短波自适应通信系统综合效能分析

李有才，王 欢，郑春弟

（海军陆战学院，广州510430）

0 引 言

短波自适应通信系统已经成为当今军事通信领域的常用通信装备，广泛应用于陆基固定通信、海上舰船移动通信和陆海远程通信等［1］，诸如单向与双向、同频与异频、网址与全址等自适应网络组织也趋于完善，但由于系统综合效能受信道传输电磁环境、导频探测选频技术、实时信道估值设计、自适应选频参数确定、自适应网络组织形式等因素影响，具有不确定性与模糊性。其信息传输质量受大气空间自然电磁环境、民用电磁干扰环境、敌我无意与有意干扰环境等诸多因素影响，造成系统综合效能涉及的指标因子多，覆盖的学科领域范围广，具有很大的不确定性。文章引用模糊集合或隶属度函数的理论，利用模糊语言变量和模糊数适用于量化模糊信息的特点［2－3］，分析了短波自适应通信系统综合效能评估指标体系，建立了效能评估模型，并利用层次分析法确定了指标权重，通过典型实例，验证了本方法的可行性。

1 短波自适应通信系统效能评估指标体系

短波自适应通信系统与一般军事通信系统一样，基本要求是迅速、准确、保密、不间断地传输与交换数据信息，平时强调信息传输的时效性、可靠性、互通性，战时还强调保密性和抗扰性，按照这个要求，参照一般军事通信系统网络指标分类方法，并考虑短波自适应通信系统的特殊性，短波自适应通信系统综合效能评估指标及分层结构图如图1所示。根据AHP的分层思想，短波自适应通信系统可以分为总目标层（A）、中间层（Bi）和指标层（Ci）。

时效性：是指系统在规定的时限内以最快的速度将信息传递给接收端的能力，以发射端开始承办信息的时间与接收端收到信息并付之行动的开始时间差来衡量，系统时效性好则信息传输与交换的时间短，有利于指挥员迅速把握作战行动的主动权。影响系统时效性的主要因素包括短波自适应选择呼叫时间、短波自适应网络用户数量、短波自适应通信工作方式、短波自适应信息传输与处理时延等。

图1 短波自适应通信系统综合效能评估指标及分层结构图

可靠性：是系统硬件设备稳定性和信息内容准确性的综合指标，是指系统由于内部或外部影响因素发生变化，仍能可靠保障信息传输与交换的能力［4］。系统可靠性好则信息传输稳定或信息内容误码率低，有利于指挥员的正确决策和有效指挥。影响系统可靠性的主要因素包括短波自适应装备平均无故障时间、短波自适应装备平均维修时间、短波自适应通信信息误码（信）率、短波自适应网络拓扑结构形式等。

抗扰性：是指系统在复杂电磁环境下，受到系统内部、外部无意或有意干扰时的信息传输能力［5］。系统抗扰性强则系统信息防御能力强，在信息对抗异常激烈的海战场，获得“制信息权”的可能性增大，系统信息作战能力有保障。影响系统抗扰性的主要因素包括短波自适应网络切换能力、短波自适应网络重建时间、短波自适应通信信息类型、短波自适应信号覆盖范围。

安全性：是指系统将信息隐蔽、保密地传输给网内各节点，而不被敌方侦察、截获、攻击的能力。系统安全性强则被敌方侦测、获取我方信息的几率减小，受到敌干扰、攻击的可能性降低，系统运行安全有保障。影响系统安全性的主要因素包括短波自适应信号功率强度、短波自适应通信反侦察能力、短波自适应加密与解密技术。

互通性：是指系统调制解调技术、编码译码技术以及系统内部各接口间、系统与外部配套终端间的互联互通能力，是衡量系统耦合性、兼容性、标准性、通用性的重要指标，是实现基于信息系统的信息融合、功能耦合、体系融合、能力聚合的根本保障。影响系统互通性的主要因素包括短波自适应各接口连接融合性、短波自适应网络运行通用性等。

