基于ADC的艦載通信裝備FAHP效能評估方法研究?

魏玉人 陳 楠 周學廣

（1.南部戰區海軍參謀部 湛江 524001）（2.中國人民解放軍91991部隊 舟山 316000）（3.海軍工程大學信息安全系 武漢 430033）

1 引言

目前，多將ADC法與模糊層次分析法作為對武器裝備作戰或使用效能［1］、信息系統或軍事裝備效能的評估方法［2］。直接應用包括:艦載武裝直升機對岸火力支援效能評估［3］、機動通信系統生存能力評估［4］、防空導彈體系進行效能評估［5］、反坦克導彈武器系統效能評估［6］以及軍事通信系統效能評估［7］，都應用AHP法與FAHP法對ADC法中的能力矩陣C進行量化。各種改進應用包括:運用模糊數學方法構造能力向量C改進ADC法［8］；利用AHP法與模糊綜合評判法對反坦克導彈作戰效能進行評估［9］；采用ADC法、FCE法及系統有效性分析方法同時對彈道導彈的效能進行評估［10］；運用導彈武器系統的階段性飛行特征對傳統ADC法進行改進，利用AHP法和FCE法量化處理能力矩陣C［11］；借助ADC模型，將可用度、可信度及能力對光電對抗系統進行模糊綜合評判［12］；分層確定和構建倉儲運行管理效率評估模型［13］；結合FAHP和ADC法的集成軍事通信網絡的作戰效能評估［14］；使用AHP、ADC和模糊理論進行沿海環境影響武器裝備作用性能整體評估［15］；采用ADC和FCE法相結合的指揮所通信裝備效能定量評估［16］；綜合使用ADC和AHP方法的某機載通信系統效能評估［17］；綜合運用ADC法、AHP法和FCE法進行艦載雷達裝備管理綜合評估［18］；基于熵權-AHP法和ADC法的防空導彈武器的兩種國產輪式戰車分析評估［19］。

上述研究或將AHP法、FCE法等方法結合入ADC法中，利用模糊數學等方法解決ADC法中能力矩陣構造問題，對軍事裝備效能進行評估；或使用多種評估方法對軍事裝備系統效能進行評估。未見將ADC法計算結果引入模糊層次分析法對裝備管理效能進行評估的研究。

2 基于ADC的FAHP評估方案

本節設計艦載通信裝備效能評估方案，給出艦載通信裝備效能的具體評估過程。

2.1 確定艦載通信裝備效能評估因素集以及評語集

明確評估的對象為艦載通信裝備效能，涉及艦上日常使用管理中的所有通信裝備，通信裝備使用、管理的全過程以及該過程中人員、制度等全要素。評估因素集選取適當的方法分級構建。其中，3個一級評估因素，8個二級評估因素和80多個三級評估因素等。本文采用的評語集為5級，即（很好、好、一般、差、很差）。

2.2 確定艦載通信裝備效能評估因素權重

通過外請多個專家背靠背打分，獲取各評估指標的評估矩陣；再利用一組設定的隸屬函數將所有指標的評估值轉化為隸屬度和隸屬度權重；然后生成相應的隸屬度權重矩陣，進而確定指標權重向量。步驟如下:

1）構造模糊判斷矩陣；

2）計算得到模糊一致判斷矩陣；

3）計算指標權重。

2.3 隸屬度的計算

專家根據確定的評語集對下一層指標進行評估，假設下一級指標數為i，專家數為N，其中，有nij個專家為指標i評估為j，則由打分結果可求得各指標的隸屬度矩陣:

2.4 單因素模糊評判

指標權重值矩陣為W，隸屬度矩陣為R，評判結果用矩陣表示:

其中，“?”為模糊合成算子，本文對模糊合成算子采用M( )·,⊕ 算子。

2.5 多級模糊綜合評判

對于多層次系統而言，需要從最底層開始評判，并將每層的評判結果作為上層的輸入，組成上層的評判矩陣R，直到最高層的評判結束。本文為三級模糊綜合評判，其模型參見圖1。

圖1 三級模糊綜合評判模型

2.6 對評估結果的判定

利用多級模糊綜合評判得到的最終向量B對評估結果做出判定，常用的判定準則有最大隸屬度準則和加權平均準則。

2.7 ADC法評估裝備使用能力

1）確定可用度矩陣A

因為艦載通信裝備使用時僅存在兩種狀態，即正常工作狀態與故障狀態，故:

