激光角度欺骗干扰设备综合评价方法研究_程帅.pdf

引用格式：程帅，何衡湘，双正文，等 激光角度欺骗干扰设备综合评价方法研究 电光与控制，（）：，（）：激光角度欺骗干扰设备综合评价方法研究程 帅，何衡湘，双正文，张小川，蔡雨洋，龙 幸，黄鲭萤（西南技术物理研究所，成都）摘 要：为得到一套系统化、标准化的激光角度欺骗干扰设备综合评价方法，首先经过对比分析后，采用 层次分析法，构建了三层级评价指标体系和各层级指标比较矩阵；其次采用和积法加乘幂法，结合最小二乘法的计算方式，得到各层级指标权重值，其一致性检验结果均小于 ；最后根据方案择优和实物对比测试两种情况，结合现有激光角度欺骗干扰作战效能评估以及大量外场试验数据拟合结果，分别为各指标建立了评分方法和模型，并辅以应用实例。结果表明，此方法能够更加有效、严谨地对该设备进行综合评价，解决了以往评价过程难以细化和量化的问题。关键词：激光角度欺骗干扰；综合评价；层次分析法中图分类号：文献标志码：，（，）：，（），：；引言激光角度欺骗干扰是光电对抗中常用的对抗方式之一，随着该技术的发展，越来越多型号和种类的激光角度欺骗干扰设备被研制出来。以往，设备需求方在做出选择时，当遇到不同指标各具优劣的几款设备，其权重分配与决策方法通常直接依赖过往经验来做定性收稿日期：修回日期：基金项目：武器装备预先研究项目（）作者简介：程 帅（），男，四川成都人，硕士生。通讯作者：何衡湘（），男，四川成都人，博士，研究员，博导。判断，对设备的综合评价过程难以细化和量化。造成此种现象的原因主要体现在以下几个方面。激光角度欺骗干扰设备的作战指标多，且各项指标之间相关性较强。例如提高散射截获半径的同时，通常也会引起虚警率的提升，不利于设备实际作战使用。作为军用设备，使用环境恶劣，对可靠性的要求非常高，但对于作战性能和可靠性之间的优先级也难以量化界定。当进行设备的实物对比测试时，在制定各项指标的评分规则上过度依赖经验。因此，拥有一套能对该类设备进行系统化、标准化的综合评价方法显得尤为重要。第 卷 第 期 年 月 电 光 与 控 制 程 帅等：激光角度欺骗干扰设备综合评价方法研究 评价方法选择常用的综合评价方法包括 层次分析法、模糊综合评价法、数据包络分析法以及人工神经网络评价法等。其中，模糊综合评价法主要用于评价难以量化的各类指标，而使用数据包络分析法与神经网络评价法的前提是数据量能够达到一定规模，层次分析法的特点则是需要大量业内专家对每个指标细化与量化的指导，且对数据量要求低。因此，考虑到设备指标类型多样、数据较少、业内专家资源丰富等实际情况，采用 层次分析法进行相关研究。指标体系构建为了得到更加合理的指标体系，根据该设备的技术要求、方案设计、试验大纲等大量相关报告与文献，结合层次分析法使用要求以及 余位光电对抗领域专家的指导意见和建议，最终构建了三层级的评价指标体系。第一层级：目标层，为该设备的综合评分。第二层级：主指标层，其包含的二级指标有作战能力、通用质量特性、研发与成本和装配适应性，并设其权重值为、评分值为，其中，。在这些二级指标中，作战能力是武器装备的第一要素，各项作战能力指标均归属此大类；质量是产品的生命线，可靠的通用质量特性既是武器装备的必然要求，也是作战能力的根本保障；研发与成本是产品与工程中不可忽视的重要指标；与此同时，设备的重量和额定功率等指标均影响着武器装备的整体设计与协同作战能力，因此装配适应性也是需要着重关注的关键指标。第三层级：次指标层，主要涵盖设备常见的各项重要指标，将其权重值设定为，评分值为，其中，。最终得到的综合评价指标体系如图 所示。图 评价指标体系 由综合评价模型使用方法可得该设备的综合评分 为 （）式中，。指标权重计算 成对比较矩阵建立为了得到各指标权重，根据上述指标体系设计成对比较矩阵调研问卷。