甚低頻通信系統(tǒng)的效能評估＊

張跟鵬 李洪濤

（海軍工程大學(xué)訓(xùn)練部 武漢 430033）

1 引言

甚低頻通信系統(tǒng)是構(gòu)成對潛通信保障能力的物質(zhì)基礎(chǔ)，其效能的高低直接反映了對潛通信保障能力的強弱。運用科學(xué)的方法和手段并選擇適當?shù)闹笜梭w系對甚低頻通信系統(tǒng)的效能進行準確評估，有助于準確掌握甚低頻通信系統(tǒng)的效能狀況。甚低頻通信系統(tǒng)效能的評估本質(zhì)上是一個多指標決策評估問題。對該系統(tǒng)的效能進行綜合評估，建立科學(xué)、合理的評估指標體系是非常必要的，同時還要借助于科學(xué)的評估方法。

本文基于文獻［1］中所建立的甚低頻對潛通信系統(tǒng)的效能評估指標體系，在充分調(diào)研現(xiàn)有評估方法的基礎(chǔ)上，綜合采用了層次分析法、專家調(diào)查法與模糊綜合評估法等方法對甚低頻通信系統(tǒng)的效能進行了評估，所得結(jié)果真實可信。

2 效能評估的一般步驟

2.1 效能的概念

效能是一個系統(tǒng)滿足一組特定任務(wù)要求程度的能力度量，或者說是系統(tǒng)在規(guī)定條件下達到規(guī)定使用目標的能力［2］。“規(guī)定的條件”指的是環(huán)境條件、時間、人員、使用方法等因素；“規(guī)定使用目標”指的是所要達到的目的；“能力”則是指達到目標的定量或定性程度。

2.2 效能評估的一般步驟

效能評估是指對某種事物或系統(tǒng)執(zhí)行某一項任務(wù)結(jié)果或者進程的質(zhì)量好壞、作用大小、自身狀態(tài)等效率指標的量化計算或結(jié)論性評價，它通常是由一系列技戰(zhàn)術(shù)指標通過一個適當?shù)脑u估模型來確定的。對于某一系統(tǒng)來說，用于表征各種特性的技術(shù)性能參數(shù)多達數(shù)十個，這些參數(shù)反映了該系統(tǒng)各個方面的性能指標。如果用個別參數(shù)指標來評價該系統(tǒng)的優(yōu)劣顯然是不合適的，因此應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)所承擔的具體任務(wù)尋求能描述系統(tǒng)整體價值或能力的參數(shù)。這就必須把反映該系統(tǒng)性能的各種指標綜合在一起，形成一個或幾個反映該系統(tǒng)完成任務(wù)能力的數(shù)值，這就是效能。但是，由于這些指標的物理屬性、量綱各不相同，因此要求把不同的量綱進行統(tǒng)一處理后才能綜合。同樣由于各種指標對于系統(tǒng)性能的影響程度不同，完成不同任務(wù)時，不同的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標所起的作用也不同，因此在進行綜合之前往往還要確定各戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標的重要性，即所謂的“權(quán)重”。

綜合來看，進行效能評估一般包括以下三個主要環(huán)節(jié)［3～5］：

1）構(gòu)建評估的指標體系。要選出一些與系統(tǒng)完成特定任務(wù)息息相關(guān)的指標來進行評估，恰當?shù)男苤笜宋锢硪饬x明顯，最能反映完成相應(yīng)任務(wù)的真實目的；

2）根據(jù)給定條件，依據(jù)恰當?shù)姆椒ê图夹g(shù)手段來科學(xué)計算效能指標的值，也即權(quán)重；

3）由各指標值綜合計算出效能綜合評估值。該評估值可以是一個數(shù)值，也可以是一個定性的評價。

甚低頻通信系統(tǒng)的設(shè)計初衷在于希望利用它們對潛艇實施迅速、準確、保密和不間斷的通信。下面將按上述的過程對甚低頻通信系統(tǒng)的這種效能進行評估。

