试验靶场无线通信系统综合效能评估方法
王祖良+黄文准+邓海生+郑林华
摘 要： 针对试验靶场中常用无线通信系统综合性能评估方法进行研究，在对靶场无线通信特点进行分析的基础上，提出一种综合效能评估方法，建立指标评估体系模型，提出指标权重的确定算法。最后，利用该方法对某靶场两种典型无线通信系统，即一点对多点微波通信系统和Mesh无线接入系统进行综合对比评估分析，对所建模型进行验证。研究成果可应用于对现有无线通信系统进行综合效能评估，同时还可用于新建设备的论证和需求分析中，提供量化、科学的装备论证决策。
关键词： 试验靶场； 通信系统； 评估模型； 指标体系
中图分类号： TN925+.91?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）01?0001?05
Abstract： The comprehensive performance evaluation method of the wireless communication system commonly used in shooting range for weapon test is studied. On the basis of analyzing the wireless communication characteristics of the shooting range， a comprehensive effectiveness evaluation method is put forward， the indicator evaluation system model is established， and its indicator weight determination algorithm is proposed. The method is used for the comprehensive contrast evaluation analysis of two typical shooting range wireless communication systems （point?to?multipoint microwave communication system and Mesh wireless access system）. The established model was verified with the method. The research results can be used to perform the comprehensive effectiveness evaluation for the available wireless communication system， and provide the quantitative and scientific equipment argument decision?making for the new construction equipment argument and demand analysis.
Keywords： test shooting range； communication system； evaluation model； indicator system
近年来试验靶场通信不断发展完善，形成了多手段综合通信保障格局，尤其是无线通信在其中发挥了重要的作用。但各通信系统的效能究竟如何，长期以来并没有一个有效的评估手段，所以有必要针对常规靶场特点研究提出通信系统综合效能评估方法，建立合理的评估指标体系。综合效能评估近年来受到了广泛的关注[1?10]，并取得了丰硕的理论成果和评估方法。由于无线通信与有线通信技术指标和应用范围均有着明显的差别，难以建立统一的评估模型，本文仅研究无线通信效能评估方法。所谓系统效能指的是在一定环境和条件下，系统完成给定作战（试验）任务的程度[1?2]。通信系统的总体效能是各项指标协调、有序共同作用的结果，只有指标集合，即指标体系才能衡量并反映应用目标的全部。综合效能评估一般采用层次分析法、模糊综合评判法、模拟仿真法等多种方法[4?5，11]。本文采用层次分析（AHP）法和模糊理论相结合建立无线通信系统综合效能评估模型，在特定试验环境中建立一套客观有效的评估方法。
1 评估流程与方法
综合效能评估流程如图1所示，图1（a）为一般性评估流程，图1（b）為引入层次分析法（AHP）和模糊理论相结合的常规靶场无线通信系统效能评估流程。
图1（b）中采用AHP分析方法确定评估指标权重，该方法首先把复杂问题分解成各个组成要素，并将这些要素按支配关系进行分组以形成有序的递阶层次结构；然后通过两两比对判断的方式确定每一层次中各要素的相对重要性程度；最后在递阶层次结构内进行合成，得到决策因素相对于目标层重要性程度的总排序。
2 评估模型与算法
