基于模糊综合评判的短波跳频系统效能评估＊

2012-10-16刘维平李有才习守成

舰船电子工程 2012年2期

刘维平李有才习守成

（海军兵种指挥学院广州 510430）

1 引言

短波跳频通信系统是一个复杂的通信系统，其效能涉及的影响因素多，具有很大的不确定性，因此，评估指标体系中的很多指标都是综合指标，具有随机因素和模糊因素［1］。多层模糊综合评判提供了一种定量与定性相结合的系统分析问题的科学方法，能更好地揭示评价对象的模糊概念，使评估结果具有较高的可靠性、逻辑性和规范性［2］。在多层模糊综合评判中，评价指标将分为多个层次［3］，其优越性在于：1）提高了模糊综合评估方法处理复杂系统的能力；2）降低了准确确定庞大指标权重的难度，增加评估准确性；3）可避免因采用主因素突出型算法，而导致指标权重“淹没”模糊矩阵中的信息。文章通过建立基于模糊数学和层次分析法的效能评估模型，采用多层模糊综合评判的方法，对短波跳频通信系统进行效能评估。

2 模糊综合评判、模糊变换与主要步骤

模糊综合评判法的理论基础是模糊变换［4］，主要步骤包括确定指标集合及其层次、评价每个指标、对指标评价结果进行合成得到总的模糊评语、将模糊评语转化为总得分等。

2.1 模糊综合评判法

模糊综合评判法（fuzzy comprehensive evaluation，简称FCE）也称模糊综合评判，其基本思想是：以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，对受到多种因素制约的事物或一些边界不清且不易定量的对象定量化，进行综合评价的一种方法［5］。模糊综合评判法的主要优点在于整个模糊综合评估的过程与评估人对评估对象的认识过程是一致的，是评估人对评估对象认识过程的一种数学表达，因此，该方法能够较好地解决评估指标和评估标准模糊性问题，克服人的主观臆断性，增强评估结果的准确性和折服性，适用于对评估对象的系统效能评估［6］。模糊综合评判与常用的定量评估的差异在于：在模糊综合评判中，被评价对象相对于各个指标的评价是模糊的，即不是用一个确定的数值而用一个模糊矢量来描述系统的指标。模糊综合评判实际上可以看成是模糊变换概念的实际应用。

2.2 模糊变换

假设论域是U＝｛u1，u2，…，un｝，我们可以用一个矢量A＝（a1，a2，…，an）来表示U 上的一个模糊集合，其中ai＝QA（ui）是论域中各元素U 对于模糊集合A 的隶属度。这样的矢量我们称为模糊矢量。模糊矢量可以看成是只有一行的模糊矩阵。

假设有论域U×V上的一个模糊关系R，用如下模糊矩阵表示：R＝［rij］n×m，对于论域U 上的一个模糊集合A，它用如下模糊矢量表示：A＝（a1，a2，…，an）。我们把运算B＝A·R称为模糊变换，它将U上的一个模糊集合A变换为V上的一个模糊集合B。

2.3 模糊综合评判法的数学模型

模糊综合评判法有比较完善的数学模型与运算流程，其主要步骤包括［7］：

2）就每个ui中的ki个指标进行评价。ui中的指标权重矢量是Ai＝（ai1，ai2，…，aiki），如果评语集合是：v＝｛v1，v2，…，vm｝，则被评价对象相对于各个指标的模糊评语，即ui×V 上的模糊矩阵是：Ri＝［vigh］ki×m，进行下列模糊变换：Bi＝AiRi＝（bi1，bi2，…，bim）（i＝1，2，…，n），从而得到每个ui的评价结果Bi。

3）对每个ui的评价结果进行合成。此时的指标集合是U＝｛u1，u2，…，un｝，Bi是被评价问题针对指标ui的模糊评语，将各个Bi合成为一个U×V上的模糊矩阵R，既有：R＝［B1，B2，…，Bn］T＝［Bij］n×m，如果指标集合U 上的权重矢量是，A＝（a1，a2，…，an），则经模糊变换得到被评价问题相对于全部指标的总的模糊评语：

4）将模糊评语B转化为总得分S。根据专家的意见给各级评语bi确定一个权数wi，例如可以赋值：w1＝100，w2＝80，w3＝60，w4＝30，得到系统的总得分。

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3 短波跳频通信系统效能评估

基于多层模糊综合评判的短波跳频通信系统效能评估包括：效能评估指标的选取、效能评估体系的建立和基于多层模糊的综合评判。

3.1 短波跳频通信系统效能评估指标体系的建立

短波跳频通信系统的基本要求是迅速、准确、保密、不间断地传输与交换信息［10］，按照这个要求，参照一般军事通信系统网络指标分类方法，并考虑短波跳频通信系统的特殊性，系统效能评估指标体系如图1所示。

图1 短波跳频通信系统效能评估指标

·时效性：是指跳频通信系统在规定时限内以最快的速率传递给接收端的能力。影响系统时效性的因素包括系统沟通响应时间、信息传输平均时延、信息传输速率、信息传输覆盖范围等。

·可靠性：是跳频通信系统硬件设备稳定性和信息内容准确性的综合指标，是指系统由于内部或外部因素影响发生变化，仍能可靠保障信息传输与交换的能力。影响系统可靠性的因素包括系统平均无故障时间、平均维修时间、系统误码（信）率、系统网络拓扑结构等。

·抗干扰性：是指跳频通信系统在复杂电磁环境下，受到系统内部、外部无意或有意干扰时的信息传输能力。影响系统抗干扰性的因素包括系统跳频速率大小、系统跳频图案复杂性、系统跳频频带宽度、系统跳频频点数量等。

·安全性：是指跳频通信系统将信息隐蔽、保密地传输给通信网内各节点，而不被敌方侦测、干扰、攻击的能力。衡量系统安全性的主要指标包括信号辐射强度、信号被截获与被破译概率、敌我信息装备的加／解密技术等。

评价指标分为两个层次，第一层五个指标，第二层十八个指标。评语分为四级，包括很好，好，一般，差。根据十位专家意见，各个指标的权重如表1所示，比如针对二级指标系统信息传输时延，十位专家中两位专家认为信息传输时延为很好，四位专家认为好，三位专家认为一般，一位专家认为差，则赋值分别为0.2、0.4、0.3、0.1。