其中所涉及的调研对象为 余位业内专家、研究员以及设计师等，调研内容为两项不同指标对于目标的重要程度，并将其按照标度为 的一致矩阵法，将所有处于同一层级且归属同一大类的指标进行两两比较，标度表含义如表 所示。表 标度表 标度值 含义表示两个元素相比，具有同样重要性表示两个元素相比，比 稍微重要表示两个元素相比，比 明显重要表示两个元素相比，比 强烈重要表示两个元素相比，比 极度重要中间值表示各自两个标度之间的中间程度倒数表示两个元素相比，比 某程度重要 将调研问卷整理后得到主指标层比较矩阵如表 所示，其余 个次指标层比较矩阵构建方法同上。表 主指标层比较矩阵 综合评价 作战能力 通用性能指标 研发与成本 装配适应性作战能力通用性能指标研发与成本装配适应性 权重值计算层次分析法中计算权重的方法主要有和积法和乘幂法等。由于使用不同计算方法得到的结果可能存在一定偏差，本文采用和积法和乘幂法同时计算，并用最小二乘法对上述两种方法的计算结果进一步统一，从而得到各指标权重值。）和积法。对于 阶比较矩阵 。（）运用和积法求解判断矩阵权重及其最大特征值的步骤如下所述。第 期 将 中元素按列进行归一化处理，得到 。（）将 各行元素求平均值，得到 （）式中，为权重值，。求比较矩阵最大特征值 （）。（）乘幂法。对于 阶比较矩阵，运用乘幂法求解判断矩阵权重及其最大特征值的步骤如下所述。求 中各行元素的乘积，得到 。（）求 的 次方根，得到（）式中，。对向量做归一化处理，得到 （）式中，为权重值。求比较矩阵最大特征值 （）。（）最小二乘法。使误差的平方和最小的 就是真值（）（），。（）假设某一项指标权重值为，令 为使用和积法得到的权重计算结果，为使用乘幂法得到的权重计算结果，代入（）可得最终权重值。按照上述计算方法及其使用顺序，依次计算各指标权重值及其最大特征值，得到最终计算结果如表、表 所示。表 指标权重计算结果 指标层级二级指标 指标名称权重值作战能力 指标名称权重值通用性能指标 指标名称权重值研发与成本 指标名称权重值装配适应性 三级指标 发射功率对抗波段对抗空域告警概率诱偏概率告警距离诱偏距离编码识别能力散射截获半径响应时间连续工作时间多目标对抗能力虚警率可靠性维修性环境适应性电磁兼容性测试性保障性安全性研发难度研发周期预计售价元器件国产化率外观结构整体重量线缆布设难度功率通信能力表 最大特征值计算结果 最大特征值综合评价作战能力通用性能指标研发与成本装配适应性 一致性检验由于主观判断与客观理想之间存在偏差，为了检验构造的比较矩阵求出的特征向量（权值）是否合理，还需要对比较矩阵进行一致性检验。以一致性比率作为判断依据，值越小，表明比较矩阵的一致性越好，权重可接受性越强，层次分析法中认为当 小于 时检验通过。检验方法为（）（）式中：为判断矩阵阶数；为该矩阵的一致性指标；为层次分析法中测定的各阶矩阵平均随机一致性指标，查表后可知其值如表 所示。表 平均随机一致性指标 阶数值阶数值第 卷电 光 与 控 制程 帅等：激光角度欺骗干扰设备综合评价方法研究 按照上述检验方法计算得出的一致性比率 值如表 所示。表 一致性比率计算结果 矩阵名称综合评价 作战能力通用性能指标研发与成本装配适应性一致性比率 结果表明，一致性比率 均小于 ，各指标权重计算结果合理可靠。指标评分方法与示例针对可能遇到的方案择优和实物对比测试两种情况，分别给出相应的评分方法与模型。方案择优评分方法与示例针对无法进行实物测试的情况，首先，在仅考虑单个指标情况下，将不同设备进行两两比较，由评分小组根据各设备厂商的方案报告与答辩情况的优劣程度，同样采用表 所示标度为 的一致矩阵法，构建出每个次级指标的成对比较矩阵；其次，使用前文给出的和积法（或乘幂法），计算出每个指标下不同设备的权重值，并以此作为该次级指标的评分值；最后，重复上述步骤分别得到总计 个三级指标的评分，再将其代入评价体系以获得各款设备的最终综合评价。