2.1 评估指标体系模型
2.1.1 评估指标选取原则
指标体系应是对评估对象本质特征、结构及其构成要素的客观描述，应为评估活动的目的服务。常规试验无线通信系统综合效能评估指标的选取应根据试验任务的特点及无线通信技术的指标特点进行具体分析，根据不同决策问题，选择适当的评估指标。一个恰当的评估指标应符合以下要求：针对研究的特定问题，表示完成相应试验任务的真实目的；对无线通信系统性能参数或设计变量有极强的关联性，可以依据评估指标确定或优化系统的性能或设计要求；具有明显的物理意义，可利用现有的或新建的模型求解，并力求简单、便于计算；可用实验或仿真方法加以评估。为了保证评估指标适合于常规试验靶无线通信系统效能的评估，在选取时必须遵循针对性、可测性、完备性、客观性、有效性、重要性、独立性等原则，保证指标应尽可能的相互独立，不要交叉冗余。
2.1.2 试验通信保障需求分析
常规武器试验对通信保障要求具有以下特点：
（1） 靶场一般呈狭长地形，主靶道纵深覆盖远，比如某常规靶场要求达到60 km以上，而宽度要求一般不超过10 km。虽然场区无山峰、高层建筑物遮挡，但具有低凹地区，并且这些低凹地区在有的试验中必须要实现无线通信覆盖。
（2） 试验进点时间短、试验周期长短不一、参试点位数量变化大、传输业务要求多样化等特点，所以通信系统进场布站开设时间、试验结束撤收时间、试验任务交替切换时间等都对其综合效能的发挥起着重要影响。
（3） 通信业务要求具有话音、视频图像及数据综合传输能力。
（4） 部分节点需要具备动中通能力，以满足清场等勤务通信需要。
（5） 根据某些特殊试验任务需求，常常需要到远离靶场的外场进行试验，外场试验具有短时性、临时性特点，无法架设有线通信网络和依赖基础设施的无线网络，这就要求无线通信网络具有不依赖中心基础设施的自组织特点，并且根据任务的不同，网络容量需具备良好的可扩展性。
2.1.3 评估指标体系模型
根据以上分析，采用层次结构对通信需求总目标逐级分解，对每个性能指标进行细化，建立一套能够综合反映试验靶场无线通信系统整体效能的指标体系。在详细调研论证的基础上，根据常规武器试验对无线通信的保障要求，将指标分为靶场适应性指标和技术性能指标两大类。靶场适应性指标反映被评估对象系统对常规靶场试验任务需求的吻合度，该类指标为专用性指标，任何通信系统的建设，其目的都是为试验服务的，不能满足该类指标则再先进再优越的系统其效能也无法发挥；技术性能指标则反映被评估对象本身技术的先进性和成熟度，该类指标为通用性指标。每一类指标包含六个因素集，共12个因素集，每一因素集由重要程度不等数量不等的模糊子集构成。指标体系模型如图2所示。
2.2 指标权重确定算法
指标权重是比较评价指标相对重要性的定量表示，通过构造两两比较判断矩阵计算，即以上层元素作为准则将下一层支配元素两两比较，比较使用1～9标度法对其相对重要程度赋予一定数值而构造。
标度定义如表1所示。
2.3 模糊综合评判
第一步：对指标集作划分，即式中即中含有个指标，并且满足。
第二步：初级评估，对每个的个指标按初始模型做综合评估。设的指标重要程度模糊子集为应满足的个评价指标总的评价矩阵为于是得到式中为的单指标评估值。将系统使用的效能定为五个等级，即优、良、中、一般、差，对应评判等级集合为：由专家（或使用人员）组成的评价对系统使用效能的各项评判指标在不同等级的重视程度，得到一个模糊矩阵：
第三步：模糊综合评估，总的综合评判结果为按照最大隶属度原则，其中最大隶属度对应的评判等级作为最终评判结果。
3 实例评估分析
利用以上建立的指标体系模型和评估算法，对目前靶场典型通信系统一点对多点的微波系统和Mesh无线接入系统进行综合评估。为了使评估结论更适合常规靶场实际，本文将指标评估人员划分为两组，一组评估靶场适应性指标，由包括试验项目主持人、岗位操作人员在内的10位人员组成；另一组评估技术性能指标，由包括通信主管领导、通信参谋以及通信工程师在内的10位人员组成。
3.1 权重计算
按照最大隶属度原则，Mesh无线接入系统效能综合评估值为0.411 7，对应的评判等级为“优”作为最终评判结果。利用同样方法对现有一点到多点的微波系统进行评估，最终评估结果为“良”。
4 结 语
本文针对试验靶场实际建立了无线通信系统综合效能评估体系模型，提出指标获取方法及指标重要性权值的确定算法。并利用所提方法对一点对多点的微波通信系统和Mesh无线接入系统进行对比评估分析，得出客观的评估结论。本文研究成果可应用于对现有无线通信系统进行综合效能评估，也可用于新建设备的论证和需求分析中，用于提供量化的科学的装备论证决策。下一步将对靶场有线通信系统综合效能评估方法进行研究，提出紧贴靶场实际的评估模型和算法，以形成一套完整的试验靶场通信系统综合效能评估方法。
参考文献
[1] 温广杰，钟京立，谢健.基于ADC 和层次分析法的指挥所通信装备效能评估模型构建[J].现代电子技术，2015，38（19）：37?39.
