基于AHP模糊綜合評(píng)價(jià)法的輻射源威脅等級(jí)評(píng)估

陳雅雯等

摘 要： 在網(wǎng)絡(luò)攻擊掩護(hù)戰(zhàn)機(jī)突防的網(wǎng)電對(duì)抗戰(zhàn)場(chǎng)中，如何對(duì)目標(biāo)組網(wǎng)雷達(dá)的威脅度進(jìn)行科學(xué)的評(píng)估，是網(wǎng)電對(duì)抗作戰(zhàn)指揮的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)組網(wǎng)雷達(dá)輻射源威脅等級(jí)評(píng)估指標(biāo)體系，結(jié)合層次分析法（AHP）和模糊綜合評(píng)價(jià)法的優(yōu)點(diǎn)，借助AHP計(jì)算指標(biāo)權(quán)重的優(yōu)勢(shì)，將定量與定性相結(jié)合，對(duì)組網(wǎng)雷達(dá)威脅度進(jìn)行評(píng)估，為網(wǎng)絡(luò)攻擊選擇目標(biāo)提供了理論依據(jù)。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該算法的正確性與有效性。

關(guān)鍵詞： 網(wǎng)電對(duì)抗； 組網(wǎng)雷達(dá)； 威脅評(píng)估； 層次分析法； 模糊綜合評(píng)價(jià)法

中圖分類號(hào)： TN95?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）19?0021?04

Threat degree assessment of radar radiation source based on

AHP?fuzzy comprehensive evaluation method

CHEN Ya?wen1， XIA Wei?jie1， WU Lian?hui1， ZHOU Meng?xiao1， ZHAI Yu?jia2

（1. Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Nanjing 210016， China；

2. Jiangsu Air Traffic Management Branch Bureau of CAAC， Nanjing 210000， China）

Abstract： In battlefield of penetration fighter covered by cyber attacks， It is an important part of operational command in cyberspace countermeasures to assess the threat degree of the netted radar system for target scientifically. According to the index system about the threat assessment of radar emitters for netted radar system， an evaluation method with the advantages of AHP and fuzzy comprehensive evaluation method is proposed for the assessment of radar emitters， which calculates the index weights with AHP and combines quantitative and qualitative algorithms. It provided a theoretical basis for selecting the target in cyber attacks. Simulation test shows the correctness and effectiveness of the method.

Keywords： cyberspace countermeasure； netted radar； threat assessment； AHP； fuzzy comprehensive evaluation method

0 引 言

輻射源威脅等級(jí)評(píng)估是指?jìng)刹鞕C(jī)利用偵察到的輻射源參數(shù)（載頻、重復(fù)頻率、脈沖寬度、方位）來(lái)評(píng)估威脅等級(jí)[1?6]。在網(wǎng)絡(luò)攻擊掩護(hù)戰(zhàn)機(jī)突防的網(wǎng)電對(duì)抗戰(zhàn)場(chǎng)中，如何對(duì)目標(biāo)組網(wǎng)雷達(dá)的威脅度進(jìn)行科學(xué)的評(píng)估與排序，是網(wǎng)電對(duì)抗作戰(zhàn)指揮的重要環(huán)節(jié)。雷達(dá)威脅等級(jí)評(píng)估的準(zhǔn)確性直接影響網(wǎng)電對(duì)抗作戰(zhàn)指揮決策的正確性。

針對(duì)組網(wǎng)雷達(dá)輻射源威脅等級(jí)的評(píng)估目前還鮮有文獻(xiàn)研究，也是網(wǎng)電對(duì)抗急需解決的問(wèn)題之一[7]。文獻(xiàn)[7]在電子戰(zhàn)中用層次分析法（AHP）對(duì)組網(wǎng)雷達(dá)輻射源威脅度進(jìn)行評(píng)估，但是層次分析法容易受主觀影響，而將層次分析法與模糊綜合評(píng)價(jià)法結(jié)合起來(lái)的評(píng)價(jià)方法，具有降低加權(quán)過(guò)程中人為的因素影響，能夠彌補(bǔ)單純使用AHP法的不足缺陷，從 而使評(píng)價(jià)結(jié)果更為合理、可靠[8]。

