基于FCE與AHP的長波甚低頻固定通信臺站綜合防御效能評估*

龔正霞 李有才 石波涌

(1.92665部隊 慈利 427200)(2.海軍陸戰學院 廣州 510430)

基于FCE與AHP的長波甚低頻固定通信臺站綜合防御效能評估*

龔正霞1李有才2石波涌1

(1.92665部隊 慈利 427200)(2.海軍陸戰學院 廣州 510430)

海軍艦艇(船)歷來是軍事強國走出國門、走向海洋的重要移動平臺,而長波甚低頻通信是海軍艦艇(船)遠程應急通信保障的主要手段之一。論文在基于模糊理論與層次分析法(AHP)的基礎上,構建了長波甚低頻固定通信臺站綜合防御效能評估指標體系,實現了對長波甚低頻固定通信臺站綜合防御效能的定量評估,分析結果驗證了方法的有效性。

綜合防御; 層次分析法; 效能評估; 長波固定通信臺站

(1. No. 92665 of Troops of PLA, Cili 427200)(2. Naval Marine Academy, Guangzhou 510430)

Class Number TN915

1 引言

長波甚低頻通信是指頻率為3kHz～30kHz范圍內的無線電電磁波,借助大氣電離層下邊緣“D”層與大地表面之間形成的同心球殼波導,進行多次反射而實現信息傳播與交換的通信方式,相對高頻短波通信來講,具有穩定性高、傳輸衰減小、穿透海水的能力強等特點,且不受晝夜、季節、氣候條件和磁暴、太陽黑子、電離層騷動的影響,備受歐美等發達國家海軍的高度重視[1～2]。長波甚低頻通信固定臺站平時除保障潛艇航渡、訓練和遠海執行特殊任務的指揮通信保障外,同時也肩負著為中遠海大型艦船進行衛星、導彈跟蹤、測量、海洋考察等提供穩定可靠的通信鏈路和應急通信保障;戰時既是中遠海水面艦船,尤其是核動力潛艇遂行遠程戰略通信的有效手段,又是潛艇與潛艇、潛艇與水面艦船之間轉信的重要橋梁。當前,面對軍事強國低空、超低空以及隱身遠程作戰平臺的廣泛應用,面對強國高超音速滑翔精確制導武器的快速發展,長波甚低頻通信固定臺站綜合防御能力顯得十分重要。

目前,海軍長波甚低頻通信臺站建設相當成熟,通過幾代人的努力,基本構建了大型與中型、本地與遙控、單機與并機、雙路與多路、人工與自動、低速與高速等多功率大小、多業務形式、多傳輸鏈路、多組織方式選擇的網絡體系。但由于長波甚低頻固定通信臺站綜合防御能力涉及反偵察抗干擾能力、防地面點穴襲擾破壞防護措施、防制導武器攻擊摧毀戰術落實、防核化生武器殺傷的防護組織等,其綜合防御效能受強敵偵察與干擾裝備戰技性能、強敵遠程攻擊武器突防能力、我臺站部署位置縱深、臺站周邊自然地理環境、臺站電波傳播方向電導率分布、臺站系統裝備軟硬件技術等諸多因素影響,造成臺站綜合防御效能涉及的指標多,覆蓋的學科領域范圍廣,具有很大的不確定性。長波甚低頻通信固定臺站綜合防御是一個系統工程,不論是防空中火力摧毀,防地面點穴與襲擾,防核化生殺傷性破壞的硬防御,還是防偵察、防干擾的軟防御,其綜合防御效能指標很難嚴格歸類。比如安全保密、偽裝欺騙既是防空中火力摧毀、防地面點穴與襲擾的主要措施,又是防偵察、防干擾的重要手段。因此,評估指標體系中的大多指標都是綜合指標,具有隨機因素和模糊因素。基于模糊理論與AHP的綜合評判方法,提供了一種定量與定性相結合的分析方法,能更好地揭示評價對象的模糊概念,使評估結果具有較高的可靠性、邏輯性和規范性[3～4]。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[5～6],分析了臺站綜合防御效能評估指標體系,建立了效能評估模型,并利用AHP方法確定了指標權重,通過典型實例,驗證了本方法的可行性。

2 長波甚低頻固定通信臺站綜合防御效能評估指標體系

長波甚低頻固定通信臺站綜合防御與其它重要軍事通信基地、通信樞紐、指揮控制中心一樣,基本要求是科學防御、可靠防御、有效防御,平時強調反偵察、反襲擾、反破壞和全領域安全保密,戰時還強調反干擾、抗摧毀、防核化生武器殺傷等,按照這個要求,參照一般軍事信息通信樞紐防御效能指標分類方法,并考慮長波甚低頻固定通信臺站的特殊性,長波甚低頻固定通信臺站綜合防御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,長波甚低頻固定通信臺站綜合防御效能可以分為總目標層(A)、中間層(Bi)和指標層(Ci)三個層次。

