基于AHP的DS/FH测控系统抗干扰效能评价研究

秦国领，余建伟，吴小东，朱巍巍，魏绍杰

(1.酒泉卫星发射中心，甘肃 酒泉 732750； 2.太原卫星发射中心，山西 太原 030100)

基于AHP的DS/FH测控系统抗干扰效能评价研究

秦国领1，余建伟1，吴小东1，朱巍巍1，魏绍杰2

(1.酒泉卫星发射中心，甘肃 酒泉 732750； 2.太原卫星发射中心，山西 太原 030100)

直扩/跳频(DS/FH)测控系统是综合直序扩频和跳频体制而研发的新一代测控系统。针对当前DS/FH测控系统抗干扰效能评价方法研究不多的实际，基于层次分析法简便易行且体现专家偏好的优点，将三角模糊数、指数标度和层次分析法相结合，提出了一种改进的三角模糊数-层次分析法(TFN-AHP)。该方法通过采用指数标度提高差异较小指标的区分度，利用统计分析剔除极端数据，引入三角模糊数，最大限度地发挥专家的经验知识，实现了指标赋权的客观程度，进而提高了评价的客观性和准确度，评价结果贴近实际情况并在调研过程中得到了专家的认可。

DS/FH测控系统；效能评价；三角模糊数；层次分析法

0 引言

混合扩频体制在近十几年来愈发受到关注。其中，DS/FH混合扩频测控系统将直扩和跳频2种扩频体制相结合，具有隐蔽性好、抗干扰强的优势[1-2]，得到了广泛应用。由于测控系统是连接航天器和地面站的运行中枢，担负着对航天器轨道、姿态以及工作状态跟踪测量与监视控制等任务，成为空间信息对抗的重要目标[3-4]。鉴于当前对该型测控系统抗干扰效能的评价缺乏统一的标准，研究了一种DS/FH混合扩频测控系统抗干扰效能评价方法。

评价方法是效能评价的关键步骤，与评价结果息息相关[5]。考虑到DS/FH混合测控系统的保密需要，试验条件并不具备，因此基于先验概率的评价方法并不适用于本系统的抗干扰效能评价[6]，如神经网络法、支持向量机等。其他常见的评价方法都是赋权评价方法，即基于数学逻辑运算确定指标权重进而加权求和得到系统的抗干扰效能。

赋权评价方法分为主、客观2种。主观赋权评价方法有层次分析法[7-8]和模糊层次分析法[9-10]等，以专家打分为主，能够直接反映专家的意愿，最大程度地顾及专家对指标的偏好，但存在一定的主观随意性；客观赋权评价方法[11]有灰色关联度和熵权法等，通过计算指标间的数学关系来确定指标权重，但由于只考虑客观取值，可能造成评价结果与实际不符。为提高评价结果的合理性，既能兼顾评价专家对指标的偏好，又力争降低评价的主观随意性，本文将三角模糊数与层次分析法结合，并利用指数标度，提出一种改进的TFN-AHP方法，力图提高评价的客观合理性。

1 改进的TFN-AHP评价方法分析

1.1 层次分析法

AHP是美国学者T L Staaty综合定性和定量计算而确定的一种评价方法[6]。AHP通过将评价问题分层细化，选择代表性的性能指标，并进行比较排序，确定相应的判断矩阵，再对判决矩阵进行一致性检验，最后通过指标聚合得到评价结果，其评价流程如图1所示。

图1 AHP的评价流程

由图1可知，AHP原理简单，操作方便，能够较好地体现评价主体的偏好。然而，在应用AHP进行评价时存在3个方面的问题：① 指标重要性采用1～9标度[12]，指标最小间隔为1，精度不高；② 由于专家认知程度的差别，可能出现部分指标评分极端化；③ 2个指标重要程度的模糊性决定了专家难以对其准确打分判决。

1.2 三角模糊数

假定M是一个三角模糊数[13-14]，p、m和q是M的保守模糊值、中肯模糊值和乐观模糊值，则M=(p，m，q)。其中，p与q的差值反映了判断的模糊程度，|p-q|越大表示元素差别越小，判断结论越模糊。对于论域U和集合A，如果元素x∈A，用一个函数UA(x)∈[0,1]来表示元素x隶属于集合A的程度，则称集合A为模糊集合，UA(x)是元素x关于集合A的隶属度[15]。三角模糊数的几何解释如图2所示，其函数表示为：

(1)

式中，p

图2 三角模糊数示意

1.3 改进的TFN-AHP的基本流程

针对AHP存在的3个问题，本文提出一种改进的TFN-AHP方法。采用指数标度确定指标重要程度的比值，提高差异较小指标的区分度；利用统计学方法对评分数据进行筛选，剔除极端数据，提高判断准确率；引入三角模糊数，最大限度地发挥专家的经验知识，提高指标赋权的客观程度。总之，通过综合利用三角模糊数、指数标度和层次分析法的优点，提高抗干扰效能评价的准确度。方法基本流程如下：

① 建立系统抗干扰效能评价的递阶模型，并构建相应的评价指标体系；

② 采用如表1所示的打分规则进行专家打分；

表1 指数标度1～9级的标度值

③ 基于统计方法对专家数据进行处理，计算模糊判断矩阵中每一列数据的标准差：

(2)

④ 对合理数据求和平均得到模糊判断矩阵；

⑤ 计算指标的综合重要程度[17]：

(3)

⑥ 计算第i个元素比其他元素重要的可能性程度为[17]：

(4)