本文以網(wǎng)絡(luò)攻擊掩護(hù)戰(zhàn)機(jī)突防為背景，當(dāng)對(duì)抗資源以及時(shí)間有限時(shí)，需根據(jù)各雷達(dá)對(duì)戰(zhàn)機(jī)的威脅程度，優(yōu)先選擇網(wǎng)絡(luò)攻擊對(duì)象，修改威脅度最大的雷達(dá)的工作方式，從而降低雷達(dá)對(duì)戰(zhàn)機(jī)的威脅。本文結(jié)合層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法的優(yōu)點(diǎn)，先采用AHP建立了組網(wǎng)雷達(dá)輻射源威脅因素層次結(jié)構(gòu)圖，將專家評(píng)分法和定量計(jì)算相結(jié)合對(duì)指標(biāo)進(jìn)行量化，并求得各指標(biāo)的權(quán)重向量；然后，針對(duì)組網(wǎng)雷達(dá)中的雷達(dá)建立模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣，從而對(duì)各個(gè)雷達(dá)進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)，得到組網(wǎng)雷達(dá)中各個(gè)雷達(dá)的威脅等級(jí)，為網(wǎng)絡(luò)攻擊選擇目標(biāo)提供了理論支援。

1 組網(wǎng)雷達(dá)輻射源威脅評(píng)估指標(biāo)體系[7]

組網(wǎng)雷達(dá)輻射源威脅度受多因素影響，找出構(gòu)成威脅的各主要因素，建立合理的評(píng)估指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)是對(duì)目標(biāo)威脅度可靠評(píng)估的首要依據(jù)基礎(chǔ)[9]。在網(wǎng)電對(duì)抗中，通過(guò)各種電子偵察手段可以探測(cè)出目標(biāo)組網(wǎng)雷達(dá)輻射源的工作參數(shù)，并由此建立出評(píng)估指標(biāo)體系。組網(wǎng)雷達(dá)輻射源威脅度評(píng)估的指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 威脅度評(píng)估指標(biāo)體系分析

根據(jù)作戰(zhàn)要求，組網(wǎng)雷達(dá)輻射源威脅度評(píng)估指標(biāo)可以分為輻射源戰(zhàn)術(shù)威脅、輻射源探測(cè)威脅和輻射源對(duì)雷達(dá)網(wǎng)的貢獻(xiàn)能力3個(gè)一級(jí)指標(biāo)和10個(gè)二級(jí)指標(biāo)。

戰(zhàn)術(shù)威脅主要是指戰(zhàn)機(jī)突防過(guò)程中，由組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng)中各單部雷達(dá)與戰(zhàn)機(jī)的相對(duì)位置以及發(fā)射的信號(hào)強(qiáng)度而造成的威脅。一般而言，雷達(dá)與戰(zhàn)機(jī)距離越近，飛行方向夾角越小，發(fā)射的信號(hào)強(qiáng)度越大，則造成的威脅越大。

探測(cè)威脅主要是指組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng)中各單部雷達(dá)的探測(cè)能力對(duì)戰(zhàn)機(jī)的威脅。根據(jù)可偵察到的雷達(dá)參數(shù)可以分為數(shù)據(jù)率、波束寬度和波形特征。其中數(shù)據(jù)率越高，波束寬度越窄，雷達(dá)體制越先進(jìn)，則對(duì)戰(zhàn)機(jī)的威脅越大。

輻射源對(duì)雷達(dá)網(wǎng)的貢獻(xiàn)能力是指組網(wǎng)雷達(dá)中單部雷達(dá)對(duì)整體系統(tǒng)性能優(yōu)勢(shì)產(chǎn)生的影響。顯然，頻率貢獻(xiàn)因子、空域貢獻(xiàn)因子、極化貢獻(xiàn)因子越大，雷達(dá)體制越先進(jìn)，該雷達(dá)的威脅度越高。

1.2 評(píng)估指標(biāo)量化

在組網(wǎng)雷達(dá)威脅度評(píng)估指標(biāo)體系中，有些指標(biāo)是定性指標(biāo)，而有些則是定量指標(biāo)，需要對(duì)其進(jìn)行規(guī)范化處理來(lái)消除不同量綱的影響。

定量指標(biāo)是可以準(zhǔn)確數(shù)量定義的考核指標(biāo)。在圖1給出的評(píng)估指標(biāo)體系中，相對(duì)方位、相對(duì)距離、波束寬度、頻域貢獻(xiàn)因子以及極化貢獻(xiàn)因子等屬于定量指標(biāo)，本文采用文獻(xiàn)[7]給出的量化模型，以相對(duì)方位、波束寬度、頻域貢獻(xiàn)因子和極化貢獻(xiàn)因子為例，給出量化公式。

