秦國(guó)領(lǐng)，余建偉，吳小東，朱巍巍，魏紹杰

(1.酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，甘肅 酒泉 732750； 2.太原衛(wèi)星發(fā)射中心，山西 太原 030100)

基于AHP的DS/FH測(cè)控系統(tǒng)抗干擾效能評(píng)價(jià)研究

秦國(guó)領(lǐng)1，余建偉1，吳小東1，朱巍巍1，魏紹杰2

(1.酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，甘肅 酒泉 732750； 2.太原衛(wèi)星發(fā)射中心，山西 太原 030100)

直擴(kuò)/跳頻(DS/FH)測(cè)控系統(tǒng)是綜合直序擴(kuò)頻和跳頻體制而研發(fā)的新一代測(cè)控系統(tǒng)。針對(duì)當(dāng)前DS/FH測(cè)控系統(tǒng)抗干擾效能評(píng)價(jià)方法研究不多的實(shí)際，基于層次分析法簡(jiǎn)便易行且體現(xiàn)專(zhuān)家偏好的優(yōu)點(diǎn)，將三角模糊數(shù)、指數(shù)標(biāo)度和層次分析法相結(jié)合，提出了一種改進(jìn)的三角模糊數(shù)-層次分析法(TFN-AHP)。該方法通過(guò)采用指數(shù)標(biāo)度提高差異較小指標(biāo)的區(qū)分度，利用統(tǒng)計(jì)分析剔除極端數(shù)據(jù)，引入三角模糊數(shù)，最大限度地發(fā)揮專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)了指標(biāo)賦權(quán)的客觀程度，進(jìn)而提高了評(píng)價(jià)的客觀性和準(zhǔn)確度，評(píng)價(jià)結(jié)果貼近實(shí)際情況并在調(diào)研過(guò)程中得到了專(zhuān)家的認(rèn)可。

DS/FH測(cè)控系統(tǒng)；效能評(píng)價(jià)；三角模糊數(shù)；層次分析法

0 引言

混合擴(kuò)頻體制在近十幾年來(lái)愈發(fā)受到關(guān)注。其中，DS/FH混合擴(kuò)頻測(cè)控系統(tǒng)將直擴(kuò)和跳頻2種擴(kuò)頻體制相結(jié)合，具有隱蔽性好、抗干擾強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)[1-2]，得到了廣泛應(yīng)用。由于測(cè)控系統(tǒng)是連接航天器和地面站的運(yùn)行中樞，擔(dān)負(fù)著對(duì)航天器軌道、姿態(tài)以及工作狀態(tài)跟蹤測(cè)量與監(jiān)視控制等任務(wù)，成為空間信息對(duì)抗的重要目標(biāo)[3-4]。鑒于當(dāng)前對(duì)該型測(cè)控系統(tǒng)抗干擾效能的評(píng)價(jià)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，研究了一種DS/FH混合擴(kuò)頻測(cè)控系統(tǒng)抗干擾效能評(píng)價(jià)方法。

評(píng)價(jià)方法是效能評(píng)價(jià)的關(guān)鍵步驟，與評(píng)價(jià)結(jié)果息息相關(guān)[5]?？紤]到DS/FH混合測(cè)控系統(tǒng)的保密需要，試驗(yàn)條件并不具備，因此基于先驗(yàn)概率的評(píng)價(jià)方法并不適用于本系統(tǒng)的抗干擾效能評(píng)價(jià)[6]，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、支持向量機(jī)等。其他常見(jiàn)的評(píng)價(jià)方法都是賦權(quán)評(píng)價(jià)方法，即基于數(shù)學(xué)邏輯運(yùn)算確定指標(biāo)權(quán)重進(jìn)而加權(quán)求和得到系統(tǒng)的抗干擾效能。

