基于灰色层次分析法的机动通信系统效能评估

胡昌栋，滑 楠，岳地久，张永顺

（1.空军工程大学信息与导航学院，西安 710077；2.解放军78156 部队，重庆 400039）

0 引言

机动通信保障涉及不同层次对象，指挥协同复杂，通信手段及网系组织灵活，因此，对其系统效能的评估包含指标因素多、数据采集量化难、外界环境影响大。当前对于通信基础网络效能评估的研究比较广泛，如巴宏欣等［1-2］研究了通信基础网络效能评估理论模型；魏德宾等分别运用ANP 和云模型［3］、BP 神经网络［4］、基于熵权的改进ADC 法［5］对军事通信系统效能进行了评估，但对机动通信系统效能评估方面的研究还比较欠缺，仅见李承剑等重点评估了机动通信网络的抗毁性［6］及生存能力［7］等单项系统效能。此外，通信系统效能评估中存在的评估方法复杂［3-7］、指标体系简化［8-9］等不足，也制约了实际作战中的推广运用。

层次分析法是一种将定性分析与定量评价相结合的系统分析方法，原理简单、计算方便、灵活性强［9］，善于进行多指标复杂系统的效能评估；同时，灰色系统理论适合处理模糊信息问题［10］，能够有效降低专家主观因素影响；通过将层次分析法和灰色系统理论科学结合运用，能够有效提高机动通信系统效能评估的效率和精度。

1 评估指标体系

1.1 机动通信系统效能定义

机动通信系统不同于武器系统直接参与作战打击活动，属于信息通信保障力量。参照美国工业界武器系统效能咨询委员会（WSEIAC）建立的效能概念：系统效能是指系统能够满足（或完成）一组特定任务要求的量度［11］，机动通信系统效能可以定义为：在信息化作战条件下，机动通信系统完成规定的信息通信保障任务时所能达到的预期目标的量度。

1.2 指标体系建立

基于层次分析法，注重融入实战要素，将影响机动通信系统效能的关键因素概括为基础通信能力、机动部署能力、系统抗毁能力、环境适应能力和指控人员能力5 个方面，区别于理想状态下的效能分析，着重加强了对环境适应能力和指控人员能力的考量，增强了指标体系的完善性和有效性。如图1所示。

1.3 指标体系分析

机动通信系统效能评估指标体系复杂，为兼顾效能评估的有效性和实用性，综合考虑各方面因素的同时降低计算难度，通常以第四级指标具体量化参数为基础，组织专家对第三级指标进行客观打分，打分结果作为综合评估的依据。

1.3.1 定性指标的量化

效能评估指标体系中的动中通信质量、反侦察能力、抗电磁干扰能力、抗敌电磁摧毁能力、反辐射攻击能力、网络安全防护能力、选址部署能力等定性指标，往往由于影响因素的复杂性和主观判断的模糊性，专家很难确保评判尺度的一致性，需进一步量化处理才能用于运算。通过将定性评判语言分为9 个等级进行量化，好、较好、一般、差、很差，分别对应9、7、5、3、1，介于两等级之间取中值，专家根据各指标的评判语言等级进行打分，提高了量化的准确性和一致性。

1.3.2 定量指标的计算

结合具体任务，通过计算解析、数据统计、模拟仿真的方法给出定量指标参数。如下页表1 所示。

2 灰色层次评估模型

灰色系统理论和层次分析方法各具优点，运用层次分析法建立指标体系计算指标权重简便易行；利用灰色系统理论完成指标量化建立评估矩阵准确度高；灰色层次分析法科学结合两种方法的优点进行效能评估客观实用。

2.1 指标权重计算

对指标体系中同一层次指标两两进行对比，采用1-9 的比例标度［12］进行量化，形成判断矩阵A。计算判断矩阵A 的特征向量W 与特征根max，归一化的特征向量W 的分量Wi即是本层次单指标的权重。同时，为确保指标权重的可靠性，需要对判断矩阵进行一致性检验，当CR＜0.10（其中RI=1.45［12］）时，满足一致性要求，否则就需要对判断矩阵进行调整。算法如下：

