復雜電磁頻譜管理方案效果評估方法研究

趙金紅，李 博，張建華，王璀璨

(中國船舶工業系統工程研究院，北京 100094)

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復雜電磁頻譜管理方案效果評估方法研究

趙金紅，李 博，張建華，王璀璨

(中國船舶工業系統工程研究院，北京 100094)

復雜電磁環境下的電磁頻譜管理方案效果評估非常復雜，很難用單一指標進行評估，通常采用多指標評估的方式。建立了電磁頻譜管理方案效果評估指標體系，分析了多種多指標評估方法(包括主成分分析法、理想解法、灰色關聯分析法等)，得出了一種較可靠的集成評估方法，并進行了仿真分析。

戰場復雜電磁環境；頻譜管理方案；指標體系；效果評估方法

0 引 言

隨著電子信息系統綜合化、網絡化和一體化的不斷發展，裝備的電磁敏感度越來越高。而大量通信、雷達、電子戰裝備及電磁脈沖武器的使用，又讓戰場空間的電磁環境變得日益復雜。電磁頻譜的科學管理已經成為打贏現代化戰爭必不可少的重要因素。

對復雜電磁環境下的電磁頻譜進行管理，往往有多個可供選擇的管理方案，但是究竟哪個管理方案更加有效，目前很難利用實地操演的方法進行比較。一般情況下，會通過多指標評估的手段加以分析，運用合理的評估方法進行計算，最終為決策者提出可信的方案排序。本文首先對電磁頻譜管理方案評估指標體系和多指標評估模型進行了研究，然后提出了一種可靠高效的綜合集成評估方法。

1 評估指標體系

復雜電磁環境下的電磁頻譜管理過程非常復雜，很難應用單一性能指標進行效能評估，一定要建立一個合理的評估指標體系，才可能進行電磁頻譜管理效能的合理有效評估[1-2]。指標體系的合理設計是對電磁頻譜管理方案進行綜合評價的關鍵。指標應當有效反映電磁頻譜管理的基本特征和綜合情況，既能反映直接效果，又能反映間接效果，以保證總體評價的全面性和可信度。在完整性、系統性、獨立性、層次性、一致性等原則下，為了能更好地反映待評估戰場電磁頻譜管理方案，需要綜合考慮對用頻裝備、電磁環境以及頻譜管理綜合評價等方面的影響。電磁頻譜管理方案評估指標體系包括裝備效能指標、環境條件指標和頻譜管理指標等3類，具體如圖1所示。

2 多指標評估方法

電磁頻譜管理方案評估指標體系是多層多類的，因此采用多指標評估的方式更能全面客觀地評價電磁頻譜管理方案。多指標評估的方法較多，適用于電磁頻譜管理方案效果評估的方法主要有理想解法、灰色關聯分析法及主成分分析法等。

2.1 主成分分析法[3]

主成分分析法利用降維思想，把給定的一組相關變量通過線性變換轉成一組不相關的變量，新變量按照方差依次遞減的順序排列。

主成分分析法的求解步驟如下：

(3) 求解相關系數矩陣R的特征值、特征向量，確定主成分。

(4) 對p個主成分進行綜合評價。

2.2 理想解法[4]

理想解法是逼近理想解的排序方法，是一種有效的多指標評估方法，其是以方案與理想解和負理想解之間的距離作為判斷方案優劣的標準。

理想解法的求解步驟如下：

(2) 利用熵權法計算得出各指標的權值w=(w1，w2，…wn)T，然后構造加權規范陣X={xij}，其中xij=wj×zij；i=1,…,m,j=1,…,n。

(3) 確定理想解x*和負理想解x0。

(4) 計算各方案到理想解與負理想解的距離。

(5) 計算各方案的評估指數Ci，根據Ci可以求出排列方案的優劣順序:

(1)

2.3 灰色關聯分析法[5-6]

灰色關聯分析法是將研究對象及影響因素的因子值視為一條線上的點，與待識別對象及影響因素的因子值所繪制的曲線進行比較，比較它們之間的貼近度，并分別量化，計算出研究對象與待識別對象各影響因素之間的貼近程度的關聯度，通過比較關聯度大小來判斷待識別對象對研究對象的影響程度。

灰色關聯分析法的求解步驟如下：

(1) 確定參考數列和比較數列，并對參考數列和比較數列進行無量綱化處理。

(2)

(3)

式中：ρ為分辨系數，取值0.5。

2.4 比較分析

上面介紹了適用于電磁頻譜管理方案效果評估的幾種多指標評估方法，但各種評估模型都存在其優缺點，如表1所示。

表1 評估方法優缺點分析

3 綜合集成評估方法

通過對多種多指標評估方法的分析，可以看出每種方法都有自身的優點和缺點，采用不同的評估方法求解往往會得到不同的結果。面對單一評估方法的不足，為了更加有效地評估電磁頻譜管理方案，采用綜合集成評估方法是一種簡單可靠的方法，可以彌補各種評估方法的缺點。

綜合集成評估方法[6]的思路是運用多種評估方法分別對電磁頻譜管理方案進行評估，得出各種模型的評估結果后，將結果進行綜合并作為問題的最終結論。采用綜合集成評估方法對復雜電磁頻譜管理方案進行效果評估的具體流程如下：