賦權(quán)評(píng)價(jià)方法分為主、客觀2種。主觀賦權(quán)評(píng)價(jià)方法有層次分析法[7-8]和模糊層次分析法[9-10]等，以專(zhuān)家打分為主，能夠直接反映專(zhuān)家的意愿，最大程度地顧及專(zhuān)家對(duì)指標(biāo)的偏好，但存在一定的主觀隨意性；客觀賦權(quán)評(píng)價(jià)方法[11]有灰色關(guān)聯(lián)度和熵權(quán)法等，通過(guò)計(jì)算指標(biāo)間的數(shù)學(xué)關(guān)系來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重，但由于只考慮客觀取值，可能造成評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際不符。為提高評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性，既能兼顧評(píng)價(jià)專(zhuān)家對(duì)指標(biāo)的偏好，又力爭(zhēng)降低評(píng)價(jià)的主觀隨意性，本文將三角模糊數(shù)與層次分析法結(jié)合，并利用指數(shù)標(biāo)度，提出一種改進(jìn)的TFN-AHP方法，力圖提高評(píng)價(jià)的客觀合理性。

1 改進(jìn)的TFN-AHP評(píng)價(jià)方法分析

1.1 層次分析法

AHP是美國(guó)學(xué)者T L Staaty綜合定性和定量計(jì)算而確定的一種評(píng)價(jià)方法[6]。AHP通過(guò)將評(píng)價(jià)問(wèn)題分層細(xì)化，選擇代表性的性能指標(biāo)，并進(jìn)行比較排序，確定相應(yīng)的判斷矩陣，再對(duì)判決矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，最后通過(guò)指標(biāo)聚合得到評(píng)價(jià)結(jié)果，其評(píng)價(jià)流程如圖1所示。

圖1 AHP的評(píng)價(jià)流程

由圖1可知，AHP原理簡(jiǎn)單，操作方便，能夠較好地體現(xiàn)評(píng)價(jià)主體的偏好。然而，在應(yīng)用AHP進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)存在3個(gè)方面的問(wèn)題：① 指標(biāo)重要性采用1～9標(biāo)度[12]，指標(biāo)最小間隔為1，精度不高；② 由于專(zhuān)家認(rèn)知程度的差別，可能出現(xiàn)部分指標(biāo)評(píng)分極端化；③ 2個(gè)指標(biāo)重要程度的模糊性決定了專(zhuān)家難以對(duì)其準(zhǔn)確打分判決。

1.2 三角模糊數(shù)

假定M是一個(gè)三角模糊數(shù)[13-14]，p、m和q是M的保守模糊值、中肯模糊值和樂(lè)觀模糊值，則M=(p，m，q)。其中，p與q的差值反映了判斷的模糊程度，|p-q|越大表示元素差別越小，判斷結(jié)論越模糊。對(duì)于論域U和集合A，如果元素x∈A，用一個(gè)函數(shù)UA(x)∈[0,1]來(lái)表示元素x隸屬于集合A的程度，則稱集合A為模糊集合，UA(x)是元素x關(guān)于集合A的隸屬度[15]。三角模糊數(shù)的幾何解釋如圖2所示，其函數(shù)表示為：

(1)

式中，p

圖2 三角模糊數(shù)示意

1.3 改進(jìn)的TFN-AHP的基本流程

針對(duì)AHP存在的3個(gè)問(wèn)題，本文提出一種改進(jìn)的TFN-AHP方法。采用指數(shù)標(biāo)度確定指標(biāo)重要程度的比值，提高差異較小指標(biāo)的區(qū)分度；利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行篩選，剔除極端數(shù)據(jù)，提高判斷準(zhǔn)確率；引入三角模糊數(shù)，最大限度地發(fā)揮專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，提高指標(biāo)賦權(quán)的客觀程度。總之，通過(guò)綜合利用三角模糊數(shù)、指數(shù)標(biāo)度和層次分析法的優(yōu)點(diǎn)，提高抗干擾效能評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確度。方法基本流程如下：

① 建立系統(tǒng)抗干擾效能評(píng)價(jià)的遞階模型，并構(gòu)建相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；

