徐 池，賀 寅

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艦載短波通信效能評估系統(tǒng)的設計研究

徐 池，賀 寅

（海軍大連艦艇學院，遼寧 大連 116018）

艦載短波通信的效能評估對于提高艦艇通信保障能力和艦艇的作戰(zhàn)能力具有重要意義。結合實際將基于主客觀組合賦權的評估方法運用到了效能評估中，分析了評估系統(tǒng)關鍵底層指標計算模型的關系。針對艦載短波通信效能評估的實際需求，提出了評估系統(tǒng)設計的總體方案，采用開放式、層次化、構建化的開發(fā)方法，設計并實現(xiàn)了艦載短波通信效能評估系統(tǒng)。

短波；效能評估；系統(tǒng)設計；集成化特征

現(xiàn)代艦載通信系統(tǒng)具有綜合化、集成化特征，裝備系統(tǒng)種類越來越繁多，規(guī)模越來越龐大，結構越來越復雜，艦載通信系統(tǒng)效能評估和通信指揮決策等方面的問題變得越來越重要、越來越緊迫，涉及面也越來越廣。通過分析艦載短波通信系統(tǒng)效能的影響因素，加強對艦載短波通信系統(tǒng)效能評估模型和方法的研究，并在此基礎上構建艦載短波通信效能評估系統(tǒng)，從而為指揮員更合理地運用艦載短波通信系統(tǒng)、更科學地制訂通信組織方案、對方案進行優(yōu)選提供決策依據(jù)。

1 國內外通信效能評估系統(tǒng)研究的現(xiàn)狀

自20世紀80年代以來，隨著信息技術的發(fā)展，美軍正逐步加強對軍事通信系統(tǒng)和網絡的研究，以提高通信網絡的抗毀性、可靠性和可用性[1]。目前，美海軍通信環(huán)境預測和系統(tǒng)評估的研究和軟件開發(fā)工作主要由位于San Diego的美軍空間和海軍作戰(zhàn)系統(tǒng)中心承擔，其開發(fā)出的通信評估工具軟件給美軍帶來巨大的軍事利益。我國開展效能評估的研究是從20世紀70年代中期以后開始，國內部分院校和研究所開發(fā)研究了一些仿真與評估系統(tǒng)，多應用于裝備論證領域。

2 艦載短波通信效能評估模型和方法

評估艦載短波通信效能，開發(fā)艦載短波通信效能評估系統(tǒng)，首先需要明確評估所要使用的模型、方法、總體方案等要素。對艦載短波通信裝備效能評估模型和方法進行研究，建立艦載短波通信效能評估關鍵底層指標計算模型，分析常用效能評估方法。

2.1 關鍵底層指標計算模型建模

無論是對艦載短波通信系統(tǒng)進行單指標效能評估還是綜合效能評估，且無論建立什么樣的指標體系，一些基礎的底層指標計算模型的構建都是必不可少的，這些關鍵底層模型可能在多個不同指標體系和單一指標的計算中都要用到[2]，系統(tǒng)主要研究的底層指標計算模型包括信噪比/信干比、誤碼率和語音模糊度計算模型。它們之間及與其他指標、模型之間的關系如圖1所示。

圖1 關鍵底層指標計算模型關系圖

通過各頻段電波傳播計算模型可以得到信噪比和信干比，由信噪比或信干比利用相關計算模型可算得誤信率，其具體表示形式是誤碼率或語音模糊度，誤信率又是計算有效電路數(shù)、系統(tǒng)抗擾度、信息延遲度、網路暢通率、任務完成度等上層指標的關鍵參數(shù)。由于篇幅限制，底層關鍵模型的具體建模過程不在此處詳述。

2.2 效能評估方法分析

2.2.1 幾種常用效能評估方法分析比較

目前，國內外建立的評估方法有數(shù)百種之多，這里只對其中較常用、已應用于艦載通信效能評估系統(tǒng)中的幾種評估方法進行分析，對所涉及的常用評估方法的具體模型和算法不進行詳細介紹，只對其進行概要性表述。表1列出了幾種常用效能評估方法的特點和適用范圍[3]。