2 构建判断矩阵并进行一致性检验

2.1 构建判断矩阵

构建判断矩阵实际上就是确定指标集上各指标的权重，即是以上一级的某个要素作为评价准则，对本级的要素进行两两比较来确定矩阵元素。对指标集上各指标权重的确定，一般采取层次分析法中萨蒂的九级标度确定判断矩阵［6－7］，定义如表1所示。

表1 两两比较相对偏好判断的九级标度

根据判断的九级标度，可以建立判断矩阵。表3～表8就是根据图1短波自适应通信系统综合效能评估指标及分层结构，按照评价准则建立的两两比较判断矩阵。

2.2 计算相对权重

由于求解判断矩阵的特征值和特征向量一般相当麻烦，通常采用近似解法——规范列平均法对判断矩阵进行近似计算，得出下一级相对上一级的权重，其基本过程是：

（1）对n个因素C1，C2，…，Cn的判断矩阵A′各列归一化处理。假设A′＝［aij］n×n，

（2）计算判断矩阵A′的特征矢量W＝ （w1，w2，…，wn）， 其 中wi根 据 下 式 计 算：wi

（3）计算判断矩阵的最大特征值λmax，λmax＝

（4）计算各指标相对权重。求出判断矩阵的最大特征根λmax的特征向量，然后进行归一化处理，即可求出各指标因子对上一级的权重。

2.3 进行一致性检验

由于系统评价的复杂性和评价人的主观性，判断矩阵的传递性和一致性可能存在偏差，如果判断矩阵的一致性越好，说明最大特征值λmax与A的阶数n就越接近，因此可以根据最大特征值λmax来确定判断矩阵A的一致性程度［8］。其步骤为：

（2）确定不同阶数的随机一致性指标IR。IR是多次重复进行随机判断矩阵特征值的计算后取其算术平均数获取，具体数值如表2。

表2 不同阶数的平均随机一致性指标IR

（3）计算一致性比例RC。为度量不同阶数判断矩阵的不一致性，引入度量判断矩阵偏离一致性的相对指标RC：RC＝IC／IR，一般情况下，当一个判断矩阵的RC指标小于10%时，可以认为其一致性符合要求；如果一个判断矩阵的RC指标大于10%时，则应重新进行元素的两两比较，对已建立的判断矩阵进行调整，使之具有满意的一致性。

3 基于模糊评判的短波自适应通信系统效能评估主要步骤

模糊综合评判是把众多的因素划分为若干层次，每层只包含少量因素，先对最下层的各因素进行综合，逐层往上评估直到最高层，得出最终评估结果。主要步骤：

（1）确定指标集合及其层次。根据图1短波自适应通信系统综合效能评估指标及分层结构图，系统效 能 评 估 目 标 层 集 合 为A＝ （B1，B2，B3，B4，B5），子目标层的指标因子集合为B1＝

（2）明确效能评估指标相对权重。采取层次分析法中萨蒂的九级标度确定判断矩阵，并计算各判断矩阵的最大特征值λmax和最大特征值相对的特征向量W，W1，W2，W3，W4，W5然后进行归一化处理，即可求出各指标因子对上一级的相对权重。

（3）构建效能评估影响因子指标层模糊判断矩阵。将影响因子指标分成优秀、良好、一般、差4个等级，并采用专家打分的形式确定影响因子指标的隶属度，获得指标层判断矩阵Pi和指标层Ci相对子目标层Bi的判断矩阵Li。

（4）获取目标层判断矩阵。根据效能评估指标相对权重和影响因子模糊判断矩阵，可以得出子目标层Bi相对目标层A的判断向量和模糊关系矩阵P。

（5）根据最大隶属度原则确定系统的综合效能值，对评估结果进行定性描述解义。

4 基于模糊评判的短波自适应通信系统效能评估实例

4.1 两两比较法构造判断矩阵

根据图1短波自适应通信系统综合效能评估指标及分层结构图与萨蒂的九级标度准则，可以确定子目标层Bi相对目标层A的判断矩阵及相对性权重，各影响因子Ci相对子目标层Bi的判断矩阵及相对性权重，如表3～表8所示。

