基于模糊综合评价的海基测控系统综合效能评估*

李少华，杨奕飞，凌晓冬

（1.江苏科技大学，江苏镇江212003；2.飞行器海上测量与控制联合实验室，江苏江阴214431）

基于模糊综合评价的海基测控系统综合效能评估*

李少华1，杨奕飞1，凌晓冬2

（1.江苏科技大学，江苏镇江212003；2.飞行器海上测量与控制联合实验室，江苏江阴214431）

为有效评估海基测控系统的综合效能，首先分析了系统的测控性能特点，采用工作分解结构建立层次结构的评估指标体系，然后引入层次分析法确定指标权重并基于模糊综合评价法构建多级评估模型，最后结合测控任务实例分析并计算出综合效能值。仿真结果表明，该方法具有一定的有效性和实用性，可为海基测控设备的系统效能评估提供科学方法和合理的参考依据。

海基测控系统，工作分解结构，层次分析法，模糊综合评价

0 引言

海基测控系统是利用主体测控设备，通过海面测试基站对航天器、导弹和火箭等执行跟踪测量、控制和通信等测控任务的大型复杂装备系统［1］。系统在使用过程中会产生设备老化及损耗等现象，致使系统工作机能下降，而系统综合效能的优劣对测控结果的准确性产生重要影响。目前已有学者对相关系统和设备的综合效能进行了深入研究：文献［2］采用德尔菲与AHP相结合的多层次模糊综合评价方法对自动测试系统的总体性能进行评估；文献［3］基于模糊AHP法对系统的运行状态和工作性能量化评估。文献［4］通过云Delphi层次分析法分析了船载测控系统性能的可靠性。上述成果对海基测控系统综合效能的研究具有一定的参考价值。考虑到该系统的多层次性、相互关联性等特点，为保证评估的全面性，本文将WBS引入到海基测控系统效能评估指标体系模型中，并将层次分析法和模糊综合评价方法相结合实现对系统综合效能的有效评估。

1 海基测控系统任务结构指标体系模型

海基测控系统综合效能评估就是根据系统执行任务时的设备结构和影响因素确定并构建合理的评估指标体系，通过适宜的评估算法和模型，对系统完成任务的能力和水平量化评价并分析给出合理决策建议的过程。海基测控系统完成的典型测控任务主要有飞船测控通信、S和C频段卫星测控、火箭遥外测等，该系统具有自主性强、灵活性好、测控覆盖率高、安全可靠等优点。随着被测航天器种类的增加和任务频度的密集，对该复杂装备体系系统进行效能评估时会出现体系结构多层次性、任务模型多样性和内部关系复杂性等问题。

海基测控系统中各种设备组成复杂，性能特点不尽相同。以系统在规定时间内采用扩频2（非相干）测控机制，对某卫星进行S频段的实时测控和对测控信息进行实时处理为例，该任务主要包括以下内容：①卫星测角；②卫星测距测速；③卫星遥测遥控；④数传数据接收与传输；⑤测控信息实时处理与传输；⑥系统设备监控；⑦系统测试与校准；⑧时间同步。根据参试设备的工作原理、功能链路和信息逻辑关系，可以得到系统执行任务时的设备结构模型。如图1所示为卫星测距测速任务时的结构模型，并且系统运行中存在双机热备份设备。

图1 卫星测距测速任务结构模型

工作分解结构（WBS）［5］是一种按照项目工作流程和集成范围，以文档、树形结构或有向图表等形式，将项目内容细化为相对独立和执行方便的基本任务元素集的迭代技术。鉴于树形结构图的表现更为直观，本文采用树形结构的WBS来构建指标体系。以上述S频段卫星测控任务需求为例，采用WBS技术将该测控任务总要求分解为几个基本任务子系统。为更清楚地描述测控设备的效能，根据每个基本任务要素的功能特点和结构联系，将基本任务系统进一步细化得到任务单元，构建出如图2所示层次结构的评价指标体系［3，6］。第1层是总体任务目标层E，定义为海基测控系统综合效能。第2层是基本任务准则层即基本指标Ui，第3层是任务单元指标层，即子类指标Uij。以基带分系统为例，基本指标U2可细化为如图3所示的子类指标体系［6］。

图2 层次结构的评价指标体系

图3 基带分系统的递阶层次指标体系

2 模糊综合评价模型

结合图1中的评价指标体系，借助模糊综合评价法对多层次、多因素的海基测控系统综合效能进行评估。该方法主要包括以下6大要素［7］：①评价因素集U；②评价等级集V；③权重向量W；④模糊评价矩阵R；⑤模糊评价向量B；⑥综合评估分析。根据任务的关联程度和影响力采用AHP法［8］来求取指标权重向量W，具体方法如下：

