高惠荔，劉 彬，李文舒，徐 建，陳思遠

(1.中國人民解放軍63769部隊，陜西 西安 710043；2.中國人民解放軍63789部隊，陜西 西安 710043)

0 引言

隨著我國航天事業(yè)的飛速發(fā)展，太空運行的航天器迅速增多。不同種類、不同用途的衛(wèi)星發(fā)射升空，地面測控站也相應(yīng)地建設(shè)起來，地面測控網(wǎng)已形成具有一定規(guī)模的實用網(wǎng)絡(luò)。為了有效地管理測控資源，合理使用測控設(shè)備，地面測控網(wǎng)運行管理需求越來越迫切。

在以往的測控網(wǎng)運行質(zhì)量管理中，對測控網(wǎng)運行質(zhì)量的評估僅停留在對衛(wèi)星長期管理、任務(wù)跟蹤任務(wù)成功率的統(tǒng)計和測控任務(wù)需求是否滿足上，評價標準過于簡單，缺乏對測控網(wǎng)運行質(zhì)量的科學(xué)全面評估，不能從全網(wǎng)的角度反映測控網(wǎng)的整體運行情況，也無法對后續(xù)測控設(shè)備、測控網(wǎng)的發(fā)展和建設(shè)提供合理化建議。在軌航天器和測控設(shè)備的數(shù)目激增，技術(shù)復(fù)雜程度不斷提升，粗放式的管理模式已經(jīng)阻礙了航天測控網(wǎng)運行整體效能的提升。目前，在測控網(wǎng)運行質(zhì)量評估方面，還沒有比較完善的方法及規(guī)范，現(xiàn)代信息技術(shù)也沒有在測控網(wǎng)的運行管理中得到高效應(yīng)用。

評估理論起源于管理科學(xué)領(lǐng)域，從決策理論中提取、吸收而來，也融合了其他學(xué)科的理論并逐步發(fā)展。近20年來，管理科學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、系統(tǒng)論、信息論、計算機技術(shù)和人工智能技術(shù)等被引入系統(tǒng)評估領(lǐng)域，產(chǎn)生了一系列新的評估方法，如：模糊評估方法、灰度評估方法和人工智能方法等，評估方法的應(yīng)用領(lǐng)域也日益廣泛，已滲透至互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、教育系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)和科技系統(tǒng)等，進行了網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、教學(xué)質(zhì)量、糧食產(chǎn)量及項目的評估，帶來了巨大的社會和經(jīng)濟效益[1-3]。

本文對測控網(wǎng)內(nèi)同類設(shè)備運行質(zhì)量評估開展了深入研究，該類評估系統(tǒng)具有多層次、多因素和主觀性較強等特點，通過多種評估方法比較分析，最終采用模糊綜合評判法進行處理分析，有效分析出測控網(wǎng)內(nèi)設(shè)備運行質(zhì)量和效益，為后續(xù)設(shè)備工作合理分配和提高測控網(wǎng)運行質(zhì)量奠定了扎實基礎(chǔ)。

1 測控網(wǎng)運行質(zhì)量評估體系設(shè)計

1.1 測控網(wǎng)運行質(zhì)量評估系統(tǒng)的組成

本文對測控網(wǎng)運行質(zhì)量評估實際落腳點是針對網(wǎng)內(nèi)各測控設(shè)備的運行質(zhì)量而言的，該評估系統(tǒng)主要由7部分組成：評估目的、評估主體、評估對象、評估指標、權(quán)重、評估方法和評估結(jié)果[4-9]。

評估目的：對測控網(wǎng)管理范圍內(nèi)測控設(shè)備一段時間內(nèi)的運行質(zhì)量進行公平公正評估，促使形成有效良好的測控網(wǎng)管理運行評價機制，起到一定的激勵作用；并通過評估數(shù)據(jù)自動采集的實現(xiàn)，進一步提升測控網(wǎng)管理的精細化和規(guī)范化水平，對測控網(wǎng)的合理運行提出有指導(dǎo)性的建議。

評估主體：主要面向測控網(wǎng)管理中心的管理者，也適用于設(shè)備總體單位或研制廠所對測控網(wǎng)運行質(zhì)量關(guān)心的人員。

評估對象：考慮到當(dāng)前測控網(wǎng)管理主要是地基設(shè)備，尤其以S頻段設(shè)備為主，同時為了使評估結(jié)果不受不同設(shè)備性能的影響，本文研究的評估對象以基本上同時投入使用的一類設(shè)備為主，對其他類型測控設(shè)備評估時，可參考本文的研究方法執(zhí)行。

評估指標：根據(jù)本文對測控設(shè)備運行質(zhì)量的評估目的，確定該評估系統(tǒng)所需的評估指標。

權(quán)重：反映評估指標之間的相對重要性，是指標對總目標的貢獻程度。當(dāng)評估對象及評估指標都確定時，評估的結(jié)果就依賴于權(quán)重，即權(quán)重確定的合理與否，關(guān)系到評估結(jié)果的可信程度[10-12]。