表3 子目标层Bi相对目标层A的判断矩阵及相对性权重

表4 影响因子C1～C4相对子目标层B1的判断矩阵及相对性权重

表5 影响因子C5～C8相对子目标层B2的判断矩阵及相对性权重

表6 影响因子C9～C12相对子目标层B3的判断矩阵及相对性权重

表7 影响因子C13～C15相对子目标层B4的判断矩阵及相对性权重

表8 影响因子C16～C17相对子目标层B5的判断矩阵及相对性权重

判断矩阵一致性检验结果表明，各个指标判断矩阵的RC指标都小于0.1，具有满意的一致性，判断矩阵不需要调整。

4.2 指标层评价与各层相对模糊评判矩阵

将17个影响因子指标层评语分为4级，分别为“优秀、良好、一般、差”，对各个指标进行评价时，采用专家打分法，邀请20位专家对指标进行评价，统计结果如表9所示。

表9 短波自适应通信系统指标层影响因子C评价统计表

根据上述表格，可以得到指标层影响因子模糊判断矩阵Pi。比如针对指标“系统自适应选择呼叫时间C1”，20位专家中2位专家认为为优秀，5位专家认为良好，10位专家认为一般，3位专家认为差，则评价指标分别为0.1，0.25，0.5，0.15，由此可以得出指标层的判断矩阵为：

根据指标层影响因子模糊判断矩阵Pi和表3～表8子目标层判断矩阵WBi－C，可以得到指标层相对子目标层的模糊综合评判矩阵：

则子目标层Bi相对目标层A的模糊关系矩阵

4.3 计算模糊综合评语并转换为系统综合效能

根据上述关于子目标层Bi相对目标层A的判断矩阵及相对性权重的分析，结合子目标层Bi相对目标层A的模糊关系矩阵的计算结论，按加权综合型算法可以计算出系统模糊综合评语E。

根据短波自适应通信系统的模糊综合评语E＝（0.321 9，0.379 5，0.210 1，0.088 5），不难看出系统效能好坏的可能性分布为：优秀的可能性为0.321 9，良好的可能性为0.379 5，一般的可能性为0.210 1，差的可能性为0.088 5，根据模糊理论最大隶属度原则，该系统综合效能为良好，验证了方法的可行性。

5 结束语

本文据短波自适应通信系统的特点，参照一般军事通信系统网络指标分类方法，构建了短波自适应通信系统效能评估指标体系；应用模糊数学基本理论和层次分析法基本步骤建立了多层模糊综合评判数学模型，实现了对短波自适应通信系统效能的定量评估，通过典型实例验证了方法的可行性。

［1］何家琪，杨浩.军事通信装备学概论［M］.北京：解放军出版社，2004.

［2］汪应洛.系统工程［M］.北京：机械工业出版社，2003：141－144.

［3］蒙存占，何成铭，孙红宇.基于模糊综合评估法的装备保障系统效能评估［J］.四川兵工学报，2008（6）：28－29.

［4］陈浩光.武器系统效能评估与评估创新［J］.装备指挥技术学院学报，2004（8）：1－3.

［5］郭齐胜，郅志刚，杨瑞平.装备效能评估概论［M］.北京：国防工业出版社，2005.

［6］彭鹏菲，刘忠，张建强.基于评价指标模糊集的复杂系统效能评估方法研究.指挥控制与仿真，2007（3）：58－59.

［7］杨军.基于模糊理论的卫星导航系统综合效能评估研究［J］.宇航学报，2004，25（2）：147－151.

［8］穆跃东.基于模糊综合评判的学员能力评估［J］.海军大连舰艇学院学报，2008，31（2）：69－71.