試驗(yàn)靶場(chǎng)無線通信系統(tǒng)綜合效能評(píng)估方法

王祖良+黃文準(zhǔn)+鄧海生+鄭林華

摘 要： 針對(duì)試驗(yàn)靶場(chǎng)中常用無線通信系統(tǒng)綜合性能評(píng)估方法進(jìn)行研究，在對(duì)靶場(chǎng)無線通信特點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出一種綜合效能評(píng)估方法，建立指標(biāo)評(píng)估體系模型，提出指標(biāo)權(quán)重的確定算法。最后，利用該方法對(duì)某靶場(chǎng)兩種典型無線通信系統(tǒng)，即一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)微波通信系統(tǒng)和Mesh無線接入系統(tǒng)進(jìn)行綜合對(duì)比評(píng)估分析，對(duì)所建模型進(jìn)行驗(yàn)證。研究成果可應(yīng)用于對(duì)現(xiàn)有無線通信系統(tǒng)進(jìn)行綜合效能評(píng)估，同時(shí)還可用于新建設(shè)備的論證和需求分析中，提供量化、科學(xué)的裝備論證決策。

關(guān)鍵詞： 試驗(yàn)靶場(chǎng)； 通信系統(tǒng)； 評(píng)估模型； 指標(biāo)體系

中圖分類號(hào)： TN925+.91?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）01?0001?05

Abstract： The comprehensive performance evaluation method of the wireless communication system commonly used in shooting range for weapon test is studied. On the basis of analyzing the wireless communication characteristics of the shooting range， a comprehensive effectiveness evaluation method is put forward， the indicator evaluation system model is established， and its indicator weight determination algorithm is proposed. The method is used for the comprehensive contrast evaluation analysis of two typical shooting range wireless communication systems （point?to?multipoint microwave communication system and Mesh wireless access system）. The established model was verified with the method. The research results can be used to perform the comprehensive effectiveness evaluation for the available wireless communication system， and provide the quantitative and scientific equipment argument decision?making for the new construction equipment argument and demand analysis.

Keywords： test shooting range； communication system； evaluation model； indicator system

近年來試驗(yàn)靶場(chǎng)通信不斷發(fā)展完善，形成了多手段綜合通信保障格局，尤其是無線通信在其中發(fā)揮了重要的作用。但各通信系統(tǒng)的效能究竟如何，長(zhǎng)期以來并沒有一個(gè)有效的評(píng)估手段，所以有必要針對(duì)常規(guī)靶場(chǎng)特點(diǎn)研究提出通信系統(tǒng)綜合效能評(píng)估方法，建立合理的評(píng)估指標(biāo)體系。綜合效能評(píng)估近年來受到了廣泛的關(guān)注[1?10]，并取得了豐碩的理論成果和評(píng)估方法。由于無線通信與有線通信技術(shù)指標(biāo)和應(yīng)用范圍均有著明顯的差別，難以建立統(tǒng)一的評(píng)估模型，本文僅研究無線通信效能評(píng)估方法。所謂系統(tǒng)效能指的是在一定環(huán)境和條件下，系統(tǒng)完成給定作戰(zhàn)（試驗(yàn)）任務(wù)的程度[1?2]。通信系統(tǒng)的總體效能是各項(xiàng)指標(biāo)協(xié)調(diào)、有序共同作用的結(jié)果，只有指標(biāo)集合，即指標(biāo)體系才能衡量并反映應(yīng)用目標(biāo)的全部。綜合效能評(píng)估一般采用層次分析法、模糊綜合評(píng)判法、模擬仿真法等多種方法[4?5，11]。本文采用層次分析（AHP）法和模糊理論相結(jié)合建立無線通信系統(tǒng)綜合效能評(píng)估模型，在特定試驗(yàn)環(huán)境中建立一套客觀有效的評(píng)估方法。

1 評(píng)估流程與方法

綜合效能評(píng)估流程如圖1所示，圖1（a）為一般性評(píng)估流程，圖1（b）為引入層次分析法（AHP）和模糊理論相結(jié)合的常規(guī)靶場(chǎng)無線通信系統(tǒng)效能評(píng)估流程。

