基于效能评估的两栖攻击舰数据链优选方法*

朱文秀 聂卫国 宋 剑

(海军陆战学院 广州 510430)

基于效能评估的两栖攻击舰数据链优选方法*

朱文秀 聂卫国 宋 剑

(海军陆战学院 广州 510430)

随着数据链不断发展,针对如何选择较匹配两栖攻击舰的数据链方案,论文提出了基于层次分析(AHP)效能评估的优选方法,构建了三层指标体系,从响应能力、处理能力、有效利用率、灵活性、安全性、抗干扰能力、可靠性方面对多种类型数据链进行分析和对比,选出其中较优方案,为确定两栖攻击舰数据链方案提供了一种参考手段。

数据链; 优选; 指标; 评估

(Naval Marine Academy, Guangzhou 510430)

Class Number E962

1 引言

随着以信息化为主要特征的世界新军事变革迅猛推进,数据链[1]已成为信息化战争中的关键装备,技术不断更新换代,在研制两栖攻击舰数据链[2]前往往有诸多数据链方案,最终按照哪个方案进行研制,可通过择优选定较匹配该舰的数据链类型。战时各种指挥和控制信息能否有效下达,战场信息能否实时共享,能否满足两栖攻击舰的需求,是由数据链装备性能的优劣直接影响的,因此对数据链进行优选采用效能评估法是最直接有效的手段。

用于评估系统综合效能的方法有解析法、模糊决策法、系统效能分析法、加权灰色关联度法、层次分析法等,使用层次分析法对数据链系统效能进行选优评估,其思路简单明了,尤其是紧密地与决策者的主观判断和推理联系起来。对决策者的推理过程进行量化的描述,可以避免决策者在结构复杂和方案较多时逻辑推理上的失误。

2 基于层次分析法[3]的模型构建

层次分析法的一般步骤是依据构建的指标体系,对数据处理后分步计算,求出各层次指标权重,并择优数据链类型,通过一致性检验,判断是否具有满意一致性,以保证结论的可靠性。按此计算方法可得两栖攻击舰数据链指标权重,据此可计算综合权重,可按由上而下的顺序逐层计算。计算使用Yaahp软件实现。

具体分析计算方法如下:

Step1:根据所建立的评价指标[4]体系构造判断矩阵。

首先选择标度系统,它是将人的主观判断转换为一个定量的判断矩阵的关键,在此选择1～9度标度赋值法,其标度值的具体意义如表1所示。

表1 1～9的比较标度法

应用1～9的比较标度法对指标体系各层指标进行两两比较,即可构造各层指标的比较判断矩阵A=(aij)n×n。

Step2:计算重要性排序。

针对所构造的判断矩阵,求出最大特征根所对应的特征向量,所求特征向量即为评价指标的重要性排序。求判断矩阵的最大特征根和特征向量有多种方法,本文应用合积法,步骤如下:

将判断矩阵每一列归一化

每一列经正规化后的判断矩阵按行相加

对向量W=(W1,W2Wn)T即为所求特征向量。

Step3:判断矩阵一致性检验。

所求的权数分配是否合理,需对判断矩阵进行一致性检验。计算一般一致性指标如下

平均随机一致性指标RI查表可得。随机一致性比率CR=CI/RI。当CR<0.1时,认为判断矩阵具有满意的一致性,权数分配合理；否则需调整判断矩阵,直到取得具有满意的一致性为止。

3 系统效能指标[5]的建立

数据链系统效能指标的合理确定,是系统效能评估的关键环节,评价指标的选择必须能恰当地反映系统效能的优劣程度。

3.1 指标建立原则

指标体系的建立主要考虑以下原则: 1) 各指标的选择应以数据链的战术技术指标和使用要求为基础； 2) 各指标之间充分考虑相对独立性,相互联系的指标尽量避免重复； 3) 充分考虑到评估模型的可操作性,选取一些基本上反映数据链各方面性能的主要指标,对于一些关系复杂 、受各方面条件制约、内涵不够明确、对系统效能影响不大的因素,暂且不考虑； 4) 尽量选用可以量化的指标,不能直接量化的定性指标内涵应清楚明确。

