基于双犹豫模糊信息的军用卫星通信系统效能评估*

张　力　于　睿　金　鑫　孙　莹

(1.南京电讯技术研究所　南京　210007)(2.解放军理工大学通信工程学院　南京　210007)

(3.中国电子设备系统工程公司研究所　北京　100039)(4.73681部队　南京　210000)(5.73682部队　徐州　221006)



基于双犹豫模糊信息的军用卫星通信系统效能评估*

张力1,2于睿3金鑫4孙莹5

(1.南京电讯技术研究所南京210007)(2.解放军理工大学通信工程学院南京210007)

(3.中国电子设备系统工程公司研究所北京100039)(4.73681部队南京210000)(5.73682部队徐州221006)

摘要基于分析军用卫星通信系统的特点及其承担的军事信息保障任务,构建了军用卫星通信系统效能评估指标体系。提出了一种属性值为双犹豫模糊数、属性权重通过几何平均和最小方差得到的群体评估方法,并用实例进行了验证。

关键词效能评估; 指标体系; 双犹豫模糊信息; 军事卫星系统

Effectiveness Evaluation of Military Satellite Communication System Based on Dual Hesitant Fuzzy Information

ZHANG Li1,2YU Ru3JIN Xin4SUN Ying5

(1. Nanjing Telecommunication Technology Institute, Nanjing210007) (2. College of Communications Engineering, PLA University of Science & Technology, Nanjing210007) (3. Institute of China Electronic System Engineering Corporation, Beijing100039) (4. No. 73681 Troops of PLA, Nanjing210007)(5. No. 73682 Troops of PLA, Xuzhou221006)

AbstractBased on analyzing the characteristics and missions of military satellite communication system, this paper built up the effectiveness evaluation index system of military satellite communication system. An evaluation method was introduced which the attributes being presented by hesitant fuzzy information and the weights being obtained by the concept of geometric mean and least-square. Finally, a practical example was given to prove the exactitude and practicability of the method.

Key Wordseffectiveness evaluation, index system, dual hesitant fuzzy information, military satellite communication system

Class NumberV474

1引言

军用卫星从20世纪50年代末出现到90年代直接参加局部战争,已经发展成为一些国家现代作战指挥系统和战略武器系统的重要组成部分,被喻为现代信息战的军事力量倍增器。在海湾战争、伊拉克战争、阿富汗战争等局部战争中,各种军用卫星大量集中应用,为美军在全球提供及时可靠的通信保障,对于美军取得战争最终的胜利发挥了巨大的作用。军用卫星系统作为高技术军用装备已成为各国军事领域的研究热点。军用卫星系统是一个由通信系统联结起来的集无线电测控设备和计算机数据处理等设备于一体的复杂大系统,网内任一分系统或任一局部性能的变化都将对整个系统的工作性能产生一定的影响[1]。其系统效能评估在军用卫星系统的设计、研制、试验、采购、使用及维护等各个阶段都是十分重要的问题。

军用卫星系统的这种复杂性决定了其评价指标(属性)必然具有多层次且定性与定量指标并存。本文在模糊理论基础上,研究了在考虑决策者主观不确定偏好特征条件下的多属性决策理论、方法及其在武器系统效能的应用。

2军用卫星系统的特点及任务

结合军用卫星通信系统的特点,在一体化作战、远程精确打击等高技术战争中,军用卫星通信系统大致有如下任务[2]:

1) 指挥通信。上级指挥命令的下达,作战行动的协调(主要为话音、文传等信息),都需要通过C4ISR系统及时、准确、保密地传达给作战部队,这就要求用于指挥通信的卫星通信及时、准确、保密、抗干扰、生存能力强。

2 )侦察情报传输。军用卫星通信系统以其高数据传输速率、高数据压缩比、高可靠性等优点被选作优先对象,接收、传送关键节点的情报产品,提供决策所需的有关我情、敌情和战场环境的近实时情报数据和图像,传输空间监视和预警信息及指挥控制信息,确保探测器与射击武器之间的通信和信息处理链路畅通,实时或近实时地向武器系统分发目标定位数据,从而实现精确打击。

