基于模糊评判的CISR通信系统效能评估

基于模糊评判的C4ISR通信系统效能评估王伟1，何晓卒1，刘昌锦，张杨（解放军炮兵学院四系信息工程教研室，合肥230031）摘要：针对当前C4ISR在炮兵指挥信息系统中作用的不断提高，分析并提出了炮兵C4ISR通信分系统的效能指标体系，利用模糊综合评判方法，定性和定量分析相结合，对该分系统效能进行了静态评估，具有一定的参考价值。关键词：模糊综合评判；炮兵C4ISR；通信分系统；效能评估PerformanceEvaluationofCommunicationSubsystemsofArtilleryC4ISRBasedonFuzzySyntheticEvaluationWangWei1，HeXiaozu1，LiuChangjin，ZhangYangAbstract：Nowadays,thefunctionofC4ISRisrisingintheartillerycommandinformationsystems.ThispaperanalyzesandputsforwardtheperformanceindicatorssystemsofcommunicationsubsystemsofartilleryC4ISR.Itmakesthestaticassessmentoftheperformanceofsubsystemsbyfuzzysyntheticevaluationandqualitativeandquantitativeanalysis.Ithassomereferencevalueontheartillerycommandinformationsystems.Keywords：Fuzzysyntheticevaluation；ArtilleryC4ISR；Communicationsubsystems；Performanceevaluation0引言随着信息时代的到来，指挥信息系统在现代战争中的地位越来越重要。炮兵指挥信息系统作为火力战的“中枢神经”和战斗力“倍增器”，能够合理、有效地将各种作战单元联结成一个有机整体，大大提高炮兵的整体作战效能。炮兵C4ISR通信分系统是整个炮兵指挥信息系统的关键环节和联系纽带，其系统效能的高低，直接影响到炮兵整体作战效能。所谓效能是系统能达到特定任务目标的能力。系统效能评估[1]是对系统在执行作战任务时所能达到的预期目标的程度，它是一个综合性指标，具有许多随机因素和模糊因素。本文利用模糊综合评判法，从定性与定量两个方面，对炮兵C4ISR通信分系统效能进行综合评估。1炮兵C4ISR通信分系统评估指标的确定炮兵C4ISR通信分系统[2]是沟通炮兵指挥分系统与情报侦察分系统、火力作战分系统以及其他信息保障分系统的信息渠道,其重要性显而易见。其要求能够实时、准确、安全、可靠地传输和交换各种信息,主要包括情报侦察信息、气象信息、作战文电信息、指挥语音信息、通信网监控信息等。通常由以下三个方面构成：指挥所内部通信、指挥通信、阵地指挥通信和地域通信网。1.1指标体系建立的原则一是完备性。指标体系应全面地反映炮兵C4ISR通信分系统的各个方面，属于一个复杂的系统范畴，涉及的因素多，学科领域广，它的建立要充分考虑现代高技术战争的特点和作战方式，综合研究各种因素，结合各门学科和技术领域的最新研究成果，特别要把反映通信分系统的效能的关键性指标选准、选全，才能对系统有一个客观、合理、全面的评估。二是客观性。所选指标不但要从理论上进行分析，而且要从实际出发，做出客观性选择，能够真实地反映炮兵C4ISR通信分系统的本质特性。三是独立性。在选取指标体系的过程中，既要对各项指标进行全面分析，找出其相互间的关系，又要根据不同的需求关系，使各指标在整个体系中相互独立，即使相关但不互相包含。四是可测性。选取的效能指标应能对其进行定量处理，通过选择恰当的方法以数量表现其规律，给出具体数值或是进行排序，这样才能实施量化评估。五是最优性。由于影响系统效能的因素众多，不同的作战行动和不同的任务要求，需要不同的系统配备方案和不同的需求关系，为此需要比较研究，分析综合，分清主次，抓住主要因素，做出正确的选择和判断，使得评价指标体系相对简单，又不影响对系统评价的实质。