表1 幾種常用效能評估方法的特點和適用范圍

2.2.2 基于主客觀組合賦權的評估方法實施步驟

設={1，2，…，m}為評估對象集，={1，2，…，n}為指標集。運用基于主客觀組合賦權的評估方法對艦載通信裝備進行評估的步驟如下[4]。

通過基于標度擴展的AHP法計算主觀權重，具體操作步驟如下。

第一步，根據(jù)評估專家意見，對評價指標按重要程度不減順序建立順序關系，假設當前建立的順序關系為1＞2＞…＞n（“i＞j”表示i的重要性不低于j）。

第二步，通過專家調查等方法確定指標間的相對重要程度，設為1，2，2，3，…，n－1，n.

第三步，構造判斷矩陣，為：

第四步，判斷矩陣已具有一致性，無需進行一致性檢驗，可直接計算其最大特征值和相應的特征向量，從而得到各項指標的主觀權重值。這里暫設得到的各指標主觀權重值為1，2，…，n.

利用離差最大化法計算客觀權重。

第一步，構造規(guī)范化評價矩陣。構造矩陣=（ij）n×m，其中ij為方案j關于指標j的評價值，將做規(guī)范化處理后得到規(guī)范化評價矩陣.

第二步，計算各指標客觀權重值，此處設為1′，2′，…，n′.

利用基于目標規(guī)劃的組合賦權法求綜合權重。

第一步，利用上述得到的主、客觀權重值構造矩陣

計算矩陣（T）T（T）的最大特征值及其對應的特征向量.

第二步，求出組合權向量=，對其做歸一化處理后，得歸一化組合權向量*.

根據(jù)指標的數(shù)值和權重即可利用加權和等集結方法計算總的效能值得出評估結果。

3 短波通信效能評估系統(tǒng)的總體設計

根據(jù)軟件工程和系統(tǒng)工程的思想，結合UML建模技術，在對艦載短波通信效能評估系統(tǒng)進行功能分析和數(shù)據(jù)分析的基礎上，以開放式、層次化、構件化的設計思路為指導，對效能評估系統(tǒng)軟件架構進行設計和建模，確定了系統(tǒng)開發(fā)總體技術方案。

3.1 系統(tǒng)功能需求分析

艦載短波通信效能評估系統(tǒng)應能夠支持對艦艇上短波系統(tǒng)進行不同層次的評估，同時，應支持對評估系統(tǒng)中的各種評估模型、方法和數(shù)據(jù)進行維護和管理。評估系統(tǒng)用戶主要分為4類：指揮員、評估專家、通信專家和系統(tǒng)管理員。各類用戶對系統(tǒng)的需求如圖2所示。

圖2 艦載短波通信效能評估系統(tǒng)UML用例圖

指揮員是實施評估的主體，將利用本評估系統(tǒng)完成各種評估任務，進而參考評估結果進行決策。其需要評估的內容包括：①評估計算艦載短波通信某單項性能指標，獲取短波通信某一方面狀況的信息；②評估不同層次、規(guī)模艦載短波通信綜合效能。

評估專家的主要任務是擴充評估系統(tǒng)中的算法、模型，對原有的需要修正的模型進行調整，刪除已經無應用價值的需要淘汰的模型。其利用本系統(tǒng)完成的工作包括：維護管理各種組合評估模型、綜合評估模型、賦權模型、集結模型、單指標計算模型和指標預處理模型等。

通信專家代表一類用戶群，他們主要研究如何度量、評估短波通信某個方面性能指標的模型、算法，進而利用本評估系統(tǒng)擴充、維護單指標計算模型。

系統(tǒng)管理員是整個評估系統(tǒng)的管理者，能夠對評估系統(tǒng)中的各種模型、算法進行維護之外，還需要管理評估系統(tǒng)的所有用戶，如賦予不同用戶以不同等級的權限、新增或刪除系統(tǒng)用戶等。

3.2 系統(tǒng)軟件架構設計

艦載短波通信效能評估系統(tǒng)是能應用于多個裝備層次、多種評估任務、由諸多功能相互配合構成的支持艦載短波通信效能評估全過程的應用系統(tǒng)。為此，艦載短波通信裝備效能評估系統(tǒng)軟件架構的設計采用了分層的思想，建立了支持增量式開發(fā)、功能模塊重用的3層軟件架構，即系統(tǒng)由表示層、邏輯層、數(shù)據(jù)層構成。

