舰载短波通信效能评估系统的设计研究

徐 池，贺 寅



舰载短波通信效能评估系统的设计研究

徐 池，贺 寅

（海军大连舰艇学院，辽宁 大连 116018）

舰载短波通信的效能评估对于提高舰艇通信保障能力和舰艇的作战能力具有重要意义。结合实际将基于主客观组合赋权的评估方法运用到了效能评估中，分析了评估系统关键底层指标计算模型的关系。针对舰载短波通信效能评估的实际需求，提出了评估系统设计的总体方案，采用开放式、层次化、构建化的开发方法，设计并实现了舰载短波通信效能评估系统。

短波；效能评估；系统设计；集成化特征

现代舰载通信系统具有综合化、集成化特征，装备系统种类越来越繁多，规模越来越庞大，结构越来越复杂，舰载通信系统效能评估和通信指挥决策等方面的问题变得越来越重要、越来越紧迫，涉及面也越来越广。通过分析舰载短波通信系统效能的影响因素，加强对舰载短波通信系统效能评估模型和方法的研究，并在此基础上构建舰载短波通信效能评估系统，从而为指挥员更合理地运用舰载短波通信系统、更科学地制订通信组织方案、对方案进行优选提供决策依据。

1 国内外通信效能评估系统研究的现状

自20世纪80年代以来，随着信息技术的发展，美军正逐步加强对军事通信系统和网络的研究，以提高通信网络的抗毁性、可靠性和可用性[1]。目前，美海军通信环境预测和系统评估的研究和软件开发工作主要由位于San Diego的美军空间和海军作战系统中心承担，其开发出的通信评估工具软件给美军带来巨大的军事利益。我国开展效能评估的研究是从20世纪70年代中期以后开始，国内部分院校和研究所开发研究了一些仿真与评估系统，多应用于装备论证领域。

2 舰载短波通信效能评估模型和方法

评估舰载短波通信效能，开发舰载短波通信效能评估系统，首先需要明确评估所要使用的模型、方法、总体方案等要素。对舰载短波通信装备效能评估模型和方法进行研究，建立舰载短波通信效能评估关键底层指标计算模型，分析常用效能评估方法。

2.1 关键底层指标计算模型建模

无论是对舰载短波通信系统进行单指标效能评估还是综合效能评估，且无论建立什么样的指标体系，一些基础的底层指标计算模型的构建都是必不可少的，这些关键底层模型可能在多个不同指标体系和单一指标的计算中都要用到[2]，系统主要研究的底层指标计算模型包括信噪比/信干比、误码率和语音模糊度计算模型。它们之间及与其他指标、模型之间的关系如图1所示。

图1 关键底层指标计算模型关系图

通过各频段电波传播计算模型可以得到信噪比和信干比，由信噪比或信干比利用相关计算模型可算得误信率，其具体表示形式是误码率或语音模糊度，误信率又是计算有效电路数、系统抗扰度、信息延迟度、网路畅通率、任务完成度等上层指标的关键参数。由于篇幅限制，底层关键模型的具体建模过程不在此处详述。

2.2 效能评估方法分析

2.2.1 几种常用效能评估方法分析比较

目前，国内外建立的评估方法有数百种之多，这里只对其中较常用、已应用于舰载通信效能评估系统中的几种评估方法进行分析，对所涉及的常用评估方法的具体模型和算法不进行详细介绍，只对其进行概要性表述。表1列出了几种常用效能评估方法的特点和适用范围[3]。

表1 几种常用效能评估方法的特点和适用范围

2.2.2 基于主客观组合赋权的评估方法实施步骤

设={1，2，…，m}为评估对象集，={1，2，…，n}为指标集。运用基于主客观组合赋权的评估方法对舰载通信装备进行评估的步骤如下[4]。

通过基于标度扩展的AHP法计算主观权重，具体操作步骤如下。

第一步，根据评估专家意见，对评价指标按重要程度不减顺序建立顺序关系，假设当前建立的顺序关系为1＞2＞…＞n（“i＞j”表示i的重要性不低于j）。

第二步，通过专家调查等方法确定指标间的相对重要程度，设为1，2，2，3，…，n－1，n.

第三步，构造判断矩阵，为：

第四步，判断矩阵已具有一致性，无需进行一致性检验，可直接计算其最大特征值和相应的特征向量，从而得到各项指标的主观权重值。这里暂设得到的各指标主观权重值为1，2，…，n.

利用离差最大化法计算客观权重。

第一步，构造规范化评价矩阵。构造矩阵=（ij）n×m，其中ij为方案j关于指标j的评价值，将做规范化处理后得到规范化评价矩阵.

第二步，计算各指标客观权重值，此处设为1´，2´，…，n´.

利用基于目标规划的组合赋权法求综合权重。

第一步，利用上述得到的主、客观权重值构造矩阵

计算矩阵（T）T（T）的最大特征值及其对应的特征向量.

第二步，求出组合权向量=，对其做归一化处理后，得归一化组合权向量*.