3 甚低頻系統(tǒng)效能評估的指標體系

文獻［1］中通過對甚低頻對潛通信系統(tǒng)的功能進行深入細致的分析，充分考慮了該系統(tǒng)的特殊軍事用途及作戰(zhàn)應(yīng)用情況，最終確定了詳細的效能評估指標體系。本文借用其中的研究成果，并對四級指標進行省略，得到如圖1所示的效能評估指標體系。各指標的具體涵義可參考原文，在此不再贅述。

圖1 甚低頻通信系統(tǒng)效能評估的指標體系

由此構(gòu)建甚低頻通信系統(tǒng)的效能評估指標體系為：系統(tǒng)效能E＝｛有效性B1，可靠性B2，隱蔽性B3，機動性B4｝；有效性B1＝｛通信質(zhì)量C11，信道容量C12，通信距離C13，響應(yīng)時間C14｝；可靠性B2＝｛保密性C21，抗干擾性C22，可連通性C23｝；隱蔽性B3＝｛通信深度C31，上浮次數(shù)C32，停留時間C33｝；機動性B4＝｛規(guī)律性C41，潛艇機動性C42，網(wǎng)絡(luò)機動性C43｝。

4 甚低頻系統(tǒng)效能評估方法的選擇

在確定了甚低頻通信系統(tǒng)的效能評估指標體系之后，選擇科學(xué)的評估方法是實施效能評估的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到對甚低頻通信系統(tǒng)效能評估的準確性和可信度。本節(jié)將在調(diào)研及對比現(xiàn)有評估方法優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，選擇適合于甚低頻通信系統(tǒng)效能評估的方法。

4.1 現(xiàn)有效能評估方法調(diào)研及優(yōu)缺點分析

在裝備系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估方面已形成了種類繁多的理論和方法，歸納起來大致有經(jīng)典ADC方法［6］、層次分析法（AHP）［7］、德爾菲法（也稱專家調(diào)查法）、指數(shù)法、模糊綜合評估法［8～10］等。下面依次對這些方法的優(yōu)缺點進行分析，并從中選取能夠利用的方法。

ADC法是美國工業(yè)界武器系統(tǒng)效能咨詢委員會（WSEIAC）評價武器系統(tǒng)用的模型或方法，它是利用有效性（Availability）、可信性（Dependability）和能力（Capacity）三大要素評價裝備系統(tǒng)，把這三大要素組合成一個表示裝備系統(tǒng)總性能的單一效能度量。ADC方法所定義的系統(tǒng)效能是一種客觀效能，即一旦裝備系統(tǒng)及其使用環(huán)境已經(jīng)確定，其系統(tǒng)效能也就相應(yīng)地確定了。所以按該定義及其相應(yīng)的模型所計算出來的結(jié)果，通常最能夠反映裝備的系統(tǒng)效能。但是ADC方法的局限性在于它是以系統(tǒng)狀態(tài)劃分及其條件轉(zhuǎn)移概率為建模思想的，當它應(yīng)用于系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)較多的復(fù)雜系統(tǒng)時，會出現(xiàn)矩陣維數(shù)的急劇膨脹，尤其是難以把系統(tǒng)效能分析反映在動態(tài)的系統(tǒng)運行過程中。

層次分析法（AHP）本質(zhì)上是一種決策思維方式，它把復(fù)雜的問題分解為各個組成因素，將這些因素按支配關(guān)系分組形成有序的遞階層次結(jié)構(gòu)，通過兩兩比較的方式確定層次中諸因素的相對重要性，然后綜合人的判斷以決定決策諸因素相對重要性總的順序。AHP體現(xiàn)了人們決策思維的這些基本特征，即分解、判斷和綜合。AHP作為一種決策工具，具有適用性、簡潔性、實用性和系統(tǒng)性等特點，但在應(yīng)用上也有局限性。例如，AHP的應(yīng)用主要針對那種方案大抵確定的決策問題，得出的結(jié)果是粗略的方案排序。在使用過程中，無論是建立層次結(jié)構(gòu)還是構(gòu)造判斷矩陣，人的主觀判斷、選擇對結(jié)果的影響較大，使得進行決策的主觀成分很大。

