基于AHP模糊綜合評價法的輻射源威脅等級評估

陳雅雯等

摘 要： 在網絡攻擊掩護戰機突防的網電對抗戰場中，如何對目標組網雷達的威脅度進行科學的評估，是網電對抗作戰指揮的重要環節。根據組網雷達輻射源威脅等級評估指標體系，結合層次分析法（AHP）和模糊綜合評價法的優點，借助AHP計算指標權重的優勢，將定量與定性相結合，對組網雷達威脅度進行評估，為網絡攻擊選擇目標提供了理論依據。仿真結果驗證了該算法的正確性與有效性。

關鍵詞： 網電對抗； 組網雷達； 威脅評估； 層次分析法； 模糊綜合評價法

中圖分類號： TN95?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）19?0021?04

Threat degree assessment of radar radiation source based on

AHP?fuzzy comprehensive evaluation method

CHEN Ya?wen1， XIA Wei?jie1， WU Lian?hui1， ZHOU Meng?xiao1， ZHAI Yu?jia2

（1. Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Nanjing 210016， China；

2. Jiangsu Air Traffic Management Branch Bureau of CAAC， Nanjing 210000， China）

Abstract： In battlefield of penetration fighter covered by cyber attacks， It is an important part of operational command in cyberspace countermeasures to assess the threat degree of the netted radar system for target scientifically. According to the index system about the threat assessment of radar emitters for netted radar system， an evaluation method with the advantages of AHP and fuzzy comprehensive evaluation method is proposed for the assessment of radar emitters， which calculates the index weights with AHP and combines quantitative and qualitative algorithms. It provided a theoretical basis for selecting the target in cyber attacks. Simulation test shows the correctness and effectiveness of the method.

Keywords： cyberspace countermeasure； netted radar； threat assessment； AHP； fuzzy comprehensive evaluation method

0 引 言

輻射源威脅等級評估是指偵察機利用偵察到的輻射源參數（載頻、重復頻率、脈沖寬度、方位）來評估威脅等級[1?6]。在網絡攻擊掩護戰機突防的網電對抗戰場中，如何對目標組網雷達的威脅度進行科學的評估與排序，是網電對抗作戰指揮的重要環節。雷達威脅等級評估的準確性直接影響網電對抗作戰指揮決策的正確性。

針對組網雷達輻射源威脅等級的評估目前還鮮有文獻研究，也是網電對抗急需解決的問題之一[7]。文獻[7]在電子戰中用層次分析法（AHP）對組網雷達輻射源威脅度進行評估，但是層次分析法容易受主觀影響，而將層次分析法與模糊綜合評價法結合起來的評價方法，具有降低加權過程中人為的因素影響，能夠彌補單純使用AHP法的不足缺陷，從 而使評價結果更為合理、可靠[8]。

本文以網絡攻擊掩護戰機突防為背景，當對抗資源以及時間有限時，需根據各雷達對戰機的威脅程度，優先選擇網絡攻擊對象，修改威脅度最大的雷達的工作方式，從而降低雷達對戰機的威脅。本文結合層次分析法和模糊綜合評價法的優點，先采用AHP建立了組網雷達輻射源威脅因素層次結構圖，將專家評分法和定量計算相結合對指標進行量化，并求得各指標的權重向量；然后，針對組網雷達中的雷達建立模糊綜合評價矩陣，從而對各個雷達進行模糊綜合評價，得到組網雷達中各個雷達的威脅等級，為網絡攻擊選擇目標提供了理論支援。

1 組網雷達輻射源威脅評估指標體系[7]

組網雷達輻射源威脅度受多因素影響，找出構成威脅的各主要因素，建立合理的評估指標體系結構是對目標威脅度可靠評估的首要依據基礎[9]。在網電對抗中，通過各種電子偵察手段可以探測出目標組網雷達輻射源的工作參數，并由此建立出評估指標體系。組網雷達輻射源威脅度評估的指標體系結構如圖1所示。

1.1 威脅度評估指標體系分析

根據作戰要求，組網雷達輻射源威脅度評估指標可以分為輻射源戰術威脅、輻射源探測威脅和輻射源對雷達網的貢獻能力3個一級指標和10個二級指標。

戰術威脅主要是指戰機突防過程中，由組網雷達系統中各單部雷達與戰機的相對位置以及發射的信號強度而造成的威脅。一般而言，雷達與戰機距離越近，飛行方向夾角越小，發射的信號強度越大，則造成的威脅越大。

