基于层次分析法的散射通信系统效能评估模型

姚　敏，王　东

(中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081)



基于层次分析法的散射通信系统效能评估模型

姚敏，王东

(中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081)

摘要：针对当前信息化作战的特点，对通信系统效能的评估应该以其综合效能指标作为最终标准。基于此要求，提出了以AHP(层次分析法)为基础的通信系统效能评估方法，利用AHP建立易于对通信系统效能进行分析的层次结构模型，通过层次单排序以及总排序确定底层各单项指标相对于通信系统效能的最终权重值矩阵，确定了评估模型的参数。通过对具体散射系统采用此方法进行评估，验证了该方法的科学性、合理性。

关键词：散射通信；效能评估；层次分析；权重值矩阵

0引言

系统效能评估模型在装备研制过程中，对在役装备、待研装备和研制中的装备的效能进行定量评估，为装备论证、研制、试验和使用中的科学决策提供依据，为不同方案的比较提供定量数据[1]。通过对各种来源的数据进行分析处理[2]，对所研究的体系进行效能评估，确定其是否达到期望的水平，找出其薄弱环节，从而为改进体系的优化改进提供依据。

1层次分析法

系统效能分析法认为系统的效能指标(Measurements of Effectiveness，MOE)应该反映系统在规定的环境和背景条件下完成使命任务的程度，观测系统的运行轨迹和预期轨迹相重合的比率，反映成为一个概率值，用于评价系统的效能[3]。

目前，科研人员研究的系统评估建模方法有很多，基本上可以总结为层次分析法[4]、ADC分析法[5]、MAU分析法、神经网络法以及模糊层次分析法(FAHP)。本文仅就层次分析法进行介绍。

层次分析法AHP(Analytic Hierarchy Process)是美国运筹学家Saaty提出的一种系统分析方法，相对其他系统效能评估方法，它较为容易被工程人员所接受，目前的应用较多。这种方法的特点是将一个复杂的问题根据目标、指定准则或者结构，按照层次展开，形成性能指标树，然后利用下层模型连贯的、一致的、详尽的输出来表述系统效能，它成为紧邻上层模型的输入。此时，可以利用德尔菲法将系统中人的主观因素通过加权的方法融入评估体系。

基于层次分析法的通信系统效能评估体系是对系统应用需求总目标的逐级分解、细化的结果[6-7]。一般采取树状结构的层级体系来构建通信系统效能评估指标体系。具体层次结构是：最顶层只有一个要素，即通信系统的效能[8]；第2层有若干要素，反映的是通信系统应该具备的若干性能与指标，且每个要素都包含有一个权重值wi，反映该要素在系统效能中所占的地位；然后把每一要素在根据其特点划分为若干子要素，便形成第3层，其反映的是系统应该具备的哪些具体的能力。第3层每一项要素的参数包含2项：本项表现效能的量化值Cij，以及本项在所属体系中所占的权重wij。然后通过计算，得出系统效能A，用于评价整个系统的效能[8]。一般计算A都用加权求和法：

(1)

2层级分析法的指标体系建模

指标体系是对评估对象各类指标间关系的有序组织。它是通过对同一类评估对象各种特性逐层抽取，而得到的描述指标间的依赖关系的有向图。除顶层指标外，指标体系中的每一个指标都有权重，根据权重，通过从指标树的叶子节点逐层加权可以逐步求取最顶层指标的评估结果，得到对评估对象的整体评价[9]。

一般来说，目前研究通信系统表现效能评估的探索都是在层级法的基础上，研究这样如何量化项目评价权重wij[10]。以散射通信系统为例。根据其战场的实际需求，可以构建起评价指标体系，如图1所示。

图1　散射通信系统评价指标体系

2.1项目评价权重值判断矩阵的生成

项目评价权重值与该系统的重要程度相关。因此首先需要对项目元素的重要程度进行量化分析[11]。为了量化项目元素之间的相对重要程度，得到判断矩阵中每个元素aij的数值，本文采用Saaty提出的1～9标度法[12]，如表1所示。

表1　1～9标度值

2.2层次单排序的计算

(2)

式中，n为对应判断矩阵的列数。

然后，计算出该判断矩阵的一致性指标：

(3)

式中，λmax为该阵的最大特征值。

对该一致性指标CI，利用表2中的RI值，进行一致性检验。如能确定CR<0.1,则说明矩阵满足一致性要求，否则返回重新调整判断矩阵。

CR=CI/RI。　(4)

2.3系统评价的生成

在得到所有层级的权值向量后，只要得到各个要素的表现值，便可根据式(1)计算出系统的评价值。理论上说，在得到各个要素表现量化值的过程中，希望打分的来源越广泛越好。对于多来源分数的融合算法，本文不多做介绍。