3.2 各指标的详细说明

考虑数据链的技术特性,其效能指标与军事通信系统[6]的基本要求是一致的,参考军事通信信息系统指标分类方法,构建数据链系统效能指标体系如图1所示。

图1 数据链系统效能指标分层结构图

数据链系统效能指标体系由响应能力、处理能力、有效利用率、灵活性、安全性、抗干扰能力、可靠性共七种指标体现。

3.2.1 响应能力

通过响应时间、时延、延时抖动三个指标来体现。

1) 响应时间。响应能力高低主要表现在数据链系统的响应时间上,响应时间是数据链网络服务请求和响应该请求之间的时间,反映了网络根据传输优先级别、及时交付信息的能力。响应时间根据数据链所要完成的功能及消息类型的不同而有不同的时间要求。在指挥自动化系统需要使用数据链系统时得到迅速的响应,要求数据链网络的开设、连通、传递、转移与恢复高速运转,并立即直接提供给用户使用。

2) 时延。从信源生成信息到信宿收到信息,数据信息需要经过指控系统、数据链终端、通信信道设备、辅助设备等,分系统与分系统、部件与部件之间都存在接口连接、信息编码或解调、协议解释或转换等,每前进一步都要消耗一定时间,都有一定的时延。

3) 延时抖动。延时抖动是指每个消息传输时隙在粗同步头之前所用时间。是指数据块从发送方到达接收方所经历时间的长短变化。引起延迟抖动的原因比较多,网络信道自身缺陷引起的,也可能由网络的硬件或软件引起的,最常见的是由网络自身的流量传输状况造成的。

3.2.2 处理能力[7]

处理能力是系统快速地、大量地传输处理各种信息的能力,通过传输速率、误码率、网络吞吐量三个指标来体现。

全方位、多层次、全时域的立体战要求指挥控制、情报侦察、目标指示与引导等相关信息的信息量巨大,各种数据信息交织,要求数据链系统有高效的处理能力。信息传递速率体现了数据链系统的时效性、误码率体现在信息传递质量上,网络吞吐量体现为信息传递量,传递信息量越大信息处理能力越强。

3.2.3 有效利用率[8]

有效利用率是指整个数据链网络的传输信道、处理终端、网络资源的应用效率。有效利用率通过信道利用率和节点利用率两个指标来体现。

信道利用率是指信息传输通道的应用效率,节点利用率是指数据链组成的通信网络节点的应用效率。战场环境信道资源是宝贵的,用于信息传输的硬件设备通道也是宝贵的,因此要充分利用信道资源、充分发挥每个信息节点的信息传输能力,提高整个网络利用率。

3.2.4 灵活性

灵活性通过组网能力和适应能力两个指标来体现。

数据链系统的灵活性要求部队在高速运动中,能组成不同类型、不同规模的数据链网络,并要求数据链装备系列化、通用化,网络接口具有较强的融合性,通信协议保持一致的标准,使陆、海、空军兵种的数据链系统能够互连互通,系统具有较强的兼容性和通用性,实现信息网络的一体化。

3.2.5 安全性

安全性包括网络信息安全和网络运行安全。安全性通过防入侵能力、保密能力和恢复能力三个指标来体现。

安全性第一要求数据链具备将战术信息隐蔽地、保密地传输给指定目标,难以被敌截获、破译和攻击的能力。系统安全性强则被敌方侦测、获取我方信息的几率减小,受敌干扰、攻击的可能性降低,系统运行安全有保障。第二要求数据链系统具备反侦察能力,对数据链信号辐射功率强度也有相应的要求,使数据链本身具有一定的对抗能力。第三要求数据链网络运行安全、稳定,对敌虚假、伪装信息进行网络入侵具有识别、防御和清除能力。