（1） 相對(duì)方位量化公式

相對(duì)方位[θ]是指戰(zhàn)機(jī)飛行方向與雷達(dá)之間的夾角。一般而言，相對(duì)方位越小，威脅度越大，所以相對(duì)方位的量化公式為：

[υθ=（180-θ）180] （1）

（2） 波束寬度量化公式

波束寬度指雷達(dá)主波束的寬度。可取最大值為[10°]，最小值為[0.1°]，波束寬度的量化公式為：

[υΔθ=（10-Δθ）9.9] （2）

（3） 頻率貢獻(xiàn)因子量化公式

在由[N]部雷達(dá)組成的雷達(dá)網(wǎng)中，每部雷達(dá)帶寬為[Δfn，][i=1，2，…，N]，那么雷達(dá)網(wǎng)頻譜寬度為：

[B=i=1NΔfn] （3）

則第[i]部雷達(dá)的頻率貢獻(xiàn)因子為：

[υf=ΔfnB] （4）

（4） 極化貢獻(xiàn)因子量化公式

雷達(dá)的發(fā)射波一般有垂直極化、水平極化、圓極化和橢圓極化等極化方式，因此，極化貢獻(xiàn)因子可以定義為該部雷達(dá)的極化方式數(shù)目與整個(gè)雷達(dá)網(wǎng)的極化方式數(shù)目之比，即：

[υj=nm] （5）

對(duì)于不可以準(zhǔn)確數(shù)量定義的定性指標(biāo)，如雷達(dá)體制和波形特征，則可以通過(guò)采用專家打分法，根據(jù)各雷達(dá)在組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng)中的重要性對(duì)其進(jìn)行量化。

2 基于AHP模糊綜合評(píng)價(jià)法的輻射源威脅等

級(jí)評(píng)估算法

層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法在解決多因素的復(fù)雜問(wèn)題時(shí)各有優(yōu)劣勢(shì)。層次分析法客觀性較高，但當(dāng)決定因素過(guò)多時(shí)，標(biāo)度工作量非常大，使得標(biāo)度過(guò)程復(fù)雜且易判斷混亂；而模糊綜合評(píng)價(jià)法工作量較小，但主觀性大。為了提高評(píng)估效率和準(zhǔn)確度，應(yīng)把兩種方法相結(jié)合作為輻射源威脅等級(jí)評(píng)估算法[10]。

2.1 AHP法確定指標(biāo)權(quán)重

2.1.1 建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)組網(wǎng)雷達(dá)輻射源的屬性，將評(píng)價(jià)因素分類組合，形成層次結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

2.1.2 構(gòu)造各層次判斷矩陣

采用1～9標(biāo)度理論，對(duì)同層因素兩兩比較建立判斷矩陣。對(duì)圖1二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行比較，得到判斷矩陣[A，][B，][C：]

[A=115135133131，B=123121213121，C=112213213112131133131]

對(duì)一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行比較，得到判斷矩陣[D]：

[D=12112113131]

2.1.3 計(jì)算各指標(biāo)相對(duì)權(quán)重向量

對(duì)于判斷矩陣：

[P=（pij）n×n=p11p12…p1np21p22…p2n????pn1pn2…pnn]

各指標(biāo)相對(duì)權(quán)重向量為：

[W=（w1，w2，…，wn）T] （6）

其中：

[wi=j=1npijni=1nj=1npijn， i=1，2，…，n]

因此可以得到上述四個(gè)判斷矩陣的權(quán)重向量為：

[W1=0.104 70.637 00.258 3，W2=0.539 60.297 00.163 4，W3=0.167 30.344 50.106 90.381 3，W4=0.387 40.169 20.443 4]

2.1.4 一致性檢驗(yàn)

采用層次分析法時(shí)，需要對(duì)判斷矩陣[P]進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，計(jì)算判斷矩陣[P]的最大特征根[λmax，]并計(jì)算一致性指標(biāo)[CI：]

[CI=（λmax-n）（n-1）] （7）

并求得一致性比例[CR：]

[CR=CIRI] （8）

其中，[RI]的值見(jiàn)表1。

表1 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)[RI]

[階數(shù)＼&[RI]＼&階數(shù)＼&[RI]＼&1＼&0.00＼&5＼&1.12＼&2＼&0.00＼&6＼&1.24＼&3＼&0.58＼&7＼&1.32＼&4＼&0.90＼&8＼&1.41＼&]

當(dāng)[CR<0.10]時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接受的，否則應(yīng)對(duì)判斷矩陣做適當(dāng)修正。