①运用1～9标度法对指标之间的相对重要性进行两两比较，构造判断矩阵A=（aij）n×n。

②采用和积法求取A中最大特征根所对应的特征向量，进行层次单排序。

表1 平均随机一致性指数表RI

当CR＜0.10时，认为判断矩阵A一致性较好且构造合理，否则需要重新调整A的元素值。

③同理进行层次总排序求得每个指标相对总目标的权值，即可得到评估指标体系的权重向量。

模糊评价向量B=WgR=（b1，b2，…，bm），其中R=（rij）n×m，rij表示评价者在考虑因素Ui时相对等级Vj的隶属程度；“α”表示模糊算子，本文采用加权算术平均合成运算，即乘与加算子

当为多级模糊综合评价时，通过底层指标权重向量和对应的模糊评判值，由底向上逐层复合运算得到总目标层模糊评价向量，最后选用合适的量化方法对系统效能做出最后的评价结果。

3 综合效能评估实例分析

以海基测控系统执行S频段卫星测控任务时所涉及的参试设备作为研究对象，综合考虑影响系统测控性能的关键因素，可得评价因素集U={U1，U2，…，U8}；U1={U11，U12，…，U16}；U2={U21，U22，…，U28}；…；U8={U81，U82，U83，U84}。评价等级集选用五等分评语制，V={优秀V1，良好V2，中等V3，一般V4，差V5}，结合量化分值得到对应等级的评分区间为90～100，75～90，60～75，45～60，0～45。采用AHP法编程计算出各级指标的权重，由基本指标U1～U8构造的判断矩阵、一致性检验和所得指标权重结果如表2所示。

同理可得其他指标的权重分配结果，综合可得：

表2 基本指标U1～U8的判断矩阵、一致性检验与指标权重

依据已拟定的评价等级和所得参试设备测试数据，邀请20位专家对各个子类指标的影响因素进行评判打分，统计打分结果并作归一化处理后得到各个指标的模糊评价矩阵R1～R8，例如模糊评价矩阵R1为：

采用加权平均算子并根据各二级指标的权重向量和评价矩阵进行模糊变换运算，得到U1的初级综合评价向量为B1=W1·R1=（0.3207，0.4098，0.1333，0.079 0，0.057 1）。同理可得U2～U8的评价结果，并经归一化处理得：

以初级综合评价结果B1～B8为基础构造二级综合评价判断矩阵R=［B1，B1，…，B8］T，二级指标权重W=（0.3160，0.2115，0.1461，0.1217，0.0699，0.0686，0.040 5，0.025 6），由B=W·R并作归一化处理得综合评价结果B=（0.323 2，0.436 3，0.115 8，0.080 2，0.044 5）。可知，认为测控系统综合效能优秀的占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%。对总评判结果进行量化，定义

为评价对象总得分，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，评估值在75～90分值区间内，海基测控系统执行该次测控任务时的综合效能良好。系统相关设备的性能相对稳定，但部分子系统状态不是很佳，应引起测控人员的重视并及时记录系统工作状态，加强设备的监管和维护工作以进一步提高系统的整体工作性能。

4 结论

本文引入WBS技术分析某次测控任务中影响测控性能的各类因素，建立了递阶层次结构的指标体系模型，并基于AHP法和模糊综合评价法实现对海基测控系统的综合效能评估。该方法便捷可行且具有普适性，可以推广到其他复杂装备系统的效能评估中。由于系统评估和具体评估问题的复杂性，评价指标体系的建立有待选择更专业、更精确的指标，使得综合效能评估结果更具可靠性和客观性。

［1］简仕龙，费加兵，刘冰.航天测量船海上测控技术概论［M］.北京：国防工业出版社，2009：100-103.

［2］谢化勇，肖明清，方甲永，等.自动测试系统多层次模糊综合评价方法［J］.火力与指挥控制，2012，37（7）：102-106，109.

［3］毛亮，周成刚，张煜昕，等.模糊AHP在船载测控系统效能评估中应用研究［J］.电子设计工程，2014，22（8）：85-88.

［4］蔡瑾曜，刘杰，黄珂.船载测控系统可靠性综合评估方法研究［J］.电子测量技术，2014，37（7）：111-114.

［5］贾锦，邓家褆，何恒.系统工程中WBS建模与实现的研究［J］.中国制造业信息化，2007，36（7）：5-9.

［6］任猛，周伟静，郭建华，等.基于AHP的靶场测控系统综合性能评估［J］.电讯技术，2012，52（12）：1876-1880.

［7］毕文豪，张安，王安丽.基于模糊综合评价的光电对抗装备效能评估［J］.火力与指挥控制，2013，38（4）：60-63.

［8］王保贵，战永红，王坚.基于模糊综合评价的弹药效能评估方法［J］.测试技术学报，2014，28（5）：437-442.

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

飞行器海上测量与控制联合实验室开放基金（FOM2014OF03）；江苏省普通高校研究生实践创新计划基金资助项目（SJLX15_0527）

李少华（1987-），男，湖北黄冈人，硕士研究生。研究方向：复杂系统评估。