根据指标的数值和权重即可利用加权和等集结方法计算总的效能值得出评估结果。

3 短波通信效能评估系统的总体设计

根据软件工程和系统工程的思想，结合UML建模技术，在对舰载短波通信效能评估系统进行功能分析和数据分析的基础上，以开放式、层次化、构件化的设计思路为指导，对效能评估系统软件架构进行设计和建模，确定了系统开发总体技术方案。

3.1 系统功能需求分析

舰载短波通信效能评估系统应能够支持对舰艇上短波系统进行不同层次的评估，同时，应支持对评估系统中的各种评估模型、方法和数据进行维护和管理。评估系统用户主要分为4类：指挥员、评估专家、通信专家和系统管理员。各类用户对系统的需求如图2所示。

图2 舰载短波通信效能评估系统UML用例图

指挥员是实施评估的主体，将利用本评估系统完成各种评估任务，进而参考评估结果进行决策。其需要评估的内容包括：①评估计算舰载短波通信某单项性能指标，获取短波通信某一方面状况的信息；②评估不同层次、规模舰载短波通信综合效能。

评估专家的主要任务是扩充评估系统中的算法、模型，对原有的需要修正的模型进行调整，删除已经无应用价值的需要淘汰的模型。其利用本系统完成的工作包括：维护管理各种组合评估模型、综合评估模型、赋权模型、集结模型、单指标计算模型和指标预处理模型等。

通信专家代表一类用户群，他们主要研究如何度量、评估短波通信某个方面性能指标的模型、算法，进而利用本评估系统扩充、维护单指标计算模型。

系统管理员是整个评估系统的管理者，能够对评估系统中的各种模型、算法进行维护之外，还需要管理评估系统的所有用户，如赋予不同用户以不同等级的权限、新增或删除系统用户等。

3.2 系统软件架构设计

舰载短波通信效能评估系统是能应用于多个装备层次、多种评估任务、由诸多功能相互配合构成的支持舰载短波通信效能评估全过程的应用系统。为此，舰载短波通信装备效能评估系统软件架构的设计采用了分层的思想，建立了支持增量式开发、功能模块重用的3层软件架构，即系统由表示层、逻辑层、数据层构成。

表示层主要指评估系统中使用的各种人机交互界面，主要包括单项效能和综合效能评估参数输入界面、组合评估模型可视化建模界面、单项效能计算模型管理界面、指标预处理模型管理界面、赋权模型管理界面、集结模型管理界面、综合评估模型管理界面、单项效能和综合效能评估结果显示界面等。

服务层位于表示层与数据层之间，为表示层提供业务处理服务，同时管理对数据层的访问。服务层内可进一步分为逻辑子层和管理子层。系统管理子层主要由单项效能计算模型库管理模块、组合评估模型库管理模块、赋权模型库管理模块、集结模型库管理模块、指标预处理模型库管理模块和综合评估模型库管理模块等组成。

数据层是系统赖以运行的基础，它包括单项效能计算模型库、综合评估模型库、组合评估模型库、赋权模型库、集结模型库、指标预处理模型库以及评估信息库等，内含了舰载短波通信效能评估的相关理论和方法，存储了大量有用信息，可由服务层中的管理子层的相应管理功能实现对其的增删、修改、信息提取等操作。

3.3 系统软件开发技术方案

根据对系统的分析，以开放式、构件化的软件开发思想指导，依照3层软件架构，确定评估系统软件开发采取以下关键技术方案。

3.3.1 模型、方法构件化

构件化软件开发技术是目前软件复用思想在软件工程应用中的前沿技术和热点之一。将评估系统中用到的各种模型、方法进行构件化设计和实现，从而真正从物理上实现分布式开发，加快理论方法工程化的进度，同时，能够更好地支持模型、方法的重用，使评估系统具有开放性、易于扩展。

3.3.2 XML与关系数据库相结合的数据管理

XML（Xtensible Markup Language，可扩展标记语言）是一种元标记语言，同时又是一套标准，由于它非常适合于描述结构化数据，一经面世就很快得到了业界的认可，并越来越广泛地应用于各种应用程序中。关系数据库基于关系模型，使用一系列表来表达数据以及这些数据之间的联系，适用于存储具有相同信息项的实体信息。将XML技术与关系数据库技术相结合，管理评估系统中使用的大量数据资源，可以充分发挥二者各自的优势，取得既易于分析理解又不失高效性的数据管理效果。

4 结束语

舰载短波通信效能评估系统是一个复杂的系统，涉及电波传播、电子对抗、仿真模拟等多个研究领域。本文结合短波通信效能评估系统的功能需求，形成了系统总体的设计方案，包括系统关键指标底层模型、效能评估方法和系统架构。评估系统实用效果的集中体现在于系统底层数据的准确性和系统的人机交互性。因此，后续底层数据的积累、验证和人机交互性的改进是提高舰载短波通信效能评估系统实用性的关键。

［1］甄涛，王平均，张新民.地地导弹武器作战效能评估方法［M］.北京：国防工业出版社，2005.

［2］邵国培，曹志俊.电子对抗作战效能［M］.北京：解放军出版社，1998.

［3］张杰，唐宏，苏凯.效能评估方法研究［M］.北京：国防工业出版社，2009.

［4］黄德才，郑河荣.AHP方法中判断矩阵的标度扩展构造法［J］.系统工程，2003，21（01）：105-109.

［5］Bass L，Clements P，Kazman R.Software Architecture in Practice［M］.Addison-Wesley Professional，2003.

［6］Andrew Troelsen.C#与.NET3.5高级程序设计［M］.北京：人民邮电出版社，2009.

TN925

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.22.027

2095－6835（2018）22－0027－03

〔编辑：张思楠〕