基于AHP的DS/FH測控系統抗干擾效能評價研究

秦國領，余建偉，吳小東，朱巍巍，魏紹杰

(1.酒泉衛星發射中心，甘肅 酒泉 732750； 2.太原衛星發射中心，山西 太原 030100)

基于AHP的DS/FH測控系統抗干擾效能評價研究

秦國領1，余建偉1，吳小東1，朱巍巍1，魏紹杰2

(1.酒泉衛星發射中心，甘肅 酒泉 732750； 2.太原衛星發射中心，山西 太原 030100)

直擴/跳頻(DS/FH)測控系統是綜合直序擴頻和跳頻體制而研發的新一代測控系統。針對當前DS/FH測控系統抗干擾效能評價方法研究不多的實際，基于層次分析法簡便易行且體現專家偏好的優點，將三角模糊數、指數標度和層次分析法相結合，提出了一種改進的三角模糊數-層次分析法(TFN-AHP)。該方法通過采用指數標度提高差異較小指標的區分度，利用統計分析剔除極端數據，引入三角模糊數，最大限度地發揮專家的經驗知識，實現了指標賦權的客觀程度，進而提高了評價的客觀性和準確度，評價結果貼近實際情況并在調研過程中得到了專家的認可。

DS/FH測控系統；效能評價；三角模糊數；層次分析法

0 引言

混合擴頻體制在近十幾年來愈發受到關注。其中，DS/FH混合擴頻測控系統將直擴和跳頻2種擴頻體制相結合，具有隱蔽性好、抗干擾強的優勢[1-2]，得到了廣泛應用。由于測控系統是連接航天器和地面站的運行中樞，擔負著對航天器軌道、姿態以及工作狀態跟蹤測量與監視控制等任務，成為空間信息對抗的重要目標[3-4]。鑒于當前對該型測控系統抗干擾效能的評價缺乏統一的標準，研究了一種DS/FH混合擴頻測控系統抗干擾效能評價方法。

評價方法是效能評價的關鍵步驟，與評價結果息息相關[5]。考慮到DS/FH混合測控系統的保密需要，試驗條件并不具備，因此基于先驗概率的評價方法并不適用于本系統的抗干擾效能評價[6]，如神經網絡法、支持向量機等。其他常見的評價方法都是賦權評價方法，即基于數學邏輯運算確定指標權重進而加權求和得到系統的抗干擾效能。

賦權評價方法分為主、客觀2種。主觀賦權評價方法有層次分析法[7-8]和模糊層次分析法[9-10]等，以專家打分為主，能夠直接反映專家的意愿，最大程度地顧及專家對指標的偏好，但存在一定的主觀隨意性；客觀賦權評價方法[11]有灰色關聯度和熵權法等，通過計算指標間的數學關系來確定指標權重，但由于只考慮客觀取值，可能造成評價結果與實際不符。為提高評價結果的合理性，既能兼顧評價專家對指標的偏好，又力爭降低評價的主觀隨意性，本文將三角模糊數與層次分析法結合，并利用指數標度，提出一種改進的TFN-AHP方法，力圖提高評價的客觀合理性。

1 改進的TFN-AHP評價方法分析

1.1 層次分析法

AHP是美國學者T L Staaty綜合定性和定量計算而確定的一種評價方法[6]。AHP通過將評價問題分層細化，選擇代表性的性能指標，并進行比較排序，確定相應的判斷矩陣，再對判決矩陣進行一致性檢驗，最后通過指標聚合得到評價結果，其評價流程如圖1所示。

圖1 AHP的評價流程

由圖1可知，AHP原理簡單，操作方便，能夠較好地體現評價主體的偏好。然而，在應用AHP進行評價時存在3個方面的問題：① 指標重要性采用1～9標度[12]，指標最小間隔為1，精度不高；② 由于專家認知程度的差別，可能出現部分指標評分極端化；③ 2個指標重要程度的模糊性決定了專家難以對其準確打分判決。

1.2 三角模糊數

假定M是一個三角模糊數[13-14]，p、m和q是M的保守模糊值、中肯模糊值和樂觀模糊值，則M=(p，m，q)。其中，p與q的差值反映了判斷的模糊程度，|p-q|越大表示元素差別越小，判斷結論越模糊。對于論域U和集合A，如果元素x∈A，用一個函數UA(x)∈[0,1]來表示元素x隸屬于集合A的程度，則稱集合A為模糊集合，UA(x)是元素x關于集合A的隸屬度[15]。三角模糊數的幾何解釋如圖2所示，其函數表示為：

(1)

式中，p

圖2 三角模糊數示意

1.3 改進的TFN-AHP的基本流程

針對AHP存在的3個問題，本文提出一種改進的TFN-AHP方法。采用指數標度確定指標重要程度的比值，提高差異較小指標的區分度；利用統計學方法對評分數據進行篩選，剔除極端數據，提高判斷準確率；引入三角模糊數，最大限度地發揮專家的經驗知識，提高指標賦權的客觀程度。總之，通過綜合利用三角模糊數、指數標度和層次分析法的優點，提高抗干擾效能評價的準確度。方法基本流程如下：

① 建立系統抗干擾效能評價的遞階模型，并構建相應的評價指標體系；

② 采用如表1所示的打分規則進行專家打分；

表1 指數標度1～9級的標度值

③ 基于統計方法對專家數據進行處理，計算模糊判斷矩陣中每一列數據的標準差：

(2)

④ 對合理數據求和平均得到模糊判斷矩陣；

⑤ 計算指標的綜合重要程度[17]：

(3)

⑥ 計算第i個元素比其他元素重要的可能性程度為[17]：

(4)

