一种基于改进雷达图法的侦察装备效能评估方法

本发明属于系统性能评估领域，尤其涉及一种基于改进雷达图法的侦察装备效能评估方法。

背景技术：

情报资源是决定部队遂行多样化任务胜负的关键因素，侦察装备是情报资源获取的主要手段，如何评估侦察装备的效能，成为军事领域研究的热点问题。

目前，研究侦察装备效能评估的方法主要有：灰色理论法、模糊层次分析法、fahp法、adc法、灰色云模型法、德尔菲法。但是，以上方法均不能直观的反映侦察装备总体的效能；此外，传统的的雷达图法利用扇形面积虽然能解决因指标排序不一致导致评估结果不唯一的问题，但是扇形面积构成的雷达图无法直观的区分系统总效能的优劣。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于改进雷达图法的侦察装备效能评估方法，旨在解决现有技术中雷达图因指标排序不一致导致评估结果不唯一的问题。

本发明是这样实现的，一种基于改进雷达图法的侦察装备效能评估方法，该方法包括以下步骤：

s1、建立侦察装备效能评估的指标体系，对评估指标进行归一化；

s2、根据归一化后的上述指标计算侦察装备效能评估指标的权重；

s3、根据侦察装备效能评估指标的归一化值和权重，并给予基于改进雷达图法评估侦察装备效能；

s4、根据侦察装备效能评估的综合评价需求，构造综合效能模型，通过该模型评估侦察装备效能。

优选地，步骤s1包括以下步骤：

s11、构建基于性能的侦察装备效能评估指标体系；

s12、对基于线性尺度变换的侦察装备效能评估指标进行归一化。

优选地，步骤s2包括以下步骤：

s21、基于指数标度法构造判断矩阵；

s22、求解判断矩阵最大特征根；

s23、对判断矩阵进行一致性检验。

优选地，步骤s3包括以下步骤：

s31、绘制侦察装备雷达图；

s32、提取侦察装备雷达图特征。

本发明克服现有技术的不足，提供一种基于改进雷达图法的侦察装备效能评估方法，首先，根据侦察装备的特点以及在使用过程中发挥的效能，建立侦察装备效能评估指标体系；进一步，基于线性尺度变换法对上述侦察装备效能指标进行归一化；其次，利用指数标度法确定侦察装备效能评估指标的权重，以解决其他权重标度法权重计算不准确的问题；然后，基于改进雷达图法评估某型侦察装备的效能，以解决评估指标顺序不一致导致评估结果不唯一的问题；最后，通过实例验证所提评估模型的正确性和合理性。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：本发明从目标情报获取能力、情报信息处理能力、情报信息传输能力、环境生存能力、综合保障能力五个方面建立了侦察装备效能评估的指标体系，进一步利用线性尺度变换法对上述指标进行了归一化，为后续计算侦察装备效能评估指标的权重提供指标数据，该方法解决了其他标度法权重计算不准确的问题；此外，本发明通过提取雷达图的平均面积、平均周长和平均偏心率特征，构建侦察装备效能评估模型，解决了评估指标顺序不一致导致评估结果不唯一的问题；最后，本发明通过实例验证所提评估模型的正确性和合理性，该方法能为部队侦察装备的运用及效能发挥提供科学指导。

附图说明

图1是侦察装备效能评估指标体系；

图2是某款侦察装备效能评估雷达图；

图3是三款侦察装备(软管窥镜)雷达图；

图4是jz-6ga型软管窥镜指标全排列的雷达图；

图5是jz-6ka型软管窥镜指标全排列的雷达图；

图6是jz-6sa型软管窥镜指标全排列的雷达图；

图7是jz-6ga型软管窥镜雷达图平均重心；

图8是jz-6ka型软管窥镜雷达图平均重心；

图9是jz-6sa型软管窥镜雷达图平均重心。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开了一种基于改进雷达图法的侦察装备效能评估方法，该方法包括以下步骤：

s1、建立侦察装备效能评估的指标体系

s11、基于性能的侦察装备效能评估指标体系构建

以侦察装备的结构特点及其技、战术性能指标为依据，从侦察装备的产品性能与任务方向分析其效能，得到侦察装备效能评估指标体系，如图1所示。

由图1可知，侦察装备效能评估指标体系主要包括：目标情报获取能力mqe、情报信息处理能力qle、情报信息传输能力qce、环境生存能力sue、综合保障能力qqe。目标情报获取能力主要包括可见光探测距离d和红外探测距离w；情报信息处理能力主要包括摄像头像素q、图像采集分辨率u；情报信息传输能力主要包括传输带宽l、传输速率η、误码率f、保密性b；环境生存能力主要包括装备重量m、体积v、控制方式n、抗干扰能力e；综合保障能力主要包括装备的可靠性u、可维修性k、电池供电时间h及通信组网能力b。进一步，可将上述指标分成两大类：效益型指标v^xg和成本型指标v^cg，如表1所示。

