基于模糊評判的ESM系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估?

孫永林 阮永貴 肖 虎 李寶鵬

（1.海軍裝備部重大專項裝備項目管理中心 北京 100000）（2.92074部隊 寧波 315000）（3.中國人民解放軍93808部隊 蘭州 730109）（4.海軍航空大學青島校區(qū) 青島 266041）

1 引言

ESM（Electronic Support Measures，電子支援措施）是各平臺電子戰(zhàn)系統(tǒng)的重要組成部分，它用來探測輻射源目標電磁參數(shù)，如頻率、來波方向、脈內(nèi)特性等，并根據(jù)先驗數(shù)據(jù)庫對輻射源類別進行識別，同時還可以將探測數(shù)據(jù)與其他傳感器參數(shù)（如雷達）相融合，進行多目標聯(lián)合檢測識別，將目標有用信息提供給武器平臺[1～3]。ESM是現(xiàn)代作戰(zhàn)信息系統(tǒng)中不可或缺的部分，它的性能的作用發(fā)揮將影響整個作戰(zhàn)過程中戰(zhàn)場電磁控制權(quán)。本文構(gòu)造了ESM效能評估體系，基于層次分析法對各層權(quán)重進行了賦值，采用專家打分法對相應指標評分，運用模糊評判方法對系統(tǒng)的效能進行評估，利用該方法開展ESM效能評估，能全面反應系統(tǒng)的真實狀況，對ESM的使用及維護具有一定的參考價值。

2 ESM效能評估體系

效能評估的工作基礎是建立科學的評估體系，確定合理評價指標。這些評估體系及評估指標需全面準確的體現(xiàn)系統(tǒng)情況。評估體系需滿足完整性、獨立性、層次性、科學性的要求，指標選取應當考慮系統(tǒng)性、簡明性、客觀性、可測性等綜合因素[4～7]。具體體現(xiàn)在以下幾個方面。

1）整個系統(tǒng)層數(shù)要設計合理，各層指標含義明確。不同級指標之間要有層次性，上下級指標要能互相包含。

2）同級指標要全面、正確，不相互重疊，不存在因果關(guān)聯(lián)。

3）底層指標盡可能量化。建立作戰(zhàn)系統(tǒng)的效能評估指標時，底層指標盡可能能進行量化。

ESM具有威脅告警、輻射源識別、干擾引導等主要功能，從信號處理技術(shù)流程角度分析，主要經(jīng)過信號截獲、搜索、定位、分析和識別等過程。綜合ESM系統(tǒng)和信號處理流程建立ESM效能評估體系如圖1所示。評估體系重要分為三層，分別為第一層系統(tǒng)層（U），第二層功能技術(shù)層（Ui），指標層（Uij）。

圖1 ESM作戰(zhàn)效能評估體系

3 模糊綜合評判法

在對ESM系統(tǒng)進行效能評估時，會遇到一些很難用定量方式描述的指標參數(shù)，通常采用模糊語言給出評價，如較強、強，一般等。模糊綜合評判法則可以很好的解決這一問題，它運用模糊關(guān)系合成原則，將那些不好量化、邊界不清的因素定量化，基于多個因素對被評對象隸屬等級進行綜合評判。因此，可以較好地解決包含難以精確定量表達的評估因素的評估問題，且無需通過參照其他評估對象評估結(jié)果的相對排序來確定評估等級[8～12]。

3.1 模糊綜合評判計算步驟

在運用模糊綜合評判時，為了提高評判結(jié)果可靠性和準確性，必須科學的選取命題因素，并確定合理的因素權(quán)重和綜合評估的合成算子等，應用模糊評判進行單因素評判的分析計算步驟如下：

步驟1：建立評估對象指標集

步驟2：確定指標評價決策集

步驟3：確定單指標評估矩陣

dij為第i位專家對第j個指標的評估分值。

步驟4：計算隸屬度權(quán)重矩陣

假設V中第e個決策集的隸屬度函數(shù)為fe，U中第j個指標屬于第e個決策等級的隸屬度為δje，Z為專家人數(shù)，第j個指標的隸屬度為

第j個指標隸屬于第e個評判決策等級的隸屬度權(quán)重為

則m個指標的隸屬度權(quán)重矩陣R為

步驟5：確定單指標權(quán)重

其中wi為指標ui對上層因素影響程度大小的度量，。權(quán)重的賦值常采用專家打分法和客觀賦權(quán)法相結(jié)合的方式[6～7]。

步驟6：計算模糊綜合評判集

步驟7：計算評估值得出評判結(jié)果

3.2 權(quán)重確定方法

采用層次分析法由專家利用經(jīng)驗進行打分，得到權(quán)重矩陣，主要步驟如下：

構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣，

1）根據(jù)本級指標對與上級指標的重要程度進行兩兩比較，然用1～9比率標度法將比較判斷定量化，寫成矩陣形式（bij）。

2）計算指標權(quán)重

根據(jù)式（5）計算各指標的權(quán)重，構(gòu)成權(quán)重向量W=（w1，w2，…，wn），得出W權(quán)重矩陣后，需進行一致性檢驗，若CR＜0.1，則認為判斷矩陣符合要求。