根據(jù)式（7）對(duì)上述四個(gè)判斷矩陣進(jìn)行一致性判斷，各判斷矩陣的[CR]值均小于[0.10]，說(shuō)明2.1.2節(jié)構(gòu)造的判斷矩陣滿足一致性要求。

2.2 模糊綜合評(píng)價(jià)

2.2.1 確定模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣

根據(jù)1.2節(jié)的知識(shí)，分別采用量化公式和專家打分法對(duì)每個(gè)需要進(jìn)行威脅等級(jí)評(píng)估的雷達(dá)進(jìn)行指標(biāo)量化，得到模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣[R。]

2.2.2 綜合評(píng)價(jià)

對(duì)于圖1所示的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，某部雷達(dá)的模糊一級(jí)綜合評(píng)價(jià)的公式為：

[Bi=WTi?Ri] （9）

式中：[Bi]為一級(jí)指標(biāo)中第[i]個(gè)指標(biāo)所包含的下級(jí)因素對(duì)其綜合模糊運(yùn)算結(jié)果；[Wi]為一級(jí)指標(biāo)中第[i]個(gè)指標(biāo)下級(jí)因素權(quán)重向量；[Ri]為一級(jí)指標(biāo)中第[i]個(gè)指標(biāo)下級(jí)因素的模糊評(píng)價(jià)矩陣；運(yùn)算符“[?]”為合成算子，此處取普通矩陣算法。

該部雷達(dá)的二級(jí)綜合評(píng)價(jià)公式為：

[B=WT?R] （10）

式中：[B]為一級(jí)指標(biāo)的模糊運(yùn)算結(jié)果；[W]為一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重向量；[R]為一級(jí)指標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)矩陣，即：

[R=B1B2B3] （11）

3 實(shí)例分析

在某次網(wǎng)電對(duì)抗中，突防飛機(jī)欲穿越區(qū)域共有5臺(tái)雷達(dá)組網(wǎng)，用電子偵察手段得到的各雷達(dá)的參數(shù)見(jiàn)表2。

用1.2節(jié)的量化公式和專家打分法對(duì)每個(gè)雷達(dá)進(jìn)行指標(biāo)量化，見(jiàn)表3。

表3 組網(wǎng)雷達(dá)各雷達(dá)量化指標(biāo)

由模糊綜合評(píng)價(jià)法可以知道，權(quán)重值越大說(shuō)明該雷達(dá)的威脅度越大，因此，雷達(dá)Ⅱ的威脅級(jí)別最高，其次是雷達(dá)Ⅰ、雷達(dá)Ⅴ、雷達(dá)Ⅲ、雷達(dá)Ⅳ。從表3可知，雷達(dá)Ⅲ和雷達(dá)Ⅳ的體制和探測(cè)能力相同，并且在組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng)中的貢獻(xiàn)能力也相同，但是由于雷達(dá)Ⅲ對(duì)突防飛機(jī)的輻射戰(zhàn)術(shù)威脅更高，所以其最終的威脅度也比較高。因此，可以看出該組網(wǎng)雷達(dá)輻射源威脅等級(jí)評(píng)估方法適用于網(wǎng)電對(duì)抗戰(zhàn)機(jī)突防情況。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文研究了網(wǎng)絡(luò)攻擊掩護(hù)戰(zhàn)機(jī)突防背景下的組網(wǎng)雷達(dá)輻射源威脅等級(jí)評(píng)估，提出了基于AHP的模糊綜合評(píng)價(jià)法的輻射源威脅等級(jí)評(píng)估算法，該方法借助于AHP計(jì)算指標(biāo)權(quán)重的優(yōu)勢(shì)，將定量與定性相結(jié)合，合理處理了指標(biāo)因素的不確定性。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該算法的正確性和有效性，為網(wǎng)絡(luò)攻擊選擇目標(biāo)提供了理論依據(jù)。

注：本稿為江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目。

參考文獻(xiàn)

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該部雷達(dá)的二級(jí)綜合評(píng)價(jià)公式為：

[B=WT?R] （10）

式中：[B]為一級(jí)指標(biāo)的模糊運(yùn)算結(jié)果；[W]為一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重向量；[R]為一級(jí)指標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)矩陣，即：

[R=B1B2B3] （11）

3 實(shí)例分析

在某次網(wǎng)電對(duì)抗中，突防飛機(jī)欲穿越區(qū)域共有5臺(tái)雷達(dá)組網(wǎng)，用電子偵察手段得到的各雷達(dá)的參數(shù)見(jiàn)表2。

