基于ADC的舰载通信装备FAHP效能评估方法研究∗

魏玉人 陈 楠 周学广

（1.南部战区海军参谋部 湛江 524001）（2.中国人民解放军91991部队 舟山 316000）（3.海军工程大学信息安全系 武汉 430033）

1 引言

目前，多将ADC法与模糊层次分析法作为对武器装备作战或使用效能［1］、信息系统或军事装备效能的评估方法［2］。直接应用包括:舰载武装直升机对岸火力支援效能评估［3］、机动通信系统生存能力评估［4］、防空导弹体系进行效能评估［5］、反坦克导弹武器系统效能评估［6］以及军事通信系统效能评估［7］，都应用AHP法与FAHP法对ADC法中的能力矩阵C进行量化。各种改进应用包括:运用模糊数学方法构造能力向量C改进ADC法［8］；利用AHP法与模糊综合评判法对反坦克导弹作战效能进行评估［9］；采用ADC法、FCE法及系统有效性分析方法同时对弹道导弹的效能进行评估［10］；运用导弹武器系统的阶段性飞行特征对传统ADC法进行改进，利用AHP法和FCE法量化处理能力矩阵C［11］；借助ADC模型，将可用度、可信度及能力对光电对抗系统进行模糊综合评判［12］；分层确定和构建仓储运行管理效率评估模型［13］；结合FAHP和ADC法的集成军事通信网络的作战效能评估［14］；使用AHP、ADC和模糊理论进行沿海环境影响武器装备作用性能整体评估［15］；采用ADC和FCE法相结合的指挥所通信装备效能定量评估［16］；综合使用ADC和AHP方法的某机载通信系统效能评估［17］；综合运用ADC法、AHP法和FCE法进行舰载雷达装备管理综合评估［18］；基于熵权-AHP法和ADC法的防空导弹武器的两种国产轮式战车分析评估［19］。

上述研究或将AHP法、FCE法等方法结合入ADC法中，利用模糊数学等方法解决ADC法中能力矩阵构造问题，对军事装备效能进行评估；或使用多种评估方法对军事装备系统效能进行评估。未见将ADC法计算结果引入模糊层次分析法对装备管理效能进行评估的研究。

2 基于ADC的FAHP评估方案

本节设计舰载通信装备效能评估方案，给出舰载通信装备效能的具体评估过程。

2.1 确定舰载通信装备效能评估因素集以及评语集

明确评估的对象为舰载通信装备效能，涉及舰上日常使用管理中的所有通信装备，通信装备使用、管理的全过程以及该过程中人员、制度等全要素。评估因素集选取适当的方法分级构建。其中，3个一级评估因素，8个二级评估因素和80多个三级评估因素等。本文采用的评语集为5级，即（很好、好、一般、差、很差）。

2.2 确定舰载通信装备效能评估因素权重

通过外请多个专家背靠背打分，获取各评估指标的评估矩阵；再利用一组设定的隶属函数将所有指标的评估值转化为隶属度和隶属度权重；然后生成相应的隶属度权重矩阵，进而确定指标权重向量。步骤如下:

1）构造模糊判断矩阵；

2）计算得到模糊一致判断矩阵；

3）计算指标权重。

2.3 隶属度的计算

专家根据确定的评语集对下一层指标进行评估，假设下一级指标数为i，专家数为N，其中，有nij个专家为指标i评估为j，则由打分结果可求得各指标的隶属度矩阵:

2.4 单因素模糊评判

指标权重值矩阵为W，隶属度矩阵为R，评判结果用矩阵表示:

