電子對抗條件下的無人機系統效能評估

任遠+田曦++艾亞琴

摘 要： 無人作戰飛機作為一種多用途、低費效比的航空武器裝備，在信息化作戰條件下的局部戰爭中發揮的作用日益顯著。針對無人機電子對抗效能評估問題，建立無人機對抗綜合效能指標體系，使用云理論和層次分析相結合的方法，對無人機在電子對抗環境下的系統效能進行評估，通過實例證明了該模型的可行性。

關鍵詞： 無人機； 電子對抗； 效能評估； 云理論

中圖分類號： TN97?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）17?0023?04

Effectiveness evaluation for UAV system under electronic countermeasure

REN Yuan， TIAN Xi， AI Yaqin

（College of Electronic Science and Engineering， National University of Defense Technology， Changsha 410073， China）

Abstract： As a kind of aviation weapon equipment with multi?purpose and high cost?effectiveness ratio， UAV plays a signi?ficant role in local wars under the conditions of informatization fighting. The indicator system of comprehensive effectiveness for UAV countermeasure was established according to the problems of effectiveness evaluation for UAV electronic countermeasure. The method combining cloud theory with AHP is used to evaluate UAV system effectiveness under electronic countermeasure condition. The feasibility of the model was verified by experiments.

Keywords： UAV； electronic countermeasure； effectiveness evaluation； cloud theory

0 引 言

隨著信息技術的迅猛發展，無人機以其獨特的作戰優勢占據了高科技信息化戰爭的一個制高點。作為一種高科技武器裝備，無人機并不是獨立存在的，而是廣泛融合在陸、海、空、天等多維戰場中[1]，在對抗的環境中生存、發展，因此對無人機在電子對抗[2]環境下的作戰能力進行評估顯得尤為重要。

無人機的效能是指整個武器裝備系統在一定或規定的使用環境以及所考慮的組織、戰術、生存、保障等條件下，使用該系統完成規定任務的能力。常用的評估方法有層次分析法、ADC方法、系統效能分析法、模糊綜合評價法、指數法[3]等，每種方法都各具特點，且能針對不同的評估對象完成相應的評估任務。無人機系統是一套極其復雜的系統，很多指標都很難用精確的數值來定量表示，定性與定量相結合的指標普遍存在。基于云模型[4?5]與層次分析法[6?7]相結合的評估方法能夠從各方面進行分析，計算出比較合理的評估結果。因此，本文采用此方法來確定無人機系統在對抗條件下的綜合效能。

1 無人機在電子對抗環境下的指標體系

科學、合理的指標體系是效能評估的基礎，直接關系到效能評估結果的準確性，指標應該是在反映所要評估對象的本質屬性基礎上抽象的結果。

1.1 無人機效能評估的特點

無人機效能評估的特點，主要包括如下四方面：

（1） 不確定性，性能和效能是不同的兩個概念，無人機的性能可以用精確的數字進行描述，而其效能卻很難精確表達。

（2） 相對性，評估無人機的效能往往是為了要與其他型號飛機進行比較，故評估出來的效能只能是相對值。

（3） 時效性，無人機的能力在其使用壽命期間一般變化不大。但由于一些機型數據不能在第一時間精確掌握，那么以此計算出的評估結果會與真實結果存在偏差。

（4） 局限性，評估方法多種多樣，采取不同的評估方法會得到不同的評估結果，不同方法也適用于不同的評估對象。

1.2 指標分析

無人機系統在開始執行任務時的狀態、在執行任務過程中的狀態和最后完成給定任務的程度，三者共同構成了系統的效能[8]。在此基礎上構建無人機效能評估指標體系，如圖1所示。

（1） 可用性：無人機的可用性指標直接與飛機的效能有關，是對開始執行作戰任務時的狀態描述，常用可用度來表示，可用度的衡量指標稱良好率。主要包括：飛機的平均故障間隔時間，飛機每飛行1 h需要的平均維修工時，飛機的總疲勞壽命，飛機的定期檢查維修程序和時間等。

（2） 可信性：是對無人機作戰過程中的狀態描述。對于長時間執行作戰任務的無人機，飛機的可信性對其效能的影響至關重要。主要包括：無人機發生故障的概率和發生故障概率的平均時間。

（3） 能力：是無人機系統的固有屬性，反映系統完成任務的程度。無人機在電子對抗環境下，各性能都有可能發生改變，從而影響整個系統的效能。通過采用特爾菲咨詢法等方法，確定能力指標主要由飛行能力指標，作戰任務能力指標，任務控制能力指標，電子攻擊能力指標構成。

2 基于云模型的評估方法

使用云模型進行效能評估，實質上就是將定性指標用云模型進行描述，而后使用層次分析法進行分層計算出權重，得出各指標的云重心，計算加權偏離度來衡量云重心的改變量，最終得出評估結果。

該法有三個要素：指標集[（U）、]權重集[（W）、]評估集[（V）]。

（1） 指標集，[U=U0，U1，…，Um，]其中[U0]為目的指標，其余為影響最終指標的第[i]個分指標；

（2）權重集，[W=W1，W2，…，Wm，]其中[Wi≥0]且[W1+W2+…+Wm=1]；

（3） 評估集，[V=V1，V2，…，Vm]。

評估指標可以按照實際需求劃分為多個層次，從最底層指標開始進行評估，并將評估結果反饋給上一層，以此類推逐層評估，直到得到所需評估結果。具體評估步驟為：

（1） 將各指標用云模型來表示[9]

在無人機電子對抗系統效能指標體系中，有使用精確數值描述的定量指標，也有使用語言描述的定性指標。對于同一組指標進行多組采樣，將結果組成決策舉證，用云模型進行表示。其中：