表1侦察装备效能评估指标分类

s12、基于线性尺度变换的侦察装备效能评估指标归一化

假设有m个待评侦察装备e1，e2，…，em，n个评估指标y1，y…，yn，令指标的原始矩阵为：

为了方便，采用线性尺度变换法进行规范化，对于效益型指标有：

同理，对于成本型指标有：

其中，表示第i个待评的侦察装备中第j个效益型指标的规范化值；i满足i＝1,2,…,m，m表示m款待评的侦察装备；j满足j＝1,2,…,n，n表示n个单项指标。从而得到指标的归一化矩阵：

s2、计算侦察装备效能评估指标的权重

根据上述归一化后的侦察装备效能评估指标矩阵，下面利用指数标度法确定该效能指标的权重。

s21、基于指数标度法构造判断矩阵

选取研究侦察装备的专家学者和一线指战人员，利用标度1-9分析法对影响装备效能的参数指标进行打分，得到判断矩阵为：

其中cpq表示yp对于yq的相对重要性。

本发明实施例采用指数标度法计算指标的权重，根据指数标度法将式(5)变为：

其中，a为常数。

s22、求解判断矩阵最大特征根

求解各因素相对权重的方法通常有“和法”“根法”和“幂法”，本文采用“根法”对权重进行计算。

(1)对式(6)中矩阵的列求和，即

(2)对hq进行归一化：

则令侦察装备的n个评估指标{y1,y2…yq…,yn}对应的权重为：

g＝[g1g2…gq…gn](9)

s23、进行一致性检验

为了保证上述权重的唯一性，需要对判断矩阵c^*进行一致性检验，即

其中，λmax为矩阵d的最大特征值，其计算公式为：

其中，dkk为：

当cr＜0.1，认为c^*的一致性可以接受，否则，要对常数a进行调整，直到获得满意的一致性。

s3、基于改进雷达图法评估侦察装备效能

s31、绘制侦察装备雷达图

根据式(4)和式(9)可得侦察装备效能评估指标的归一化值和权重，则按照以下步骤绘制侦察装备的雷达图。

(1)以o为圆心，绘圆。根据评估指标的数量，用数轴将圆分为n份，每份的夹角为αij＝2πgj，则该夹角的大小可反应指标的权重。

(2)将归一化后的数值逆时针方向依次标定在各个数轴上。

(3)用直线连接各个相邻指标，得到不规则多边形，即为侦察装备效能评估雷达图，如图2所示。

s32、侦察装备雷达图特征提取

传统的雷达图因指标的排列顺序不同，构成的雷达图也不同。因此，对m款侦察装备中第i个待评装备的n个评估指标进行全排列，得到全排列矩阵为：

其中，num＝n！，表示n！种排列方式，tk表示指标对应的第k种排列方式。绘制雷达图并置于平面直角坐标系中，提取雷达图三个特征参数：分别表示第i个待评侦察装备n个评估指标第k种排列方式雷达图的面积、周长和重心坐标：

其中，当j＝n时，

根据式(16)进一步可得雷达图偏心率，即：重心g与圆心o的距离：

为了保证评估结果的唯一性，本发明采用求解指标所有排序的雷达图的平均面积平均周长和平均偏心率的方法来得到唯一解。

同等面积的雷达图，周长越小，雷达图越接近于一个圆，各单项指标效能越均衡。因此，本发明实施例可以用平均面积对应的同等面积的圆的周长与平均周长的比值来评估该款侦察装备各单项指标效能的均衡程度。但是，仅用周长比值来评估，一方面不够直观，另一方面无法对指标的异常值进行识别，因此，本发明实施例引入雷达图的重心和偏心率特征。综上所述，本发明实施例用平均面积度量待评侦察装备各单项指标效能的总和e，用周长比值和平均偏心率来评估侦察装备各指标效能的均衡程度e^jh，并且和能唯一确定。