其中，“◦”为模糊合成算子，本文对模糊合成算子采用M( )·,⊕ 算子。

2.5 多级模糊综合评判

对于多层次系统而言，需要从最底层开始评判，并将每层的评判结果作为上层的输入，组成上层的评判矩阵R，直到最高层的评判结束。本文为三级模糊综合评判，其模型参见图1。

图1 三级模糊综合评判模型

2.6 对评估结果的判定

利用多级模糊综合评判得到的最终向量B对评估结果做出判定，常用的判定准则有最大隶属度准则和加权平均准则。

2.7 ADC法评估装备使用能力

1）确定可用度矩阵A

因为舰载通信装备使用时仅存在两种状态，即正常工作状态与故障状态，故:

其中，a1表示装备正常工作的状态，a2表示故障状态，且a2=1-a1。

2）确定可信度矩阵D

舰载通信装备在正常出海前均检查无误，均可正常使用，则:

其中，d1,1表示通信装备正常使用概率，d1,2表示通信装备故障概率；d2,1为修复机器故障概率，限于出海舰艇难以提供足够的维修保证，因此该概率为0，则d2,2概率为1。

3）确定能力矩阵C

利用单因素模糊评判获得装备使用下一层级指标的评判结果为B'={b1,b2,b3,b4,b5}，作为装备正常使用状态下的能力向量，考虑到装备故障状态时能力向量为{0 ,0,0,0,0} ，则:

4）计算舰载通信装备使用指标效能E

根据式（6）计算得到的向量作为对舰载通信装备使用的评估结果，同时将其作为中间结果引入多级模糊评判的计算。

3 舰载通信装备效能评估计算与仿真

舰载通信装备涉及电台、卫星及数据链三类（下文以T、S和L代指），本节应用模糊层次法对舰载T、S和L这三款通信装备的装备使用能力这个指标下的五个三级指标进行模糊评估，然后利用模糊评估结果向量作为能力矩阵C并采用ADC法对该指标进行整体评估。本节使用符号定义如表1所示。

表1 计算使用的符号及其含义

3.1 使用单因素模糊评估方法对T装备使用能力进行评估

装备使用能力的五个三级指标中既有定量也有定性指标，按照单因素模糊评估计算过程对T装备使用能力进行评估，获得评估结果向量作为ADC评估的能力矩阵C1。

1）邀请专家对三级指标进行评估，确定指标对应评语集

2）计算指标相对权重，构建隶属度矩阵

根据式（1）对模糊互补判断矩阵A’23进行转换，由模糊互补矩阵A’23计算得到模糊一致矩阵:

3）计算指标效能，获得评估结果

利用计算得到的权重向量W23和隶属度矩阵R23，按照式（2）计算得到T装备使用能力的度量结果，即其能力隶属度向量为

3.2 使用ADC法评估T装备使用能力整体效能

将应用单因素模糊评估计算得到的结果向量作为能力矩阵C代入ADC法进行计算，由ADC法计算所得结果评估T装备使用能力的整体效能。

1）确定可用度矩阵A

根据舰载通信装备使用特性，舰艇上的通信装备配备初为可用状态，在舰艇外出执行任务期间，通信装备的状态仅可用与不可用两种。

2）确定可信度矩阵D

根据采用的通信装备显著性故障水平α=5%，可计算每台通信装备因插件板引起故障的概率为

则该型通信装备无法正常行使职能的概率为

每台通信装备故障由插件板引起的概率m为

由式（4）、式（5）可得T型通信装备可信度矩阵为

某型舰配备5台T装备，每台T装备内含4个插件板，T装备故障因插件板引起的概率m1=25%。T装备还配有5块重要部位备件板，插件板可作同数量的T装备使用。对T装备故障的概率进行计算，该型舰上T型装备故障概率为x1=9.31*10-20。T型装备可信度矩阵为D1:

根据以上对某型舰载通信装备故障率的计算，通信装备故障率大小与配备的装备数量关系成高度负相关关系。

3）由单因素模糊评判结果确定能力矩阵C

根据单因素模糊评判对通信装备使用能力评估结果构造能力矩阵，取装备正常使用状态下能力向量为C1=B23=(0.090,0.249,0.430,0.206,0.026)；取装备故障状态能力向量C2=(0,0,0,0,0)，构建装备使用能力矩阵:

计算T装备使用能力效能

由装备使用能力评估结果，获得综合装备可用、可信度计量的评估结果:

按照表2所示评语集对应的评分标准，计算T装备使用能力得分P=50.55分，评估等级为一般。由计算结果可知，在保证T装备正常配备及使用的情况下，装备可信度很高，基本不影响其装备使用的能力，此时T装备的使用能力完全由五个三级指标决定。ADC评估结果反映了T装备具有较低故障率，同时具有较高的通信保障能力。

3.3 舰载S装备通信能力评估

舰艇S装备通信能力评估计算与T装备通信能力评估计算方法一致，其模糊评判结果与T装备相同。下面使用ADC法评估S装备的使用效能。S装备的可用度矩阵为A=(1 ,0)；同时，将单因素模糊评判获得的评估结果向量作为能力矩阵C2。

1）确定可信度矩阵

单舰S装备配备4台，还配有4块专用插件备件板。同时，S装备内含6个插件板，而每个插件板的故障率相同。因此在S装备插件板故障中，m2=16.7%的概率为专用插件板故障。根据舰载S装备配备情况，对S装备正常使用及故障的概率进行计算，舰载S装备故障概率为x2=2.32*10-17，在实际环境中可以忽略不计。

由计算可知S装备可信度矩阵为D2:

2）根据单因素模糊评判结果确定能力矩阵

根据单因素模糊评判对S装备的使用能力评估结果构造能力矩阵，结果如下:

3）计算装备使用能力评估效能

计算装备使用能力评估，获得S装备可用、可信度计量的评估结果:

针对S装备应用ADC法对其使用能力进行整体评估，结果向量与对T装备的评估结果一致。表明在单舰的T装备、S装备整机、备品配备情况下，其通信装备的可信度很高，几乎不影响装备行使正常职能；表明某型舰的舰载电台类、卫星类通信能力是得到有效保障的。

3.4 舰载通信装备通信评估仿真

1）仿真结果

针对L装备应用ADC法对其使用能力进行评估的过程忽略。直接给出三类通信装备仿真结果如图2所示，以舰载通信装备数量为横轴，该数量下装备故障率x以-log()x处理后的值为纵轴绘制以下曲线。

图2 舰载通信装备故障概率仿真图

由图2可知，T、S和L通信装备配备数量由1台增加到10台时，其故障概率从1.25%开始成幂次减小。从图中可看出，T、S、L类通信装备三条线斜率依次增加，表明其故障率显著减小。通过计算及结果分析，某型舰上T、S及L通信装备的通信能力可以有效保障舰载通信的需要。

2）根据ADC法评估结果分析舰载通信装备使用能力指标

在使用单因素模糊评估对T装备使用能力进行评估小节中计算得到的权重向量W=(0.225,0.180,0.175,0.250,0.170)，根据专家打分情况，说明某型舰的T、S通信装备的使用能力中，“装备自身稳定性”、“装备使用过程严格操作规范情况”、“全过程书面记录情况”三项指标评估情况均为一般偏好；“装备使用频率”、“装备使用时长”两项指标则表现不佳。将单因素模糊评估结果作为ADC法能力向量矩阵引入，计算得到的ADC综合评估结果表明评估分值符合预期，装备使用能力的整体评估结果为“一般”。

3）对策建议

根据评估结果，对某型舰舰载通信装备后续的装备使用方面提出以下建议:一是适当增加装备使用频率及时长，使装备提前进入“战斗状态”；二是在装备使用过程严格操作规程，保证人与装备之间的完美结合。

4 结语

本文用ADC法对舰载通信装备使用能力指标进行了评估，通过计算T、S两型装备的故障概率反映出其通信能力。在对某型舰进行整体评估时，舰载通信装备使用能力指标计算的向量结果将与同级其他指标共同构成上一级的隶属度矩阵，逐层向上做出最终整体评估。