探測威脅主要是指組網雷達系統中各單部雷達的探測能力對戰機的威脅。根據可偵察到的雷達參數可以分為數據率、波束寬度和波形特征。其中數據率越高，波束寬度越窄，雷達體制越先進，則對戰機的威脅越大。

輻射源對雷達網的貢獻能力是指組網雷達中單部雷達對整體系統性能優勢產生的影響。顯然，頻率貢獻因子、空域貢獻因子、極化貢獻因子越大，雷達體制越先進，該雷達的威脅度越高。

1.2 評估指標量化

在組網雷達威脅度評估指標體系中，有些指標是定性指標，而有些則是定量指標，需要對其進行規范化處理來消除不同量綱的影響。

定量指標是可以準確數量定義的考核指標。在圖1給出的評估指標體系中，相對方位、相對距離、波束寬度、頻域貢獻因子以及極化貢獻因子等屬于定量指標，本文采用文獻[7]給出的量化模型，以相對方位、波束寬度、頻域貢獻因子和極化貢獻因子為例，給出量化公式。

（1） 相對方位量化公式

相對方位[θ]是指戰機飛行方向與雷達之間的夾角。一般而言，相對方位越小，威脅度越大，所以相對方位的量化公式為：

[υθ=（180-θ）180] （1）

（2） 波束寬度量化公式

波束寬度指雷達主波束的寬度。可取最大值為[10°]，最小值為[0.1°]，波束寬度的量化公式為：

[υΔθ=（10-Δθ）9.9] （2）

（3） 頻率貢獻因子量化公式

在由[N]部雷達組成的雷達網中，每部雷達帶寬為[Δfn，][i=1，2，…，N]，那么雷達網頻譜寬度為：

[B=i=1NΔfn] （3）

則第[i]部雷達的頻率貢獻因子為：

[υf=ΔfnB] （4）

（4） 極化貢獻因子量化公式

雷達的發射波一般有垂直極化、水平極化、圓極化和橢圓極化等極化方式，因此，極化貢獻因子可以定義為該部雷達的極化方式數目與整個雷達網的極化方式數目之比，即：

[υj=nm] （5）

對于不可以準確數量定義的定性指標，如雷達體制和波形特征，則可以通過采用專家打分法，根據各雷達在組網雷達系統中的重要性對其進行量化。

2 基于AHP模糊綜合評價法的輻射源威脅等

級評估算法

層次分析法和模糊綜合評價法在解決多因素的復雜問題時各有優劣勢。層次分析法客觀性較高，但當決定因素過多時，標度工作量非常大，使得標度過程復雜且易判斷混亂；而模糊綜合評價法工作量較小，但主觀性大。為了提高評估效率和準確度，應把兩種方法相結合作為輻射源威脅等級評估算法[10]。

2.1 AHP法確定指標權重

2.1.1 建立遞階層次結構模型

根據組網雷達輻射源的屬性，將評價因素分類組合，形成層次結構，如圖1所示。

2.1.2 構造各層次判斷矩陣

采用1～9標度理論，對同層因素兩兩比較建立判斷矩陣。對圖1二級指標進行比較，得到判斷矩陣[A，][B，][C：]

[A=115135133131，B=123121213121，C=112213213112131133131]

對一級指標進行比較，得到判斷矩陣[D]：

[D=12112113131]

2.1.3 計算各指標相對權重向量

對于判斷矩陣：

[P=（pij）n×n=p11p12…p1np21p22…p2n????pn1pn2…pnn]

各指標相對權重向量為：

[W=（w1，w2，…，wn）T] （6）

其中：

[wi=j=1npijni=1nj=1npijn， i=1，2，…，n]

因此可以得到上述四個判斷矩陣的權重向量為：

[W1=0.104 70.637 00.258 3，W2=0.539 60.297 00.163 4，W3=0.167 30.344 50.106 90.381 3，W4=0.387 40.169 20.443 4]

2.1.4 一致性檢驗

采用層次分析法時，需要對判斷矩陣[P]進行一致性檢驗，計算判斷矩陣[P]的最大特征根[λmax，]并計算一致性指標[CI：]

