甚低频通信系统的效能评估＊

张跟鹏 李洪涛

（海军工程大学训练部 武汉 430033）

1 引言

甚低频通信系统是构成对潜通信保障能力的物质基础，其效能的高低直接反映了对潜通信保障能力的强弱。运用科学的方法和手段并选择适当的指标体系对甚低频通信系统的效能进行准确评估，有助于准确掌握甚低频通信系统的效能状况。甚低频通信系统效能的评估本质上是一个多指标决策评估问题。对该系统的效能进行综合评估，建立科学、合理的评估指标体系是非常必要的，同时还要借助于科学的评估方法。

本文基于文献［1］中所建立的甚低频对潜通信系统的效能评估指标体系，在充分调研现有评估方法的基础上，综合采用了层次分析法、专家调查法与模糊综合评估法等方法对甚低频通信系统的效能进行了评估，所得结果真实可信。

2 效能评估的一般步骤

2.1 效能的概念

效能是一个系统满足一组特定任务要求程度的能力度量，或者说是系统在规定条件下达到规定使用目标的能力［2］。“规定的条件”指的是环境条件、时间、人员、使用方法等因素；“规定使用目标”指的是所要达到的目的；“能力”则是指达到目标的定量或定性程度。

2.2 效能评估的一般步骤

效能评估是指对某种事物或系统执行某一项任务结果或者进程的质量好坏、作用大小、自身状态等效率指标的量化计算或结论性评价，它通常是由一系列技战术指标通过一个适当的评估模型来确定的。对于某一系统来说，用于表征各种特性的技术性能参数多达数十个，这些参数反映了该系统各个方面的性能指标。如果用个别参数指标来评价该系统的优劣显然是不合适的，因此应根据系统所承担的具体任务寻求能描述系统整体价值或能力的参数。这就必须把反映该系统性能的各种指标综合在一起，形成一个或几个反映该系统完成任务能力的数值，这就是效能。但是，由于这些指标的物理属性、量纲各不相同，因此要求把不同的量纲进行统一处理后才能综合。同样由于各种指标对于系统性能的影响程度不同，完成不同任务时，不同的战术技术指标所起的作用也不同，因此在进行综合之前往往还要确定各战术技术指标的重要性，即所谓的“权重”。

综合来看，进行效能评估一般包括以下三个主要环节［3～5］：

1）构建评估的指标体系。要选出一些与系统完成特定任务息息相关的指标来进行评估，恰当的效能指标物理意义明显，最能反映完成相应任务的真实目的；

2）根据给定条件，依据恰当的方法和技术手段来科学计算效能指标的值，也即权重；

3）由各指标值综合计算出效能综合评估值。该评估值可以是一个数值，也可以是一个定性的评价。

甚低频通信系统的设计初衷在于希望利用它们对潜艇实施迅速、准确、保密和不间断的通信。下面将按上述的过程对甚低频通信系统的这种效能进行评估。

3 甚低频系统效能评估的指标体系

文献［1］中通过对甚低频对潜通信系统的功能进行深入细致的分析，充分考虑了该系统的特殊军事用途及作战应用情况，最终确定了详细的效能评估指标体系。本文借用其中的研究成果，并对四级指标进行省略，得到如图1所示的效能评估指标体系。各指标的具体涵义可参考原文，在此不再赘述。

图1 甚低频通信系统效能评估的指标体系

由此构建甚低频通信系统的效能评估指标体系为：系统效能E＝｛有效性B1，可靠性B2，隐蔽性B3，机动性B4｝；有效性B1＝｛通信质量C11，信道容量C12，通信距离C13，响应时间C14｝；可靠性B2＝｛保密性C21，抗干扰性C22，可连通性C23｝；隐蔽性B3＝｛通信深度C31，上浮次数C32，停留时间C33｝；机动性B4＝｛规律性C41，潜艇机动性C42，网络机动性C43｝。

4 甚低频系统效能评估方法的选择

在确定了甚低频通信系统的效能评估指标体系之后，选择科学的评估方法是实施效能评估的关键性环节，直接关系到对甚低频通信系统效能评估的准确性和可信度。本节将在调研及对比现有评估方法优缺点的基础上，选择适合于甚低频通信系统效能评估的方法。

4.1 现有效能评估方法调研及优缺点分析

在装备系统作战效能评估方面已形成了种类繁多的理论和方法，归纳起来大致有经典ADC方法［6］、层次分析法（AHP）［7］、德尔菲法（也称专家调查法）、指数法、模糊综合评估法［8～10］等。下面依次对这些方法的优缺点进行分析，并从中选取能够利用的方法。