令S1=[p1,m1,q1]，S2=[p2,m2,q2]，则有

V(S1≥S2)=μS(k)=

(5)

式中，(k，V(S1≥S2))为μS1(x)和μS2(x)的交点，如图3所示。

图3 V(S1≥S2)的几何示意

2 实例应用

从信号层面和系统层面出发，构建DS/FH混合扩频系统抗干扰效能的评价指标体系[18]如图4所示。

图4 DS/FH测控系统抗干扰效能指标评价体系

通过向17名航天测控专家征询意见得到指标重要性程度的三角模糊评价数据。其中A1，A2，A3，A4和A5分别表示检测概率、平均捕获时间、误码率、伪码跟踪误差和载波跟踪误差5个指标。下面以A1和A2二个指标为例说明统计方法的应用流程。

首先专家对指标重要程度三角模糊评价的打分结果如表2所示。

表2 A1和A2重要程度的三角模糊评价结果

然后计算评价结果的均值和标准差为：

最终可得评价结果的合理区间为：

通过比较可知，第7位专家给出的评价结果不在3σ范围内，应予以剔除。重复上述步骤，对指标的三角模糊值进行筛选，得到相应的模糊判断矩阵如表3所示。

表3 三角模糊判断矩阵

根据式(3)计算不同指标的综合重要程度如表4所示。

表4 指标的综合重要程度

利用式(5)计算得到不同指标的纯测量度：

V(A1≥A2)=1；V(A1≥A3)=1；

V(A1≥A4)=1；V(A1≥A5)=1。

V(A2≥A1)=0.765 8；V(A2≥A3)=1；

V(A2≥A4)=1；V(A2≥A5)=1。

V(A3≥A1)=0.440 2；V(A3≥A2)=0.697 1；

V(A3≥A4)=1；V(A3≥A5)=1。

V(A4≥A1)=0.128 3；V(A4≥A2)=0.378 4；

V(A4≥A3)=0.582 8；V(A4≥A5)=1。

V(A5≥A1)=0.082 7；V(A5≥A2)=0.287 2；

V(A5≥A3)=0.406 7；V(A5≥A4)=0.692 0。

利用式(4)可得每个指标的权重向量：

经过归一化处理，可得指标权重为：

w=[0.412 7,0.316 8,0.182 1,0.053 1,0.034 2]。

由此可知，5个指标的重要性从大到小排列为检测概率、平均捕获时间、误码率、伪码跟踪误差和载波跟踪误差。这是因为检测概率和平均捕获时间是反映捕获性能的重要指标，是系统信息传输的基础，因此在抗干扰效能评价中居于突出位置。

本文选取了DS/FH混合扩频测控设备1和设备2进行验证，利用构建的效能评价指标体系和改进的TFN-AHP方法进行抗干扰效能评价。评价结果为，相关方满意度高和抗干扰性能好的设备1抗干扰效能评价得分较高，与设备2相比，设备1在同样的干扰环境下检测概率更高，平均捕获时间更短，抗干扰效能更好。总之，评价结果与实际情况相符，验证了评估方法的合理性。

3 结束语

本文通过采用改进的TFN-AHP对DS/FH混合扩频测控系统抗干扰效能进行了研究，提高了指标差异的区分精度，克服了专家评价结果中极端值的影响，增强了指标赋权的客观性和准确度，评价结果贴近实际情况并在调研过程中得到专家赞同。由于方法简单适用，对于其他航天测控系统，只要针对性地构建评价指标体系，本文方法仍具有适用性，这也是下一步的研究方向。

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秦国领 男，(1990—)，硕士，助理工程师。主要研究方向：信号与信息处理。

余建伟 男，(1992—)，助理工程师。主要研究方向：航天测控和信号处理。

Research on DS/FH TT&C System Anti-jamming Effectiveness Evaluation Based on AHP

QIN Guo-ling1,YU Jian-wei1,WU Xiao-dong1,ZHU Wei-wei1,WEI Shao-jie2

(1.JiuquanSatelliteLaunchCenter,JiuquanGansu732750,China; 2.TaiyuanSatelliteLaunchCenter,TaiyuanShanxi030100,China)

Direct Sequence/Frequency Hopping(DS/FH) Telemetry,Tracking and Command(TT&C) system is a new generation TT&C system which synthesizes direct sequence spread spectrum and frequency hopping structure.Currently there are few DS/FH TT&C system anti-jamming effectiveness evaluation methods.And AHP(Analytic Hierarchy Process) is simple and easy,reflecting expert preference.An improved TFN-AHP is proposed through integrating TFN(Triangular Fuzzy Number),index scale and AHP.The method achieves the objective degree of index weighting,and improves the objectivity and accuracy of the evaluation,using index scale to improve distinction of less index and statistical analysis to eliminate extreme data and introducing TFN to get expert knowledge at the most extent.Evaluation results are close to the actual situation,receiving affirmation of experts in the process of investigation.

DS/FH TT&C system;effectiveness evaluation;triangular fuzzy number;analytic hierarchy process

10.3969/j.issn.1003-3106.2017.05.10

秦国领,余建伟,吴小东,等.基于AHP的DS/FH测控系统抗干扰效能评价研究[J].无线电工程,2017,47(5):40-43.[QIN Guoling,YU Jianwei,WU Xiaodong,et al.Research on DS/FH TT&C System Anti-jamming Effectiveness Evaluation Based on AHP[J].Radio Engineering,2017,47(5):40-43.]

2017-02-22

TN914.4

A

1003-3106(2017)05-0040-04