圖1（b）中采用AHP分析方法確定評(píng)估指標(biāo)權(quán)重，該方法首先把復(fù)雜問題分解成各個(gè)組成要素，并將這些要素按支配關(guān)系進(jìn)行分組以形成有序的遞階層次結(jié)構(gòu)；然后通過兩兩比對(duì)判斷的方式確定每一層次中各要素的相對(duì)重要性程度；最后在遞階層次結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行合成，得到?jīng)Q策因素相對(duì)于目標(biāo)層重要性程度的總排序。

2 評(píng)估模型與算法

2.1 評(píng)估指標(biāo)體系模型

2.1.1 評(píng)估指標(biāo)選取原則

指標(biāo)體系應(yīng)是對(duì)評(píng)估對(duì)象本質(zhì)特征、結(jié)構(gòu)及其構(gòu)成要素的客觀描述，應(yīng)為評(píng)估活動(dòng)的目的服務(wù)。常規(guī)試驗(yàn)無線通信系統(tǒng)綜合效能評(píng)估指標(biāo)的選取應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)任務(wù)的特點(diǎn)及無線通信技術(shù)的指標(biāo)特點(diǎn)進(jìn)行具體分析，根據(jù)不同決策問題，選擇適當(dāng)?shù)脑u(píng)估指標(biāo)。一個(gè)恰當(dāng)?shù)脑u(píng)估指標(biāo)應(yīng)符合以下要求：針對(duì)研究的特定問題，表示完成相應(yīng)試驗(yàn)任務(wù)的真實(shí)目的；對(duì)無線通信系統(tǒng)性能參數(shù)或設(shè)計(jì)變量有極強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，可以依據(jù)評(píng)估指標(biāo)確定或優(yōu)化系統(tǒng)的性能或設(shè)計(jì)要求；具有明顯的物理意義，可利用現(xiàn)有的或新建的模型求解，并力求簡(jiǎn)單、便于計(jì)算；可用實(shí)驗(yàn)或仿真方法加以評(píng)估。為了保證評(píng)估指標(biāo)適合于常規(guī)試驗(yàn)靶無線通信系統(tǒng)效能的評(píng)估，在選取時(shí)必須遵循針對(duì)性、可測(cè)性、完備性、客觀性、有效性、重要性、獨(dú)立性等原則，保證指標(biāo)應(yīng)盡可能的相互獨(dú)立，不要交叉冗余。

2.1.2 試驗(yàn)通信保障需求分析

常規(guī)武器試驗(yàn)對(duì)通信保障要求具有以下特點(diǎn)：

（1） 靶場(chǎng)一般呈狹長(zhǎng)地形，主靶道縱深覆蓋遠(yuǎn)，比如某常規(guī)靶場(chǎng)要求達(dá)到60 km以上，而寬度要求一般不超過10 km。雖然場(chǎng)區(qū)無山峰、高層建筑物遮擋，但具有低凹地區(qū)，并且這些低凹地區(qū)在有的試驗(yàn)中必須要實(shí)現(xiàn)無線通信覆蓋。

（2） 試驗(yàn)進(jìn)點(diǎn)時(shí)間短、試驗(yàn)周期長(zhǎng)短不一、參試點(diǎn)位數(shù)量變化大、傳輸業(yè)務(wù)要求多樣化等特點(diǎn)，所以通信系統(tǒng)進(jìn)場(chǎng)布站開設(shè)時(shí)間、試驗(yàn)結(jié)束撤收時(shí)間、試驗(yàn)任務(wù)交替切換時(shí)間等都對(duì)其綜合效能的發(fā)揮起著重要影響。

