一种地下遮蔽空间通信感知装备效能评价方法与流程

本发明属于通信感知装备的效能评价，尤其涉及一种地下遮蔽空间通信感知装备效能评价方法。

背景技术：

1、(1)国内研究现状

2、国内装备效能评价起步相对较晚，1975年以后，我国对装备效能的评价分析才开始进行，且主要集中于武器装备的效能评价上。装备系统的作战效能的评价方向中展开分析和研究，在评价方法上，国内不少单位根据自己的实际情况，引进、探讨并应用了一些效能评价方法，经常用到的有层次分析法、模糊综合评判法、灰色模糊评判法和adc评价法等方法。这些方法的应用对于我国装备系统的效能评价发展起到了十分重要的作用。

3、1)主要应用领域

4、李浩等结合了ahp法以及模糊综合评价法两种算法的优势，以ahp法确定指标权重运用模糊综合评价法逐级评价，得到航母编队综合作战效能。顾辉等建立了adc效能评价模型后，给出了地空导弹武器系统的指标分解和确定方法，为后续对地空导弹武器系统效能的研究提供了很好的参考。杨冬波基于adc模型，采用ahp-模糊综合评价法确定导弹武器的综合能力，给出了一种非常经典的效能评价方法。吴军等将综合运用效用函数和三角模糊数理论相结合提出了一种武器系统效能评价新方法。张金萍等运用模糊数学理论，结合专家系统，针对在线监测数据、预防性试验数据和历史运行状况数据，提出一种电力设备健康状态评价算法。韩世莲等采用模糊层次分析法从成本、质量、服务和风险等不同标准体系探讨解决全球物流、供应优化选择性问题，均取得较好的应用效果。唐鑫等人构建出了评价指标均匀分布的评分规则，并结合灰色系统理论与贝叶斯网络理论给出了武器特定概率下的毁伤模型。陈磊等人通过对某型轰炸机作战过程进行分解聚合，构建出具有层次结构的效能指标体系。方颖等运用熵权-灰色关联法进行房地产项目施工安全风险评价，较为客观真实地反映了房地产项目中的施工安全风险，并给出了应对措施。李特等提出了基于熵权灰色关联和d-s证据理论相结合的评价方法，更好地处理目标的不确定性信息。

5、2)主要评价方法

6、模糊综合评价最早由我国学者汪培庄提出，其基本原理为：首先确定被评判对象的因素(指标)集和评价(等级)集，以及各个因素的权重和它们的隶属度向量，获得模糊评判矩阵；其次把模糊评判矩阵与因素的权向量进行模糊运算并进行归一化，得到模糊评价综合结果。我国著名学者邓聚龙教授于1982年首次提出灰色系统的概念，主要研究“小样本、贫信息、不确定”问题。灰色综合评价法是基于灰色聚类的数学原理构建起来的，一般步骤为：制定评价指标-确定指标权重-专家打分-求评价样本的矩阵-确定评价灰类-计算灰色关联系数-计算权向量、权矩阵-对上层指标进行综合-对评价目标进行综合并给出评价值。灰色综合评价的特点是：分析思路清晰，所需数据较少，计算方法简单，综合评价误差小。

7、指数法是用相对的数值去表示某一分析对象的特性值的一种量化方法。指数法评价武器作战效能是有前提条件的，必须是在对武器系统的设计理论、自身属性和使用属性比较了解的基础上使用，比如明确武器系统单项效能评价的相关指标数据等。指数法可避开大量不确定因素的影响，算法明确。其最大困难是指数法中的系数不易确定，评价结果差异大。常需要借助层次分析法等专家评价法加以辅助求取系数。

8、(2)国外研究现状

9、国外的传统军事强国对武器装备效能的研究工作开始较早，早在20世纪中到21世纪初，一些国家和组织对武器装备效能评价就一直没有间断过，比如美国和苏联，从效能评价到作战效能评价，又延伸到作战过程的评价。英国科学家创建了兰切斯特(lanchester)方程”的作战模型，美国和苏联对武器装备效能评价也有早有研究并得到了发展。

10、美国和苏联两军事大国对作战效能分析评价方法形成了比较完整的理论体系，按照主客观和经验理论的划分标准，主要有两类：一类是半主观客观的研究方法，也就是经验与理论结合的方法，如经验公式解析法、专家评价法等；另外一类就是严格的客观，理论的方法，主要依据客观的实验数据，如作战仿真法、概率统计法等。

11、目前国外对武器效能评价的研究日趋细化并更加注重应用，随着时间的推移以及相应理论研究的进步，世界各国的效能评价理论正随着武器装备的发展而向着更加科学、更加智能的方向进步。效能评价更加注重人与计算机的结合，利用计算机模拟各种作战环境和作战任务，以期得到更为科学准确的效能评价结果。

