胥偉 徐慨 鐘帥

(1. 海軍工程大學，武漢 430033；2. 海軍出版社，天津300450)

0 引言

同步軌道通信衛(wèi)星對地覆蓋范圍大，保障區(qū)域固定，通信持續(xù)時間長，少量衛(wèi)星即可完成組網(wǎng)通信，因此現(xiàn)有的大多數(shù)通信衛(wèi)星部署在同步軌道。這些同步軌道通信衛(wèi)星中，由于作戰(zhàn)區(qū)域的不同，衛(wèi)星部署的位置、衛(wèi)星功能等重要指標不同，各顆衛(wèi)星對于某一特定區(qū)域的綜合能力不盡相同。準確地對衛(wèi)星綜合能力進行評估排序?qū)τ谘芯啃亲M網(wǎng)和衛(wèi)星的防護具有重要的價值。本文根據(jù)同步軌道通信衛(wèi)星的特點，在考慮衛(wèi)星基本能力的同時，通過劃分作戰(zhàn)區(qū)域等級考慮衛(wèi)星綜合運用能力等，更加完整地考慮了影響衛(wèi)星綜合能力的各類因素。

1 同步軌道通信衛(wèi)星綜合能力評估過程

1.1 評估過程

對同步軌道通信衛(wèi)星進行綜合能力評估時，首先要分析評估對象，根據(jù)評估對象的特點建立合理的評估指標體系。由于同步軌道通信衛(wèi)星系統(tǒng)綜合能力的評估指標體系中既有定量指標，又有定性指標。因而采取定量計算和定性分析相結(jié)合的方法獲取指標值。而后運用AHP法和灰色系統(tǒng)理論確定各項指標權(quán)重系數(shù)，對衛(wèi)星綜合能力進行評估排序。評估過程如圖1所示。

1.2 構(gòu)建評估指標體系

構(gòu)建評估指標體系是衛(wèi)星評估的重要一環(huán)。根據(jù)建立指標體系依據(jù)的基本原則，全面考慮各種因素，確定通信系統(tǒng)功能和指標度量，采用自頂向下法與自適應漸進法相結(jié)合的方法，并在參考相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上建立如圖2所示的同步軌道通信衛(wèi)星綜合能力評估指標體系。

圖1 衛(wèi)星綜合能力評估過程

同步軌道通信衛(wèi)星綜合能力評估指標體系[1]主要包括衛(wèi)星覆蓋能力、通信服務能力、生存能力和衛(wèi)星綜合運用能力。

衛(wèi)星的覆蓋能力包括衛(wèi)星對一類作戰(zhàn)區(qū)域、二類作戰(zhàn)區(qū)域的覆蓋率和覆蓋頻段。一類作戰(zhàn)區(qū)域是指重點、核心地區(qū)，衛(wèi)星能夠直接形成信息支援的區(qū)域；二類作戰(zhàn)區(qū)域是指雖不能形成信息支援，但卻具有潛在支援能力的區(qū)域。根據(jù)不同的作戰(zhàn)任務劃分的作戰(zhàn)區(qū)域等級不同。覆蓋頻段主要使用衛(wèi)星擁有的通信頻段個數(shù)。

圖2 同步軌道通信衛(wèi)星綜合能力評估指標體系

衛(wèi)星的通信服務能力[2]包括通信容量、通信速率和通信質(zhì)量；衛(wèi)星通信的生存能力包括抗摧毀能力、抗干擾方式種類和信息安全與保密能力。

2 基于AHP灰色效能評估模型的建立

多層次灰色評價法是以灰色理論為基礎(chǔ)，以層次分析法、ADC效能評估模型為指導的定量計算與定性分析相結(jié)合的評估方法[3]。其具體步驟如下：

1) 確定層次結(jié)構(gòu)。根據(jù)AHP原理，將效能評估指標體系按最高層（系統(tǒng)效能 W）、中間層（一級指標 Fi，i=1，2，…，m）和基本層（二級指標Fij，i=1，2，…，m；j=1，2，…，ni）的形式排列的三層評價指標體系層次結(jié)構(gòu)。設(shè)被評估對象序號為 s，s=1，2，…，q；W(s)為第 s個系統(tǒng)的綜合評估值；一級指標Ui所組成的集合為U，記為 U={U1，U2，…，Um}；二級指標 Vij所組成的集合為Vi，i=1，2，…，m，記為Vi={Vi1，Vi2, …,Vim}。

2) 計算權(quán)重系數(shù)。利用層次分析法，獲得在某一準則下任意兩元素 Ai和 Aj的兩兩比較矩陣，采用AHP的根法求解AY=λ maxY的最大特征根對應的特征向量，并將之歸一化作為在該標準下的排序權(quán)重。