（3） 通信業(yè)務(wù)要求具有話音、視頻圖像及數(shù)據(jù)綜合傳輸能力。

（4） 部分節(jié)點(diǎn)需要具備動(dòng)中通能力，以滿足清場(chǎng)等勤務(wù)通信需要。

（5） 根據(jù)某些特殊試驗(yàn)任務(wù)需求，常常需要到遠(yuǎn)離靶場(chǎng)的外場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，外場(chǎng)試驗(yàn)具有短時(shí)性、臨時(shí)性特點(diǎn)，無法架設(shè)有線通信網(wǎng)絡(luò)和依賴基礎(chǔ)設(shè)施的無線網(wǎng)絡(luò)，這就要求無線通信網(wǎng)絡(luò)具有不依賴中心基礎(chǔ)設(shè)施的自組織特點(diǎn)，并且根據(jù)任務(wù)的不同，網(wǎng)絡(luò)容量需具備良好的可擴(kuò)展性。

2.1.3 評(píng)估指標(biāo)體系模型

根據(jù)以上分析，采用層次結(jié)構(gòu)對(duì)通信需求總目標(biāo)逐級(jí)分解，對(duì)每個(gè)性能指標(biāo)進(jìn)行細(xì)化，建立一套能夠綜合反映試驗(yàn)靶場(chǎng)無線通信系統(tǒng)整體效能的指標(biāo)體系。在詳細(xì)調(diào)研論證的基礎(chǔ)上，根據(jù)常規(guī)武器試驗(yàn)對(duì)無線通信的保障要求，將指標(biāo)分為靶場(chǎng)適應(yīng)性指標(biāo)和技術(shù)性能指標(biāo)兩大類。靶場(chǎng)適應(yīng)性指標(biāo)反映被評(píng)估對(duì)象系統(tǒng)對(duì)常規(guī)靶場(chǎng)試驗(yàn)任務(wù)需求的吻合度，該類指標(biāo)為專用性指標(biāo)，任何通信系統(tǒng)的建設(shè)，其目的都是為試驗(yàn)服務(wù)的，不能滿足該類指標(biāo)則再先進(jìn)再優(yōu)越的系統(tǒng)其效能也無法發(fā)揮；技術(shù)性能指標(biāo)則反映被評(píng)估對(duì)象本身技術(shù)的先進(jìn)性和成熟度，該類指標(biāo)為通用性指標(biāo)。每一類指標(biāo)包含六個(gè)因素集，共12個(gè)因素集，每一因素集由重要程度不等數(shù)量不等的模糊子集構(gòu)成。指標(biāo)體系模型如圖2所示。

2.2 指標(biāo)權(quán)重確定算法

指標(biāo)權(quán)重是比較評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)重要性的定量表示，通過構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣計(jì)算，即以上層元素作為準(zhǔn)則將下一層支配元素兩兩比較，比較使用1～9標(biāo)度法對(duì)其相對(duì)重要程度賦予一定數(shù)值而構(gòu)造。

標(biāo)度定義如表1所示。

2.3 模糊綜合評(píng)判

第一步：對(duì)指標(biāo)集作劃分，即式中即中含有個(gè)指標(biāo)，并且滿足。

第二步：初級(jí)評(píng)估，對(duì)每個(gè)的個(gè)指標(biāo)按初始模型做綜合評(píng)估。設(shè)的指標(biāo)重要程度模糊子集為應(yīng)滿足的個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)總的評(píng)價(jià)矩陣為于是得到式中為的單指標(biāo)評(píng)估值。將系統(tǒng)使用的效能定為五個(gè)等級(jí)，即優(yōu)、良、中、一般、差，對(duì)應(yīng)評(píng)判等級(jí)集合為：由專家（或使用人員）組成的評(píng)價(jià)對(duì)系統(tǒng)使用效能的各項(xiàng)評(píng)判指標(biāo)在不同等級(jí)的重視程度，得到一個(gè)模糊矩陣：

第三步：模糊綜合評(píng)估，總的綜合評(píng)判結(jié)果為按照最大隸屬度原則，其中最大隸屬度對(duì)應(yīng)的評(píng)判等級(jí)作為最終評(píng)判結(jié)果。