4 算例分析

根據(jù)圖1建立的評估體系，建立指標評價集，中層指標5個分別是U1～U5，底層指標13個分別是U11～U52。下面應用模糊評判法對該ESM系統(tǒng)進行作戰(zhàn)效能評估。

1）計算各層指標的特征向量

專家根據(jù)任務的性質(zhì)對同層指標對上層指標的重要程度進行兩兩比較打分，根據(jù)專家的打分，得出判斷矩陣。下面以U1對應的U1m（m=1，…，5）為例，給出的特征向量求解方法。U1～U1m的判斷矩陣如表1所示。

表1 U1-U1m比較判斷矩陣

將判斷矩陣各個列向量先標準化，再按行求和取平均，即可得到U1的特征向量，并進行一致性檢驗：

按照相同方式，得到 U2，U3，U4，U5特征向量分別為

U-Un（n=1，…，5）的判斷矩陣如表2所示。

表2 U-Um比較判斷矩陣

將判斷矩陣各個列向量先標準化，再按行求和取平均，即可得到U的特征向量，并進行一致性檢驗：

2）計算模糊評估矩陣

底層指標評估值的獲得非常重要，一般采用專家打分法，選取專家應當由從事設備設計、教學、使用相關(guān)的人員組成，專家打分的依據(jù)應當根據(jù)所掌握的設備參數(shù)的實際情況打分，通過對比理想值情況進行打分。專家打分的范圍為0～10，即U=[0，10]。規(guī)定指標評為為“優(yōu)”的打分范圍為（8≤u≤10），指標評為為“良”的打分范圍為（7≤u≤8），指標評為為“中”的打分范圍為（6≤u≤7），指標評為為“差”的打分范圍為（0≤u≤6）。

接下來，根據(jù)專家打分按照下列方法確定評價集的隸屬度，獲得每個等級的專家人數(shù)為N，專家總數(shù)為5，則該等級的隸屬度為N/5。以指標U11為例，有3位專家為其打分為“優(yōu)”，有1位專家為其打分為“良”，有1位專家為其打分為“中”，0位專家為其打分為“差”，則U11的隸屬度矩陣就為[0.6，0.2，0.2，0]。依照該方法得出模糊評估矩陣Ri。

3）一級模糊評判

首先根據(jù)式（11）計算中層指標Ui的模糊隸屬度向量 ei。令 C=[90，70，50，40]T為代表“優(yōu)、良、中、差”的等級分數(shù)集再根據(jù)式（12）求模糊評分值。

求得中層指標接收信號能力U1、識別測量能力U2、告警提示能力U3、引導能力U4、威脅信號處理能力U5的模糊評價向量和模糊評分值如下。

接收能力U1模糊隸屬度向量為

接收能力U1模糊評分值為

這一評估結(jié)果表明接受能力有人機／無人機協(xié)同作戰(zhàn)能力，39.5%的人認為是“優(yōu)”，32.9%的人認為是“良”，25.7%的人認為是“中”，1.6%的人認為是“差”。接收信號能力U1的模糊評分直為74.05。同理求得其他指標的模糊隸屬度向量和評估值，如表3所示。

表2 U1～U1m比較判斷矩陣

4）二級模糊評判

在一級模糊評判的基礎上，對ESM電子支援子系統(tǒng)進行模糊綜合評價，得出ESM系統(tǒng)的評估隸屬度向量：

最后得出總評分為

根據(jù)模糊綜合評判法對ESM電子支援子系統(tǒng)評估的結(jié)果，我們可以知道：總效能E=67.33分，評估等級為中。

5 結(jié)語

ESM在電子戰(zhàn)中處于舉足輕重的地位，在實際作戰(zhàn)效能評估中，要根據(jù)任務背景需求，運用層次分析法建立能夠準確、客觀、全面反映ESM電子支援子系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的遞階層次結(jié)構(gòu)。運用科學的評判方法對系統(tǒng)進行評估，才能使評估結(jié)果更接近事實，更貼近實戰(zhàn)，才能發(fā)現(xiàn)不足之處，為裝備的研發(fā)制造以及改進改造提供寶貴性建議，才能為部隊針對不足之處制定合理的訓練計劃，幫助部隊更好地了解熟悉裝備，提高部隊的戰(zhàn)斗力。