表示層主要指評估系統(tǒng)中使用的各種人機交互界面，主要包括單項效能和綜合效能評估參數(shù)輸入界面、組合評估模型可視化建模界面、單項效能計算模型管理界面、指標預處理模型管理界面、賦權模型管理界面、集結模型管理界面、綜合評估模型管理界面、單項效能和綜合效能評估結果顯示界面等。

服務層位于表示層與數(shù)據(jù)層之間，為表示層提供業(yè)務處理服務，同時管理對數(shù)據(jù)層的訪問。服務層內可進一步分為邏輯子層和管理子層。系統(tǒng)管理子層主要由單項效能計算模型庫管理模塊、組合評估模型庫管理模塊、賦權模型庫管理模塊、集結模型庫管理模塊、指標預處理模型庫管理模塊和綜合評估模型庫管理模塊等組成。

數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)賴以運行的基礎，它包括單項效能計算模型庫、綜合評估模型庫、組合評估模型庫、賦權模型庫、集結模型庫、指標預處理模型庫以及評估信息庫等，內含了艦載短波通信效能評估的相關理論和方法，存儲了大量有用信息，可由服務層中的管理子層的相應管理功能實現(xiàn)對其的增刪、修改、信息提取等操作。

3.3 系統(tǒng)軟件開發(fā)技術方案

根據(jù)對系統(tǒng)的分析，以開放式、構件化的軟件開發(fā)思想指導，依照3層軟件架構，確定評估系統(tǒng)軟件開發(fā)采取以下關鍵技術方案。

3.3.1 模型、方法構件化

構件化軟件開發(fā)技術是目前軟件復用思想在軟件工程應用中的前沿技術和熱點之一。將評估系統(tǒng)中用到的各種模型、方法進行構件化設計和實現(xiàn)，從而真正從物理上實現(xiàn)分布式開發(fā)，加快理論方法工程化的進度，同時，能夠更好地支持模型、方法的重用，使評估系統(tǒng)具有開放性、易于擴展。

3.3.2 XML與關系數(shù)據(jù)庫相結合的數(shù)據(jù)管理

XML（Xtensible Markup Language，可擴展標記語言）是一種元標記語言，同時又是一套標準，由于它非常適合于描述結構化數(shù)據(jù)，一經面世就很快得到了業(yè)界的認可，并越來越廣泛地應用于各種應用程序中。關系數(shù)據(jù)庫基于關系模型，使用一系列表來表達數(shù)據(jù)以及這些數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，適用于存儲具有相同信息項的實體信息。將XML技術與關系數(shù)據(jù)庫技術相結合，管理評估系統(tǒng)中使用的大量數(shù)據(jù)資源，可以充分發(fā)揮二者各自的優(yōu)勢，取得既易于分析理解又不失高效性的數(shù)據(jù)管理效果。

4 結束語

艦載短波通信效能評估系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng)，涉及電波傳播、電子對抗、仿真模擬等多個研究領域。本文結合短波通信效能評估系統(tǒng)的功能需求，形成了系統(tǒng)總體的設計方案，包括系統(tǒng)關鍵指標底層模型、效能評估方法和系統(tǒng)架構。評估系統(tǒng)實用效果的集中體現(xiàn)在于系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)的準確性和系統(tǒng)的人機交互性。因此，后續(xù)底層數(shù)據(jù)的積累、驗證和人機交互性的改進是提高艦載短波通信效能評估系統(tǒng)實用性的關鍵。

［1］甄濤，王平均，張新民.地地導彈武器作戰(zhàn)效能評估方法［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2005.

［2］邵國培，曹志俊.電子對抗作戰(zhàn)效能［M］.北京：解放軍出版社，1998.

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［5］Bass L，Clements P，Kazman R.Software Architecture in Practice［M］.Addison-Wesley Professional，2003.

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.22.027

2095－6835（2018）22－0027－03

〔編輯：張思楠〕