[2] 段守福，杨凯，汪军，等.航空无线电通信系统作战效能评估[J].火力与指挥控制，2010，35（11）：117?119.
[3] 郭姣，李天伟，钟云海，等.基于ADC?云重心的舰载导航装备综合效能评估[J].现代电子技术，2015，38（19）：58?61.
[4] 齐涛，杨浩，徐源，等.基于模糊理论的通信与指挥控制系统效能评估[J].现代电子技术，2010，33（11）：57?59.
[5] 马亚龙，邵秋峰，孙明.评估理论和方法及其军事应用[M].北京：国防工业出版社，2013.
[6] 郭姣，李天伟，黎才鑫，等.舰载导航装备综合效能评估指标体系的研究[J].现代电子技术，2014，37（17）：140?143.
[7] TATU V， DROSU O， POPESCU C. Effectiveness analysis of different screens and frequency influence on electromagnetic attenuation [C]// Proceedings of 2015 13th International Confe?rence on Engineering of Modern Electric Systems. [S.l.： s.n.]， 2015： 283?294.
[8] PATEL M， DUBEY A N. Analyzing the effectiveness of cluster based H?MANET for scaling number of nodes [C]// Proceedings of 2015 International Conference on Innovations in Information， Embedded and Communication Systems. Indore： IEEE， 2015： 1173?1181.
[9] SHAKE T H. Defining availability for high?rate data links with fading [C]// Proceedings of 2007 IEEE Military Communications Conference. [S.l.]： IEEE， 2007： 1502?1513.
[10] GONZALED D， HOLLYWOOD J， KINGSTON G， et al. Network?centric operations case study： air?to?air combat with and without Link16 [R]. Santa Monica： RAND Corporation， 2006.
[11] 蔡文军，李晓松.海军舰船装备保障能力评估理论与方法[M].北京：国防工业出版社，2013.
[12] 张增照.以可靠性为中心的质量设计、分析和控制[M].北京：电子工业出版社，2010.
摘 要： 针对试验靶场中常用无线通信系统综合性能评估方法进行研究，在对靶场无线通信特点进行分析的基础上，提出一种综合效能评估方法，建立指标评估体系模型，提出指标权重的确定算法。最后，利用该方法对某靶场两种典型无线通信系统，即一点对多点微波通信系统和Mesh无线接入系统进行综合对比评估分析，对所建模型进行验证。研究成果可应用于对现有无线通信系统进行综合效能评估，同时还可用于新建设备的论证和需求分析中，提供量化、科学的装备论证决策。
关键词： 试验靶场； 通信系统； 评估模型； 指标体系
中图分类号： TN925+.91?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）01?0001?05
Abstract： The comprehensive performance evaluation method of the wireless communication system commonly used in shooting range for weapon test is studied. On the basis of analyzing the wireless communication characteristics of the shooting range， a comprehensive effectiveness evaluation method is put forward， the indicator evaluation system model is established， and its indicator weight determination algorithm is proposed. The method is used for the comprehensive contrast evaluation analysis of two typical shooting range wireless communication systems （point?to?multipoint microwave communication system and Mesh wireless access system）. The established model was verified with the method. The research results can be used to perform the comprehensive effectiveness evaluation for the available wireless communication system， and provide the quantitative and scientific equipment argument decision?making for the new construction equipment argument and demand analysis.