專家調(diào)查法是以專家作為獲取信息的對象，依靠專家的知識和經(jīng)驗進行預(yù)測、評價的方法。專家調(diào)查法可區(qū)分為專家個人調(diào)查法和專家會議調(diào)查法。專家個人調(diào)查法的主要過程是：確定預(yù)測題目、確定被征詢專家組成人員、制定調(diào)查表、進行逐輪征詢和輪詢反饋、作出預(yù)測結(jié)論。專家會議調(diào)查法的調(diào)查對象大體與專家個人調(diào)查法一致，只是征詢意見時采取會議方法。優(yōu)點是不同意見可以直接進行交流，有助于對重大問題達成共識，且時效好。專家調(diào)查法常在數(shù)據(jù)缺乏的情況下使用。在復(fù)雜的社會、軍事、經(jīng)濟、技術(shù)問題的預(yù)測、方案選擇、相對重要性比較等方面經(jīng)常使用專家調(diào)查法。

指數(shù)法是針對系統(tǒng)的具體情況，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，計算反映系統(tǒng)能力的若干指數(shù)，再通過對若干指數(shù)加權(quán)求和，得到反映系統(tǒng)綜合能力的綜合指數(shù)。其特點是數(shù)學(xué)模型直觀、明確、綜合能力強，使用方便，比較適合于對大型系統(tǒng)進行客觀評價。不足之處是，雖然指數(shù)法是建立在專家們的豐富經(jīng)驗之上，但其中的權(quán)系數(shù)難免受個人行為的影響，對要求比較細致描述的問題一般不很適宜。

模糊綜合評估就是應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)理論，結(jié)合系統(tǒng)工程中定性、定量分析方法，把工程設(shè)計要素和模糊因素解析化、定量化，使設(shè)計方案或設(shè)計質(zhì)量的比較、評估建立在科學(xué)基礎(chǔ)上，其關(guān)鍵技術(shù)是建立問題的層次結(jié)構(gòu)模型，確定各設(shè)計因素的隸屬度函數(shù)分布，并建立模糊關(guān)系。當評估涉及多指標的事物時，就應(yīng)該綜合各方面的要求做出一個更符合實際的評估。因而，可以利用模糊集合理論對某一事物的各指標的實現(xiàn)程度進行綜合，然后根據(jù)給定的標準，得出綜合性評定意見。

4.2 甚低頻通信系統(tǒng)效能評估方法的選取

雖然效能評估方法是多種多樣的，但無論采用哪種方法，關(guān)鍵要看評估效能的目的，以及想說明什么問題，同時也取決于當時的各種條件（如原始數(shù)據(jù)資料等），再決定用相應(yīng)評估方法。常常是幾種評估方法同時使用，相輔相成，才能得到比較全面和科學(xué)的結(jié)論。

目前，對通信系統(tǒng)效能的評估主要是采用模糊綜合評估法、層次分析法。但上面的分析已表明這兩種方法各自存在著不同程度的缺陷，即模糊綜合評估法中的指標權(quán)值的給定，定性的成分較大，而層次分析法無法處理一些影響通信系統(tǒng)效能的因素的隨機性。因而，分別單獨采用這兩種方法來評估甚低頻通信系統(tǒng)效能缺乏較高的可信度。

為了更加科學(xué)合理地評估甚低頻通信系統(tǒng)的效能，根據(jù)對效能評估方法的比較和分析，結(jié)合甚低頻通信系統(tǒng)效能評估的特點，本文綜合了多種方法來對甚低頻通信系統(tǒng)的效能進行評估，詳細步驟如下：先用層次分析法確定甚低頻通信系統(tǒng)的指標體系；進而通過專家會議調(diào)查法確定各指標的影響程度即權(quán)重；再通過專家個人調(diào)查法確定各指標的評語集；最后利用模糊評估法，采用遞推算法給出目標層對評語的隸屬度，建立模糊矩陣，并根據(jù)各因素的影響程度來進行綜合評估。