[CI=（λmax-n）（n-1）] （7）

并求得一致性比例[CR：]

[CR=CIRI] （8）

其中，[RI]的值見表1。

表1 平均隨機一致性指標[RI]

[階數＼&[RI]＼&階數＼&[RI]＼&1＼&0.00＼&5＼&1.12＼&2＼&0.00＼&6＼&1.24＼&3＼&0.58＼&7＼&1.32＼&4＼&0.90＼&8＼&1.41＼&]

當[CR<0.10]時，認為判斷矩陣的一致性是可以接受的，否則應對判斷矩陣做適當修正。

根據式（7）對上述四個判斷矩陣進行一致性判斷，各判斷矩陣的[CR]值均小于[0.10]，說明2.1.2節構造的判斷矩陣滿足一致性要求。

2.2 模糊綜合評價

2.2.1 確定模糊綜合評價矩陣

根據1.2節的知識，分別采用量化公式和專家打分法對每個需要進行威脅等級評估的雷達進行指標量化，得到模糊綜合評價矩陣[R。]

2.2.2 綜合評價

對于圖1所示的指標評價體系，某部雷達的模糊一級綜合評價的公式為：

[Bi=WTi?Ri] （9）

式中：[Bi]為一級指標中第[i]個指標所包含的下級因素對其綜合模糊運算結果；[Wi]為一級指標中第[i]個指標下級因素權重向量；[Ri]為一級指標中第[i]個指標下級因素的模糊評價矩陣；運算符“[?]”為合成算子，此處取普通矩陣算法。

該部雷達的二級綜合評價公式為：

[B=WT?R] （10）

式中：[B]為一級指標的模糊運算結果；[W]為一級指標的權重向量；[R]為一級指標的模糊評價矩陣，即：

[R=B1B2B3] （11）

3 實例分析

在某次網電對抗中，突防飛機欲穿越區域共有5臺雷達組網，用電子偵察手段得到的各雷達的參數見表2。

用1.2節的量化公式和專家打分法對每個雷達進行指標量化，見表3。

表3 組網雷達各雷達量化指標

由模糊綜合評價法可以知道，權重值越大說明該雷達的威脅度越大，因此，雷達Ⅱ的威脅級別最高，其次是雷達Ⅰ、雷達Ⅴ、雷達Ⅲ、雷達Ⅳ。從表3可知，雷達Ⅲ和雷達Ⅳ的體制和探測能力相同，并且在組網雷達系統中的貢獻能力也相同，但是由于雷達Ⅲ對突防飛機的輻射戰術威脅更高，所以其最終的威脅度也比較高。因此，可以看出該組網雷達輻射源威脅等級評估方法適用于網電對抗戰機突防情況。

4 結 語

本文研究了網絡攻擊掩護戰機突防背景下的組網雷達輻射源威脅等級評估，提出了基于AHP的模糊綜合評價法的輻射源威脅等級評估算法，該方法借助于AHP計算指標權重的優勢，將定量與定性相結合，合理處理了指標因素的不確定性。仿真結果驗證了該算法的正確性和有效性，為網絡攻擊選擇目標提供了理論依據。

注：本稿為江蘇高校優勢學科建設工程資助項目。

參考文獻

[1] 蘭俊杰，陳蓓，王敏.雷達組網系統輻射源威脅度評估[J].航天電子對抗，2010（3）：61?64.

[2] 王建鋼，耿德仁，李善武.基于多屬性決策的輻射源威脅等級判別方法[J].電子信息對抗技術，2011，26（1）：73?76.

[3] 裴立彬，劉春生，張劍云.一種估計雷達輻射源威脅等級的新方法[J].雷達科學與技術，2012，10（5）：497?500.

[4] 姚成才，蘇同領.基于模糊多屬性群組決策的雷達輻射源威脅評估方法[J].艦船電子對抗，2012，35（4）：34?38.

[5] 趙星辰，吳軍，許蘊山，等.基于層次分析法的輻射源威脅等級評估[J].現代防御技術，2012，40（5）：35?40.

[6] 程良平，朱曉娟，魏瓊，等.基于D/S證據理論的輻射源威脅等級評判[J].信息化研究，2012，38（1）：42?45.