圖1 長波甚低頻固定通信臺站繞合防御效能評估指數及分層結構圖

臺站通信反偵察能力B1:是指臺站為防止強敵獲取并利用我方臺站基礎設施情況、通信樞紐布局、指揮控制能力、發展建設趨勢和電磁輻射信號特征而采取的防護能力[7]。臺站通信反偵察能力越強則臺站綜合防御效能越高。它與敵對我長波甚低頻臺站的情報偵察能力和我臺站裝備反偵察技術含量、反偵察戰術對策運用水平、反偵察欺騙偽裝效果等要素有關,即臺站信息通信內容、通信傳輸、通信設施、通信文件保密和通信人員管理越到位,甚低頻網絡組織、甚低頻信號屏蔽、甚低頻信號反偵察戰術行動越創新,甚低頻信號偽裝、甚低頻信號欺騙和甚低頻信號冒充戰法運用越全面,臺站通信反偵察能力越強。

臺站通信抗干擾能力B2:是指臺站為降低或消除敵方電子干擾對己方電子信息系統和設備使用效能的影響而采取的技術措施及戰術行動防護能力[8]。臺站通信反偵察能力越強則臺站綜合防御效能越高。它與敵對我長波甚低頻臺站的通信干擾能力和我臺站裝備反干擾技術含量、反干擾戰術對策運用水平、反干擾的臺站或網絡轉換能力等要素有關,即臺站甚低頻收發信裝備反干擾技術含量越高新,甚低頻信號反干擾戰術行動越靈活,甚低頻工作方式特征轉換、大中型臺站轉換、多功能業務終端轉換、不落地網絡體系轉換等越迅速,臺站通信抗干擾能力越強。

臺站防地面點穴襲擾破壞能力B3:是指臺站為防止潛入我境內的敵特分子或特戰分隊,滲入我臺站戰略縱深,破壞我收發信機房、洞庫指揮中心、天線塔、調諧亭、天線地網等重要設施或對我防衛兵力進行伏擊、對臺站周邊民眾進行攻心策反而采取的防護能力。臺站防地面點穴襲擾破壞能力越強則臺站綜合防御效能越高。它與敵對臺站地面點穴滲透與破壞能力、臺站通信樞紐的防滲透能力、臺站重要設施的防破壞能力、臺站官兵及周邊民眾的抗敵攻心策反能力等要素有關,即臺站重要部位的兵力警戒能力、素質越強,防衛兵力人員數量越充分,反滲透防破壞的對策越完善,軍民聯防與防攻心策反的措施越到位,臺站防地面點穴襲擾破壞能力越強。

臺站防空中火力摧毀能力B4:是指臺站為防御敵遠程空襲作戰平臺(轟炸機和攜帶有空對地導彈的戰斗機或攻擊機)、遠程制導武器(導彈、炸彈、電磁脈沖彈)攻擊而采取的防護能力。臺站防空中火力摧毀能力越強則臺站綜合防御效能越高。它與敵空中火力對臺站的摧毀能力、臺站防臨空飛機的轟炸能力、臺站防制導武器的攻擊能力有關,即臺站預警、警戒、觀察防護網絡體系構建越完善,地下工事、掩體等防護體系構筑越堅固,周邊防空力量部署越充分,臺站屬性保密措施落實越嚴密,臺站防空中火力摧毀能力越強。

臺站防御核化生武器破壞能力B5:是指臺站為避免或減輕敵核化生殺傷性破壞武器對我人員、裝備器材的殺傷與破壞,保持臺站持續工作的能力[7]。臺站防御核化生武器破壞能力越強,則臺站綜合防御效能越高。綜合來講它與臺站核化生武器防護的“軟硬“件條件、臺站核化生武器防護的實戰化訓練水平有關,展開來講,臺站核化生和其它殺傷性武器預警機制越實時有效,發現敵方攜帶核化生武器的來襲兵力和實施核化生武器襲擊的征候越早,核化生和其它殺傷性武器的防護組織越嚴密,坑道或鋼筋混凝土等人員、裝備防護工事構建越堅固,防護裝備與器材儲備、保養、測試越充分,人員核化生防護戰斗部署、防護面具與防毒衣穿戴基礎訓練以及洗消、消毒與急救訓練越接近實戰化要求,則臺站防御核化生武器破壞能力就越強。

3 構建長波甚低頻固定通信臺站綜合防御效能判斷矩陣并進行一致性檢驗

3.1 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[9～10],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長波甚低頻固定通信臺站綜合防御效能評估指標及分層結構,按照評價準則而建立的兩兩比較判斷矩陣。

3.2 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,

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。

3.3 進行一致性檢驗

由于臺站綜合防御效能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,其步驟為:

2) 確定不同階數的隨機一致性指標RI。RI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RI

3) 計算一致性比例CR。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CR:CR=CI/RI,一般情況下,當一個判斷矩陣的CR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CR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。

