采用灰色关联分析法的舰艇超短波通信效能评估研究∗

周 洋 郑剑云

（1.中国人民解放军驻上海江南造船（集团）有限责任公司军事代表室 上海 201913）（2.海军大连舰艇学院通信系 大连 116018）

1 引言

超短波通信是海上舰艇编队近距离通信的主要手段，实现舰艇与舰艇、舰艇与岸站、舰艇与飞机之间的近距离军事通信。超短波通信采用直射波传播，通信质量好，信号稳定；同时超短波通信传输距离近，抗电磁截获的能力强，因此超短波通信是海上舰艇编队不可或缺的通信手段。舰艇超短波通信能力是影响海战场信息传输的关键因素之一。如何科学、准确地评估舰艇超短波装备通信能力具有非常重要的军事意义。灰色系统关联分析法［1］是一种多因素统计分析方法，以各因素的样本数据为依据，用灰色关联度来描述因素间关系的强弱、大小和次序，主要是分析各个组成因素与整体的关联大小，其操作的对象是各因素的时间序列，而对于多指标综合评估对象可以把比较序列看成由被评事务的各项指标值构成的序列，参考序列是一个理想的比较标准，选最优指标数据和最劣指标作为参考数列，比较各方案与最优和最劣方案的关联程度，来评估各个方案相互之间的优劣。因此，灰色关联分析是按发展趋势作分析［2］，从系统内部特殊的规律出发，在不知道系统典型分布规律的情况下，通过对系统某一层次的观测资料加以数学处理，从而掌握系统的内部变化规律，所以非常适合分析舰艇超短波通信效能这种多指标、且不知指标分布规律的问题，从而达到解决不确定性问题的目的［3］。灰色关联分析方法现已成功应用于聚类、预测、评估和决策等方面，在实际应用研究中有着较高的作用和地位［4～6］。

本文所述的超短波通信效能是指利用超短波实现点对点达成通信，有效传输信息的能力。在分析和总结的基础上，构建了舰艇超短波通信效能评估指标体系，建立了基于灰色关联分析法的舰艇超短波通信效能分析模型，通过计算关联度，找出最佳通信方案，并根据绝对关联度分析指标的贡献度，为改进和增强电台通信效能提供科学方法。

2 舰艇超短波通信效能评估指标体系

现代战争对舰艇超短波通信的基本要求是迅速、准确、保密、不间断。因此在构造效能评估指标体系时综合考虑了指标的全面性、科学性、客观性和可操作性。通过对舰艇超短波的全面分析并借鉴相关的分类思想［7］，归纳出以下评估指标体系，如图1所示。

图1 舰艇超短波通信效能评估指标体系

结合层次分析法及专家咨询法确定各指标权重依次为［8］

3 舰艇超短波通信效能评估模型的建立及算法分析

本文采用灰色关联度来确定各个指标的权重，与德尔菲法、AHP法相比较，虽然原始数据都是基于专家群体的知识、经验和价值判断，但是灰色关联度法对专家的主观判断做了进一步数学处理，使之更科学［9］。

灰色关联度分析具体步骤如下［2］：

1）对各指标值进行预处理。

2）确定比较数列（评价对象）和参考数列（评价标准）。

设评价对象（通信保障方案）为m个，评价指标为n个，比较数列为

参考序列为

3）计算关联系数［10～11］

式中，参数i，k取值范围同上；其中ξ为分辨系数，系人为确定，越小分辨率越大，通常情况下取0.5。

4）计算灰色加权关联度，灰色关联度计算公式为

式中，γ0i为第i个评价对象对理想对象的灰色加权关联度，Wk为指标权重。

5）满意度比较，关联度γ0i越大，则方案越优。

6）计算绝对关联度［12］。利用各指标对效能的绝对关联度分析指标对编队通信效能的影响程度。

设X0={x0(1)，x0(2)，…，x0(k ) }为方案优劣评价集，其中x0(k)=γ0k。将方案评价集作为特征序列，对各指标序列求始点零化像为

对于特征序列，各指标序列的绝对关联度ε0i可表示为

其中

7）根据各指标序列的绝对关联度，分析指标对通信效能的影响能力。

4 舰艇超短波通信效能的灰色关联分析实例

某型号舰艇超短波装备两两通信时，设定四种通信保障方案（方案A、方案B、方案C、方案D），如表1中Ⅰ列所示。进行满意度效能评估。

4.1 对指标值进行预处理

从表1可以看出，指标量纲不统一，因此对其进行预处理，处理方法如下：

1）定量指标采用级差变换法。

2）定性指标采用保序性和一致性均较好的指数标度e(85)，其对应标度为 v={4.953，3.320，2.226，1.492，1}，指标评价集 V={优秀，优良，良好，好，一般}。通过组织专家、科研人员和使用者对指标进行定性评判后，利用模糊统计法对定性指标进行定量处理。通过上述处理得到各方案通信效能的规范化指标，见表1中Ⅱ列所示。

4.2 确定参考序列

根据最优序列的定义，取各规范化指标值中的最大值作为参考序列。可得参考序列为

X0=(1，1，1，1，1，3.4181，3.215)

4.3 计算关联系数和关联度

根据式（1～2），计算关联系数和关联度，并对方案进行优劣排序，见表2所示。

4.4 计算绝对关联度

利用指数标度评价集将各方案的优劣量化为：方案D（3.320）、方案A（2.226）、方案B（1.492）、方案C（1）。将其作为特征序列，利用式（3）求出各指标始点零化像，如表3所示。

表1 舰艇超短波通信四种通信方案指标数据

表2 各方案关联系数和关联度

表3 各指标始点零化像

根据式（4）计算得出各指标的绝对关联度：

4.5 结果分析

根据灰色关联分析法原理，关联度数值越大，表明方案越好，得出四个通信方案的排序是：方案D（0.7519）≻方案A（0.7469）≻ 方案B（0.5178）≻ 方案C（0.4344），即方案D为最优，采用此方案舰艇超短波通信效能最高，方案A、B次之，方案C最差。

通过对绝对关联度的分析，得出各指标因素对舰艇超短波通信效能的影响程度。各指标的绝对关联度排序为

ε03＞ ε02＞ε07＞ ε06＞ ε04＞ ε05＞ ε01

说明通信误码率、通信时延、安全保密性、抗干扰能力对舰艇超短波通信能力的影响较大，在设计和制定通信保障方案时应予以重点考虑。

5 结语

利用基于灰色关联分析的灰色综合评判法对舰艇超短波通信效能进行了评估，找出了较佳的通信方案；利用绝对关联度分析指标的贡献度，为正确选择影响通信效能的主要因素提供了理论参考，为改进和增强装备的效能提供了科学的方法。

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