[7] 楊士英，陳輝，花良發.突防過程中組網雷達輻射源威脅等級評估[J].雷達科學與技術，2013，11（4）：341?345.

[8] 陳松輝，邱宏理.基于AHP和模糊綜合評判法的登陸作戰效能分析[J].艦船電子工程，2013，33（2）：91?93.

[9] 朱冠蘭，韓元杰，蔣方婷.輻射源威脅等級評估技術研究[J].現代電子技術，2008，31（23）：10?12.

[10] 曹毅，趙波，張利鋒.基于AHP的軟件質量模糊綜合評價研究與實現[J].計算機測量與控制，2013，21（12）：3306?3308.

該部雷達的二級綜合評價公式為：

[B=WT?R] （10）

式中：[B]為一級指標的模糊運算結果；[W]為一級指標的權重向量；[R]為一級指標的模糊評價矩陣，即：

[R=B1B2B3] （11）

3 實例分析

在某次網電對抗中，突防飛機欲穿越區域共有5臺雷達組網，用電子偵察手段得到的各雷達的參數見表2。

用1.2節的量化公式和專家打分法對每個雷達進行指標量化，見表3。

表3 組網雷達各雷達量化指標

由模糊綜合評價法可以知道，權重值越大說明該雷達的威脅度越大，因此，雷達Ⅱ的威脅級別最高，其次是雷達Ⅰ、雷達Ⅴ、雷達Ⅲ、雷達Ⅳ。從表3可知，雷達Ⅲ和雷達Ⅳ的體制和探測能力相同，并且在組網雷達系統中的貢獻能力也相同，但是由于雷達Ⅲ對突防飛機的輻射戰術威脅更高，所以其最終的威脅度也比較高。因此，可以看出該組網雷達輻射源威脅等級評估方法適用于網電對抗戰機突防情況。

4 結 語

本文研究了網絡攻擊掩護戰機突防背景下的組網雷達輻射源威脅等級評估，提出了基于AHP的模糊綜合評價法的輻射源威脅等級評估算法，該方法借助于AHP計算指標權重的優勢，將定量與定性相結合，合理處理了指標因素的不確定性。仿真結果驗證了該算法的正確性和有效性，為網絡攻擊選擇目標提供了理論依據。

注：本稿為江蘇高校優勢學科建設工程資助項目。

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[9] 朱冠蘭，韓元杰，蔣方婷.輻射源威脅等級評估技術研究[J].現代電子技術，2008，31（23）：10?12.

[10] 曹毅，趙波，張利鋒.基于AHP的軟件質量模糊綜合評價研究與實現[J].計算機測量與控制，2013，21（12）：3306?3308.

該部雷達的二級綜合評價公式為：

[B=WT?R] （10）

式中：[B]為一級指標的模糊運算結果；[W]為一級指標的權重向量；[R]為一級指標的模糊評價矩陣，即：

[R=B1B2B3] （11）

3 實例分析

在某次網電對抗中，突防飛機欲穿越區域共有5臺雷達組網，用電子偵察手段得到的各雷達的參數見表2。

用1.2節的量化公式和專家打分法對每個雷達進行指標量化，見表3。

表3 組網雷達各雷達量化指標

由模糊綜合評價法可以知道，權重值越大說明該雷達的威脅度越大，因此，雷達Ⅱ的威脅級別最高，其次是雷達Ⅰ、雷達Ⅴ、雷達Ⅲ、雷達Ⅳ。從表3可知，雷達Ⅲ和雷達Ⅳ的體制和探測能力相同，并且在組網雷達系統中的貢獻能力也相同，但是由于雷達Ⅲ對突防飛機的輻射戰術威脅更高，所以其最終的威脅度也比較高。因此，可以看出該組網雷達輻射源威脅等級評估方法適用于網電對抗戰機突防情況。

4 結 語

本文研究了網絡攻擊掩護戰機突防背景下的組網雷達輻射源威脅等級評估，提出了基于AHP的模糊綜合評價法的輻射源威脅等級評估算法，該方法借助于AHP計算指標權重的優勢，將定量與定性相結合，合理處理了指標因素的不確定性。仿真結果驗證了該算法的正確性和有效性，為網絡攻擊選擇目標提供了理論依據。

注：本稿為江蘇高校優勢學科建設工程資助項目。

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