǒng)運(yùn)行中存在雙機(jī)熱備份設(shè)備。

圖1 衛(wèi)星測距測速任務(wù)結(jié)構(gòu)模型

工作分解結(jié)構(gòu)（WBS）［5］是一種按照項(xiàng)目工作流程和集成范圍，以文檔、樹形結(jié)構(gòu)或有向圖表等形式，將項(xiàng)目內(nèi)容細(xì)化為相對獨(dú)立和執(zhí)行方便的基本任務(wù)元素集的迭代技術(shù)。鑒于樹形結(jié)構(gòu)圖的表現(xiàn)更為直觀，本文采用樹形結(jié)構(gòu)的WBS來構(gòu)建指標(biāo)體系。以上述S頻段衛(wèi)星測控任務(wù)需求為例，采用WBS技術(shù)將該測控任務(wù)總要求分解為幾個(gè)基本任務(wù)子系統(tǒng)。為更清楚地描述測控設(shè)備的效能，根據(jù)每個(gè)基本任務(wù)要素的功能特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)聯(lián)系，將基本任務(wù)系統(tǒng)進(jìn)一步細(xì)化得到任務(wù)單元，構(gòu)建出如圖2所示層次結(jié)構(gòu)的評價(jià)指標(biāo)體系［3，6］。第1層是總體任務(wù)目標(biāo)層E，定義為海基測控系統(tǒng)綜合效能。第2層是基本任務(wù)準(zhǔn)則層即基本指標(biāo)Ui，第3層是任務(wù)單元指標(biāo)層，即子類指標(biāo)Uij。以基帶分系統(tǒng)為例，基本指標(biāo)U2可細(xì)化為如圖3所示的子類指標(biāo)體系［6］。

圖2 層次結(jié)構(gòu)的評價(jià)指標(biāo)體系

圖3 基帶分系統(tǒng)的遞階層次指標(biāo)體系

2 模糊綜合評價(jià)模型

結(jié)合圖1中的評價(jià)指標(biāo)體系，借助模糊綜合評價(jià)法對多層次、多因素的?；鶞y控系統(tǒng)綜合效能進(jìn)行評估。該方法主要包括以下6大要素［7］：①評價(jià)因素集U；②評價(jià)等級集V；③權(quán)重向量W；④模糊評價(jià)矩陣R；⑤模糊評價(jià)向量B；⑥綜合評估分析。根據(jù)任務(wù)的關(guān)聯(lián)程度和影響力采用AHP法［8］來求取指標(biāo)權(quán)重向量W，具體方法如下：

①運(yùn)用1～9標(biāo)度法對指標(biāo)之間的相對重要性進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造判斷矩陣A=（aij）n×n。

②采用和積法求取A中最大特征根所對應(yīng)的特征向量，進(jìn)行層次單排序。

表1 平均隨機(jī)一致性指數(shù)表RI

當(dāng)CR＜0.10時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣A一致性較好且構(gòu)造合理，否則需要重新調(diào)整A的元素值。

③同理進(jìn)行層次總排序求得每個(gè)指標(biāo)相對總目標(biāo)的權(quán)值，即可得到評估指標(biāo)體系的權(quán)重向量。

模糊評價(jià)向量B=WgR=（b1，b2，…，bm），其中R=（rij）n×m，rij表示評價(jià)者在考慮因素Ui時(shí)相對等級Vj的隸屬程度；“α”表示模糊算子，本文采用加權(quán)算術(shù)平均合成運(yùn)算，即乘與加算子

當(dāng)為多級模糊綜合評價(jià)時(shí)，通過底層指標(biāo)權(quán)重向量和對應(yīng)的模糊評判值，由底向上逐層復(fù)合運(yùn)算得到總目標(biāo)層模糊評價(jià)向量，最后選用合適的量化方法對系統(tǒng)效能做出最后的評價(jià)結(jié)果。

3 綜合效能評估實(shí)例分析

以?；鶞y控系統(tǒng)執(zhí)行S頻段衛(wèi)星測控任務(wù)時(shí)所涉及的參試設(shè)備作為研究對象，綜合考慮影響系統(tǒng)測控性能的關(guān)鍵因素，可得評價(jià)因素集U={U1，U2，…，U8}；U1={U11，U12，…，U16}；U2={U21，U22，…，U28}；…；U8={U81，U82，U83，U84}。評價(jià)等級集選用五等分評語制，V={優(yōu)秀V1，良好V2，中等V3，一般V4，差V5}，結(jié)合量化分值得到對應(yīng)等級的評分區(qū)間為90～100，75～90，60～75，45～60，0～45。采用AHP法編程計(jì)算出各級指標(biāo)的權(quán)重，由基本指標(biāo)U1～U8構(gòu)造的判斷矩陣、一致性檢驗(yàn)和所得指標(biāo)權(quán)重結(jié)果如表2所示。