4 基于模糊評判的長波甚低頻固定通信臺站綜合防御效能評估主要步驟

模糊綜合評判法(Fuzzy Comprehensive Evaluation,FCE)也稱模糊綜合評判,是美國控制論專家查德(L.A.zadeh)于20世紀中期提出,是以模糊數學為基礎,應用模糊關系合成的原理,對受到多種因素制約的事物或一些邊界不清且不易定量的對象定量化,進行綜合評價的一種方法[11],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長波甚低頻固定通信臺站綜合防御效能評估指標及分層結構圖,臺站綜合防御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={C1,C2,C3,C4},B2={C5,C6,C7,C8},B3={C9,C10,C11,C12},B4={C13,C14,C15},B5={C16,C17}。

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好、較好、一般、差四個等級,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Ri。

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Pi。

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。

5 基于模糊評判的長波甚低頻固定通信臺站綜合防御效能評估實例

5.1 兩兩比較法構造判斷矩陣

根據圖1長波甚低頻固定通信臺站綜合防御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CR指標都小于0.1,具有滿意的一致性,判斷矩陣不需要調整。

5.2 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四級,分別為“好、較好、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 長波甚低頻固定通信臺站綜合防御效能指標層影響因子C評價統計表

續表9

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“敵對長波臺站的情報偵察能力C1”,二十位專家中2位專家認為好,5位專家認為較好,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:R1=WB1-C·P1=(0.3333,0.1667,0.1667,0.3333)

=(0.3667,0.4167,0.1750,0.0417)R2=WB2-C·P2=(0.2857,0.2857,0.1429,0.2857)

=(0.4643,0.3429,0.1429,0.0500)R3=WB3-C·P3=(0.3333,0.1667,0.1667,0.3333)

=(0.3000,0.4333,0.2500,0.0167)

R4=WB4-C·P4=(0.2000,0.4000,0.4000)

=(0.2300,0.3900,0.2400,0.1400)

R5=WB5-C·P5=(0.5,0.5)

=(0.1750,0.2500,0.2750,0.3000)

則子目標層Bi相對目標層A的模糊關系矩陣

5.3 計算模糊綜合評語并轉換為臺站綜合防御效能

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長波甚低頻通信固定臺站綜合防御模糊綜合評語E。

E=WA-B·P

=(0.2222,0.2222,0.2222,0.2222,0.1111)

=(0.3219,0.3795,0.2101,0.0885)

根據長波甚低頻固定通信臺站綜合防御模糊綜合評語E=E=WA-B·P=(0.3219,0.3795,0.2101,0.0885),不難看出臺站綜合防御效能好壞的可能性分布為:好的可能性為0.3219,較好的可能性為0.3795,一般的可能性為0.2101,差的可能性為0.0885,根據模糊理論最大隸屬度原則,該臺站綜合防御效能為較好,驗證了方法的可行性。

6 結語

向海而興,背海而衰,這是一個顛撲不破的真理,要經略海洋、維護海洋戰略利益,海軍艦船必須走向深藍、走向遠洋,必須推動與之相配套的長波甚低頻通信固定臺站建設。隨著西方軍事強國遠程戰略轟炸平臺、核動力水下潛射平臺、高超音速滑翔精確制導武器的發展,長波甚低頻通信固定臺站將越來越容易受到遠程攻擊平臺和毀滅性核武器的第一波打擊,因此,研究長波甚低頻通信固定臺站綜合防御性效能顯得十分重要。文章根據長波甚低頻固定通信臺站特點,參照一般軍事信息通信樞紐防御效能指標分類方法,在“長波甚低頻固定通信臺站綜合防御效能”總目標層下,構建了“通信反偵察能力、通信抗干擾能力、防地面點穴襲擾破壞能力、防空中火力摧毀能力、防御核化生武器破壞能力”五個中間層和“臺站反偵察、抗干擾的裝備技術含量”“臺站通信樞紐的防滲透、防破壞能力”“臺站防制導武器、防臨空飛機轟炸能力”等十七個指標層。應用模糊數學基本理論和層次分析方法基本步驟,建立了多層模糊綜合評判數學模型,實現了對長波甚低頻固定通信臺站綜合防御效能的定量評估,并通過典型實例驗證了方法的可行性。

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Efficiency Evaluation on Combination Defense of The VLF Long-wave Fixed Communications Stations Based on Fuzzy Theoy and Analytic Hierarchy Process

GONG Zhengxia1LI Youcai2SHI Boyong1

The naval ships(boats) have invariably insisted that is important moved platform of military powerful nation, from out of the nation gate, into the ocean, but The VLF long-wave communications are main measure from the naval ships(boats)long-distance emergency communications. Based on fuzzy theory and analytic hierarchy process, and then an effectiveness evaluation system of the VLF long-wave fixed communications stations is established, the quantitative evaluation of effectiveness of the VLF long-wave fixed communications stations is realized. The results validate the feasibility and practicability of the proposed method.

combination defense, analytic hierarchy process, efficiency evaluation, the VLF long-wave fixed communications stations

2016年6月10日,

2016年7月17日

龔正霞,男,碩士,高級工程師,研究方向:軍事通信訓練,學術與科研。李有才,男,碩士,教授,研究方向:信息裝備、信息作戰等。石波涌,男,碩士,高級工程師,研究方向:甚長波通信理論和甚長波通信應用技術等。

TN915

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.12.029