趙春雷 王昌寶 潘啟中 畢大慶

(合肥電子工程學院 合肥 230037)

基于改進TOPSIS模型在通信對抗鏈路威脅評估中的應用研究*

趙春雷 王昌寶 潘啟中 畢大慶

(合肥電子工程學院 合肥 230037)

針對通信鏈路的特點,分析了影響鏈路威脅評估的因素,建立了鏈路威脅評估模型,改進了逼近理想解的排序方法(TOPSIS)指標權重的確定,然后運用改進的TOPSIS模型對通信鏈路威脅評估問題進行了研究,并通過實例驗證了該算法的合理性和有效性。

通信鏈路; 威脅評估; CRITIC; 權重; TOPSIS

Class Number TN929

1 引言

在通信對抗指揮決策過程中,對敵方通信鏈路進行威脅評估是指揮決策的重要環(huán)節(jié)之一,其為通信干擾資源的分配提供決策依據(jù)。目前,關于通信威脅評估的方法很多,文獻[1]采用層次分析法確定鏈路的威脅大小;文獻[2]通過TOPSIS方法對通信目標進行威脅排序。然而,上述方法還存在一些不足:首先,在指標權重的確定上采用專家打分、層次分析等方法,具有很大主觀性;其次,在指標的選取和指標隸屬函數(shù)的確立上考慮得不夠合理、全面,同時,沒有考慮指標的相關性和指標信息重疊問題。針對上述問題,本文對評估指標體系進行修正,對個別指標隸屬重新進行度量,提出了采用層次分析法和客觀CRITIC法組合賦權TOPSIS法的威脅評估方法,并重點對組合賦權方法進行研究,最后用組合賦權TOPSIS法進行實例分析,驗證該方法合理有效。

2 通信鏈路威脅評估模型

2.1 通信鏈路威脅評估指標體系

影響通信鏈路威脅度的因素很多,在眾多因素當中,既有定量的,也有定性的,而且相互之間關系復雜,若要全面考慮每個因素,給出一個威脅程度與各種因素的函數(shù)關系相對困難,并且難以保證時效性。通過對影響通信鏈路威脅因素的分析研究,由戰(zhàn)術重要度、鏈路抗干擾性、網(wǎng)專級別、網(wǎng)專屬性、網(wǎng)專出聯(lián)頻度、功率等主要因素構(gòu)成的威脅評估指標體系,可以較好地描述鏈路的威脅特性。

2.2 通信鏈路威脅評估指標標準的確定

實際中影響通信鏈路威脅度的屬性指標有定量的,也有定性的,有的甚至是模糊的。同時,多屬性決策問題還有一個重要特征是指標量綱不同。使得獲取的數(shù)據(jù)無法進行統(tǒng)一量化綜合,難以直接比較。為運用TOPSIS法對多屬性通信系統(tǒng)鏈路的威脅度進行評估排序,需要把模糊的、定性的指標轉(zhuǎn)化為定量的描述,并對指標體系進行無量綱處理。

2.2.1 戰(zhàn)術重要度

依據(jù)通信鏈路的戰(zhàn)術重要性確定的威脅指數(shù)。其隸屬函數(shù)通過對通信作戰(zhàn)意圖的判斷或者通信對戰(zhàn)爭進程的影響來建立。實際中主要考慮三種情況:一是屬于本次戰(zhàn)斗任務的干擾目標鏈路,符合作戰(zhàn)意圖,目標鏈路肯定在干擾的區(qū)域內(nèi),此時隸屬度函數(shù)取值為a1;二是不屬于本次作戰(zhàn)任務的干擾目標鏈路,但在干擾區(qū)域內(nèi)的目標鏈路,此時隸屬度函數(shù)取值為a2;三是不屬于本次干擾任務也不在干擾區(qū)域內(nèi)的目標鏈路,此時隸屬度函數(shù)取值為a3;且有0≤a3

2.2.2 抗干擾性

依據(jù)被干擾目標運用的抗干擾措施確定的威脅指數(shù)。根據(jù)文獻[2],其威脅隸屬函數(shù)u(f2)記為式(1):

(1)

其中n為被干擾目標所采取的抗干擾措施的種類。

2.2.3 網(wǎng)專級別

依據(jù)網(wǎng)專的級別確定的威脅指數(shù)。通信網(wǎng)的級別由它所保障部隊的級別確定,部隊的級別不同,其通信網(wǎng)傳遞信息的價值和等級也不同。為便于計算,對網(wǎng)專級別按表1進行隸屬,記為u(f3)。

表1 網(wǎng)專級別與威脅度的隸屬關系

2.2.4 網(wǎng)專屬性

依據(jù)通信網(wǎng)的性質(zhì)確定的威脅指數(shù)。根據(jù)文獻[3],其威脅隸屬函數(shù)u(f4)記為表2。

表2 網(wǎng)專屬性與威脅度的隸屬關系

2.2.5 網(wǎng)專出聯(lián)頻度

依據(jù)網(wǎng)專出聯(lián)的次數(shù)確定的威脅指數(shù)。根據(jù)文獻[4]其威脅隸屬函數(shù)u(f5)記為式(2):

(2)

網(wǎng)專出聯(lián)頻度一定程度上能夠反映戰(zhàn)場通信鏈路的實時態(tài)勢,將其確定為評估指標使結(jié)果更加客觀、合理。

2.2.6 功率

依據(jù)信號傳播方式,發(fā)射機、接收機的距離和干擾機、接收機之間的距離,以及發(fā)射機的功率確定的威脅指數(shù)。由通信干擾方程[5]知,干擾功率與發(fā)射機功率、干通比、信號傳播方式等因素有關,其中干通比對功率的影響最大。在傳播方式確定,發(fā)射機與接收機的距離一定,干擾機與接收機距離越遠,以及發(fā)射機的功率越大,所需干擾功率越大,越難干擾,因此對我軍的威脅越大。其威脅隸屬函數(shù)為u(f6):