同理可得其他指標(biāo)的權(quán)重分配結(jié)果，綜合可得：

表2 基本指標(biāo)U1～U8的判斷矩陣、一致性檢驗(yàn)與指標(biāo)權(quán)重

依據(jù)已擬定的評價(jià)等級和所得參試設(shè)備測試數(shù)據(jù)，邀請20位專家對各個(gè)子類指標(biāo)的影響因素進(jìn)行評判打分，統(tǒng)計(jì)打分結(jié)果并作歸一化處理后得到各個(gè)指標(biāo)的模糊評價(jià)矩陣R1～R8，例如模糊評價(jià)矩陣R1為：

采用加權(quán)平均算子并根據(jù)各二級指標(biāo)的權(quán)重向量和評價(jià)矩陣進(jìn)行模糊變換運(yùn)算，得到U1的初級綜合評價(jià)向量為B1=W1·R1=（0.3207，0.4098，0.1333，0.079 0，0.057 1）。同理可得U2～U8的評價(jià)結(jié)果，并經(jīng)歸一化處理得：

以初級綜合評價(jià)結(jié)果B1～B8為基礎(chǔ)構(gòu)造二級綜合評價(jià)判斷矩陣R=［B1，B1，…，B8］T，二級指標(biāo)權(quán)重W=（0.3160，0.2115，0.1461，0.1217，0.0699，0.0686，0.040 5，0.025 6），由B=W·R并作歸一化處理得綜合評價(jià)結(jié)果B=（0.323 2，0.436 3，0.115 8，0.080 2，0.044 5）。可知，認(rèn)為測控系統(tǒng)綜合效能優(yōu)秀的占32.32%，良好的占43.63%，中等的占11.58%，一般的占8.02%，差的占4.45%。對總評判結(jié)果進(jìn)行量化，定義

為評價(jià)對象總得分，mj={100，90，75，60，45}，得到C=100×0.323 2+90×0.436 3+75×0.115 8+60× 0.080 2+45×0.044 5=87.086 5，評估值在75～90分值區(qū)間內(nèi)，?；鶞y控系統(tǒng)執(zhí)行該次測控任務(wù)時(shí)的綜合效能良好。系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的性能相對穩(wěn)定，但部分子系統(tǒng)狀態(tài)不是很佳，應(yīng)引起測控人員的重視并及時(shí)記錄系統(tǒng)工作狀態(tài)，加強(qiáng)設(shè)備的監(jiān)管和維護(hù)工作以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的整體工作性能。

4 結(jié)論

本文引入WBS技術(shù)分析某次測控任務(wù)中影響測控性能的各類因素，建立了遞階層次結(jié)構(gòu)的指標(biāo)體系模型，并基于AHP法和模糊綜合評價(jià)法實(shí)現(xiàn)對?；鶞y控系統(tǒng)的綜合效能評估。該方法便捷可行且具有普適性，可以推廣到其他復(fù)雜裝備系統(tǒng)的效能評估中。由于系統(tǒng)評估和具體評估問題的復(fù)雜性，評價(jià)指標(biāo)體系的建立有待選擇更專業(yè)、更精確的指標(biāo)，使得綜合效能評估結(jié)果更具可靠性和客觀性。

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Comprehensive Effectiveness Evaluation on Sea-based TT&C System Based on Fuzzy Comprehensive Assessment

LI Shao-hua1，YANG Yi-fei1，LING Xiao-dong2
（1.Jiangsu University of Science and Technology，Zhenjiang 212003，China；
2.Joint Laboratory of Ocean-based Flight Vehicle Measurement and Control，Jiangyin 214431，China）

In order to effectively evaluate the comprehensive effectiveness of sea-based TT&C system，firstly，this paper analyses the characteristics of its monitoring and controlling performance of the system，adopt Work Breakdown Structure（WBS）to build the evaluation index system with hierarchical structure.Secondly，the Analytic Hierarchy Process（AHP）to determine the index weight is introduced，then the multilevel assessment structure model isestablished which based on the fuzzy comprehensive evaluation.Finally，combines with an example，the comprehensive evaluation value is analysed and gives.The evaluation results show that the provided method has a certain effectiveness and practicability，which can provides scientific method and reasonable reference for the system effectiveness evaluation of sea-based TT&C equipment.

sea-based TT&C system，WBS，AHP，fuzzy comprehensive assessment

TN956；N945.16

A

1002-0640（2016）12-0158-04

2015-11-01

2015-12-28

飛行器海上測量與控制聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室開放基金（FOM2014OF03）；江蘇省普通高校研究生實(shí)踐創(chuàng)新計(jì)劃基金資助項(xiàng)目（SJLX15_0527）

李少華（1987-），男，湖北黃岡人，碩士研究生。研究方向：復(fù)雜系統(tǒng)評估。