通過分析可以看出，這種綜合方法既解決了甚低頻通信系統(tǒng)效能評估指標權(quán)值取值的科學(xué)合理性問題，又能夠有效地對影響甚低頻通信系統(tǒng)效能的一些具有難以預(yù)測的隨機性因素進行合理地處理，從而使甚低頻通信系統(tǒng)效能的評估更加科學(xué)合理，具有更高的可信度。

5 甚低頻系統(tǒng)的效能評估

5.1 指標權(quán)重的確定

結(jié)合甚低頻通信系統(tǒng)效能評估的指標體系，通過兩兩對比的方式，得到了第二層指標重要性的兩兩比較判斷矩陣為

求得判斷矩陣B的最大特征值λmax＝4.0435，一致性指標CI＝（λmax－n）／（n－1）＝（4.0435－4）／（4－1）＝0.0145，查表知n＝4時平均隨機一致性指標RI＝0.89［11］，CI／RI＝0.016＜0.1，因此該判斷矩陣具有較好的一致性。求出判斷矩陣B的最大特征值所對應(yīng)的特征向量并歸一化后為AB＝［0.5595，0.2495，0.0955，0.0955］T，此即為各指標的權(quán)重向量。

同理，通過同樣的方式得到第三層各指標重要性的兩兩比較判斷矩陣C1、C2、C3、C4如下：

依次求出各判斷矩陣的最大特征值，并進行一致性檢驗后，得出措施層各指標的權(quán)重向量依次為AC1＝［0.3825，0.1753，0.3826，0.0596］T，AC2＝ ［0.1047，0.2583，0.6370］T，AC3＝ ［0.6370，0.1047，0.2583］T，AC4＝［0.2426，0.6694，0.0880］T。

5.2 各指標的專家評價調(diào)查問卷樣式及結(jié)果統(tǒng)計

假設(shè)決斷集V用集合｛優(yōu)，良，中，差，很差｝表示，對應(yīng)取值為｛1，0.7，0.5，0.3，0.1｝。通過向5名專家發(fā)放調(diào)查問卷，得到關(guān)于各指標評估的統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

表1 甚低頻通信系統(tǒng)各效能指標等級得分專家調(diào)查統(tǒng)計表

將第二層指標體系的權(quán)重影響計入第三層各指標的權(quán)重之后，即可得到甚低頻通信系統(tǒng)最下層的各評估指標對于總效能影響權(quán)重，為［0.2140，0.0981，0.2140，0.0333，0.0261，0.1589，0.0608，0.0100，0.0247，0.0232，0.0639，0.0084］。

5.3 評估結(jié)果及分析

總體得分為：0.2140×0.58＋0.0981×0.38＋0.2140×0.76＋0.0333×0.58＋0.0261×0.88＋0.0644×0.62＋0.1589×0.58＋0.0608×0.62＋0.0100×0.50＋0.0247×0.38＋0.0232×0.58＋0.0639×0.46＋0.0084×0.42＝0.5971。

對照決斷集中各評判等級的分值，可判定該評估結(jié)果處于良和中之間的檔次。

6 結(jié)語

甚低頻通信系統(tǒng)的效能反映了利用它們對潛艇實施迅速、準確、保密和不間斷通信所能達到的能力程度。本文在現(xiàn)有的評估指標體系的基礎(chǔ)上，綜合利用層次分析法、專家調(diào)查法以及模糊綜合評價法對甚低頻通信系統(tǒng)的效能進行了評估，彌補了文獻［1］只研究了效能評估的指標體系而未得出最終效能評估結(jié)果的不足。所得到的評估結(jié)果能夠真實地反映甚低頻通信系統(tǒng)對潛通信的保障能力。

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