Keywords： test shooting range； communication system； evaluation model； indicator system
近年来试验靶场通信不断发展完善，形成了多手段综合通信保障格局，尤其是无线通信在其中发挥了重要的作用。但各通信系统的效能究竟如何，长期以来并没有一个有效的评估手段，所以有必要针对常规靶场特点研究提出通信系统综合效能评估方法，建立合理的评估指标体系。综合效能评估近年来受到了广泛的关注[1?10]，并取得了丰硕的理论成果和评估方法。由于无线通信与有线通信技术指标和应用范围均有着明显的差别，难以建立统一的评估模型，本文仅研究无线通信效能评估方法。所谓系统效能指的是在一定环境和条件下，系统完成给定作战（试验）任务的程度[1?2]。通信系统的总体效能是各项指标协调、有序共同作用的结果，只有指标集合，即指标体系才能衡量并反映应用目标的全部。综合效能评估一般采用层次分析法、模糊综合评判法、模拟仿真法等多种方法[4?5，11]。本文采用层次分析（AHP）法和模糊理论相结合建立无线通信系统综合效能评估模型，在特定试验环境中建立一套客观有效的评估方法。
1 评估流程与方法
综合效能评估流程如图1所示，图1（a）为一般性评估流程，图1（b）為引入层次分析法（AHP）和模糊理论相结合的常规靶场无线通信系统效能评估流程。
图1（b）中采用AHP分析方法确定评估指标权重，该方法首先把复杂问题分解成各个组成要素，并将这些要素按支配关系进行分组以形成有序的递阶层次结构；然后通过两两比对判断的方式确定每一层次中各要素的相对重要性程度；最后在递阶层次结构内进行合成，得到决策因素相对于目标层重要性程度的总排序。
2 评估模型与算法
2.1 评估指标体系模型
2.1.1 评估指标选取原则
指标体系应是对评估对象本质特征、结构及其构成要素的客观描述，应为评估活动的目的服务。常规试验无线通信系统综合效能评估指标的选取应根据试验任务的特点及无线通信技术的指标特点进行具体分析，根据不同决策问题，选择适当的评估指标。一个恰当的评估指标应符合以下要求：针对研究的特定问题，表示完成相应试验任务的真实目的；对无线通信系统性能参数或设计变量有极强的关联性，可以依据评估指标确定或优化系统的性能或设计要求；具有明显的物理意义，可利用现有的或新建的模型求解，并力求简单、便于计算；可用实验或仿真方法加以评估。为了保证评估指标适合于常规试验靶无线通信系统效能的评估，在选取时必须遵循针对性、可测性、完备性、客观性、有效性、重要性、独立性等原则，保证指标应尽可能的相互独立，不要交叉冗余。
2.1.2 试验通信保障需求分析
常规武器试验对通信保障要求具有以下特点：
（1） 靶场一般呈狭长地形，主靶道纵深覆盖远，比如某常规靶场要求达到60 km以上，而宽度要求一般不超过10 km。虽然场区无山峰、高层建筑物遮挡，但具有低凹地区，并且这些低凹地区在有的试验中必须要实现无线通信覆盖。
（2） 试验进点时间短、试验周期长短不一、参试点位数量变化大、传输业务要求多样化等特点，所以通信系统进场布站开设时间、试验结束撤收时间、试验任务交替切换时间等都对其综合效能的发挥起着重要影响。
（3） 通信业务要求具有话音、视频图像及数据综合传输能力。
（4） 部分节点需要具备动中通能力，以满足清场等勤务通信需要。
（5） 根据某些特殊试验任务需求，常常需要到远离靶场的外场进行试验，外场试验具有短时性、临时性特点，无法架设有线通信网络和依赖基础设施的无线网络，这就要求无线通信网络具有不依赖中心基础设施的自组织特点，并且根据任务的不同，网络容量需具备良好的可扩展性。
2.1.3 评估指标体系模型