12、1)主要应用领域

13、nazaninazizi-an利用swot(态势分析法)方法针对trl等各种定量、定性评价模型进行了深入的评论和分析，认为应用技术成熟度评价非常关键，能够全面审视技术水平和项目风险。kagazyo不仅基于技术指标，而且还基于资源、社会等指标采用层次分析法对能源方案的选取进行了详尽的评价。bevilacqua等将层次分析法用于意大利一家十分重要的炼油厂维护方案的选取问题，并且为提高ahp方法的效率采用了灵敏度分析法。ishibuchi将方案决策看作分类问题，并使用神经网络作分类系统，同时探讨了用其进行软决策的各种技术。molina则认为人工神经网络是方案评价中一种很有效率、潜力的方法，并将其应用于桥梁系统的性能评价。tamura等将层次分析法与神经网络相结合，提出了神经层次分析法(neuralahp)，并在柔性制造系统的多目标评价中证明了其性能优于传统的层次分析法。grzesik等人分析了模糊专家系统隶属度函数形状对所选空勤效率评价结果的影响，回答了在评价空中任务效率的模糊推理系统中如何选择最佳隶属函数的问题。deming等设计了一种基于pareto存档粒子群优化算法，该算法将全局最优位置选择与基于拥挤测度的存档维护相结合。mohandes利用粒子群算法训练人工神经网络，再由训练好的人工神经网络模型估计平均每月每天全球的太阳辐射量，以充分利用太阳辐射这--非常重要的可再生资源。

14、2)主要评价方法

15、层次分析法(ahp)是美国著名运筹学家t.l.satty在20世纪70年代提出的一种以定性与定量相结合的系统化、层次化的决策分析方法，是指将决策问题的有关因素分解成目标、准则、方案等层次，用一定标度对人的主观判断进行客观量化，在此基础上进行定性分析和定量分析的一种决策方法。这种方法依赖人的主观思维依次分解、判断、组合，是人脑对客观事物分析与综合的过程，将人的主观判断用数量的形式处理并表达出来。一般应用程序为:建立层次结构-构造判断矩阵-权重计算和一致性检验-选择一种评价标准进行评价。

16、波兰教授pawlak于1982年提出粗糙集(rs)理论，该理论是利用确定的数学公式处理不精确、不完整、不一致的信息和知识，进而获得系统潜在规律与隐含信息的一种理论。当采用该理论进行评价指标处理时，它的优势在于对隐含信息的挖掘完全依赖数据本身蕴藏的信息，不需要任何的附加条件与先验知识。

17、模糊数学是由美国教授札德所创立，模糊综合评价法就是运用模糊数学和模糊统计的方法，通过分析影响事物优劣的各个因素，应用模糊变换原理和最大隶属度原则对事物做出科学的综合评价。该方法结构清晰，系统性强，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，又能避免仅由一个因素做出判断所造成的片面性，适合各种非确定性问题的解决。

18、adc法是美国工业界武器系统效能咨询委员会在评价武器系统的时候所运用的方法。它是以系统状态划分及其条件转移概率为建模思想的，它的目的在于根据有效性(availability)、可依赖性(dependability)和能力(capacity)三大要素评价装备系统，将系统的效能定义为这三个要素的乘积。adc效能评价模型能较为综合地反映武器系统随着时间的推移，系统效能的变化情况。

19、地下及遮蔽空间通信感知装备体系包含了微型无人机、自主式无人车、伴随式无人车、单兵可穿戴感知装备、应急通信网络系统装备、灾情信息获取服务平台等，需要对包括工作续航时间、规格、定位精度、通信带宽、单双向通信能力、通信方式、通信距离、传输速率、信息分发时长、吞吐量、丢包率等效能进行评价。根据上述评价方法的研究，在地下及遮蔽空间通信感知装备效能综合评价指标体系的权重计算时选择层次分析法，层次分析法适用于：在多目标决策中，会遇到一些变量繁多、结构复杂和不确定因素作用显著等特点的复杂系统，这些复杂系统中的决策问题都有必要对描述目标相对重要度做出正确的估价。而各因素的重要程度是不一样的，为了反映因素的重要程度，需要对各因素相对重要性进行估测(即权数)，由各因素权数组成的集合就是权重集。权重是指标本身的物理属性的客观反映，是主客观综合量度的结果。系统工程理论中的层次分析法(analytichierarchyprocess，ahp)是一种较好的权重确定方法。它是把复杂问题中的各因素划分成相关联的有序层次，使之条理化的多目标、多准则的决策方法，是一种定量分析与定性分析相结合的有效方法。

20、同时，由于层次分析法的专家打分主观性很强，打分矩阵经常出现不一致或漏填情况，应对专家打分矩阵的进行修正，在修正方法的选择上，对比粒子群优化算法和熵权法；最后对装备效能综合评价方法的选取，对模糊综合评价法和灰色聚类法进行对比研究，

21、(1)粒子群优化算法和熵权法

22、粒子群优化算法是通过群体中个体之间的协作和信息共享来寻找最优解，其优势在于简单容易实现并且没有许多参数的调节。这种算法具有实现容易、精度高、收敛快等优点，目前已被广泛应用于函数优化、神经网络训练、模糊系统控制以及其他遗传算法的应用领域。

