基于改进TOPSIS模型在通信对抗链路威胁评估中的应用研究*

赵春雷 王昌宝 潘启中 毕大庆

(合肥电子工程学院 合肥 230037)

基于改进TOPSIS模型在通信对抗链路威胁评估中的应用研究*

赵春雷 王昌宝 潘启中 毕大庆

(合肥电子工程学院 合肥 230037)

针对通信链路的特点,分析了影响链路威胁评估的因素,建立了链路威胁评估模型,改进了逼近理想解的排序方法(TOPSIS)指标权重的确定,然后运用改进的TOPSIS模型对通信链路威胁评估问题进行了研究,并通过实例验证了该算法的合理性和有效性。

通信链路; 威胁评估; CRITIC; 权重; TOPSIS

Class Number TN929

1 引言

在通信对抗指挥决策过程中,对敌方通信链路进行威胁评估是指挥决策的重要环节之一,其为通信干扰资源的分配提供决策依据。目前,关于通信威胁评估的方法很多,文献[1]采用层次分析法确定链路的威胁大小;文献[2]通过TOPSIS方法对通信目标进行威胁排序。然而,上述方法还存在一些不足:首先,在指标权重的确定上采用专家打分、层次分析等方法,具有很大主观性;其次,在指标的选取和指标隶属函数的确立上考虑得不够合理、全面,同时,没有考虑指标的相关性和指标信息重叠问题。针对上述问题,本文对评估指标体系进行修正,对个别指标隶属重新进行度量,提出了采用层次分析法和客观CRITIC法组合赋权TOPSIS法的威胁评估方法,并重点对组合赋权方法进行研究,最后用组合赋权TOPSIS法进行实例分析,验证该方法合理有效。

2 通信链路威胁评估模型

2.1 通信链路威胁评估指标体系

影响通信链路威胁度的因素很多,在众多因素当中,既有定量的,也有定性的,而且相互之间关系复杂,若要全面考虑每个因素,给出一个威胁程度与各种因素的函数关系相对困难,并且难以保证时效性。通过对影响通信链路威胁因素的分析研究,由战术重要度、链路抗干扰性、网专级别、网专属性、网专出联频度、功率等主要因素构成的威胁评估指标体系,可以较好地描述链路的威胁特性。

2.2 通信链路威胁评估指标标准的确定

实际中影响通信链路威胁度的属性指标有定量的,也有定性的,有的甚至是模糊的。同时,多属性决策问题还有一个重要特征是指标量纲不同。使得获取的数据无法进行统一量化综合,难以直接比较。为运用TOPSIS法对多属性通信系统链路的威胁度进行评估排序,需要把模糊的、定性的指标转化为定量的描述,并对指标体系进行无量纲处理。

2.2.1 战术重要度

依据通信链路的战术重要性确定的威胁指数。其隶属函数通过对通信作战意图的判断或者通信对战争进程的影响来建立。实际中主要考虑三种情况:一是属于本次战斗任务的干扰目标链路,符合作战意图,目标链路肯定在干扰的区域内,此时隶属度函数取值为a1;二是不属于本次作战任务的干扰目标链路,但在干扰区域内的目标链路,此时隶属度函数取值为a2;三是不属于本次干扰任务也不在干扰区域内的目标链路,此时隶属度函数取值为a3;且有0≤a3

2.2.2 抗干扰性

依据被干扰目标运用的抗干扰措施确定的威胁指数。根据文献[2],其威胁隶属函数u(f2)记为式(1):

(1)

其中n为被干扰目标所采取的抗干扰措施的种类。

2.2.3 网专级别

依据网专的级别确定的威胁指数。通信网的级别由它所保障部队的级别确定,部队的级别不同,其通信网传递信息的价值和等级也不同。为便于计算,对网专级别按表1进行隶属,记为u(f3)。

表1 网专级别与威胁度的隶属关系

2.2.4 网专属性

依据通信网的性质确定的威胁指数。根据文献[3],其威胁隶属函数u(f4)记为表2。

表2 网专属性与威胁度的隶属关系

2.2.5 网专出联频度

依据网专出联的次数确定的威胁指数。根据文献[4]其威胁隶属函数u(f5)记为式(2):

(2)

网专出联频度一定程度上能够反映战场通信链路的实时态势,将其确定为评估指标使结果更加客观、合理。

2.2.6 功率

依据信号传播方式,发射机、接收机的距离和干扰机、接收机之间的距离,以及发射机的功率确定的威胁指数。由通信干扰方程[5]知,干扰功率与发射机功率、干通比、信号传播方式等因素有关,其中干通比对功率的影响最大。在传播方式确定,发射机与接收机的距离一定,干扰机与接收机距离越远,以及发射机的功率越大,所需干扰功率越大,越难干扰,因此对我军的威胁越大。其威胁隶属函数为u(f6):

(3)

其中Pi为所需的干扰功率,Pmax为干扰设备所能干扰的最大干扰功率的临界值。

3 通信链路威胁评估指标权重的确定

影响威胁程度的各个属性指标的重要性是不同的,因此,需要确定各属性指标的权重。确定属性指标权重的方法有主观法和客观法。主观法体现决策者的主观偏好和经验,但有很大的主观随意性。客观法能够充分利用评估模型具备的客观决策信息,但往往忽略实际指标之间的轻重关系,完全依据客观权重又可能会造成结果与实际不相符的情况。本文综合考虑主、客观因素,采用主观层次分析法与客观CRITIC法相结合的方法确定指标权重。