首先，采用專家打分法對電磁頻譜管理方案評估指標體系中的各指標進行打分，依據每個指標的評定分，選取若干指標構建評估指標矩陣Y={yij}，i=1,…,m,j=1,…,n(其中m為管理方案個數，n為評估指標個數)。

然后，分別采用主成分分析法、理想解法、灰色關聯分析法對評估指標矩陣進行計算，得出每一種方法的評估結果，分別記為Fi、Ci、Si。

由主成分分析法得到的m個方案的綜合得分為：F1,F2,…,Fm。將其做如下轉換：

(4)

由理想解法得到的m個方案的相對貼近度為：C1,C2,…,Cm。將其做如下轉換：

(5)

由灰色關聯分析法得到的m個方案的相對貼近度為：S1,S2,…,Sm。將其做如下轉換：

(6)

最后，運用上述結果進行組合評估計算，并最終得出各管理方案的優劣排序。

計算公式為：

(7)

式中：α1+α2+α3=1，α1、α2和α3為決策者確定的對各方法的信任度。

最終可以根據以上得出的Tj對各管理方案進行排序評定，數值大的效能就高，數值小的效能就低。

4 仿真分析

假定在某次作戰行動中，對當前的電磁頻譜管理提出10個方案，分別記為P1,P2,…,P10。

首先，根據指標選取原則，經專家和相關專業人員對電磁頻譜管理指標體系各指標進行打分，將所有專家和相關專業人員所得的分值取平均得出了每個指標的分值，從而確定選取電磁頻譜管理指標體系中的7個指標用于評估，分別是裝備效能指標中的探測空域、目標精度、誤碼率，頻管指標中的沖突率、沖突解決率，環境條件指標中的頻譜密度、干擾信號強度。用這7個指標構建評估矩陣Y。

然后，直接運用多模型評估方法進行仿真計算。各種評估方法的計算結果如表2所示。

表2 各種評估方法的仿真結果

通過對表中綜合集成評估方法與3種基本方法比較進行分析可以看出：排序結果相同的是方案5、方案9和方案10，排序結果差別不大的是方案1、方案2、方案3和方案4，排序結果相差較大的是方案6、方案7和方案8。經實例仿真及對比分析可以看 出，綜合集成評估方法是在理想解法、灰色關聯分析法和主成分分析法3種方法基礎上“組合評價”得出的評估結果，更加合理科學；對于某些單一評估方法無法給出評估結果的情況，綜合集成評估方法可以給出可信結論，適應能力更強。

5 結束語

為了科學有效地評估復雜電磁環境下的電磁頻譜管理方案，本文給出了一個合理的電磁頻譜管理方案評估指標體系，并對幾種適用于電磁頻譜管理方案效果評估的多指標評估方法進行了分析，然后提出了多種多指標評估模型“組合評價”的綜合集成評估方法。該方法雖然公式較多，但運算簡單，便于計算機編程實現。本文采用了主成分分析法、理想解法、灰色關聯分析法等評估方法，實際上綜合集成評估方法可以根據實際需要對采用的多指標評估模型進行適當的增減，模型越多，評估的精度越高，可信度也越高。經過仿真分析，本文給出的復雜電磁頻譜管理方案效果評估方法合理科學，具有一定的實際意義。

[1] 劉堅強,成偉蘭,李瑞.艦船編隊電磁頻譜實時管理控制方案研究[J].艦船電子工程,2007,27(4):176-179.

[2] 劉香附.動態頻譜管理[J].中國無線電,2007,24(10);23-25.

[3] 包磊，雷進生，劉瓊.基于主成分分析法的地鐵系統安全綜合評價[J].三峽大學學報(自然科學版)，2011，33(4)：57-59.

[4] 夏奎，鄭援，胡先鋒.潛艇水聲對抗方案評估方法分析[J].魚雷技術，2010，18(1)：77-78.

[5] 程寶棟，田園，郝萍.基于灰色關聯分析的中國林產品出口結構優化分析[J].世界林業研究,2011,24(1):78- 80.

[6] 陳自衛，陳華東.基于多模型混合方法的電磁頻譜管理效能評估[J].武器裝備自動化，2008，27(5)：12-14.

ResearchintoEffectEvaluationMethodofComplexElectromagneticSpectrumManagementPlan

ZHAO Jin-hong，LI Bo,ZHANG Jian-hua,WANG Cui-can
(Systems Engineering Research Institute,Beijing 100094,China)

The effect evaluation of electromagnetic spectrum management plan under the complex electromagnetic environment is very complex,it is difficult to be evaluated by means of single index,so the multi-index evaluation mode is adopted usually.This paper builds index system of electromagnetic spectrum management plan evaluation,analyzes several multi-index evaluation methods (including principal component analysis method,technique for order preference by similarity to ideal solution method,gray correlation analysis method and so on),educes a sort of credible integration evaluation method,and carries out simulation analysis.

battlefield complex electromagnetic environment;spectrum management plan;index system;effect evaluation method

2017-02-28

TN97

：A

：CN32-1413(2017)03-0035-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.03.009