3.2.6 抗干扰能力

抗干扰能力要求整个数据链[9]系统对战场复杂电磁环境具有较强的适应性、抗干扰能力。即要求数据链系统从频域、时域、空域、能域与信息加密等方面采取一系列的反对抗措施,以确保数据链系统在复杂的电磁环境中的安全运行,增强对抗能力和反欺骗能力。抗干扰能力通过对抗能力、反欺骗能力两个指标来体现。

干扰分为有意干扰和无意干扰,从这两种干扰对数据链的抗干扰性进行分析。对于有意电磁干扰必须通过采用诸如伪随机码直接序列扩频、快速跳频、跳扩、猝发、密码加密等抗干扰技术,不断提升数据链系统装备本身的抗干扰能力,也可以通过研究和演练诸如“快、变、避”等一系列反干扰战术,来提高数据链系统效能。对于无意电磁干扰可以通过完善各种报告、申请、审批、检测制度,加强各种无线电设备协调、频谱管理以及采取其它诸如屏蔽、窄带滤波、数据[10]相关平滑处理、幅限、频限等技术措施,或通过水平、垂直冗余校验差错检测与BCH校正、反馈重传等纠错办法,纠错或自动剔除各种干扰、噪声对数据信息的影响。

3.2.7 可靠性

可靠性通过生存能力和抗毁能力两个指标来体现。

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,是指系统的某一部分由于内部或外部,人为或自然的原因发生故障或被毁时,仍能可靠保障信息传输与交换的能力。系统可靠性好则信息传输稳定,信息内容误码率低,有利于指挥员的正确决策和有效指挥。为了保证信息传输连续、不间断,数据链系统的可靠性要高,抗毁、抗扰、顽存性要强,在系统受到一定程度的打击后,具有结构重组能力。

4 实例计算

由于文章篇幅所限,仅对两种数据链进行比较择优,通过层次分析法的计算分析得出适合两栖攻击舰配置的较优数据链类型。根据数据链在使用过程中所表现出来的性能,分别确定指标的参数及定性的判断如表1所示。

在Yaahp软件中,根据1～9的比较标度法,对数据链系统第二层指标建立判断矩阵如表2所示。

表1 数据链指标值

表2 第二层指标判断矩阵图

根据表1输入两种数据链类型指标重要性比值,软件计算结果如图2所示。

图2 指标数值图

方案A,B对应两种数据链,图3可更为直观地显示各指标权重,第二层指标权重值为(0.1008,0.3152,0.0619,0.0518,0.0518,0.3150,0.1035),并根据方案A,B各指标的重要性比值计算出A,B两种方案的归一化比值,A为0.5767,B为0.4233。

软件计算结果矩阵最大特征根λmax为7.0020,一致性比例为0.0003,表明判断矩阵具有满意的一致性,权数分配合理,结论具有一定可靠性。

表3 方案层中要素对决策目标的排序权重

表4为计算结果输出数据,通过软件层次分析法的计算最终得出结论,方案A优于方案B,相对应的第一种数据链综合效能较优于第二种数据链,因此可以为两栖攻击舰数据链的选择提供参考。

图3 各指标归一化权重显示图

5 结语

本文尝试采用层次分析法对两栖攻击舰数据链进行择优,建立三层指标,根据数据链的性能对指标进行1～9标度,并对两种数据链的三层指标进行两两比较,应用软件进行计算,得出矩阵最大特征根、一致性检验值和两种数据链的归一权重,选出较优的数据链。该方法改变以往单一考虑系统战术技术指标的模式,为研制两栖攻击舰数据链给定指标参数提供了一种手段,但这种方法只是一种尝试,还需要在以后的试验训练中不断加以验证、修改和完善。

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[10] Major General K. Perkins CB, Weapons and Warfare[M]. Brassey’s Defence Publishers,1987:231-232.

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,硕士研究生,研究方向:海军陆战队军事指挥。聂卫国,男,硕士生导师,研究方向:计算机仿真。宋剑,女,硕士,研究方向:作战指挥学。

E962

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.12.008