龚正霞 李有才 石波涌

(1.92665部队 慈利 427200)(2.海军陆战学院 广州 510430)

基于FCE与AHP的长波甚低频固定通信台站综合防御效能评估*

龚正霞1李有才2石波涌1

(1.92665部队 慈利 427200)(2.海军陆战学院 广州 510430)

海军舰艇(船)历来是军事强国走出国门、走向海洋的重要移动平台,而长波甚低频通信是海军舰艇(船)远程应急通信保障的主要手段之一。论文在基于模糊理论与层次分析法(AHP)的基础上,构建了长波甚低频固定通信台站综合防御效能评估指标体系,实现了对长波甚低频固定通信台站综合防御效能的定量评估,分析结果验证了方法的有效性。

综合防御; 层次分析法; 效能评估; 长波固定通信台站

(1. No. 92665 of Troops of PLA, Cili 427200)(2. Naval Marine Academy, Guangzhou 510430)

Class Number TN915

1 引言

长波甚低频通信是指频率为3kHz～30kHz范围内的无线电电磁波,借助大气电离层下边缘“D”层与大地表面之间形成的同心球壳波导,进行多次反射而实现信息传播与交换的通信方式,相对高频短波通信来讲,具有稳定性高、传输衰减小、穿透海水的能力强等特点,且不受昼夜、季节、气候条件和磁暴、太阳黑子、电离层骚动的影响,备受欧美等发达国家海军的高度重视[1～2]。长波甚低频通信固定台站平时除保障潜艇航渡、训练和远海执行特殊任务的指挥通信保障外,同时也肩负着为中远海大型舰船进行卫星、导弹跟踪、测量、海洋考察等提供稳定可靠的通信链路和应急通信保障;战时既是中远海水面舰船,尤其是核动力潜艇遂行远程战略通信的有效手段,又是潜艇与潜艇、潜艇与水面舰船之间转信的重要桥梁。当前,面对军事强国低空、超低空以及隐身远程作战平台的广泛应用,面对强国高超音速滑翔精确制导武器的快速发展,长波甚低频通信固定台站综合防御能力显得十分重要。

目前,海军长波甚低频通信台站建设相当成熟,通过几代人的努力,基本构建了大型与中型、本地与遥控、单机与并机、双路与多路、人工与自动、低速与高速等多功率大小、多业务形式、多传输链路、多组织方式选择的网络体系。但由于长波甚低频固定通信台站综合防御能力涉及反侦察抗干扰能力、防地面点穴袭扰破坏防护措施、防制导武器攻击摧毁战术落实、防核化生武器杀伤的防护组织等,其综合防御效能受强敌侦察与干扰装备战技性能、强敌远程攻击武器突防能力、我台站部署位置纵深、台站周边自然地理环境、台站电波传播方向电导率分布、台站系统装备软硬件技术等诸多因素影响,造成台站综合防御效能涉及的指标多,覆盖的学科领域范围广,具有很大的不确定性。长波甚低频通信固定台站综合防御是一个系统工程,不论是防空中火力摧毁,防地面点穴与袭扰,防核化生杀伤性破坏的硬防御,还是防侦察、防干扰的软防御,其综合防御效能指标很难严格归类。比如安全保密、伪装欺骗既是防空中火力摧毁、防地面点穴与袭扰的主要措施,又是防侦察、防干扰的重要手段。因此,评估指标体系中的大多指标都是综合指标,具有随机因素和模糊因素。基于模糊理论与AHP的综合评判方法,提供了一种定量与定性相结合的分析方法,能更好地揭示评价对象的模糊概念,使评估结果具有较高的可靠性、逻辑性和规范性[3～4]。文章引用模糊集合或隶属度函数的理论,利用模糊语言变量和模糊数适用于量化模糊信息的特点[5～6],分析了台站综合防御效能评估指标体系,建立了效能评估模型,并利用AHP方法确定了指标权重,通过典型实例,验证了本方法的可行性。

2 长波甚低频固定通信台站综合防御效能评估指标体系

长波甚低频固定通信台站综合防御与其它重要军事通信基地、通信枢纽、指挥控制中心一样,基本要求是科学防御、可靠防御、有效防御,平时强调反侦察、反袭扰、反破坏和全领域安全保密,战时还强调反干扰、抗摧毁、防核化生武器杀伤等,按照这个要求,参照一般军事信息通信枢纽防御效能指标分类方法,并考虑长波甚低频固定通信台站的特殊性,长波甚低频固定通信台站综合防御效能评估指标及分层结构图如图1所示。根据AHP的分层思想,长波甚低频固定通信台站综合防御效能可以分为总目标层(A)、中间层(Bi)和指标层(Ci)三个层次。