3) 制定評分等級標準。評價指標Vij一般為定性指標，需將其轉(zhuǎn)化成定量指標。定性指標的定量化可通過制定評分等級來實現(xiàn)。

4) 建立評價樣本矩陣。根據(jù)評價者的評價結(jié)果，即第 k個評價者的評分 dijk(s)求得其評價樣本矩陣D(s)，即

式中：i=1，2，…，m；j=1，2，…，ni；k=1，2，…，p。

5) 確定評估灰類。確定評估灰類就是要確定評估灰類的等級數(shù)、灰類的灰數(shù)及灰類的白化函數(shù)。可根據(jù)實際評價的系統(tǒng)的情況來確定。設(shè)評估灰類的序號為e，e=1，2，…，g，即有g(shù)個評價灰類[4]。

6) 計算灰色評價系數(shù)。對于評價指標Vij，第s個受評系統(tǒng)屬于第e個評價灰色的評價數(shù)稱為灰色評價系數(shù)，記為xijk(s),其計算公式為

第s個受評系統(tǒng)屬于各個評價灰類的總灰色評價數(shù)記為xij(s),其計算公式為

7) 計算灰色評價向量及評價矩陣?；疑u價數(shù)

第s個受評系統(tǒng)對于評價指標Vij的各個灰類總評價向量

將第 s個受評系統(tǒng)的 Vi所屬指標 Vij對各評價灰類的灰色評價向量綜合后，可得第s個受評系統(tǒng)的 Vi所屬指標 Vij對于各評價灰類的灰色評價矩陣

8) 對Vi綜合評價。對第s個受評系統(tǒng)的Vi進行綜合評價，其綜合評價結(jié)果記為

9) 對U綜合評價。對第s個受評系統(tǒng)的U作綜合評估，其評估結(jié)果記為B(s)則有

計算綜合評估值并排序。

3 實例分析

3.1 指標建立

文中建立的評價因素集合為：同步軌道通信衛(wèi)星綜合能力評估指標體系效能E={覆蓋能力B1，通信服務能力B2，生存能力B3，綜合運用能力B4}；覆蓋能力B1={衛(wèi)星對一類作戰(zhàn)區(qū)域的覆蓋率C1，衛(wèi)星對一類作戰(zhàn)區(qū)域的覆蓋率C2，覆蓋頻段數(shù)量C3}；通信服務能力B2={通信容量C4，通信速率C5，通信質(zhì)量C6}；生存能力B3={抗摧毀能力C7，抗干擾方式種類C8，信息安全與保密能力C9}；綜合運用能力B4={衛(wèi)星調(diào)度支援能力C10，衛(wèi)星運用率C11，衛(wèi)星戰(zhàn)術(shù)性C12}。

3.2 計算分析過程

采用根值計算得評價指標Ui的權(quán)重系數(shù)為

二級指標Vij的權(quán)重系數(shù)為

通過咨詢作戰(zhàn)指揮專家、通信總體技術(shù)專家、系統(tǒng)研制人員共5位專家按照優(yōu)劣等級劃分了7級。給出4，3，2，1分標準，當指標介于兩者之間時，響應分數(shù)為3.5，2.5，1.5分。具體標準如表1。求得評估樣本矩陣為D。設(shè)g=4，確定響應的灰數(shù)及白化函數(shù)[8]。如第1灰類的白化函數(shù)為

表1 評價標準

分別計算各評價指標的灰色評價權(quán)向量、權(quán)矩陣、各層指標的綜合評價，得到通信系統(tǒng)的綜合評價結(jié)果

各評價灰類等級值向量

綜合評價值W為

通過把計算所得的綜合評價值與表1中的評價標準相比較，可得出系統(tǒng)處于偏好與較好水平之間，是滿足需求的。

4 結(jié)束語

在深入分析研究同步軌道通信衛(wèi)星自身屬性及綜合能力特性的基礎(chǔ)上，對其系統(tǒng)效能進行分解，建立較為科學合理的綜合效能指標體系，應用AHP法評定各指標的權(quán)重，為減少專家打分的主觀影響,提高評估結(jié)果的客觀性，運用灰色關(guān)聯(lián)理論，構(gòu)造同步軌道通信衛(wèi)星的綜合評估模型，獲得了客觀的評判結(jié)果，與實際情況相符，因此具有一定的參考價值。

[1]尹江麗, 王莉. 軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)效能評估指標體系[J]. 兵工自動化, 2008, 27(6): 9-11.

[2]曹加勇. 基于 TOPSIS的同步軌道通信衛(wèi)星綜合能力評估[J]. 指揮控制與仿真, 2011, 33(1): 61-63.

[3]Noels. Coming to grips with measures of effectiveness[J]. SystEng, 2000(3): 50-58.

[4]Kai Su, Jie Zhang, Quan Yu. Research on military intelligence decision support system based on object-oriented simulation[R]. GSIS2007.