s4、构造侦察装备系统效能评价模型

在侦察装备效能评估中，需要综合评价装备的总体效能和各个单项指标的均衡程度，因此构造综合效能模型如下：

上述问题也就转化成了一个多目标优化的问题，多目标转化为单目标的方法有很多，本发明采用加权和法和加权乘积法。

利用加权法可得：

其中，ω1，ω2，ω3为对应的权重，满足ω1+ω2+ω3＝1，一般由评估者根据实际情况设定。特别的式(22)中的后两项表示表示各个单项指标的均衡程度，该数值越大，表示装备的各个单项指标越均衡。

同理，利用几何平均法可得：

由式(22)和式(23)可知，通过式(22)计算e^a需要给定权重ω1，ω2，ω3，而式(23)则不需要，进一步可知式(24)中隐含着和的权重相等，即ω1＝ω2＝ω3。

但式(23)中可避免因或的变化导致评估结果剧变，从而保证评估结果的稳定性。

因此，本发明利用式(22)和式(23)评估侦察装备的效能。

效果实施例

文中分别选取三款常用的侦察装备：ga型软管窥镜、ka型软管窥镜、sa型软管窥镜，其中三款侦察装备的技术指标见表2。

表2三款侦察装备的技术战术指标

根据式(2)和式(3)对表1中的数值进行归一化处理见表3。

表3三款侦察装备三级指标规范化值

为了解决matlab软件计算矩阵发生维数爆炸的问题，本发明先将3级指标的数值转化至二级指标，转化公式为

根据式(24)对表3中的数据进行转化得到的结果如表4所示。

表4三款侦察装备的二级指标数值

利用极值法对表4中的指标值进行归一化，即

归一化后的结果见表5所示。

表5三款侦察装备的二级指标规范化值

根据表5绘制三款侦察装备雷达图及指标全排列的雷达图，如图3～6所示。

为评估三款侦察装备的系统效能，将表5中的数据代入式(18)，计算各雷达图的平均面积，可得：

即三款侦察装备的效能排序：

6ga型＞6ka型＞6sa型

同理，为评估三款侦察装备各单项指标的均衡程度，将表5中的数据代入式(20)，计算各雷达图的平均周长和平均偏心率，可得：

其中，

如图7所示：为6ga型软管窥镜指标全排列的雷达图重心分布情况。“o”表示指标全排列的雷达图的重心，“*”表示平均重心。

同理

其中，

如图8所示：为6ka型软管窥镜指标全排列的雷达图重心分布情况“o”表示指标全排列的雷达图的重心，“*”表示平均重心。

同样的

其中，

如图9所示，图9为6sa型软管窥镜指标全排列的雷达图重心分布情况。“o”表示指标全排列的雷达图的重心，“*”表示平均重心。

从上述图7～9可以很直观的看到6ga型软管窥镜雷达图重心的离散程度最小，并且没有太多的异常值，6sa型软管窥镜雷达图重心的离散程度最大，并且异常值也较多。

通过计算得到三款侦察装备各单项指标的均衡程度：

6ga型＞6ka型＞6sa型

进一步将式(27)、(28)、(30)、(32)代入式(23)计算三款侦察装备的总体效能可得：

当然，如果取ω1＝ω2＝ω3＝1/3时，将式(27)、(28)、(30)、(32)代入式(22)可得：

因此，综合分析式(35)和式(36)，可得：

即：

6ga型＞6ka型＞6sa型(38)

其中x＞y表示系统x的系统效能优于系统y的系统效能。

得出结论：由式(38)可知，jz-6ga型软管窥镜的系统效能最好。进一步可得利用软管窥镜在执行反恐侦察任务时，目标情报获取能力、情报信息处理能力、情报信息传输能力是该装备效能发挥的主要因素。因此，提高软管窥镜的侦察效能需要从以下三方面入手：(1)提高装备的目标探测距离，尤其是夜间红外探测距离；(2)提高前端的传感器配置，尤其是提高摄像头像素和图像采集分辨率；(3)提高现役侦察装备的传输性能，例如加载5g和微波传输功能，进一步提高装备的通信组网能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。