評估方法：是在評估理論指導(dǎo)下進行具體評估采取的途徑、步驟和手段等，評估方法一般分為定性方法、定量方法和定性定量相結(jié)合3類。

評估結(jié)果：通過一系列評估步驟后，得到評估結(jié)果，即評估方法產(chǎn)生的結(jié)論。評估結(jié)果只適應(yīng)于性質(zhì)相同的對象之間的比較和排序，具有相對意義，故要公正對待評估結(jié)果。

1.2 測控網(wǎng)運行質(zhì)量評估指標體系的設(shè)計

為了將多層次、多因素和復(fù)雜的評估問題用科學(xué)的計量方法進行量化處理，針對評估對象構(gòu)造了一個科學(xué)的評估指標體系，如圖1所示。

圖1 測控網(wǎng)運行質(zhì)量評估指標體系

2 基于模糊綜合評判法的評估體系建模

運用模糊綜合評判法建立相應(yīng)數(shù)學(xué)模型，需要以下步驟：確定評價因素集、確定評價等級集、進行單因素評價、建立評價矩陣、確定權(quán)向量、進行模糊合成和做出決策[13-16]。

2.1 確定評價因素集

針對圖1給出的準則層指標，這是一個典型的2層評價問題，相應(yīng)的評價因素劃分為2個層次，其中，U1={c11，c12，c13，c14，c15}，U2={c21，c22，c23}，U3={c31，c32，c33}，U4={c41}為第1層次，U={B1，B2，B3，B4}為第2層次。

2.2 確定評價等級集

將評價等級劃分為4個等級，即V=(優(yōu)秀、良好、一般、差)。對于評價因素集中的每個因素ui(i=1，2，…，4)，vj(j=1，2，…，4)分析其對于評價等級集的隸屬度rij，得出第i個因素的單因素評價結(jié)果：ri=(ri1，ri2，…，ri4)。

2.3 多專家進行單因素評價

針對第1層次的評價因素，分別由多名專家對每套設(shè)備進行測評，并將專家測評結(jié)果進行累加，進行歸一化處理，得到各評價因素隸屬于評價等級集中各等級的測度值，即得到第1層次的模糊評價矩陣R1，R2，R3，R4。

對于m個因素，進行單因素評價后，將ri作為第i行，形成一個綜合了m個因素n個評價等級的模糊矩陣R。

2.4 確定權(quán)重

求權(quán)重是綜合評價的關(guān)鍵。層次分析法是一種行之有效的確定權(quán)系數(shù)的有效方法。層次分析法的步驟大致如下：

① 確定目標和評價因素

P個評價指標，u={u1，u2，…，up}。

② 構(gòu)造判斷矩陣

判斷矩陣元素的值反映了人們對各元素相對重要性的認識，一般采用1～9及其倒數(shù)的標度方法。但當(dāng)相互比較因素的重要性能夠用具有實際意義的比值說明時，判斷矩陣相應(yīng)元素的值則取這個比值，即得到判斷矩陣：

S=(uij)p×p。

③ 計算判斷矩陣得出權(quán)重

計算判斷矩陣的最大特征根λmax，及其對應(yīng)的特征向量A，此特征向量就是各評價因素的重要性排序，也是權(quán)系數(shù)的分配。

利用層次分析法，分別得到一級指標和二級指標的權(quán)重。與第1、2層評價因素對應(yīng)，權(quán)重矢量分別為：W1={wc11，wc12，wc13，wc14，wc15}，W2={wc21，wc22，wc23}，W3={wc31，wc32，wc33}，W4={wc41}，W={wb1，wb2，wb3，wb4}對于權(quán)重wi，要求wi≥0且∑wi=1。

2.5 進行模糊合成

在模糊矩陣R和權(quán)重向量W已經(jīng)確定的基礎(chǔ)上，對二級指標進行模糊合成。用模糊算子表示為：

Si=Wi*Ri。

常用的模糊算子符號有Zadeh算子、加權(quán)平均算子、環(huán)和乘積算子、有界算子、取大乘積算子、有界和取小算子、有界和乘積算子、Einstein算子、Hamacher算子和Yager算子等。本文選用加權(quán)平均算子(●，+)，進行加權(quán)平均運算。

S1=W1*R1，S2=W2*R2，

S3=W3*R3，S4=W4*R4。

然后，對計算得到的S1～S4，組合形成對一級指標的模糊綜合評價矩陣R：

R=[S1，S2，S3，S4]。

最后，將權(quán)重向量W與模糊綜合評價矩陣R合成模糊綜合評價結(jié)果向量S：

S=W*R。

選定了模糊算子進行S的計算后，需要對S進行歸一化，使∑sj=1。

2.6 做出決策

根據(jù)模糊綜合評價結(jié)果向量S，可以按照最大隸屬度法則，或者賦予不同的等級一個權(quán)重向量W′，從而使每個被評價對象綜合得到一個評價值，做出決策。

最大隸屬度法則：針對評價結(jié)果向量S=(s1，s2，s3，s4)，sj表示被評價對象隸屬于評價等級vj的程度。其中，s中最大的sj對應(yīng)的等級vj表示被評價對象最適合于該等級，可以用該等級作為被評價對象的評價結(jié)果。

