短波自適應通信系統綜合效能分析

李有才，王 歡，鄭春弟

（海軍陸戰學院，廣州510430）

0 引 言

短波自適應通信系統已經成為當今軍事通信領域的常用通信裝備，廣泛應用于陸基固定通信、海上艦船移動通信和陸海遠程通信等［1］，諸如單向與雙向、同頻與異頻、網址與全址等自適應網絡組織也趨于完善，但由于系統綜合效能受信道傳輸電磁環境、導頻探測選頻技術、實時信道估值設計、自適應選頻參數確定、自適應網絡組織形式等因素影響，具有不確定性與模糊性。其信息傳輸質量受大氣空間自然電磁環境、民用電磁干擾環境、敵我無意與有意干擾環境等諸多因素影響，造成系統綜合效能涉及的指標因子多，覆蓋的學科領域范圍廣，具有很大的不確定性。文章引用模糊集合或隸屬度函數的理論，利用模糊語言變量和模糊數適用于量化模糊信息的特點［2－3］，分析了短波自適應通信系統綜合效能評估指標體系，建立了效能評估模型，并利用層次分析法確定了指標權重，通過典型實例，驗證了本方法的可行性。

1 短波自適應通信系統效能評估指標體系

短波自適應通信系統與一般軍事通信系統一樣，基本要求是迅速、準確、保密、不間斷地傳輸與交換數據信息，平時強調信息傳輸的時效性、可靠性、互通性，戰時還強調保密性和抗擾性，按照這個要求，參照一般軍事通信系統網絡指標分類方法，并考慮短波自適應通信系統的特殊性，短波自適應通信系統綜合效能評估指標及分層結構圖如圖1所示。根據AHP的分層思想，短波自適應通信系統可以分為總目標層（A）、中間層（Bi）和指標層（Ci）。

時效性：是指系統在規定的時限內以最快的速度將信息傳遞給接收端的能力，以發射端開始承辦信息的時間與接收端收到信息并付之行動的開始時間差來衡量，系統時效性好則信息傳輸與交換的時間短，有利于指揮員迅速把握作戰行動的主動權。影響系統時效性的主要因素包括短波自適應選擇呼叫時間、短波自適應網絡用戶數量、短波自適應通信工作方式、短波自適應信息傳輸與處理時延等。

圖1 短波自適應通信系統綜合效能評估指標及分層結構圖

可靠性：是系統硬件設備穩定性和信息內容準確性的綜合指標，是指系統由于內部或外部影響因素發生變化，仍能可靠保障信息傳輸與交換的能力［4］。系統可靠性好則信息傳輸穩定或信息內容誤碼率低，有利于指揮員的正確決策和有效指揮。影響系統可靠性的主要因素包括短波自適應裝備平均無故障時間、短波自適應裝備平均維修時間、短波自適應通信信息誤碼（信）率、短波自適應網絡拓撲結構形式等。

抗擾性：是指系統在復雜電磁環境下，受到系統內部、外部無意或有意干擾時的信息傳輸能力［5］。系統抗擾性強則系統信息防御能力強，在信息對抗異常激烈的海戰場，獲得“制信息權”的可能性增大，系統信息作戰能力有保障。影響系統抗擾性的主要因素包括短波自適應網絡切換能力、短波自適應網絡重建時間、短波自適應通信信息類型、短波自適應信號覆蓋范圍。

安全性：是指系統將信息隱蔽、保密地傳輸給網內各節點，而不被敵方偵察、截獲、攻擊的能力。系統安全性強則被敵方偵測、獲取我方信息的幾率減小，受到敵干擾、攻擊的可能性降低，系統運行安全有保障。影響系統安全性的主要因素包括短波自適應信號功率強度、短波自適應通信反偵察能力、短波自適應加密與解密技術。

互通性：是指系統調制解調技術、編碼譯碼技術以及系統內部各接口間、系統與外部配套終端間的互聯互通能力，是衡量系統耦合性、兼容性、標準性、通用性的重要指標，是實現基于信息系統的信息融合、功能耦合、體系融合、能力聚合的根本保障。影響系統互通性的主要因素包括短波自適應各接口連接融合性、短波自適應網絡運行通用性等。

2 構建判斷矩陣并進行一致性檢驗

2.1 構建判斷矩陣

構建判斷矩陣實際上就是確定指標集上各指標的權重，即是以上一級的某個要素作為評價準則，對本級的要素進行兩兩比較來確定矩陣元素。對指標集上各指標權重的確定，一般采取層次分析法中薩蒂的九級標度確定判斷矩陣［6－7］，定義如表1所示。

表1 兩兩比較相對偏好判斷的九級標度

根據判斷的九級標度，可以建立判斷矩陣。表3～表8就是根據圖1短波自適應通信系統綜合效能評估指標及分層結構，按照評價準則建立的兩兩比較判斷矩陣。

2.2 計算相對權重

由于求解判斷矩陣的特征值和特征向量一般相當麻煩，通常采用近似解法——規范列平均法對判斷矩陣進行近似計算，得出下一級相對上一級的權重，其基本過程是：

（1）對n個因素C1，C2，…，Cn的判斷矩陣A′各列歸一化處理。假設A′＝［aij］n×n，

（2）計算判斷矩陣A′的特征矢量W＝ （w1，w2，…，wn）， 其 中wi根 據 下 式 計 算：wi

（3）計算判斷矩陣的最大特征值λmax，λmax＝

（4）計算各指標相對權重。求出判斷矩陣的最大特征根λmax的特征向量，然后進行歸一化處理，即可求出各指標因子對上一級的權重。

2.3 進行一致性檢驗

由于系統評價的復雜性和評價人的主觀性，判斷矩陣的傳遞性和一致性可能存在偏差，如果判斷矩陣的一致性越好，說明最大特征值λmax與A的階數n就越接近，因此可以根據最大特征值λmax來確定判斷矩陣A的一致性程度［8］。其步驟為：