ADC法是美国工业界武器系统效能咨询委员会（WSEIAC）评价武器系统用的模型或方法，它是利用有效性（Availability）、可信性（Dependability）和能力（Capacity）三大要素评价装备系统，把这三大要素组合成一个表示装备系统总性能的单一效能度量。ADC方法所定义的系统效能是一种客观效能，即一旦装备系统及其使用环境已经确定，其系统效能也就相应地确定了。所以按该定义及其相应的模型所计算出来的结果，通常最能够反映装备的系统效能。但是ADC方法的局限性在于它是以系统状态划分及其条件转移概率为建模思想的，当它应用于系统状态数较多的复杂系统时，会出现矩阵维数的急剧膨胀，尤其是难以把系统效能分析反映在动态的系统运行过程中。

层次分析法（AHP）本质上是一种决策思维方式，它把复杂的问题分解为各个组成因素，将这些因素按支配关系分组形成有序的递阶层次结构，通过两两比较的方式确定层次中诸因素的相对重要性，然后综合人的判断以决定决策诸因素相对重要性总的顺序。AHP体现了人们决策思维的这些基本特征，即分解、判断和综合。AHP作为一种决策工具，具有适用性、简洁性、实用性和系统性等特点，但在应用上也有局限性。例如，AHP的应用主要针对那种方案大抵确定的决策问题，得出的结果是粗略的方案排序。在使用过程中，无论是建立层次结构还是构造判断矩阵，人的主观判断、选择对结果的影响较大，使得进行决策的主观成分很大。

专家调查法是以专家作为获取信息的对象，依靠专家的知识和经验进行预测、评价的方法。专家调查法可区分为专家个人调查法和专家会议调查法。专家个人调查法的主要过程是：确定预测题目、确定被征询专家组成人员、制定调查表、进行逐轮征询和轮询反馈、作出预测结论。专家会议调查法的调查对象大体与专家个人调查法一致，只是征询意见时采取会议方法。优点是不同意见可以直接进行交流，有助于对重大问题达成共识，且时效好。专家调查法常在数据缺乏的情况下使用。在复杂的社会、军事、经济、技术问题的预测、方案选择、相对重要性比较等方面经常使用专家调查法。

指数法是针对系统的具体情况，建立相应的数学模型，计算反映系统能力的若干指数，再通过对若干指数加权求和，得到反映系统综合能力的综合指数。其特点是数学模型直观、明确、综合能力强，使用方便，比较适合于对大型系统进行客观评价。不足之处是，虽然指数法是建立在专家们的丰富经验之上，但其中的权系数难免受个人行为的影响，对要求比较细致描述的问题一般不很适宜。

模糊综合评估就是应用模糊数学理论，结合系统工程中定性、定量分析方法，把工程设计要素和模糊因素解析化、定量化，使设计方案或设计质量的比较、评估建立在科学基础上，其关键技术是建立问题的层次结构模型，确定各设计因素的隶属度函数分布，并建立模糊关系。当评估涉及多指标的事物时，就应该综合各方面的要求做出一个更符合实际的评估。因而，可以利用模糊集合理论对某一事物的各指标的实现程度进行综合，然后根据给定的标准，得出综合性评定意见。

4.2 甚低频通信系统效能评估方法的选取

虽然效能评估方法是多种多样的，但无论采用哪种方法，关键要看评估效能的目的，以及想说明什么问题，同时也取决于当时的各种条件（如原始数据资料等），再决定用相应评估方法。常常是几种评估方法同时使用，相辅相成，才能得到比较全面和科学的结论。

目前，对通信系统效能的评估主要是采用模糊综合评估法、层次分析法。但上面的分析已表明这两种方法各自存在着不同程度的缺陷，即模糊综合评估法中的指标权值的给定，定性的成分较大，而层次分析法无法处理一些影响通信系统效能的因素的随机性。因而，分别单独采用这两种方法来评估甚低频通信系统效能缺乏较高的可信度。

为了更加科学合理地评估甚低频通信系统的效能，根据对效能评估方法的比较和分析，结合甚低频通信系统效能评估的特点，本文综合了多种方法来对甚低频通信系统的效能进行评估，详细步骤如下：先用层次分析法确定甚低频通信系统的指标体系；进而通过专家会议调查法确定各指标的影响程度即权重；再通过专家个人调查法确定各指标的评语集；最后利用模糊评估法，采用递推算法给出目标层对评语的隶属度，建立模糊矩阵，并根据各因素的影响程度来进行综合评估。