用1.2節(jié)的量化公式和專家打分法對(duì)每個(gè)雷達(dá)進(jìn)行指標(biāo)量化，見(jiàn)表3。

表3 組網(wǎng)雷達(dá)各雷達(dá)量化指標(biāo)

由模糊綜合評(píng)價(jià)法可以知道，權(quán)重值越大說(shuō)明該雷達(dá)的威脅度越大，因此，雷達(dá)Ⅱ的威脅級(jí)別最高，其次是雷達(dá)Ⅰ、雷達(dá)Ⅴ、雷達(dá)Ⅲ、雷達(dá)Ⅳ。從表3可知，雷達(dá)Ⅲ和雷達(dá)Ⅳ的體制和探測(cè)能力相同，并且在組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng)中的貢獻(xiàn)能力也相同，但是由于雷達(dá)Ⅲ對(duì)突防飛機(jī)的輻射戰(zhàn)術(shù)威脅更高，所以其最終的威脅度也比較高。因此，可以看出該組網(wǎng)雷達(dá)輻射源威脅等級(jí)評(píng)估方法適用于網(wǎng)電對(duì)抗戰(zhàn)機(jī)突防情況。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文研究了網(wǎng)絡(luò)攻擊掩護(hù)戰(zhàn)機(jī)突防背景下的組網(wǎng)雷達(dá)輻射源威脅等級(jí)評(píng)估，提出了基于AHP的模糊綜合評(píng)價(jià)法的輻射源威脅等級(jí)評(píng)估算法，該方法借助于AHP計(jì)算指標(biāo)權(quán)重的優(yōu)勢(shì)，將定量與定性相結(jié)合，合理處理了指標(biāo)因素的不確定性。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該算法的正確性和有效性，為網(wǎng)絡(luò)攻擊選擇目標(biāo)提供了理論依據(jù)。

注：本稿為江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目。

參考文獻(xiàn)

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該部雷達(dá)的二級(jí)綜合評(píng)價(jià)公式為：

[B=WT?R] （10）

式中：[B]為一級(jí)指標(biāo)的模糊運(yùn)算結(jié)果；[W]為一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重向量；[R]為一級(jí)指標(biāo)的模糊評(píng)價(jià)矩陣，即：

[R=B1B2B3] （11）

3 實(shí)例分析

在某次網(wǎng)電對(duì)抗中，突防飛機(jī)欲穿越區(qū)域共有5臺(tái)雷達(dá)組網(wǎng)，用電子偵察手段得到的各雷達(dá)的參數(shù)見(jiàn)表2。

用1.2節(jié)的量化公式和專家打分法對(duì)每個(gè)雷達(dá)進(jìn)行指標(biāo)量化，見(jiàn)表3。

表3 組網(wǎng)雷達(dá)各雷達(dá)量化指標(biāo)

由模糊綜合評(píng)價(jià)法可以知道，權(quán)重值越大說(shuō)明該雷達(dá)的威脅度越大，因此，雷達(dá)Ⅱ的威脅級(jí)別最高，其次是雷達(dá)Ⅰ、雷達(dá)Ⅴ、雷達(dá)Ⅲ、雷達(dá)Ⅳ。從表3可知，雷達(dá)Ⅲ和雷達(dá)Ⅳ的體制和探測(cè)能力相同，并且在組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng)中的貢獻(xiàn)能力也相同，但是由于雷達(dá)Ⅲ對(duì)突防飛機(jī)的輻射戰(zhàn)術(shù)威脅更高，所以其最終的威脅度也比較高。因此，可以看出該組網(wǎng)雷達(dá)輻射源威脅等級(jí)評(píng)估方法適用于網(wǎng)電對(duì)抗戰(zhàn)機(jī)突防情況。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文研究了網(wǎng)絡(luò)攻擊掩護(hù)戰(zhàn)機(jī)突防背景下的組網(wǎng)雷達(dá)輻射源威脅等級(jí)評(píng)估，提出了基于AHP的模糊綜合評(píng)價(jià)法的輻射源威脅等級(jí)評(píng)估算法，該方法借助于AHP計(jì)算指標(biāo)權(quán)重的優(yōu)勢(shì)，將定量與定性相結(jié)合，合理處理了指標(biāo)因素的不確定性。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該算法的正確性和有效性，為網(wǎng)絡(luò)攻擊選擇目標(biāo)提供了理論依據(jù)。

注：本稿為江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目。

參考文獻(xiàn)

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