3.1 主观权重的确定

主观权重确定方法主要有AHP法、Delphi法、二元对比法、专家打分法等。由于AHP法简便有效,本文采用AHP法对指标的主观权重进行确定。具体参考文献[6]对主观权重Ws=(ws1,ws2,…,wsm)进行计算,其中m表示指标的数量。

3.2 客观权重的确定

(4)即得到评估指标客观权重Wo=(wo1,wo2,…,wom)。

运用CRITIC法求解客观权重时,考虑了指标之间的相关性及指标所包含的重叠信息对决策评估的影响,使权重的确定更加客观、合理。同时,指标之间的相关性也一定程度上体现了指标反映信息的相似程度,从而也能够为合理确立指标体系提供一定的理论支持[8]。

3.3 组合权重的确定

为了能够全面反映链路指标的重要性,既考虑指挥员的作战经验,又兼顾客观信息数据,并拉开各个通信链路之间威胁评估档次,本文最终组合权重W=(w1,w2,…,wm)的确定采用乘法合成法对各指标进行组合赋权[9],具体见式(5)。

(5)

4 运用TOPSIS法进行威胁评估

TOPSIS法[10]是基于规范化后的决策矩阵,找出有限方案中的最优方案和最劣方案构成一个空间,待评价的某方案可视为该空间上的一个点,通过计算该点与理想解和负理想解间的距离(相对接近度),从而对各个方案进行排序。

本文在得到通信链路指标组合权重向量W=(w1,w2,…,wm)后,应用改进的TOPSIS法进行威胁排序解算,其具体计算步骤参考文献[11]。

5 实例分析

5.1 战术想定

以我军轰炸机执行轰炸敌军某一防空导弹阵地为例。根据侦察,敌军武器系统的通信网络拓扑结构如图1所示。

图1 敌军武器系统的通信网络拓扑结构图

同时,指挥员或专家根据作战经验和实战需求,选择对我军执行这一任务构成威胁的主要通信链路已在图1中标识。由侦察得到链路的参数如表3所示。

表3 敌军重要通信链路的属性参数值

5.2 运用TOPSIS模型的分析评估

根据侦察数据及本文指标隶属函数计算出威胁评估决策矩阵X如表4所示。

表4 决策矩阵X

根据AHP法知,主观权重为Ws=(0.4,0.12,0.15,0.1,0.08,0.15);根据决策矩阵及CRITIC法得到客观权重Wo=(0.1814,0.1230,0.1274, 0.1575,0.2463,0.1644);最后组合权重W=(0.4356,0.0886,0.1148,0.0946,0.1183,0.1481)。由决策矩阵和组合权重得到加权矩阵R如表5所示。

表5 加权决策矩阵R

由表和公式可以确定理想解A+和负理想解A-如表6所示。

表6 理想解A+和负理想解A-数值表

最后,根据上述公式得到各通信链路距离理想解和负理想解的距离及各通信链路对理想解的相对接近度,如表7所示。

表7 理想解、负理想解距离和相对接近度数值

由计算结果pi,可以得到最终的通信链路威胁排序为(由大到小):R2,R3,R1,R5,R4。

通过上述分析,可以看出上述排序结果与实际分析结论基本一致,表明了运用上述算法对通信链路进行威胁评估的正确性和合理性。

6 结语

本文运用改进的TOPSIS模型对通信对抗中重要通信链路进行威胁评估,将主、客观赋权法所得到的权重向量有机地结合,既考虑了指挥员和经验专家对敌方通信决策意图的主观判断,又体现了由侦察参数构成的决策矩阵本身拥有的客观决策信息,并通过实例验证了该模型的可行性和有效性。同时,实际仿真中发现,该方法对数据的波动比较敏感,评估指标隶属函数的确定对评估结果有较大影响。

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[7] 徐萍,高健.熵权法和CRITIC法在医疗工作质量评价中的应用[J].中国医院统计,2011,18(3):257-258.

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Threats Evaluation of Communication Countermeasure Link Based on Modified-TOPSIS Model

ZHAO Chunlei WANG Changbao PAN Qizhong BI Daqing

(Electronic Engineering Institute of Hefei, Hefei 230037)

According to the characteristics of communication link, the influence factors of evaluation of link threats are analyzed, and the threat assessment model is establishted and the index weight of technique for order preference by similarity is modified to ideal solution(TOPSIS). Then the Modified-TOPSIS model is used in the study of evaluation problems of communication link threats. The rationality and effectiveness of the algorithm is verified by the application.

communication link, evaluation of threats, CRITIC, index weight, TOPSIS

2013年8月11日,

2013年9月13日

赵春雷,男,硕士研究生,研究方向:装备技术及应用。王昌宝,男,硕士,副教授,硕士生导师,研究方向:通信对抗。潘启中,男,博士,讲师,研究方向:通信对抗。毕大庆,男,硕士,讲师,研究方向:通信对抗。

TN929

10.3969/j.issn1672-9730.2014.02.017