3) 日常通信。为陆、海、空各军种部队的后勤、装备保障及日常管理提供通信服务,包括海上舰队与基地的日常通信、广播服务、友邻的联络、心理战的宣传等。

3军用卫星通信系统效能评估指标体系的建立

基于以上分析,建立效能评估指标体系[3],如表1所示。

表1　军用卫星通信系统效能评估指标体系的层次模型

4基于双犹豫模糊信息的效能评估方法

武器系统的效能是该系统完成给定作战任务的能力,是规划、研制、生产和使用武器系统所追求的总目标,其效能分析也是武器装备研制工程中的重要环节。系统效能的含义是系统满足一组特定任务要求程度的度量[4],要想获取实际的参数数据是复杂而困难的。文献[1]认为大部分性能指标可通过分析具体的通信卫星网的性能直接获得;一些与覆盖能力相关的指标可通过轨道仿真或相关仿真软件获得;一些定量的性能指标可通过分析具体的卫星系统的性能,利用该指标的具体解析计算模型直接获得。但效用函数只能描述评估人员的部分评估信息,即满意程度。而且评估人员由于认知程度的差异往往存在着不同程度的犹豫性,如果要求他们对于系统属性给予完全精确的评估值是比较困难的,也是不准确的。Atanassov的直觉模糊集[5],把只考虑隶属度的Zadeh[6]经典模糊推广为同时考虑隶属度、非隶属度和犹豫度这三方面信息的双犹豫模糊集。Torra[7]认为决策者在做决策时往往对于信息的把握是模糊的,会在多个方案中犹豫不绝,即确定一个元素属于一个集合的隶属度时,往往是由几个可能的值构成。受IFs和HFs的启发,朱斌和徐泽水[8]给出了对偶犹豫模糊集的概念,对于隶属度和非隶属度都是数集而不仅仅是一个数值。其提出的双犹豫模糊集理论,可以充分反映决策人员的评估信息,对于定性指标的量化评估具有独特的优势。

4.1双犹豫模糊信息的相关知识

定义1[8]X是一个给定的集合,双犹豫模糊集D是从X到[0,1]的一个函数映射,表示为

D={〈x,h(x),g(x)〉|x∈X}

(1)

其中h(x)和g(x)分别是两个数集,数集中的元素都在[0,1],并且表示x∈X属于集合D的可能的程度和不属于集合D的可能的程度,令γ∈h(x),η∈g(x),γ+∈h+(x)=∪γ∈h(x)max{γ},η+∈g+(x)=∪η∈g(x)max{η}。则满足以下条件:

0≤γ,η≤1,0≤γ++η+≤1

(2)

为方便起见,d(x)=(h(x),g(x))称作对偶犹豫模糊数。

定义3[8]设d1=(hd1,gd1)和d2=(hd2,gd2)为双犹豫模糊数,s(d1)和s(d2)分别为d1和d2的得分值,h(d1)和h(d2)分别为d1和d2的精确度,则

若s(d1)

若s(d1)=s(d2),则

1) 若h(d1)=h(d2),则d1和d2相等,即hd1=hd2和gd1=gd2,记为d1=d2;

2) 若h(d1)

3) 若h(d1)>h(d2),则d1大于d2,记为d1≻d2。

定义4设d=(hd,gd),d1=(hd1,gd1)和d2=(hd2,gd2)为双犹豫模糊数,则

1)d1⊕d2={hd1⊕hd2,gd1⊗gd2}=∪γd1∈hd1,ηd1∈gd1,γd2∈hd2,ηd2∈gd2{{γd1+γd2-γd1γd2},{ηd1ηd2}};

2)d1⊗d2={hd1⊗hd2,gd1⊕gd2}=∪γd1∈hd1,ηd1∈gd1,γd2∈hd2,ηd2∈gd2{{γd1γd2},{ηd1+ηd2-ηd1ηd2}};