令S1=[p1,m1,q1]，S2=[p2,m2,q2]，則有

V(S1≥S2)=μS(k)=

(5)

式中，(k，V(S1≥S2))為μS1(x)和μS2(x)的交點，如圖3所示。

圖3 V(S1≥S2)的幾何示意

2 實例應用

從信號層面和系統層面出發，構建DS/FH混合擴頻系統抗干擾效能的評價指標體系[18]如圖4所示。

圖4 DS/FH測控系統抗干擾效能指標評價體系

通過向17名航天測控專家征詢意見得到指標重要性程度的三角模糊評價數據。其中A1，A2，A3，A4和A5分別表示檢測概率、平均捕獲時間、誤碼率、偽碼跟蹤誤差和載波跟蹤誤差5個指標。下面以A1和A2二個指標為例說明統計方法的應用流程。

首先專家對指標重要程度三角模糊評價的打分結果如表2所示。

表2 A1和A2重要程度的三角模糊評價結果

然后計算評價結果的均值和標準差為：

最終可得評價結果的合理區間為：

通過比較可知，第7位專家給出的評價結果不在3σ范圍內，應予以剔除。重復上述步驟，對指標的三角模糊值進行篩選，得到相應的模糊判斷矩陣如表3所示。

表3 三角模糊判斷矩陣

根據式(3)計算不同指標的綜合重要程度如表4所示。

表4 指標的綜合重要程度

利用式(5)計算得到不同指標的純測量度：

V(A1≥A2)=1；V(A1≥A3)=1；

V(A1≥A4)=1；V(A1≥A5)=1。

V(A2≥A1)=0.765 8；V(A2≥A3)=1；

V(A2≥A4)=1；V(A2≥A5)=1。

V(A3≥A1)=0.440 2；V(A3≥A2)=0.697 1；

V(A3≥A4)=1；V(A3≥A5)=1。

V(A4≥A1)=0.128 3；V(A4≥A2)=0.378 4；

V(A4≥A3)=0.582 8；V(A4≥A5)=1。

V(A5≥A1)=0.082 7；V(A5≥A2)=0.287 2；

V(A5≥A3)=0.406 7；V(A5≥A4)=0.692 0。

利用式(4)可得每個指標的權重向量：

經過歸一化處理，可得指標權重為：

w=[0.412 7,0.316 8,0.182 1,0.053 1,0.034 2]。

由此可知，5個指標的重要性從大到小排列為檢測概率、平均捕獲時間、誤碼率、偽碼跟蹤誤差和載波跟蹤誤差。這是因為檢測概率和平均捕獲時間是反映捕獲性能的重要指標，是系統信息傳輸的基礎，因此在抗干擾效能評價中居于突出位置。

本文選取了DS/FH混合擴頻測控設備1和設備2進行驗證，利用構建的效能評價指標體系和改進的TFN-AHP方法進行抗干擾效能評價。評價結果為，相關方滿意度高和抗干擾性能好的設備1抗干擾效能評價得分較高，與設備2相比，設備1在同樣的干擾環境下檢測概率更高，平均捕獲時間更短，抗干擾效能更好。總之，評價結果與實際情況相符，驗證了評估方法的合理性。

3 結束語

本文通過采用改進的TFN-AHP對DS/FH混合擴頻測控系統抗干擾效能進行了研究，提高了指標差異的區分精度，克服了專家評價結果中極端值的影響，增強了指標賦權的客觀性和準確度，評價結果貼近實際情況并在調研過程中得到專家贊同。由于方法簡單適用，對于其他航天測控系統，只要針對性地構建評價指標體系，本文方法仍具有適用性，這也是下一步的研究方向。

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秦國領 男，(1990—)，碩士，助理工程師。主要研究方向：信號與信息處理。

余建偉 男，(1992—)，助理工程師。主要研究方向：航天測控和信號處理。

Research on DS/FH TT&C System Anti-jamming Effectiveness Evaluation Based on AHP

QIN Guo-ling1,YU Jian-wei1,WU Xiao-dong1,ZHU Wei-wei1,WEI Shao-jie2

(1.JiuquanSatelliteLaunchCenter,JiuquanGansu732750,China; 2.TaiyuanSatelliteLaunchCenter,TaiyuanShanxi030100,China)

Direct Sequence/Frequency Hopping(DS/FH) Telemetry,Tracking and Command(TT&C) system is a new generation TT&C system which synthesizes direct sequence spread spectrum and frequency hopping structure.Currently there are few DS/FH TT&C system anti-jamming effectiveness evaluation methods.And AHP(Analytic Hierarchy Process) is simple and easy,reflecting expert preference.An improved TFN-AHP is proposed through integrating TFN(Triangular Fuzzy Number),index scale and AHP.The method achieves the objective degree of index weighting,and improves the objectivity and accuracy of the evaluation,using index scale to improve distinction of less index and statistical analysis to eliminate extreme data and introducing TFN to get expert knowledge at the most extent.Evaluation results are close to the actual situation,receiving affirmation of experts in the process of investigation.

DS/FH TT&C system;effectiveness evaluation;triangular fuzzy number;analytic hierarchy process

10.3969/j.issn.1003-3106.2017.05.10

秦國領,余建偉,吳小東,等.基于AHP的DS/FH測控系統抗干擾效能評價研究[J].無線電工程,2017,47(5):40-43.[QIN Guoling,YU Jianwei,WU Xiaodong,et al.Research on DS/FH TT&C System Anti-jamming Effectiveness Evaluation Based on AHP[J].Radio Engineering,2017,47(5):40-43.]

2017-02-22

TN914.4

A

1003-3106(2017)05-0040-04