其中，a1表示裝備正常工作的狀態，a2表示故障狀態，且a2=1-a1。

2）確定可信度矩陣D

艦載通信裝備在正常出海前均檢查無誤，均可正常使用，則:

其中，d1,1表示通信裝備正常使用概率，d1,2表示通信裝備故障概率；d2,1為修復機器故障概率，限于出海艦艇難以提供足夠的維修保證，因此該概率為0，則d2,2概率為1。

3）確定能力矩陣C

利用單因素模糊評判獲得裝備使用下一層級指標的評判結果為B'={b1,b2,b3,b4,b5}，作為裝備正常使用狀態下的能力向量，考慮到裝備故障狀態時能力向量為{0 ,0,0,0,0} ，則:

4）計算艦載通信裝備使用指標效能E

根據式（6）計算得到的向量作為對艦載通信裝備使用的評估結果，同時將其作為中間結果引入多級模糊評判的計算。

3 艦載通信裝備效能評估計算與仿真

艦載通信裝備涉及電臺、衛星及數據鏈三類（下文以T、S和L代指），本節應用模糊層次法對艦載T、S和L這三款通信裝備的裝備使用能力這個指標下的五個三級指標進行模糊評估，然后利用模糊評估結果向量作為能力矩陣C并采用ADC法對該指標進行整體評估。本節使用符號定義如表1所示。

表1 計算使用的符號及其含義

3.1 使用單因素模糊評估方法對T裝備使用能力進行評估

裝備使用能力的五個三級指標中既有定量也有定性指標，按照單因素模糊評估計算過程對T裝備使用能力進行評估，獲得評估結果向量作為ADC評估的能力矩陣C1。

1）邀請專家對三級指標進行評估，確定指標對應評語集

2）計算指標相對權重，構建隸屬度矩陣

根據式（1）對模糊互補判斷矩陣A’23進行轉換，由模糊互補矩陣A’23計算得到模糊一致矩陣:

3）計算指標效能，獲得評估結果

利用計算得到的權重向量W23和隸屬度矩陣R23，按照式（2）計算得到T裝備使用能力的度量結果，即其能力隸屬度向量為

3.2 使用ADC法評估T裝備使用能力整體效能

將應用單因素模糊評估計算得到的結果向量作為能力矩陣C代入ADC法進行計算，由ADC法計算所得結果評估T裝備使用能力的整體效能。

1）確定可用度矩陣A

根據艦載通信裝備使用特性，艦艇上的通信裝備配備初為可用狀態，在艦艇外出執行任務期間，通信裝備的狀態僅可用與不可用兩種。

2）確定可信度矩陣D

根據采用的通信裝備顯著性故障水平α=5%，可計算每臺通信裝備因插件板引起故障的概率為

則該型通信裝備無法正常行使職能的概率為

每臺通信裝備故障由插件板引起的概率m為

由式（4）、式（5）可得T型通信裝備可信度矩陣為

某型艦配備5臺T裝備，每臺T裝備內含4個插件板，T裝備故障因插件板引起的概率m1=25%。T裝備還配有5塊重要部位備件板，插件板可作同數量的T裝備使用。對T裝備故障的概率進行計算，該型艦上T型裝備故障概率為x1=9.31*10-20。T型裝備可信度矩陣為D1:

根據以上對某型艦載通信裝備故障率的計算，通信裝備故障率大小與配備的裝備數量關系成高度負相關關系。

3）由單因素模糊評判結果確定能力矩陣C

根據單因素模糊評判對通信裝備使用能力評估結果構造能力矩陣，取裝備正常使用狀態下能力向量為C1=B23=(0.090,0.249,0.430,0.206,0.026)；取裝備故障狀態能力向量C2=(0,0,0,0,0)，構建裝備使用能力矩陣:

計算T裝備使用能力效能

由裝備使用能力評估結果，獲得綜合裝備可用、可信度計量的評估結果:

按照表2所示評語集對應的評分標準，計算T裝備使用能力得分P=50.55分，評估等級為一般。由計算結果可知，在保證T裝備正常配備及使用的情況下，裝備可信度很高，基本不影響其裝備使用的能力，此時T裝備的使用能力完全由五個三級指標決定。ADC評估結果反映了T裝備具有較低故障率，同時具有較高的通信保障能力。

3.3 艦載S裝備通信能力評估

艦艇S裝備通信能力評估計算與T裝備通信能力評估計算方法一致，其模糊評判結果與T裝備相同。下面使用ADC法評估S裝備的使用效能。S裝備的可用度矩陣為A=(1 ,0)；同時，將單因素模糊評判獲得的評估結果向量作為能力矩陣C2。

1）確定可信度矩陣

單艦S裝備配備4臺，還配有4塊專用插件備件板。同時，S裝備內含6個插件板，而每個插件板的故障率相同。因此在S裝備插件板故障中，m2=16.7%的概率為專用插件板故障。根據艦載S裝備配備情況，對S裝備正常使用及故障的概率進行計算，艦載S裝備故障概率為x2=2.32*10-17，在實際環境中可以忽略不計。

由計算可知S裝備可信度矩陣為D2:

2）根據單因素模糊評判結果確定能力矩陣

根據單因素模糊評判對S裝備的使用能力評估結果構造能力矩陣，結果如下:

3）計算裝備使用能力評估效能

計算裝備使用能力評估，獲得S裝備可用、可信度計量的評估結果:

針對S裝備應用ADC法對其使用能力進行整體評估，結果向量與對T裝備的評估結果一致。表明在單艦的T裝備、S裝備整機、備品配備情況下，其通信裝備的可信度很高，幾乎不影響裝備行使正常職能；表明某型艦的艦載電臺類、衛星類通信能力是得到有效保障的。

3.4 艦載通信裝備通信評估仿真

1）仿真結果

針對L裝備應用ADC法對其使用能力進行評估的過程忽略。直接給出三類通信裝備仿真結果如圖2所示，以艦載通信裝備數量為橫軸，該數量下裝備故障率x以-log()x處理后的值為縱軸繪制以下曲線。

圖2 艦載通信裝備故障概率仿真圖

由圖2可知，T、S和L通信裝備配備數量由1臺增加到10臺時，其故障概率從1.25%開始成冪次減小。從圖中可看出，T、S、L類通信裝備三條線斜率依次增加，表明其故障率顯著減小。通過計算及結果分析，某型艦上T、S及L通信裝備的通信能力可以有效保障艦載通信的需要。

2）根據ADC法評估結果分析艦載通信裝備使用能力指標

在使用單因素模糊評估對T裝備使用能力進行評估小節中計算得到的權重向量W=(0.225,0.180,0.175,0.250,0.170)，根據專家打分情況，說明某型艦的T、S通信裝備的使用能力中，“裝備自身穩定性”、“裝備使用過程嚴格操作規范情況”、“全過程書面記錄情況”三項指標評估情況均為一般偏好；“裝備使用頻率”、“裝備使用時長”兩項指標則表現不佳。將單因素模糊評估結果作為ADC法能力向量矩陣引入，計算得到的ADC綜合評估結果表明評估分值符合預期，裝備使用能力的整體評估結果為“一般”。

3）對策建議

根據評估結果，對某型艦艦載通信裝備后續的裝備使用方面提出以下建議:一是適當增加裝備使用頻率及時長，使裝備提前進入“戰斗狀態”；二是在裝備使用過程嚴格操作規程，保證人與裝備之間的完美結合。

4 結語

本文用ADC法對艦載通信裝備使用能力指標進行了評估，通過計算T、S兩型裝備的故障概率反映出其通信能力。在對某型艦進行整體評估時，艦載通信裝備使用能力指標計算的向量結果將與同級其他指標共同構成上一級的隸屬度矩陣，逐層向上做出最終整體評估。