（2）確定不同階數的隨機一致性指標IR。IR是多次重復進行隨機判斷矩陣特征值的計算后取其算術平均數獲取，具體數值如表2。

表2 不同階數的平均隨機一致性指標IR

（3）計算一致性比例RC。為度量不同階數判斷矩陣的不一致性，引入度量判斷矩陣偏離一致性的相對指標RC：RC＝IC／IR，一般情況下，當一個判斷矩陣的RC指標小于10%時，可以認為其一致性符合要求；如果一個判斷矩陣的RC指標大于10%時，則應重新進行元素的兩兩比較，對已建立的判斷矩陣進行調整，使之具有滿意的一致性。

3 基于模糊評判的短波自適應通信系統效能評估主要步驟

模糊綜合評判是把眾多的因素劃分為若干層次，每層只包含少量因素，先對最下層的各因素進行綜合，逐層往上評估直到最高層，得出最終評估結果。主要步驟：

（1）確定指標集合及其層次。根據圖1短波自適應通信系統綜合效能評估指標及分層結構圖，系統效 能 評 估 目 標 層 集 合 為A＝ （B1，B2，B3，B4，B5），子目標層的指標因子集合為B1＝

（2）明確效能評估指標相對權重。采取層次分析法中薩蒂的九級標度確定判斷矩陣，并計算各判斷矩陣的最大特征值λmax和最大特征值相對的特征向量W，W1，W2，W3，W4，W5然后進行歸一化處理，即可求出各指標因子對上一級的相對權重。

（3）構建效能評估影響因子指標層模糊判斷矩陣。將影響因子指標分成優秀、良好、一般、差4個等級，并采用專家打分的形式確定影響因子指標的隸屬度，獲得指標層判斷矩陣Pi和指標層Ci相對子目標層Bi的判斷矩陣Li。

（4）獲取目標層判斷矩陣。根據效能評估指標相對權重和影響因子模糊判斷矩陣，可以得出子目標層Bi相對目標層A的判斷向量和模糊關系矩陣P。

（5）根據最大隸屬度原則確定系統的綜合效能值，對評估結果進行定性描述解義。

4 基于模糊評判的短波自適應通信系統效能評估實例

4.1 兩兩比較法構造判斷矩陣

根據圖1短波自適應通信系統綜合效能評估指標及分層結構圖與薩蒂的九級標度準則，可以確定子目標層Bi相對目標層A的判斷矩陣及相對性權重，各影響因子Ci相對子目標層Bi的判斷矩陣及相對性權重，如表3～表8所示。

表3 子目標層Bi相對目標層A的判斷矩陣及相對性權重

表4 影響因子C1～C4相對子目標層B1的判斷矩陣及相對性權重

表5 影響因子C5～C8相對子目標層B2的判斷矩陣及相對性權重

表6 影響因子C9～C12相對子目標層B3的判斷矩陣及相對性權重

表7 影響因子C13～C15相對子目標層B4的判斷矩陣及相對性權重

表8 影響因子C16～C17相對子目標層B5的判斷矩陣及相對性權重

判斷矩陣一致性檢驗結果表明，各個指標判斷矩陣的RC指標都小于0.1，具有滿意的一致性，判斷矩陣不需要調整。

4.2 指標層評價與各層相對模糊評判矩陣

將17個影響因子指標層評語分為4級，分別為“優秀、良好、一般、差”，對各個指標進行評價時，采用專家打分法，邀請20位專家對指標進行評價，統計結果如表9所示。

表9 短波自適應通信系統指標層影響因子C評價統計表

根據上述表格，可以得到指標層影響因子模糊判斷矩陣Pi。比如針對指標“系統自適應選擇呼叫時間C1”，20位專家中2位專家認為為優秀，5位專家認為良好，10位專家認為一般，3位專家認為差，則評價指標分別為0.1，0.25，0.5，0.15，由此可以得出指標層的判斷矩陣為：

根據指標層影響因子模糊判斷矩陣Pi和表3～表8子目標層判斷矩陣WBi－C，可以得到指標層相對子目標層的模糊綜合評判矩陣：

則子目標層Bi相對目標層A的模糊關系矩陣

4.3 計算模糊綜合評語并轉換為系統綜合效能

根據上述關于子目標層Bi相對目標層A的判斷矩陣及相對性權重的分析，結合子目標層Bi相對目標層A的模糊關系矩陣的計算結論，按加權綜合型算法可以計算出系統模糊綜合評語E。

根據短波自適應通信系統的模糊綜合評語E＝（0.321 9，0.379 5，0.210 1，0.088 5），不難看出系統效能好壞的可能性分布為：優秀的可能性為0.321 9，良好的可能性為0.379 5，一般的可能性為0.210 1，差的可能性為0.088 5，根據模糊理論最大隸屬度原則，該系統綜合效能為良好，驗證了方法的可行性。

5 結束語

本文據短波自適應通信系統的特點，參照一般軍事通信系統網絡指標分類方法，構建了短波自適應通信系統效能評估指標體系；應用模糊數學基本理論和層次分析法基本步驟建立了多層模糊綜合評判數學模型，實現了對短波自適應通信系統效能的定量評估，通過典型實例驗證了方法的可行性。

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