② 采用如表1所示的打分規(guī)則進(jìn)行專(zhuān)家打分；

表1 指數(shù)標(biāo)度1～9級(jí)的標(biāo)度值

③ 基于統(tǒng)計(jì)方法對(duì)專(zhuān)家數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算模糊判斷矩陣中每一列數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差：

(2)

④ 對(duì)合理數(shù)據(jù)求和平均得到模糊判斷矩陣；

⑤ 計(jì)算指標(biāo)的綜合重要程度[17]：

(3)

⑥ 計(jì)算第i個(gè)元素比其他元素重要的可能性程度為[17]：

(4)

令S1=[p1,m1,q1]，S2=[p2,m2,q2]，則有

V(S1≥S2)=μS(k)=

(5)

式中，(k，V(S1≥S2))為μS1(x)和μS2(x)的交點(diǎn)，如圖3所示。

圖3 V(S1≥S2)的幾何示意

2 實(shí)例應(yīng)用

從信號(hào)層面和系統(tǒng)層面出發(fā)，構(gòu)建DS/FH混合擴(kuò)頻系統(tǒng)抗干擾效能的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[18]如圖4所示。

圖4 DS/FH測(cè)控系統(tǒng)抗干擾效能指標(biāo)評(píng)價(jià)體系

通過(guò)向17名航天測(cè)控專(zhuān)家征詢意見(jiàn)得到指標(biāo)重要性程度的三角模糊評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。其中A1，A2，A3，A4和A5分別表示檢測(cè)概率、平均捕獲時(shí)間、誤碼率、偽碼跟蹤誤差和載波跟蹤誤差5個(gè)指標(biāo)。下面以A1和A2二個(gè)指標(biāo)為例說(shuō)明統(tǒng)計(jì)方法的應(yīng)用流程。

首先專(zhuān)家對(duì)指標(biāo)重要程度三角模糊評(píng)價(jià)的打分結(jié)果如表2所示。

表2 A1和A2重要程度的三角模糊評(píng)價(jià)結(jié)果

然后計(jì)算評(píng)價(jià)結(jié)果的均值和標(biāo)準(zhǔn)差為：

最終可得評(píng)價(jià)結(jié)果的合理區(qū)間為：

通過(guò)比較可知，第7位專(zhuān)家給出的評(píng)價(jià)結(jié)果不在3σ范圍內(nèi)，應(yīng)予以剔除。重復(fù)上述步驟，對(duì)指標(biāo)的三角模糊值進(jìn)行篩選，得到相應(yīng)的模糊判斷矩陣如表3所示。

表3 三角模糊判斷矩陣

根據(jù)式(3)計(jì)算不同指標(biāo)的綜合重要程度如表4所示。

表4 指標(biāo)的綜合重要程度

利用式(5)計(jì)算得到不同指標(biāo)的純測(cè)量度：

V(A1≥A2)=1；V(A1≥A3)=1；

V(A1≥A4)=1；V(A1≥A5)=1。

V(A2≥A1)=0.765 8；V(A2≥A3)=1；

V(A2≥A4)=1；V(A2≥A5)=1。

V(A3≥A1)=0.440 2；V(A3≥A2)=0.697 1；

V(A3≥A4)=1；V(A3≥A5)=1。

V(A4≥A1)=0.128 3；V(A4≥A2)=0.378 4；

V(A4≥A3)=0.582 8；V(A4≥A5)=1。

V(A5≥A1)=0.082 7；V(A5≥A2)=0.287 2；

V(A5≥A3)=0.406 7；V(A5≥A4)=0.692 0。

利用式(4)可得每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重向量：

經(jīng)過(guò)歸一化處理，可得指標(biāo)權(quán)重為：

w=[0.412 7,0.316 8,0.182 1,0.053 1,0.034 2]。

由此可知，5個(gè)指標(biāo)的重要性從大到小排列為檢測(cè)概率、平均捕獲時(shí)間、誤碼率、偽碼跟蹤誤差和載波跟蹤誤差。這是因?yàn)闄z測(cè)概率和平均捕獲時(shí)間是反映捕獲性能的重要指標(biāo)，是系統(tǒng)信息傳輸?shù)幕A(chǔ)，因此在抗干擾效能評(píng)價(jià)中居于突出位置。