23、熵权法是一种客观赋权方法，在具体使用过程中，根据各指标的数据的分散程度，利用信息熵计算出各指标的熵权，再根据各指标对熵权进行一定的修正，从而得到较为客观的指标权重。熵权法是客观确定权重的方法，相较于层次分析法等主观法而言具有一定的精确性；其次，该方法确定出的权重可以进行修正，从而决定了其适应性较高的特点，但方法的应用范围有限，仅适于计算权重。

24、综上所述，粒子群优化算法相较于熵权法，应用范围更广，算法更精准，更适用于地下遮蔽空间通信感知装备权重计算和装备评价。

25、(2)模糊综合评价法和灰色聚类法

26、模糊综合评价法是一种基于模糊数学和专家打分的综合评价方法。该综合评价法根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。该评价法具有结果清晰，系统性强的特点，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决。

27、灰色聚类也叫“灰色绝对关联聚类”，是基于指标间两两形成的灰色关联度的一种聚类方法。灰色关联聚类主要用于同类因素的归并，以使复杂系统简化。由此，可以检查许多因素中是否有若干个因素关系十分密切。灰色聚类法比较广泛地应用于水质分析、大气污染评价，尤其在地质灾害评价领域有比较广泛的应用。

28、综上所述，模糊综合评价法相较于灰色聚类法，适用于所有评价对象，应用范围广，且兼顾主观赋权及客观赋权，将一些边界不清、不易定量的因素定量化，更适用于本项目装备多效能的特点。

29、因此，提出一种地下遮蔽空间通信感知装备效能评价方法，来解决现有技术存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提出一种地下遮蔽空间通信感知装备效能评价方法，主要目的是对装备效能进行评价，检验装备性能是否满足设计要求，实际使用价值是否达标，优化装备工作能力及集成体系，提升个体装备在体系中的贡献率，从而发挥装备在实际救援中的最大作用。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种地下遮蔽空间通信感知装备效能评价方法，包括以下步骤：

4、s1：获取地下遮蔽空间灾害救援需求和地下遮蔽空间通讯感知装备需求；

5、s2：利用层次分析法建立四层地下遮蔽空间通信感知装备效能评价指标体系，计算通信感知装备综合评价指标的权重；

6、s3：采用多级模糊综合评价法对装备效能评价指标体系进行评价，得到装备体系的模糊综合判断的结果；

7、s4：根据装备体系的模糊综合判断结果，分析判断整体装备效能是否满足设计要求。

8、上述的方法，可选的，s1中四层地下遮蔽空间通信感知装备效能评价指标体系具体包括：目标层、准侧层、能力指标层、基础指标层；

9、目标层：低下遮蔽空间通信感知装备效能评价；

10、准侧层：装备的五化指标；

11、能力指标层：地下遮蔽空间通信感知装备体系的功能特点与五化指标的隶属关系；

12、基础指标层：装备的基础参数与能力指标的隶属关系。

13、上述的方法，可选的，五化指标包括：轻量化、标准化、体系化、智能化、实用化。

14、上述的方法，可选的，s2中计算通信感知装备综合评价指标的权重的方法为层次分析法结合粒子群优化算法和群决策法。

15、上述的方法，可选的，s2具体步骤为：

16、s201：行业专家分别对四层指标的重要性采用9标度法打分，形成判断矩阵；

17、s202：对矩阵进行修正；

18、s203：然后对判断矩阵进行重要性排序，即计算各指标权重，并通过一致性检验和层次总排序检验；

19、s204：最后采用直接均值法将各套指标权重系数融合成最终的指标权重得到指标权重集。

20、上述的方法，可选的，s202步骤具体为：

21、使用粒子群优化算法对判断矩阵进行修正。

22、上述的方法，可选的，s3具体步骤为：

23、s301：将基础指标分为量化和非量化指标，并设置评语集及对应计算值，量化指标采用第三方测试结果，非量化指标通过行业专家或装备使用人员进行打分，得到基础指标的隶属度；

24、s302：开展指标的多级模糊综合评判，从第一级开始，根据指标权重集和隶属度矩阵确定模糊矩阵，并逐级确定上一级指标的模糊矩阵，对各级模糊矩阵进行加权得到模糊综合矩阵；

25、s303：根据模糊综合矩阵和评语集计算值矩阵，得到装备体系的模糊综合评判结果。

26、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种地下遮蔽空间通信感知装备效能评价方法，具有以下有益效果：

27、(1)本发明建立了“五化”与装备体系不同能力指标相对应的隶属关系，再细分了不同能力、参数、标准等指标，使效能的评价更具科学性；

28、(2)本发明依据装备体系效能的定义，以顶层的、全面的，结合轻量化、标准化、体系化、智能化及实用化为依据，以装备体系功能实战需求为基础，构建地下遮蔽空间通信感知装备效能评价指标体系，保证了指标体系构建的合理性；在装备评价方面，利用群粒子优化算法对判断矩阵进行优化，确保了指标权重分配的合理性；利用多层模糊综合评价方法对装备效能进行评价，能较好地解决存在量化和非量化指标相结合的问题，评价结果能有效反映装备整体的应用效能。