采用灰色關聯分析法的艦艇超短波通信效能評估研究?

周 洋 鄭劍云

（1.中國人民解放軍駐上海江南造船（集團）有限責任公司軍事代表室 上海 201913）（2.海軍大連艦艇學院通信系 大連 116018）

1 引言

超短波通信是海上艦艇編隊近距離通信的主要手段，實現艦艇與艦艇、艦艇與岸站、艦艇與飛機之間的近距離軍事通信。超短波通信采用直射波傳播，通信質量好，信號穩定；同時超短波通信傳輸距離近，抗電磁截獲的能力強，因此超短波通信是海上艦艇編隊不可或缺的通信手段。艦艇超短波通信能力是影響海戰場信息傳輸的關鍵因素之一。如何科學、準確地評估艦艇超短波裝備通信能力具有非常重要的軍事意義。灰色系統關聯分析法［1］是一種多因素統計分析方法，以各因素的樣本數據為依據，用灰色關聯度來描述因素間關系的強弱、大小和次序，主要是分析各個組成因素與整體的關聯大小，其操作的對象是各因素的時間序列，而對于多指標綜合評估對象可以把比較序列看成由被評事務的各項指標值構成的序列，參考序列是一個理想的比較標準，選最優指標數據和最劣指標作為參考數列，比較各方案與最優和最劣方案的關聯程度，來評估各個方案相互之間的優劣。因此，灰色關聯分析是按發展趨勢作分析［2］，從系統內部特殊的規律出發，在不知道系統典型分布規律的情況下，通過對系統某一層次的觀測資料加以數學處理，從而掌握系統的內部變化規律，所以非常適合分析艦艇超短波通信效能這種多指標、且不知指標分布規律的問題，從而達到解決不確定性問題的目的［3］。灰色關聯分析方法現已成功應用于聚類、預測、評估和決策等方面，在實際應用研究中有著較高的作用和地位［4～6］。

本文所述的超短波通信效能是指利用超短波實現點對點達成通信，有效傳輸信息的能力。在分析和總結的基礎上，構建了艦艇超短波通信效能評估指標體系，建立了基于灰色關聯分析法的艦艇超短波通信效能分析模型，通過計算關聯度，找出最佳通信方案，并根據絕對關聯度分析指標的貢獻度，為改進和增強電臺通信效能提供科學方法。

2 艦艇超短波通信效能評估指標體系

現代戰爭對艦艇超短波通信的基本要求是迅速、準確、保密、不間斷。因此在構造效能評估指標體系時綜合考慮了指標的全面性、科學性、客觀性和可操作性。通過對艦艇超短波的全面分析并借鑒相關的分類思想［7］，歸納出以下評估指標體系，如圖1所示。

圖1 艦艇超短波通信效能評估指標體系

結合層次分析法及專家咨詢法確定各指標權重依次為［8］

3 艦艇超短波通信效能評估模型的建立及算法分析

本文采用灰色關聯度來確定各個指標的權重，與德爾菲法、AHP法相比較，雖然原始數據都是基于專家群體的知識、經驗和價值判斷，但是灰色關聯度法對專家的主觀判斷做了進一步數學處理，使之更科學［9］。

灰色關聯度分析具體步驟如下［2］：

1）對各指標值進行預處理。

2）確定比較數列（評價對象）和參考數列（評價標準）。

設評價對象（通信保障方案）為m個，評價指標為n個，比較數列為

參考序列為

3）計算關聯系數［10～11］

式中，參數i，k取值范圍同上；其中ξ為分辨系數，系人為確定，越小分辨率越大，通常情況下取0.5。

4）計算灰色加權關聯度，灰色關聯度計算公式為

式中，γ0i為第i個評價對象對理想對象的灰色加權關聯度，Wk為指標權重。

5）滿意度比較，關聯度γ0i越大，則方案越優。

6）計算絕對關聯度［12］。利用各指標對效能的絕對關聯度分析指標對編隊通信效能的影響程度。

設X0={x0(1)，x0(2)，…，x0(k ) }為方案優劣評價集，其中x0(k)=γ0k。將方案評價集作為特征序列，對各指標序列求始點零化像為

對于特征序列，各指標序列的絕對關聯度ε0i可表示為

其中

7）根據各指標序列的絕對關聯度，分析指標對通信效能的影響能力。

4 艦艇超短波通信效能的灰色關聯分析實例

某型號艦艇超短波裝備兩兩通信時，設定四種通信保障方案（方案A、方案B、方案C、方案D），如表1中Ⅰ列所示。進行滿意度效能評估。

4.1 對指標值進行預處理

從表1可以看出，指標量綱不統一，因此對其進行預處理，處理方法如下：

1）定量指標采用級差變換法。

2）定性指標采用保序性和一致性均較好的指數標度e(85)，其對應標度為 v={4.953，3.320，2.226，1.492，1}，指標評價集 V={優秀，優良，良好，好，一般}。通過組織專家、科研人員和使用者對指標進行定性評判后，利用模糊統計法對定性指標進行定量處理。通過上述處理得到各方案通信效能的規范化指標，見表1中Ⅱ列所示。

4.2 確定參考序列

根據最優序列的定義，取各規范化指標值中的最大值作為參考序列。可得參考序列為

X0=(1，1，1，1，1，3.4181，3.215)

4.3 計算關聯系數和關聯度

根據式（1～2），計算關聯系數和關聯度，并對方案進行優劣排序，見表2所示。

4.4 計算絕對關聯度

利用指數標度評價集將各方案的優劣量化為：方案D（3.320）、方案A（2.226）、方案B（1.492）、方案C（1）。將其作為特征序列，利用式（3）求出各指標始點零化像，如表3所示。

表1 艦艇超短波通信四種通信方案指標數據

表2 各方案關聯系數和關聯度

表3 各指標始點零化像

根據式（4）計算得出各指標的絕對關聯度：

4.5 結果分析

根據灰色關聯分析法原理，關聯度數值越大，表明方案越好，得出四個通信方案的排序是：方案D（0.7519）?方案A（0.7469）? 方案B（0.5178）? 方案C（0.4344），即方案D為最優，采用此方案艦艇超短波通信效能最高，方案A、B次之，方案C最差。

通過對絕對關聯度的分析，得出各指標因素對艦艇超短波通信效能的影響程度。各指標的絕對關聯度排序為

ε03＞ ε02＞ε07＞ ε06＞ ε04＞ ε05＞ ε01

說明通信誤碼率、通信時延、安全保密性、抗干擾能力對艦艇超短波通信能力的影響較大，在設計和制定通信保障方案時應予以重點考慮。

5 結語

利用基于灰色關聯分析的灰色綜合評判法對艦艇超短波通信效能進行了評估，找出了較佳的通信方案；利用絕對關聯度分析指標的貢獻度，為正確選擇影響通信效能的主要因素提供了理論參考，為改進和增強裝備的效能提供了科學的方法。

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