3 實(shí)例評(píng)估分析

利用以上建立的指標(biāo)體系模型和評(píng)估算法，對(duì)目前靶場(chǎng)典型通信系統(tǒng)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的微波系統(tǒng)和Mesh無線接入系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)估。為了使評(píng)估結(jié)論更適合常規(guī)靶場(chǎng)實(shí)際，本文將指標(biāo)評(píng)估人員劃分為兩組，一組評(píng)估靶場(chǎng)適應(yīng)性指標(biāo)，由包括試驗(yàn)項(xiàng)目主持人、崗位操作人員在內(nèi)的10位人員組成；另一組評(píng)估技術(shù)性能指標(biāo)，由包括通信主管領(lǐng)導(dǎo)、通信參謀以及通信工程師在內(nèi)的10位人員組成。

3.1 權(quán)重計(jì)算

按照最大隸屬度原則，Mesh無線接入系統(tǒng)效能綜合評(píng)估值為0.411 7，對(duì)應(yīng)的評(píng)判等級(jí)為“優(yōu)”作為最終評(píng)判結(jié)果。利用同樣方法對(duì)現(xiàn)有一點(diǎn)到多點(diǎn)的微波系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估，最終評(píng)估結(jié)果為“良”。

4 結(jié) 語

本文針對(duì)試驗(yàn)靶場(chǎng)實(shí)際建立了無線通信系統(tǒng)綜合效能評(píng)估體系模型，提出指標(biāo)獲取方法及指標(biāo)重要性權(quán)值的確定算法。并利用所提方法對(duì)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的微波通信系統(tǒng)和Mesh無線接入系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比評(píng)估分析，得出客觀的評(píng)估結(jié)論。本文研究成果可應(yīng)用于對(duì)現(xiàn)有無線通信系統(tǒng)進(jìn)行綜合效能評(píng)估，也可用于新建設(shè)備的論證和需求分析中，用于提供量化的科學(xué)的裝備論證決策。下一步將對(duì)靶場(chǎng)有線通信系統(tǒng)綜合效能評(píng)估方法進(jìn)行研究，提出緊貼靶場(chǎng)實(shí)際的評(píng)估模型和算法，以形成一套完整的試驗(yàn)靶場(chǎng)通信系統(tǒng)綜合效能評(píng)估方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 溫廣杰，鐘京立，謝健.基于ADC 和層次分析法的指揮所通信裝備效能評(píng)估模型構(gòu)建[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2015，38（19）：37?39.

[2] 段守福，楊凱，汪軍，等.航空無線電通信系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估[J].火力與指揮控制，2010，35（11）：117?119.

[3] 郭姣，李天偉，鐘云海，等.基于ADC?云重心的艦載導(dǎo)航裝備綜合效能評(píng)估[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2015，38（19）：58?61.

[4] 齊濤，楊浩，徐源，等.基于模糊理論的通信與指揮控制系統(tǒng)效能評(píng)估[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，33（11）：57?59.

[5] 馬亞龍，邵秋峰，孫明.評(píng)估理論和方法及其軍事應(yīng)用[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2013.

[6] 郭姣，李天偉，黎才鑫，等.艦載導(dǎo)航裝備綜合效能評(píng)估指標(biāo)體系的研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（17）：140?143.

[7] TATU V， DROSU O， POPESCU C. Effectiveness analysis of different screens and frequency influence on electromagnetic attenuation [C]// Proceedings of 2015 13th International Confe?rence on Engineering of Modern Electric Systems. [S.l.： s.n.]， 2015： 283?294.

[8] PATEL M， DUBEY A N. Analyzing the effectiveness of cluster based H?MANET for scaling number of nodes [C]// Proceedings of 2015 International Conference on Innovations in Information， Embedded and Communication Systems. Indore： IEEE， 2015： 1173?1181.

[9] SHAKE T H. Defining availability for high?rate data links with fading [C]// Proceedings of 2007 IEEE Military Communications Conference. [S.l.]： IEEE， 2007： 1502?1513.

[10] GONZALED D， HOLLYWOOD J， KINGSTON G， et al. Network?centric operations case study： air?to?air combat with and without Link16 [R]. Santa Monica： RAND Corporation， 2006.

[11] 蔡文軍，李曉松.海軍艦船裝備保障能力評(píng)估理論與方法[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2013.

[12] 張?jiān)稣?以可靠性為中心的質(zhì)量設(shè)計(jì)、分析和控制[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.