图1 长波甚低频固定通信台站绕合防御效能评估指数及分层结构图

台站通信反侦察能力B1:是指台站为防止强敌获取并利用我方台站基础设施情况、通信枢纽布局、指挥控制能力、发展建设趋势和电磁辐射信号特征而采取的防护能力[7]。台站通信反侦察能力越强则台站综合防御效能越高。它与敌对我长波甚低频台站的情报侦察能力和我台站装备反侦察技术含量、反侦察战术对策运用水平、反侦察欺骗伪装效果等要素有关,即台站信息通信内容、通信传输、通信设施、通信文件保密和通信人员管理越到位,甚低频网络组织、甚低频信号屏蔽、甚低频信号反侦察战术行动越创新,甚低频信号伪装、甚低频信号欺骗和甚低频信号冒充战法运用越全面,台站通信反侦察能力越强。

台站通信抗干扰能力B2:是指台站为降低或消除敌方电子干扰对己方电子信息系统和设备使用效能的影响而采取的技术措施及战术行动防护能力[8]。台站通信反侦察能力越强则台站综合防御效能越高。它与敌对我长波甚低频台站的通信干扰能力和我台站装备反干扰技术含量、反干扰战术对策运用水平、反干扰的台站或网络转换能力等要素有关,即台站甚低频收发信装备反干扰技术含量越高新,甚低频信号反干扰战术行动越灵活,甚低频工作方式特征转换、大中型台站转换、多功能业务终端转换、不落地网络体系转换等越迅速,台站通信抗干扰能力越强。

台站防地面点穴袭扰破坏能力B3:是指台站为防止潜入我境内的敌特分子或特战分队,渗入我台站战略纵深,破坏我收发信机房、洞库指挥中心、天线塔、调谐亭、天线地网等重要设施或对我防卫兵力进行伏击、对台站周边民众进行攻心策反而采取的防护能力。台站防地面点穴袭扰破坏能力越强则台站综合防御效能越高。它与敌对台站地面点穴渗透与破坏能力、台站通信枢纽的防渗透能力、台站重要设施的防破坏能力、台站官兵及周边民众的抗敌攻心策反能力等要素有关,即台站重要部位的兵力警戒能力、素质越强,防卫兵力人员数量越充分,反渗透防破坏的对策越完善,军民联防与防攻心策反的措施越到位,台站防地面点穴袭扰破坏能力越强。

台站防空中火力摧毁能力B4:是指台站为防御敌远程空袭作战平台(轰炸机和携带有空对地导弹的战斗机或攻击机)、远程制导武器(导弹、炸弹、电磁脉冲弹)攻击而采取的防护能力。台站防空中火力摧毁能力越强则台站综合防御效能越高。它与敌空中火力对台站的摧毁能力、台站防临空飞机的轰炸能力、台站防制导武器的攻击能力有关,即台站预警、警戒、观察防护网络体系构建越完善,地下工事、掩体等防护体系构筑越坚固,周边防空力量部署越充分,台站属性保密措施落实越严密,台站防空中火力摧毁能力越强。

台站防御核化生武器破坏能力B5:是指台站为避免或减轻敌核化生杀伤性破坏武器对我人员、装备器材的杀伤与破坏,保持台站持续工作的能力[7]。台站防御核化生武器破坏能力越强,则台站综合防御效能越高。综合来讲它与台站核化生武器防护的“软硬“件条件、台站核化生武器防护的实战化训练水平有关,展开来讲,台站核化生和其它杀伤性武器预警机制越实时有效,发现敌方携带核化生武器的来袭兵力和实施核化生武器袭击的征候越早,核化生和其它杀伤性武器的防护组织越严密,坑道或钢筋混凝土等人员、装备防护工事构建越坚固,防护装备与器材储备、保养、测试越充分,人员核化生防护战斗部署、防护面具与防毒衣穿戴基础训练以及洗消、消毒与急救训练越接近实战化要求,则台站防御核化生武器破坏能力就越强。

3 构建长波甚低频固定通信台站综合防御效能判断矩阵并进行一致性检验

3.1 构建判断矩阵

构建判断矩阵实际上就是确定指标集上各指标的权重,即是以上一级的某个要素作为评价准则,对本级的要素进行两两比较来确定矩阵元素。对指标集上各指标权重的确定,一般采取层次分析法中萨蒂的九级标度确定判断矩阵[9～10],定义如表1所示。

表1 两两比较相对偏好判断的九级标度

根据判断的九级标度,可以建立判断矩阵。表3～表8就是根据图1长波甚低频固定通信台站综合防御效能评估指标及分层结构,按照评价准则而建立的两两比较判断矩阵。

3.2 计算相对权重

由于求解判断矩阵的特征值和特征向量一般相当麻烦,通常采用近似解法—规范列平均法对判断矩阵进行近似计算,得出下一级相对上一级的权重,其基本过程是:

1) 对n个因素C1,C2,…,Cn的判断矩阵A各列归一化处理。假设A=[aij]n×n,

4) 计算各指标相对权重。求出判断矩阵的最大特征根λmax的特征向量,然后进行归一化处理,即可求出各指标因子对上一级的权重。

3.3 进行一致性检验

由于台站综合防御效能评价的复杂性和评价人的主观性,判断矩阵的传递性和一致性可能存在偏差,如果判断矩阵的一致性越好,说明最大特征值λmax与A的阶数n就越接近,因此可以根据最大特征值λmax来确定判断矩阵A的一致性程度,其步骤为:

2) 确定不同阶数的随机一致性指标RI。RI是多次重复进行随机判断矩阵特征值的计算后取其算术平均数获取,具体数值如表2。

表2 不同阶数的平均随机一致性指标RI

3) 计算一致性比例CR。为度量不同阶数判断矩阵的不一致性,引入度量判断矩阵偏离一致性的相对指标CR:CR=CI/RI,一般情况下,当一个判断矩阵的CR指标小于10%时,可以认为其一致性符合要求;如果一个判断矩阵的CR指标大于10%时,则应重新进行元素的两两比较,对已建立的判断矩阵进行调整,使之具有满意的一致性。

4 基于模糊评判的长波甚低频固定通信台站综合防御效能评估主要步骤

模糊综合评判法(Fuzzy Comprehensive Evaluation,FCE)也称模糊综合评判,是美国控制论专家查德(L.A.zadeh)于20世纪中期提出,是以模糊数学为基础,应用模糊关系合成的原理,对受到多种因素制约的事物或一些边界不清且不易定量的对象定量化,进行综合评价的一种方法[11],是把众多的因素划分为若干层次,每层只包含少量因素,先对最下层的各因素进行综合,逐层往上评估直到最高层,得出最终评估结果,主要步骤:

1) 确定指标集合及其层次。根据图1长波甚低频固定通信台站综合防御效能评估指标及分层结构图,台站综合防御效能评估目标层集合为A=(B1,B2,B3,B4,B5),子目标层的指标因子集合为B1={C1,C2,C3,C4},B2={C5,C6,C7,C8},B3={C9,C10,C11,C12},B4={C13,C14,C15},B5={C16,C17}。

2) 明确效能评估指标相对权重。采取层次分析法中萨蒂的九级标度确定判断矩阵,并计算各判断矩阵的最大特征值λmax和最大特征值相对的特征向量W,W1,W2,W3,W4,W5，然后进行归一化处理,即可求出各指标因子对上一级的相对权重。

3) 构建效能评估影响因子指标层模糊判断矩阵。将影响因子指标分成好、较好、一般、差四个等级,并采用专家打分的形式确定影响因子指标的隶属度,获得指标层判断矩阵Pi和指标层Ci相对子目标层Bi的判断矩阵Ri。

4) 获取目标层判断矩阵。根据效能评估指标相对权重和影响因子模糊判断矩阵,可以得出子目标层Bi相对目标层A的判断向量和模糊关系矩阵Pi。

5) 根据最大隶属度原则确定系统的综合效能值,对评估结果进行定性描述解义。

5 基于模糊评判的长波甚低频固定通信台站综合防御效能评估实例

5.1 两两比较法构造判断矩阵

根据图1长波甚低频固定通信台站综合防御效能评估指标及分层结构图与萨蒂的九级标度准则,可以确定子目标层Bi相对目标层A的判断矩阵及相对性权重,各影响因子Ci相对子目标层Bi的判断矩阵及相对性权重,如表3～表8所示。

表3 子目标层Bi相对目标层A的判断矩阵及相对性权重

表4 影响因子C1～C4相对子目标层B1的判断矩阵及相对性权重

表5 影响因子C5～C8相对子目标层B2的判断矩阵及相对性权重

表6 影响因子C9～C12相对子目标层B3的判断矩阵及相对性权重

表7 影响因子C13～C15相对子目标层B4的判断矩阵及相对性权重

表8 影响因子C16～C17相对子目标层B5的判断矩阵及相对性权重

判断矩阵一致性检验结果表明,各个指标判断矩阵的CR指标都小于0.1,具有满意的一致性,判断矩阵不需要调整。

5.2 指标层评价与各层相对模糊评判矩阵

将17个影响因子指标层评语分为四级,分别为“好、较好、一般、差”,对各个指标进行评价时,采用专家打分法,邀请20位专家对指标进行评价,统计结果如表9所示。

表9 长波甚低频固定通信台站综合防御效能指标层影响因子C评价统计表

续表9

根据上述表格,可以得到指标层影响因子模糊判断矩阵Pi。比如针对指标“敌对长波台站的情报侦察能力C1”,二十位专家中2位专家认为好,5位专家认为较好,10位专家认为一般,3位专家认为差,则评价指标分别为0.1,0.25,0.5,0.15,由此可以得出指标层的判断矩阵为。