1.2指标体系的建立未来信息化条件下，整个作战过程中充斥着电子战和信息战，炮兵C4ISR通信分系统[3]必须具有较强的生存力，能够快速、可靠、有效的进行工作，才能确保各火力网络接点（如战区内野战炮兵部队、战役战术导弹部队、通信雷达部队、电子对抗部队等诸军兵种）间实施稳健的目标信息传输和通信联络。考虑这一实际情况，建立炮兵C4ISR通信分系统效能评估体系如图1图1炮兵C4ISR通信分系统效能评估体系2对通信分系统效能进行评估的模糊综合评判方法模糊综合评判[4]是把模糊数学应用到事物和系统优劣评价领域的方法。如图1所示,可结合层次分析法应用二级模糊综合评判来解决通信分系统综合评判的多因素、多层次问题。具体操作步骤如下所示：（1）选取被评判对象的因素集U和评语集V：炮兵C4ISR通信分系统效能信息传输能力信息安全与防护能力通信容量传输率时延误码率通畅率通信覆盖范围通信信道种类机动通信能力抗干扰性兼容性重构性通信保密性通信可靠性抗毁伤性设：12{,,,}nUuuu=⋅⋅⋅12{,,}mVvvv=⋅⋅⋅（2）对因素集按照一定的属性划分为若干子因素集。对因素集U进行划分，即：12{,,,}nUUUU=⋅⋅⋅，式中12{,,,}(1,2,)kiiiiiUuuuiN=⋅⋅⋅=⋅⋅⋅。显然，1NiiKn==∑划分应满足条件:（1）1NiiUU==U;（2）,ijUVij=∅≠I。（3）使用层次分析法确定指标权重。对系统进行静态评估的一个良好工具是AHP（AnalyticHierarchyProcess），即层次分析法。第一步，分析影响系统效能的各元素之间的关系，建立层次结构。第二步，对属于同层次上的不同元素关于上层中的某一准则的重要程度进行两两比较，根据相互的重要性，按1~9对各自的重要程度赋值确定判断矩阵M。第三步，层次分析及其一致性检验，由判断矩阵计算矩阵的最大特征值λ和特征向量A，并进行一致性检验(C·R0.1)。（4）一级评判对每个iU按初始模型进行综合评判。根据层次分析法得到iU中诸因素的权重分配为：12~{,,,}iiikiAaaa=⋅⋅⋅，对iU中每个因素建立模糊映射，从而得到模糊关系矩阵~iR，于是有：()()12~~~,,1,2,,iiimiiiBbbbARiN=⋅⋅⋅==⋅⋅⋅o。“o”称为综合评判合成算子。（5）二级评判。考虑12{,,,}nUUUU=⋅⋅⋅，以~iB作为因素iU的单因素评判，建立模糊映射，从而得模糊关系矩阵：12~11112121222~2~~mmmNNNNBbbbBbbbRbbbB⎛⎞⋅⋅⋅⎛⎞⎜⎟⎜⎟⎜⎟⋅⋅⋅⎜⎟==⎜⎟⎜⎟⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎜⎟⋅⋅⋅⎜⎟⎝⎠⎝⎠又根据12{,,,}nUUUU=⋅⋅⋅的因素的权重分配为：()12~,,,NAaaa=⋅⋅⋅，则，得出：()()1211121212221212~~~,,,mmmNjNNNbbbbbbBARaaabbbbbb⋅⋅⋅⎛⎞⎜⎟⋅⋅⋅⎜⎟==⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⎜⎟⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⎜⎟⎜⎟⋅⋅⋅⎝⎠oo~B是本问题的综合评判，jb表示炮兵C4ISR通信分系统效能被评为jv的模糊隶属度。3应用举例应用上述因素权重确定方法和模糊综合评判法,对某炮兵C4ISR通信分系统效能进行模糊综合评估。3.1建立评估因素集与子因素集设定评估因素集合分为2个子因素集{}12,UUU=={信息传输能力,安全与防护能力}。其中{}1111218,,Uuuu=⋅⋅⋅={通信容量，传输率，时延，误码率，畅通率，覆盖范围，信道种类，机动通信能力}，{}2212223242526,,,,,Uuuuuuu=={通信保密性，抗干扰性，兼容性，重构性，可靠性，抗毁性}；评价集分为4等：{}1234,,,Vvvvv=={好，较好，一般，差}。