通过分析可以看出，这种综合方法既解决了甚低频通信系统效能评估指标权值取值的科学合理性问题，又能够有效地对影响甚低频通信系统效能的一些具有难以预测的随机性因素进行合理地处理，从而使甚低频通信系统效能的评估更加科学合理，具有更高的可信度。

5 甚低频系统的效能评估

5.1 指标权重的确定

结合甚低频通信系统效能评估的指标体系，通过两两对比的方式，得到了第二层指标重要性的两两比较判断矩阵为

求得判断矩阵B的最大特征值λmax＝4.0435，一致性指标CI＝（λmax－n）／（n－1）＝（4.0435－4）／（4－1）＝0.0145，查表知n＝4时平均随机一致性指标RI＝0.89［11］，CI／RI＝0.016＜0.1，因此该判断矩阵具有较好的一致性。求出判断矩阵B的最大特征值所对应的特征向量并归一化后为AB＝［0.5595，0.2495，0.0955，0.0955］T，此即为各指标的权重向量。

同理，通过同样的方式得到第三层各指标重要性的两两比较判断矩阵C1、C2、C3、C4如下：

依次求出各判断矩阵的最大特征值，并进行一致性检验后，得出措施层各指标的权重向量依次为AC1＝［0.3825，0.1753，0.3826，0.0596］T，AC2＝ ［0.1047，0.2583，0.6370］T，AC3＝ ［0.6370，0.1047，0.2583］T，AC4＝［0.2426，0.6694，0.0880］T。

5.2 各指标的专家评价调查问卷样式及结果统计

假设决断集V用集合｛优，良，中，差，很差｝表示，对应取值为｛1，0.7，0.5，0.3，0.1｝。通过向5名专家发放调查问卷，得到关于各指标评估的统计结果如表1所示。

表1 甚低频通信系统各效能指标等级得分专家调查统计表

将第二层指标体系的权重影响计入第三层各指标的权重之后，即可得到甚低频通信系统最下层的各评估指标对于总效能影响权重，为［0.2140，0.0981，0.2140，0.0333，0.0261，0.1589，0.0608，0.0100，0.0247，0.0232，0.0639，0.0084］。

5.3 评估结果及分析

总体得分为：0.2140×0.58＋0.0981×0.38＋0.2140×0.76＋0.0333×0.58＋0.0261×0.88＋0.0644×0.62＋0.1589×0.58＋0.0608×0.62＋0.0100×0.50＋0.0247×0.38＋0.0232×0.58＋0.0639×0.46＋0.0084×0.42＝0.5971。

对照决断集中各评判等级的分值，可判定该评估结果处于良和中之间的档次。

6 结语

甚低频通信系统的效能反映了利用它们对潜艇实施迅速、准确、保密和不间断通信所能达到的能力程度。本文在现有的评估指标体系的基础上，综合利用层次分析法、专家调查法以及模糊综合评价法对甚低频通信系统的效能进行了评估，弥补了文献［1］只研究了效能评估的指标体系而未得出最终效能评估结果的不足。所得到的评估结果能够真实地反映甚低频通信系统对潜通信的保障能力。

［1］喻鹏，黄威刚，李晓东，等.对潜通信系统效能评估指标体系研究［J］.舰船电子工程，2008，28（12）：12－14.

［2］沈继红，付肖燕，赵玉新.模糊综合评估模型的改进［J］.模糊系统与数学，2011，25（3）：127－132.

［3］郭齐胜，等.装备效能评估概论［M］.北京：国防工业出版社，2005.

［4］张杰.效能评估方法研究［M］.北京：国防工业出版社，2009.

［5］郭振坤.运用层次分析法进行通信系统效能评估［J］.中国新通信，2012（9）.

［6］董良东，陈晓，曾兴善.武器装备体系效能评估方法研究［J］.武器装备自动化，2008，27（2）：30－31.

［7］张庆辉，支冬栋.基于ADC法的通信系统效能评估研究［J］.电脑知识与技术，2010，4，6（10）：2360－2362.

［8］邱永红，潘亚汉.基于模糊综合评估法的通信系统抗干扰性能评估［J］.军事系统工程，2000（1）：17－22.

［9］文谷生，廖学兵.基于模糊综合评估法的某综合信息系统评估［J］.仪器仪表学报，2006，27（6）：2338－2341.

［10］崔荣，常显齐.基于模糊系统的武器装备体系效能评估方法［J］.军事运筹与系统工程，2007（3）：69－73.

［11］卫泽，王永斌，金善来，等.AHP灰色效能评估模型在Link16数据链中的应用研究［J］.计算机与数字工程，2012，40（6）.

［12］李玲娟，豆坤.层次分析法中判断矩阵的一致性研究［J］.计算机技术与发展，2009，19（10）：131－133.