2.4层次总排序的计算

层次总排序是层次结构中从第2层开始知道最底层为止所有元素相对于系统总评价指标的综合排序。

有些时候，在评价系统效能时，还希望能分析出系统所有要素中，哪些要素更为重要。此时，就需要引入系统要素的层次总排序，计算所有要素在系统层次总排序的权重值。对应权值越高的要素，其重要性就越高。

以本文介绍的散射通信系统为例，计算其层次总排序时，可将其第3层的单排序权值矩阵进行分列合并，形成一个m×n维的矩阵W3，然后将其与系统目标层级的矩阵相乘，即可得到层次总排序，从而确定系统每个要素在系统中的地位。

3散射通信系统的效能评估

首先根据系统使用经验和专家的建议，结合表1中的内容，可以生成判断矩阵如下：

A级-系统目标：

从A级矩阵可以看出，对于散射通信系统，通信保障能力和通信机动能力同等重要，而其通信反对抗能力的重要性略次于通信保障能力和通信机动能力。这是由于散射通信本身的机理，使得散射通信的反对抗能力较强，无需为其作过多配置。

以此类推，得到各级项目的判断矩阵如下：

系统各元素重要等级权值总排序结果如图2所示。从图2中可以看出，对应散射通信系统而言，最关键的要素是开通时间，其次是通信距离。

图2　散射系统元素重要等级权重比例图

请专家和用户对该散射通信系统各项要素的表现打分，根据2.4节对分数综合后，评估结果如表3所示。

从表3中可以看出，该型设备的通信保障能力和对抗能力的表现良好，但是其机动能力还显不足，主要表现在开通时间不令人满意，从而拖累了整体系统效能数值。这一结果与用户的反馈是一致的。

表3　散射通信设备能力评估表

4结束语

通信系统效能评估方法有很多，各种方法都具有其各自的特点和应用场合。本文介绍的基于层级分析法的效能评估模型，是一种简单、可行，且通用性较强的军事用新效能评估方法。

参考文献

[1]官斌，王立.军事通信系统的效能评估初探[J].舰船电子工程，2013,33(12):23-26.

[2]金鑫，徐军，曾杰.系统效能评估探索[J].指挥信息系统与技术，2011,2(1):36-40.

[3]罗鹏程，金光.武器装备体系作战效能与作战能力评估分析方法[M].北京：国防工业出版社：2014.

[4]李雄伟,王希武,周希元.网络对抗效能评估的指标体系研究[J].无线电工程,2007,37(3):14-16,52.

[5]史军涛，朱敬莉，周铭,等.基于改进ADC模型的通信对抗装备作战效能评估[J].舰船电子对抗，2012,35(6)：84-86.

[6]陈勇.野战综合通信网专家系统效能评估技术的研究[J].无线电工程,1999,29(1):23-26,53.

[7]周含兵，刘丽，胡然.基于RBF神经网络的通信系统效能评估[J].电子信息靶场,2010,20(4):27-29.

[8]韩卫占.基于FAHP的机动通信网管理系统效能评估研究[J].无线电通信技术,2004,30(1):49-52.

[9]Saaty T L著[M].网络层次分析法原理及其应用[M].鞠彦兵,刘建昌,译.北京:北京理工大学出版社,2015.

[10]王光龙，逯东辉.基于参数法的通信系统效能评估研究[J].论证与研究,2009,12(6):18-21.

[11]史睿冰，姚兴太，史圣兵，等.基于层次分析法的通信系统效能评估[J].计算机工程与设计，2013,34(12)：4131-4136.

[12]段守福，杨凯，汪军，等.航空无线电通信系统作战效能评估[J].火力与指挥控制，2010,35(11):117-119.

Effectiveness Evaluation Model for Troposcatter Communication System Based on AHP

YAO Min,WANG Dong

(The 54th Research Institute of CETC,Shijiazhuang Hebei 050081,China)

Abstract：In view of the characteristics of information warfare,the evaluation of communication system should take its comprehensive effectiveness as final standard.Based on this requirement,an effectiveness evaluation model based on AHP (Analytic Hierarchy Process) is proposed to evaluate the effectiveness of communication system.With a hierarchical model for communication system,the weight matrix for the items of system is defined by hierarchical single sequence and total sequence.This model is used in some troposcatter communication system and the application results show that this model is scientific and reasonable.

Key words：troposcatter communication;effectiveness evaluation;AHP;weight matrix

中图分类号：TN915

文献标志码：A

文章编号：1003-3114(2016)03-26-3

作者简介：姚敏(1977—)，女，工程师，主要研究方向：通信系统。王东(1976—)，男，高级工程师，主要研究方向：通信系统。

收稿日期：2016-01-11

doi:10.3969/j.issn.1003-3114.2016.03.07

引用格式：姚敏，王东.基于层次分析法的散射通信系统效能评估模型[J].无线电通信技术,2016,42(3):26-28.