基于層次分析法的散射通信系統效能評估模型

姚　敏，王　東

(中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081)

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基于層次分析法的散射通信系統效能評估模型

姚敏，王東

(中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081)

摘要：針對當前信息化作戰的特點，對通信系統效能的評估應該以其綜合效能指標作為最終標準?；诖艘?，提出了以AHP(層次分析法)為基礎的通信系統效能評估方法，利用AHP建立易于對通信系統效能進行分析的層次結構模型，通過層次單排序以及總排序確定底層各單項指標相對于通信系統效能的最終權重值矩陣，確定了評估模型的參數。通過對具體散射系統采用此方法進行評估，驗證了該方法的科學性、合理性。

關鍵詞：散射通信；效能評估；層次分析；權重值矩陣

0引言

系統效能評估模型在裝備研制過程中，對在役裝備、待研裝備和研制中的裝備的效能進行定量評估，為裝備論證、研制、試驗和使用中的科學決策提供依據，為不同方案的比較提供定量數據[1]。通過對各種來源的數據進行分析處理[2]，對所研究的體系進行效能評估，確定其是否達到期望的水平，找出其薄弱環節，從而為改進體系的優化改進提供依據。

1層次分析法

系統效能分析法認為系統的效能指標(Measurements of Effectiveness，MOE)應該反映系統在規定的環境和背景條件下完成使命任務的程度，觀測系統的運行軌跡和預期軌跡相重合的比率，反映成為一個概率值，用于評價系統的效能[3]。

目前，科研人員研究的系統評估建模方法有很多，基本上可以總結為層次分析法[4]、ADC分析法[5]、MAU分析法、神經網絡法以及模糊層次分析法(FAHP)。本文僅就層次分析法進行介紹。

層次分析法AHP(Analytic Hierarchy Process)是美國運籌學家Saaty提出的一種系統分析方法，相對其他系統效能評估方法，它較為容易被工程人員所接受，目前的應用較多。這種方法的特點是將一個復雜的問題根據目標、指定準則或者結構，按照層次展開，形成性能指標樹，然后利用下層模型連貫的、一致的、詳盡的輸出來表述系統效能，它成為緊鄰上層模型的輸入。此時，可以利用德爾菲法將系統中人的主觀因素通過加權的方法融入評估體系。

基于層次分析法的通信系統效能評估體系是對系統應用需求總目標的逐級分解、細化的結果[6-7]。一般采取樹狀結構的層級體系來構建通信系統效能評估指標體系。具體層次結構是：最頂層只有一個要素，即通信系統的效能[8]；第2層有若干要素，反映的是通信系統應該具備的若干性能與指標，且每個要素都包含有一個權重值wi，反映該要素在系統效能中所占的地位；然后把每一要素在根據其特點劃分為若干子要素，便形成第3層，其反映的是系統應該具備的哪些具體的能力。第3層每一項要素的參數包含2項：本項表現效能的量化值Cij，以及本項在所屬體系中所占的權重wij。然后通過計算，得出系統效能A，用于評價整個系統的效能[8]。一般計算A都用加權求和法：

(1)

2層級分析法的指標體系建模

指標體系是對評估對象各類指標間關系的有序組織。它是通過對同一類評估對象各種特性逐層抽取，而得到的描述指標間的依賴關系的有向圖。除頂層指標外，指標體系中的每一個指標都有權重，根據權重，通過從指標樹的葉子節點逐層加權可以逐步求取最頂層指標的評估結果，得到對評估對象的整體評價[9]。

一般來說，目前研究通信系統表現效能評估的探索都是在層級法的基礎上，研究這樣如何量化項目評價權重wij[10]。以散射通信系統為例。根據其戰場的實際需求，可以構建起評價指標體系，如圖1所示。

圖1　散射通信系統評價指標體系

2.1項目評價權重值判斷矩陣的生成

項目評價權重值與該系統的重要程度相關。因此首先需要對項目元素的重要程度進行量化分析[11]。為了量化項目元素之間的相對重要程度，得到判斷矩陣中每個元素aij的數值，本文采用Saaty提出的1～9標度法[12]，如表1所示。