[Ex=Ex1+Ex2+…+Exnn] （1）

[En=max（Ex1，Ex2，…，Exn）-min（Ex1，Ex2，…，Exn）6] （2）

[Ex=Ex1En1+Ex2En2+…+ExnEnnEn1+En2+…+Enn] （3）

[En=En1+En2+…+Enn] （4）

指標的類型不同，[Ex1～Exn]所表達的含義也不同。

（2） 運用層次分析法確定各指標權重

在效能評估中，合理的權重直接影響效能評估的最終結果。與其他權重類似，效能評估的指標權重也表示該指標的重要程度，是評估的關鍵因素。本文選擇在咨詢專家進行打分的基礎上，利用層次分析法確定權重集。

層次分析法是按照一定劃分的準則將復雜的多目標問題，構建成層次結構，通過對構造矩陣進行比較，計算出權重，從而得到系統效能。

（3） 系統狀態的表示

通過前面的敘述可以看出，不論有多少個指標，都可以用云模型來描述， 一個多維的云模型可以表示多個指標所反映出的系統狀態變化情況。隨著系統狀態發生改變，這個多維云的形狀就會產生變化，同時云重心也會發生改變。[n]維綜合云的重心[T]用一個[n]維的向量來表示，即[T=（T1，T2，…，Tn），]其中[Ti=ai×bi，][i=1，2，…，n，][a]為云重心的位置，期望值反映了信息中心值，即云重心位置，[b]為權重值。云重心高度反映了相應云的重要程度。當系統某個指標發生變化，重心由[T]變化為[T′]，[T′=（T′1，T′2，…，T′n）]。

（4） 對云重心進行衡量

在理想狀態下，某個系統的指標值是預先設定好的。某理想狀態下，[n]維綜合云的重心位置向量為[a=（E0X1，E0X2，…，E0Xn）]，云重心高度[b=（b1，b2，…，bn）]。則云重心的向量[T0=a×bT=（T01，T02，…，T0n）]。同理，求得真實狀態下的云重心向量[T=（T1，T2，…，Tn）]。

加權偏離度[θ]可以表示理想狀態與真實狀態下的差異情況。首先，將該狀態下的綜合云重心向量進行歸一化處理，得到向量[TG=（TG1，TG2，…，TGn），]其中：

[TGi=（Ti-T0i）T0i， 當Ti

把經過歸一化后的向量值，乘以其權重值后相加即得加權偏離度[θ，][θ=i=1n（W*iTGi），] [W*i]為第[i]個單項指標權重值。將得出的[θ]結果輸入云發生器后與理想狀態值對比評價便可得出效能值。

（5） 用云模型實現評語集

評語集的精確程度與評語的個數呈正相關關系，本文采用11個評語組成1個評語集：[V=（V1，V2，…，V11）=]（極差，非常差，很差，較差，差，一般，好，較好，很好，非常好，極好）。將11個評語置于語言值標尺上，并且用云模型實現每個評語值，由此可以得到一個定性評測的云發生器，如圖2所示。

必須考慮到的一種情況是，當同時激活了兩個云對象時，可以咨詢專家或者由用戶進行定性標書。如激活的結果為0.85，正好在很好與非常好之間。

3 實例分析

以某型無人機為例，以云理論和層次分析法相結合的方法對其能力進行評估。通過對定量指標狀態進行仿真分析，對定性指標進行專家評判，得出能力指標狀態如表1所示。

使用云理論，將語言值用[Ex，][En，][He]來表征。[Ex]值可作為各單項指標的定量表示值，把11個語言值（極差，非常差，很差，較差，差，一般，好，較好，很好，非常好，極好）量化為11個數值（0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1.0）。并由此組成決策矩陣[B1：]

[B1=0.60.60.80.60.80.80.50.90.70.60.90.50.60.80.60.7]

將其輸入評估工具中，求得各個四個指標的期望值和熵，結果如表2所示。

依據云理論，由[T=a×b]對各能力求其加權綜合云重心向量以及理想狀態下加權綜合云的重心向量，歸一化后求其加權偏離度。

[TU1=（T1，T2，T3，T4）=（0.675×0.122，0.7×0.558，0.7×0.263，0.675×0.057）=（0.082，0.391，0.184，0.038）]

理想狀態的重心向量為：

[T0U1=（T01，T02，T03，T04）=（1×0.122，1×0.558，1×0.263，1×0.057）=（0.122，0.558，0.363，0.057）]

由 [T0U1=Ti-T0iT0i，當Ti

[TGU1=（TG1，TG2，TG3，TG4）=（-0.328，-0.299，-0.300，-0.333）]

則[θ1=i=1n（W*U1TGU1）=-0.305，]即距理想狀態下的加權偏離度為0.305。

將加權偏離度[θ1]輸入評測云發生器后，從而激活形成如圖3所示的能力云評測圖。最后通過與理想狀態對比評價便可得出其效能值。

圖3 能力云評測圖

由圖3可以分析出，同時激活“很好”和“較好”2個對象，但是激活“較好”云對象的程度要遠大于“很好”，用精確數值表示其評判值為[E1=1-0.305=0.695。]

4 結 語

本文對無人機效能評估進行了研究，在構造效能評估指標體系基礎上，建立了基于云重心評判法的電子對抗條件下無人機系統效能評估方法。通過驗證表明，該方法可對無人機效能進行綜合評估，評估結果具有較高的可信性，能夠充分考慮到評估過程中的隨機性，很好地完成定性與定量之間評估的轉換任務。

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