本文選取了DS/FH混合擴(kuò)頻測(cè)控設(shè)備1和設(shè)備2進(jìn)行驗(yàn)證，利用構(gòu)建的效能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和改進(jìn)的TFN-AHP方法進(jìn)行抗干擾效能評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果為，相關(guān)方滿意度高和抗干擾性能好的設(shè)備1抗干擾效能評(píng)價(jià)得分較高，與設(shè)備2相比，設(shè)備1在同樣的干擾環(huán)境下檢測(cè)概率更高，平均捕獲時(shí)間更短，抗干擾效能更好?？傊u(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況相符，驗(yàn)證了評(píng)估方法的合理性。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)采用改進(jìn)的TFN-AHP對(duì)DS/FH混合擴(kuò)頻測(cè)控系統(tǒng)抗干擾效能進(jìn)行了研究，提高了指標(biāo)差異的區(qū)分精度，克服了專(zhuān)家評(píng)價(jià)結(jié)果中極端值的影響，增強(qiáng)了指標(biāo)賦權(quán)的客觀性和準(zhǔn)確度，評(píng)價(jià)結(jié)果貼近實(shí)際情況并在調(diào)研過(guò)程中得到專(zhuān)家贊同。由于方法簡(jiǎn)單適用，對(duì)于其他航天測(cè)控系統(tǒng)，只要針對(duì)性地構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，本文方法仍具有適用性，這也是下一步的研究方向。

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秦國(guó)領(lǐng) 男，(1990—)，碩士，助理工程師。主要研究方向：信號(hào)與信息處理。

余建偉 男，(1992—)，助理工程師。主要研究方向：航天測(cè)控和信號(hào)處理。

Research on DS/FH TT&C System Anti-jamming Effectiveness Evaluation Based on AHP

QIN Guo-ling1,YU Jian-wei1,WU Xiao-dong1,ZHU Wei-wei1,WEI Shao-jie2

(1.JiuquanSatelliteLaunchCenter,JiuquanGansu732750,China; 2.TaiyuanSatelliteLaunchCenter,TaiyuanShanxi030100,China)

Direct Sequence/Frequency Hopping(DS/FH) Telemetry,Tracking and Command(TT&C) system is a new generation TT&C system which synthesizes direct sequence spread spectrum and frequency hopping structure.Currently there are few DS/FH TT&C system anti-jamming effectiveness evaluation methods.And AHP(Analytic Hierarchy Process) is simple and easy,reflecting expert preference.An improved TFN-AHP is proposed through integrating TFN(Triangular Fuzzy Number),index scale and AHP.The method achieves the objective degree of index weighting,and improves the objectivity and accuracy of the evaluation,using index scale to improve distinction of less index and statistical analysis to eliminate extreme data and introducing TFN to get expert knowledge at the most extent.Evaluation results are close to the actual situation,receiving affirmation of experts in the process of investigation.

DS/FH TT&C system;effectiveness evaluation;triangular fuzzy number;analytic hierarchy process

10.3969/j.issn.1003-3106.2017.05.10

秦國(guó)領(lǐng),余建偉,吳小東,等.基于AHP的DS/FH測(cè)控系統(tǒng)抗干擾效能評(píng)價(jià)研究[J].無(wú)線電工程,2017,47(5):40-43.[QIN Guoling,YU Jianwei,WU Xiaodong,et al.Research on DS/FH TT&C System Anti-jamming Effectiveness Evaluation Based on AHP[J].Radio Engineering,2017,47(5):40-43.]

2017-02-22

TN914.4

A

1003-3106(2017)05-0040-04