根据指标层影响因子模糊判断矩阵Pi和表3～表8子目标层判断矩阵WBi-C,可以得到指标层相对子目标层的模糊综合评判矩阵:R1=WB1-C·P1=(0.3333,0.1667,0.1667,0.3333)

=(0.3667,0.4167,0.1750,0.0417)R2=WB2-C·P2=(0.2857,0.2857,0.1429,0.2857)

=(0.4643,0.3429,0.1429,0.0500)R3=WB3-C·P3=(0.3333,0.1667,0.1667,0.3333)

=(0.3000,0.4333,0.2500,0.0167)

R4=WB4-C·P4=(0.2000,0.4000,0.4000)

=(0.2300,0.3900,0.2400,0.1400)

R5=WB5-C·P5=(0.5,0.5)

=(0.1750,0.2500,0.2750,0.3000)

则子目标层Bi相对目标层A的模糊关系矩阵

5.3 计算模糊综合评语并转换为台站综合防御效能

根据上述关于子目标层Bi相对目标层A的判断矩阵及相对性权重的分析,结合子目标层Bi相对目标层A的模糊关系矩阵的计算结论,按加权综合型算法可以计算出长波甚低频通信固定台站综合防御模糊综合评语E。

E=WA-B·P

=(0.2222,0.2222,0.2222,0.2222,0.1111)

=(0.3219,0.3795,0.2101,0.0885)

根据长波甚低频固定通信台站综合防御模糊综合评语E=E=WA-B·P=(0.3219,0.3795,0.2101,0.0885),不难看出台站综合防御效能好坏的可能性分布为:好的可能性为0.3219,较好的可能性为0.3795,一般的可能性为0.2101,差的可能性为0.0885,根据模糊理论最大隶属度原则,该台站综合防御效能为较好,验证了方法的可行性。

6 结语

向海而兴,背海而衰,这是一个颠扑不破的真理,要经略海洋、维护海洋战略利益,海军舰船必须走向深蓝、走向远洋,必须推动与之相配套的长波甚低频通信固定台站建设。随着西方军事强国远程战略轰炸平台、核动力水下潜射平台、高超音速滑翔精确制导武器的发展,长波甚低频通信固定台站将越来越容易受到远程攻击平台和毁灭性核武器的第一波打击,因此,研究长波甚低频通信固定台站综合防御性效能显得十分重要。文章根据长波甚低频固定通信台站特点,参照一般军事信息通信枢纽防御效能指标分类方法,在“长波甚低频固定通信台站综合防御效能”总目标层下,构建了“通信反侦察能力、通信抗干扰能力、防地面点穴袭扰破坏能力、防空中火力摧毁能力、防御核化生武器破坏能力”五个中间层和“台站反侦察、抗干扰的装备技术含量”“台站通信枢纽的防渗透、防破坏能力”“台站防制导武器、防临空飞机轰炸能力”等十七个指标层。应用模糊数学基本理论和层次分析方法基本步骤,建立了多层模糊综合评判数学模型,实现了对长波甚低频固定通信台站综合防御效能的定量评估,并通过典型实例验证了方法的可行性。

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Efficiency Evaluation on Combination Defense of The VLF Long-wave Fixed Communications Stations Based on Fuzzy Theoy and Analytic Hierarchy Process

GONG Zhengxia1LI Youcai2SHI Boyong1

The naval ships(boats) have invariably insisted that is important moved platform of military powerful nation, from out of the nation gate, into the ocean, but The VLF long-wave communications are main measure from the naval ships(boats)long-distance emergency communications. Based on fuzzy theory and analytic hierarchy process, and then an effectiveness evaluation system of the VLF long-wave fixed communications stations is established, the quantitative evaluation of effectiveness of the VLF long-wave fixed communications stations is realized. The results validate the feasibility and practicability of the proposed method.

combination defense, analytic hierarchy process, efficiency evaluation, the VLF long-wave fixed communications stations

2016年6月10日,

2016年7月17日

龚正霞,男,硕士,高级工程师,研究方向:军事通信训练,学术与科研。李有才,男,硕士,教授,研究方向:信息装备、信息作战等。石波涌,男,硕士,高级工程师,研究方向:甚长波通信理论和甚长波通信应用技术等。

TN915

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.12.029