3.2二级模糊综合评判对系统的效能进行评估：（1）分别对1U、2U进行评价,得出各子集单因素评价矩阵如下:10.720.120.110.050.690.220.070.020.750.210.0400.650.180.090.080.690.190.110.010.620.280.090.010.750.130.060.060.670.120.110.1R⎛⎞⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎜⎟=⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎝⎠20.840.120.0400.750.160.080.010.610.20.150.040.70.220.060.020.780.120.100.750.190.040.02R⎛⎞⎜⎟⎜⎟⎜⎟=⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎝⎠（2）确定权重。采用层次分析法确定各指标权重。根据通信分系统各级指标因素两两比较，以一级指标1U下的二级指标为例，确定判断矩阵如下：15/32/31/35/223/511/32/35/35/23/2315/25/35/333/22/513/22/52/53/53/52/313/21/22/53/55/22/31M⎛⎞⎜⎟⎜⎟⎜⎟=⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎝⎠根据权重的计算方法111nijinjkjkaWna===∑∑得到权重()20.1790,0.1414,0.2591,0.1774,0.1101,0.1329A=，最大特征值6.8969λ=。利用一致性指标检验此矩阵的合理性，()/(1)ICnnλ=−−，得0.1794IC=，通过计算1.93IR=，一致性指数为/0.0930.1RIICCR==，可以认为判断矩阵具有满意的一致性。同理，可得到其他指标的权重分配。（3）一级评判。评判模型中的Fuzzy变换中合成算子“o”采用主因素突出型的M（·,+）合成算子。则可得：111(0.6933,0.2017,0.0811,0.0471)BAR==o222(0.7242,0.1734,0.0843,0.0180)BAR==o（4）二级评判。由12{,}UUU=，可得二级模糊关系矩阵R，根据12{,}UUU=的因素的权重分配为(0.3333,0.6667)A=，可得(0.7139,0.1828,0.0832,0.0277)BAR==o。其中(1,2,3,4)jbj=表示了炮兵C4ISR通信分系统效能评估为好、较好、一般、差各占的百分比。为了更好的进行等级评判，将评判等级与分数相对应，如效能评估为“好”的分数为90，“较好”的为80，“一般”和“差”的分别为70和60，则总评分由公式11mjjmjjibDCb===∑∑得总评分D=85.7097，因此，本例炮兵C4ISR通信分系统效能判定等级为较好。4结束语采用模糊综合评价方法进行系统效能评估可以解决评价中的非精确性问题。评价结果采用模糊概念,即可以从总体的角度得出评价的结果,又可以从影响炮兵C4ISR通信分系统效能的各个因素的角度逐一分析其影响的程度。该评估方法对炮兵C4ISR通信分系统的效能评估具有一定的参考价值。参考文献：[1]刘明辉,冯占林,戴劲峰.雷达网电子对抗建模及评估方法研究[J].微计算机信息，2008，5-1:237-239.[2]任富兴,刘树海.指挥信息系统[M].北京:解放军出版社,2008.[3]赵新生.炮兵指挥信息系统建设浅探[J].炮兵学院学报,2007(6):24-27[4]陈之宁.模糊数学及其军事应用[M].北京:海潮出版社,2003.本文作者创新点：把模糊数学应用到系统优劣评价领域，将模糊综合评判方法运用到了炮兵C4ISR通信分系统效能评估中去,，解决评价中的非精确性问题。第一作者：王伟（1981-），男，江苏扬州，解放军炮兵学院四系信息工程教研室助教,硕士研究生，研究方向为信号与信息处理Biography:WangWei(1981-),male,JiangsuYangzhou,ArmyArtilleryAcademyIVTeachingandResearc