表1　1～9標度值

2.2層次單排序的計算

(2)

式中，n為對應判斷矩陣的列數。

然后，計算出該判斷矩陣的一致性指標：

(3)

式中，λmax為該陣的最大特征值。

對該一致性指標CI，利用表2中的RI值，進行一致性檢驗。如能確定CR<0.1,則說明矩陣滿足一致性要求，否則返回重新調整判斷矩陣。

CR=CI/RI。　(4)

2.3系統評價的生成

在得到所有層級的權值向量后，只要得到各個要素的表現值，便可根據式(1)計算出系統的評價值。理論上說，在得到各個要素表現量化值的過程中，希望打分的來源越廣泛越好。對于多來源分數的融合算法，本文不多做介紹。

2.4層次總排序的計算

層次總排序是層次結構中從第2層開始知道最底層為止所有元素相對于系統總評價指標的綜合排序。

有些時候，在評價系統效能時，還希望能分析出系統所有要素中，哪些要素更為重要。此時，就需要引入系統要素的層次總排序，計算所有要素在系統層次總排序的權重值。對應權值越高的要素，其重要性就越高。

以本文介紹的散射通信系統為例，計算其層次總排序時，可將其第3層的單排序權值矩陣進行分列合并，形成一個m×n維的矩陣W3，然后將其與系統目標層級的矩陣相乘，即可得到層次總排序，從而確定系統每個要素在系統中的地位。

3散射通信系統的效能評估

首先根據系統使用經驗和專家的建議，結合表1中的內容，可以生成判斷矩陣如下：

A級-系統目標：

從A級矩陣可以看出，對于散射通信系統，通信保障能力和通信機動能力同等重要，而其通信反對抗能力的重要性略次于通信保障能力和通信機動能力。這是由于散射通信本身的機理，使得散射通信的反對抗能力較強，無需為其作過多配置。

以此類推，得到各級項目的判斷矩陣如下：

系統各元素重要等級權值總排序結果如圖2所示。從圖2中可以看出，對應散射通信系統而言，最關鍵的要素是開通時間，其次是通信距離。

圖2　散射系統元素重要等級權重比例圖

請專家和用戶對該散射通信系統各項要素的表現打分，根據2.4節對分數綜合后，評估結果如表3所示。

從表3中可以看出，該型設備的通信保障能力和對抗能力的表現良好，但是其機動能力還顯不足，主要表現在開通時間不令人滿意，從而拖累了整體系統效能數值。這一結果與用戶的反饋是一致的。

表3　散射通信設備能力評估表

4結束語

通信系統效能評估方法有很多，各種方法都具有其各自的特點和應用場合。本文介紹的基于層級分析法的效能評估模型，是一種簡單、可行，且通用性較強的軍事用新效能評估方法。

參考文獻

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Effectiveness Evaluation Model for Troposcatter Communication System Based on AHP

YAO Min,WANG Dong

(The 54th Research Institute of CETC,Shijiazhuang Hebei 050081,China)

Abstract：In view of the characteristics of information warfare,the evaluation of communication system should take its comprehensive effectiveness as final standard.Based on this requirement,an effectiveness evaluation model based on AHP (Analytic Hierarchy Process) is proposed to evaluate the effectiveness of communication system.With a hierarchical model for communication system,the weight matrix for the items of system is defined by hierarchical single sequence and total sequence.This model is used in some troposcatter communication system and the application results show that this model is scientific and reasonable.

Key words：troposcatter communication;effectiveness evaluation;AHP;weight matrix

中圖分類號：TN915

文獻標志碼：A

文章編號：1003-3114(2016)03-26-3

作者簡介：姚敏(1977—)，女，工程師，主要研究方向：通信系統。王東(1976—)，男，高級工程師，主要研究方向：通信系統。

收稿日期：2016-01-11

doi:10.3969/j.issn.1003-3114.2016.03.07

引用格式：姚敏，王東.基于層次分析法的散射通信系統效能評估模型[J].無線電通信技術,2016,42(3):26-28.