(3)

其中Pi為所需的干擾功率,Pmax為干擾設備所能干擾的最大干擾功率的臨界值。

3 通信鏈路威脅評估指標權重的確定

影響威脅程度的各個屬性指標的重要性是不同的,因此,需要確定各屬性指標的權重。確定屬性指標權重的方法有主觀法和客觀法。主觀法體現(xiàn)決策者的主觀偏好和經(jīng)驗,但有很大的主觀隨意性。客觀法能夠充分利用評估模型具備的客觀決策信息,但往往忽略實際指標之間的輕重關系,完全依據(jù)客觀權重又可能會造成結(jié)果與實際不相符的情況。本文綜合考慮主、客觀因素,采用主觀層次分析法與客觀CRITIC法相結(jié)合的方法確定指標權重。

3.1 主觀權重的確定

主觀權重確定方法主要有AHP法、Delphi法、二元對比法、專家打分法等。由于AHP法簡便有效,本文采用AHP法對指標的主觀權重進行確定。具體參考文獻[6]對主觀權重Ws=(ws1,ws2,…,wsm)進行計算,其中m表示指標的數(shù)量。

3.2 客觀權重的確定

(4)即得到評估指標客觀權重Wo=(wo1,wo2,…,wom)。

運用CRITIC法求解客觀權重時,考慮了指標之間的相關性及指標所包含的重疊信息對決策評估的影響,使權重的確定更加客觀、合理。同時,指標之間的相關性也一定程度上體現(xiàn)了指標反映信息的相似程度,從而也能夠為合理確立指標體系提供一定的理論支持[8]。

3.3 組合權重的確定

為了能夠全面反映鏈路指標的重要性,既考慮指揮員的作戰(zhàn)經(jīng)驗,又兼顧客觀信息數(shù)據(jù),并拉開各個通信鏈路之間威脅評估檔次,本文最終組合權重W=(w1,w2,…,wm)的確定采用乘法合成法對各指標進行組合賦權[9],具體見式(5)。

(5)

4 運用TOPSIS法進行威脅評估

TOPSIS法[10]是基于規(guī)范化后的決策矩陣,找出有限方案中的最優(yōu)方案和最劣方案構(gòu)成一個空間,待評價的某方案可視為該空間上的一個點,通過計算該點與理想解和負理想解間的距離(相對接近度),從而對各個方案進行排序。

本文在得到通信鏈路指標組合權重向量W=(w1,w2,…,wm)后,應用改進的TOPSIS法進行威脅排序解算,其具體計算步驟參考文獻[11]。

5 實例分析

5.1 戰(zhàn)術想定

以我軍轟炸機執(zhí)行轟炸敵軍某一防空導彈陣地為例。根據(jù)偵察,敵軍武器系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 敵軍武器系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖

同時,指揮員或?qū)＜腋鶕?jù)作戰(zhàn)經(jīng)驗和實戰(zhàn)需求,選擇對我軍執(zhí)行這一任務構(gòu)成威脅的主要通信鏈路已在圖1中標識。由偵察得到鏈路的參數(shù)如表3所示。

表3 敵軍重要通信鏈路的屬性參數(shù)值

5.2 運用TOPSIS模型的分析評估

根據(jù)偵察數(shù)據(jù)及本文指標隸屬函數(shù)計算出威脅評估決策矩陣X如表4所示。

表4 決策矩陣X

根據(jù)AHP法知,主觀權重為Ws=(0.4,0.12,0.15,0.1,0.08,0.15);根據(jù)決策矩陣及CRITIC法得到客觀權重Wo=(0.1814,0.1230,0.1274, 0.1575,0.2463,0.1644);最后組合權重W=(0.4356,0.0886,0.1148,0.0946,0.1183,0.1481)。由決策矩陣和組合權重得到加權矩陣R如表5所示。

表5 加權決策矩陣R

由表和公式可以確定理想解A+和負理想解A-如表6所示。

表6 理想解A+和負理想解A-數(shù)值表

最后,根據(jù)上述公式得到各通信鏈路距離理想解和負理想解的距離及各通信鏈路對理想解的相對接近度,如表7所示。

表7 理想解、負理想解距離和相對接近度數(shù)值

由計算結(jié)果pi,可以得到最終的通信鏈路威脅排序為(由大到小):R2,R3,R1,R5,R4。

通過上述分析,可以看出上述排序結(jié)果與實際分析結(jié)論基本一致,表明了運用上述算法對通信鏈路進行威脅評估的正確性和合理性。

6 結(jié)語

本文運用改進的TOPSIS模型對通信對抗中重要通信鏈路進行威脅評估,將主、客觀賦權法所得到的權重向量有機地結(jié)合,既考慮了指揮員和經(jīng)驗專家對敵方通信決策意圖的主觀判斷,又體現(xiàn)了由偵察參數(shù)構(gòu)成的決策矩陣本身擁有的客觀決策信息,并通過實例驗證了該模型的可行性和有效性。同時,實際仿真中發(fā)現(xiàn),該方法對數(shù)據(jù)的波動比較敏感,評估指標隸屬函數(shù)的確定對評估結(jié)果有較大影響。

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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

趙春雷,男,碩士研究生,研究方向:裝備技術及應用。王昌寶,男,碩士,副教授,碩士生導師,研究方向:通信對抗。潘啟中,男,博士,講師,研究方向:通信對抗。畢大慶,男,碩士,講師,研究方向:通信對抗。

TN929

10.3969/j.issn1672-9730.2014.02.017