3)nd=∪γd∈hd,ηd∈gd{1-(1-γd)n,(ηd)n}

定义5设hj=(hhj,ghj)(j=1,2,…,n)为一组双犹豫模糊数,且设DHFWA:Θn→Θ,若

DHFWAω(d1,d2,…,dn)=ω1d1⊕ω2d2⊕…⊕ωndn

(3)

(4)

定理1[9]设dj=(hdj,gdj)(j=1,2,…,n)为一组双犹豫模糊数,则由DHFWA算子得到的集成值也是双犹豫模糊数,其中

(3)

(5)

4.2属性权重的确定[10]

本文采用多专家群决策方法确定属性权重,基本思路是:首先各专家依据层次分析法[11]构建出判断矩阵群,确定其权重向量群并用几何平均法求出相对最优权重,利用“最小方差”概念确定决策者评价水平相对权重;再采用加权几何平均法确定各层指标的相对权重。

(6)

(7)

则第l个决策者评价水平的相对权重为

(8)

再由加权几何平均法可以得到n个属性的权重为

(9)

4.3效能评估方法的步骤

1) 确定二级指标的属性值。此处由各专家以双犹豫模糊数的形式给出底层指标的属性值,再利用DHFWA算子对各专家的评估值进行集成,其中各专家的权重可事先给出。

2) 利用4.2节中的方法确定各级指标相对于上一级指标的权重,进而计算出各底层指标相对于目标层的权重。

3) 根据底层指标属性值和权重向量,利用DHFWA算子计算出系统最终效能评估值。

显然,得到的最终效能评估值也为一双犹豫模糊数,计算它的得分值和精确度,得分值可以体现出该系统满足特定任务要求的程度,可以事先由专家设定一门限值作为可接受阙值,即当系统效能得分值高于该门限值时,若其为拟建设的系统,则认为有建设的必要;若为已建成系统,说明其可满足战争要求,不需要改进。而精确度可以反映专家对于该系统评估的确定程度,也需设定一门限值,只有高于该门限时才为有效评估结果,否则需重新进行评估。

4) 若为多系统择优问题,则只需计算各系统效能评估值的得分值和精确度,按定义3进行排序。

5算例分析

对某一军事卫星通信系统进行效能评估,设共有四位专家D={d1,d2,d3,d4}参与评估,效能得分值和精确度门限分别设为0.4和0.8。

步骤1各专家以双犹豫模糊数给出底层指标属性值,然后利用DHFA算子对各专家的评估值进行集成,可得各指标的综合属性值,如表2所示。

表2　底层指标属性值

步骤2各专家利用层次分析法给出各指标层的相对权重初始值,如表3所示。

表3　各层指标相对权重初始值

由式(5)～(7)可计算得到一级指标和二级指标专家评价水平相对权重:

λ(1)=(0.24,0.13,0.16,0.47)

λ(2)=(0.15,0.27,0.13,0.45)

由式(8)计算出各级指标的属性权重值

ω(u11,u12,u13,u14)=(0.26,0.24,0.22,0.28)

ω(u21,u22,u23)=(0.31,0.34,0.35)

ω(u1,u2)=(0.47,0.53)

进而计算出底层指标相对于目标层的权重值

ω=(0.12,0.11,0.10,0.13,0.16,0.18.0.19)

最后利用DHFWA算子计算出系统最终效能评估值

其得分值和精确度分别为

s(α)=0.465,h(α)=0.843

显然,该系统的效能值满足要求,且评估值有效。

6结语

本文对于军事卫星通信系统效能评估问题做了初步探讨,在分析军用卫星通信系统的特点和任务的基础上建立了效能评估指标体系,针对传统的效用函数评估信息的不足以及考虑到决策专家由于认知差异所带来的评估犹豫度,提出了一种属性值为双犹豫模糊数、属性权重通过几何平均和最小方差得到的群体评估方法,并通过算例验证了该方法的有效性。

参 考 文 献

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中图分类号V474

DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2016.01.027

作者简介:张力,男,硕士研究生,工程师,研究方向:网络资源管理。

*收稿日期:2015年7月2日,修回日期:2015年8月30日