該方法簡單便于理解，但由于該方法只選取S中的最大值對應(yīng)的等級，而其他非最大值對應(yīng)的信息被忽略，使得評價結(jié)果損失的信息較多，不能全面反映評價對象的情況，只能對評價對象做大致評判。

加權(quán)平均法則：針對4個評價等級優(yōu)秀、良好、一般和差，設(shè)置等級權(quán)重向量W′={4，3，2，1}，將各個評價對象的結(jié)果向量S=(s1，s2，s3，s4)分別與W′中各等級對應(yīng)的權(quán)值進行加權(quán)求和，得到各個評價對象的綜合評分值，最后根據(jù)分數(shù)值的大小進行排序。

這樣，綜合評價結(jié)果向量S解模糊后的結(jié)果可直接得到全部評價對象的從高到低的排名。該方法全面考慮并利用了評價結(jié)果向量S中的信息，較全面客觀地對評價對象做出評價，根據(jù)本項目的研究需要，擬采用加權(quán)平均法則做出決策。

3 數(shù)值計算及仿真驗證

3.1 數(shù)值計算

本文分別單獨計算B1～B4項的得分后，利用B1～B4項的分值再次模糊加權(quán)計算得到最終得分并進行排名顯示，由于B1～B4項和總的計算采用的軟件編程方法相同，這里以B1項為例對程序進行說明。表1～表3為設(shè)備跟蹤歷史試驗數(shù)據(jù)，其中，表3中PT表示平均值。

表1 15套設(shè)備(c11～c15)數(shù)據(jù)

表2 專家對(c11～c15)的權(quán)重分配

表3 專家對(c11～c15)數(shù)據(jù)的評價標準(選取部分)

隸屬度法則，或者賦予不同的等級一個權(quán)重向量W′，從而使每個被評價對象綜合得到一個評價值，做出決策。

3.1.1 計算判斷矩陣

采用的是層次分析法確定不同評價因素的權(quán)重。根據(jù)給定的評估數(shù)據(jù)中5位專家對B1中各小項(c11～c15)所占的權(quán)重比例及重要程度分配，進行求平均，進而得到判斷矩陣。

① 求c11～c15平均

c11的平均=(專家1c11+專家2c11+專家3c11+

專家4c11+專家5c11)/5=9.24；

c12的平均=(專家1c12+專家2c12+專家3c12+

專家4c12+專家5c12)/5=9.08；

c13的平均=(專家1c13+專家2c13+專家3c13+

專家4c13+專家5c13)/5=9.16；

c14的平均=(專家1c14+專家2c14+專家3c14+

專家4c14+專家5c14)/5=9.76；

c15的平均=(專家1c15+專家2c15+專家3c15+

專家4c15+專家5c15)/5=8.92。

② 求判斷矩陣

3.1.2 計算權(quán)重

計算步驟如下：

計算得到B1=(0.200 2，0.196 7，0.198 4，0.211 4，0.193 2)。

3.1.3 評價矩陣與等級權(quán)重模糊合成與排序

B1項的運行結(jié)果截屏如圖2所示。

圖2 B1項的運行結(jié)果

3.2 仿真驗證

針對本文的數(shù)學(xué)模型計算方式，經(jīng)比較最終選擇Matlab軟件進行編譯。

仿真模型選取了參加日常測控工作的15套在用測控設(shè)備，評估周期為2015年1月1日至2015年6月30日，評估數(shù)據(jù)來源來源于設(shè)備跟蹤衛(wèi)星歷史試驗數(shù)據(jù)。B1部分程序截屏如圖3所示。最終評估結(jié)果截屏如圖4所示。

圖3 部分程序截圖

圖4 評估結(jié)果

仿真結(jié)果得出了15套在用設(shè)備在測控網(wǎng)運行半年以來的綜合評價得分，充分反應(yīng)出15套設(shè)備對測控網(wǎng)的貢獻率和使用率，該結(jié)果與半年以來的歷史數(shù)據(jù)相吻合，仿真結(jié)果可信。

4 結(jié)束語

通過對選取的測控網(wǎng)內(nèi)15套典型設(shè)備建立仿真模型，并運用本文構(gòu)建的運行評價體系和模糊綜合評判方法，以半年內(nèi)測控網(wǎng)運行期間的設(shè)備跟蹤數(shù)據(jù)作為輸入，仿真計算得出的設(shè)備在測控網(wǎng)內(nèi)運行質(zhì)量情況與實際運行結(jié)果一致。因此，本文所構(gòu)建的測控網(wǎng)質(zhì)量運行評估體系科學(xué)合理，能夠較為全面、快速和準確地反映出測控網(wǎng)內(nèi)設(shè)備運行狀態(tài)和測控網(wǎng)運行質(zhì)量，能為后續(xù)科學(xué)合理調(diào)配測控網(wǎng)內(nèi)設(shè)備資源作為依據(jù)，更好地提供全網(wǎng)的運行質(zhì)量和效益。