图1 机动通信系统效能评估指标体系

表1 机动通信系统效能评估定量指标数据统计及计算解析方法

2.2 确定评估样本矩阵

对第4 级指标参数进行采集量化，由该领域具有代表性的M 个专家依据第4 级指标量化的客观数据对第3 级指标进行10 分制打分，构造评估样本矩阵D，元素dijk代表第k（k=1，2，…，m）位专家对评估指标Cij的打分，则D 为：

2.3 确定评估灰类

确定评估灰类的等级数、灰数及白化权函数。本文将评分标准设定4 个等级，如表2 所示。

表2 评分等级标准

结合评分等级标准，共设定4 个评估灰类，对应的白化权函数及函数图如图2 所示。

1）第1 类“优”（e=1），灰数为⊕∈［0，9，+∞），白化权函数及函数图2（a）为：

3）第3 类“中”（e=3），灰数为⊕∈［0，5，10），白化权函数及函数图2（c）为：

4）第4 类“差”（e=4），灰数为⊕∈［0，3，6），白化权函数及函数图2（d）为：

图2 函数图形

2.4 计算灰色评估矩阵

综合Bi所属指标Cij的灰色评估权向量rij，构成灰色评估矩阵Ri：

2.5 灰色综合评估

3 算例分析与验证

以某边境高原地区机动通信保障任务为背景，该任务面临的形势特点主要有以下几点：1）海拔较高，气候恶劣，昼夜温差较大，对人员装备环境适应能力要求高；2）保障区域范围较大，山地地形崎岖，车辆通行难度大；3）保障区域基础网系建设薄弱，通信盲区多，可用民用通信资源较少；4）保障周期长，对持续保障能力提出较高要求；5）战场环境复杂，需加强电磁、网络、人员、装备安全防护。

3.1 指标权重计算

3.1.1 形成判断矩阵

3.1.2 计算指标权重

经检验，矩阵皆满足一致性要求。

3.1.3 层次总排序结合层次单排序进行层次总排序，总排序结果可以直观反映指标的重要程度。如表3 所示。

3.2 确定评估样本矩阵

3.2.1 指标量化

通过收集计算相关参数，对第4 级指标进行量化，如下页表4 所示。

3.2.2 专家打分

组织5 名专家结合第4 级指标量化数据对第3级指标进行客观打分，如表5 所示。

3.3 计算评估权矩阵

指标C11各灰度的评估系数为：

总灰色评估系数为：

灰类评估权向量为：

同理，可求得其余评估指标的灰类向量，并通过组合得到灰色评估权矩阵Ri。

表3 第3 级指标层次总排序

表4 某机动通信系统指标参数信息（数据仅供参考）

表5 机动通信系统效能评估指标评分表

3.4 灰色综合评估

准则层B 的灰色评估结果为：

目标层Q 的灰色评估结果为：

综合评估值为：

经判定，机动通信系统效能评估为“良”。

3.5 评估结果分析

在自然环境恶劣、保障区域大、任务要求高的背景下，该单位的机动通信系统效能评估为“良”，基本能够满足此次信息通信保障任务。但从指标参数和评估过程来看，仍有一些问题需要立即解决：如作战区域覆盖率不足的问题，应及时上报、协调友邻组织力量加强；油料、食品、水供储率不足等问题，应预先筹划及时做好跟进保障；备品备件、后勤车辆、防护和伪装器材满编率低等问题，应及时配发增补。另外，长期固有的问题也应集中抓好整改，如基础网系建设不足、通信盲区大等问题，需要持续加强建设；机动通信力量的编配问题也需进一步论证调整；高原山地环境下，装备适应性差、平均效能下降、车辆机动能力不足等问题需要专项研究解决；同时，优秀指挥员、技术能手、专业骨干的培养也需长期抓好落实。

4 结论

针对机动通信系统效能评估指标因素多、信息不完整、评估方法复杂等难点，本文提出了基于灰色层次分析法的机动通信系统效能评估方法。结合算例，对高原高寒环境下机动通信系统效能进行了评估，评估结果与实际相符，通过对指标参数和评估过程的分析，帮助查找了机动通信系统建设和组织运用中存在的不足，针对性地提出了意见建议，验证了方法的有效性、科学性和实用性。