根据以上分析，采用层次结构对通信需求总目标逐级分解，对每个性能指标进行细化，建立一套能够综合反映试验靶场无线通信系统整体效能的指标体系。在详细调研论证的基础上，根据常规武器试验对无线通信的保障要求，将指标分为靶场适应性指标和技术性能指标两大类。靶场适应性指标反映被评估对象系统对常规靶场试验任务需求的吻合度，该类指标为专用性指标，任何通信系统的建设，其目的都是为试验服务的，不能满足该类指标则再先进再优越的系统其效能也无法发挥；技术性能指标则反映被评估对象本身技术的先进性和成熟度，该类指标为通用性指标。每一类指标包含六个因素集，共12个因素集，每一因素集由重要程度不等数量不等的模糊子集构成。指标体系模型如图2所示。
2.2 指标权重确定算法
指标权重是比较评价指标相对重要性的定量表示，通过构造两两比较判断矩阵计算，即以上层元素作为准则将下一层支配元素两两比较，比较使用1～9标度法对其相对重要程度赋予一定数值而构造。
标度定义如表1所示。
2.3 模糊综合评判
第一步：对指标集作划分，即式中即中含有个指标，并且满足。
第二步：初级评估，对每个的个指标按初始模型做综合评估。设的指标重要程度模糊子集为应满足的个评价指标总的评价矩阵为于是得到式中为的单指标评估值。将系统使用的效能定为五个等级，即优、良、中、一般、差，对应评判等级集合为：由专家（或使用人员）组成的评价对系统使用效能的各项评判指标在不同等级的重视程度，得到一个模糊矩阵：
第三步：模糊综合评估，总的综合评判结果为按照最大隶属度原则，其中最大隶属度对应的评判等级作为最终评判结果。
3 实例评估分析
利用以上建立的指标体系模型和评估算法，对目前靶场典型通信系统一点对多点的微波系统和Mesh无线接入系统进行综合评估。为了使评估结论更适合常规靶场实际，本文将指标评估人员划分为两组，一组评估靶场适应性指标，由包括试验项目主持人、岗位操作人员在内的10位人员组成；另一组评估技术性能指标，由包括通信主管领导、通信参谋以及通信工程师在内的10位人员组成。
3.1 权重计算
按照最大隶属度原则，Mesh无线接入系统效能综合评估值为0.411 7，对应的评判等级为“优”作为最终评判结果。利用同样方法对现有一点到多点的微波系统进行评估，最终评估结果为“良”。
4 结 语
本文针对试验靶场实际建立了无线通信系统综合效能评估体系模型，提出指标获取方法及指标重要性权值的确定算法。并利用所提方法对一点对多点的微波通信系统和Mesh无线接入系统进行对比评估分析，得出客观的评估结论。本文研究成果可应用于对现有无线通信系统进行综合效能评估，也可用于新建设备的论证和需求分析中，用于提供量化的科学的装备论证决策。下一步将对靶场有线通信系统综合效能评估方法进行研究，提出紧贴靶场实际的评估模型和算法，以形成一套完整的试验靶场通信系统综合效能评估方法。
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[8] PATEL M， DUBEY A N. Analyzing the effectiveness of cluster based H?MANET for scaling number of nodes [C]// Proceedings of 2015 International Conference on Innovations in Information， Embedded and Communication Systems. Indore： IEEE， 2015： 1173?1181.
[9] SHAKE T H. Defining availability for high?rate data links with fading [C]// Proceedings of 2007 IEEE Military Communications Conference. [S.l.]： IEEE， 2007： 1502?1513.
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[12] 张增照.以可靠性为中心的质量设计、分析和控制[M].北京：电子工业出版社，2010.