假设将，这 款激光角度欺骗干扰设备进行方案择优。针对第一个指标“编码识别能力”，将 款设备的方案报告及答辩情况的优劣程度进行两两比较，得到该指标的比较矩阵如表 所示。表 编码识别能力比较矩阵 编码识别能力设备 设备 设备 设备 设备 设备 设备 设备 随即采用乘幂法，计算得到 款设备的编码识别能力评分结果，并将其转换为百分制，所得结果如表 所示。表 编码识别能力评分结果 设备编号编码识别能力评分 同样地，重复上述步骤，对 款设备剩余的 项指标一一进行比较计算，得到对应的评分值，将其代入式（）后得到各款设备的综合评分：为 分、为 分、为 分、为 分。经过比较，易知设备 综合评分最高，表明其总体性能最好。实物对比测试评分方法与示例在进行实物对比测试时，由于各个指标的测试评分方式没有一个统一的标准，通常直接采用的评分方法为：以产品技术要求中规定的指标值为满分标准，并对之加以阶梯扣分。此方法仅在针对非战术指标时较为适用，但针对“作战能力”中的大多数战术指标，却无法精确反映出指标参数变化对总体作战能力带来的改变程度，因此亟需设计出一套更为合理、更加可行的战术指标评分方式。分析现有激光角度欺骗干扰设备作战效能研究结论 与干扰效果评估方法，发现许多战术指标的作战效能曲线相似，故而，本文将评价方案中的所有指标归纳总结后分为以下 种类型。）正态型。此类型指标包括告警距离、诱偏距离、发射功率、散射截获半径、响应时间和工作时间。根据该类型指标的作战效能变化规律近似满足正态分布，制定其得分 与指标的测量值 的变化规律与之相似。以指标“诱偏距离”为例，根据设备需求方的技术要求和实际使用需求，规定设备的“诱偏距离”达到 时可得满分，则指标的测量值 与得分 的关系式为均值 、方差 的半正态分布函数 （）。（）若 ，代入式（）得到该指标的测量值 与得分 的关系如图 所示。图 诱偏距离评分方法 ）二次型。此类型指标包括告警概率、诱偏概率、虚警率和编码识别能力。根据该类型指标的作战效能变化规律近似满足二次函数，制定其得分 与指标的测量值 的变化规律与之相似。以指标“告警概率”为例，根据设备需求方的技术要求和实际使用需求，规定设备的“告警概率”达到 时可得满分，则指标的测量值 与 第 期得分 的关系式为 （）。（）若 ，代入式（）得到该指标的测量值 与得分 的关系如图 所示。图 告警概率评分方法 ）等级型。此类型指标为所有无法量化的性能指标，包括通用质量特性下的 项三级指标、研发难度、外观、结构以及线缆布设难度共计 项指标。其评分方法可采用模糊综合评价法中的评语集法，可根据实际情况将评分标准分为不同等级。例如指标“外观”，可将其分为 个等级，分别代表极佳 分、优秀 分、良好 分，以此类推。）阶梯型。此类型指标包括对抗波段等剩余 项无规律且可量化的指标，其得分 与指标的测量值 的关系须根据实际情况制定阶梯给分方法。例如指标“对抗波段”，根据现有半主动激光制导照射器使用情况，其波段一般为，或 ，若某款干扰设备只能对抗单一波段的某类武器，则得 分；若能同时对抗两个波段的目标，则得 分，并以此类推。结论本文旨在设计一套可供参考的激光角度欺骗干扰设备综合评价结构体系、权重计算方法以及各指标评分方法，以期解决目前该类设备综合评价方法较为单一、评价过程难以细化和量化的问题，为设备需求方在做出选择时提供一定的理论支撑和决策指导，同时也可为设备研发单位在制定研究发展方向时提供一定的帮助。参 考 文 献 苗旺，李翰山 强辐射背景下光电成像探测性能计算方法 电光与控制，（）：魏建中，蔡志刚，周圣泽，等 国产军用电子元器件质量与可靠性及标准体系 电子产品可靠性与环境试验，（增刊）：张霞，何南 综合评价方法分类及适用性研究 统计与决策，（）：刘尊洋，沈阳，李修和，等 激光半主动制导武器角度欺骗干扰效果评估方法研究 弹箭与制导学报，（）：，张小保，仝力鹏 对激光制导武器欺骗干扰技术研究 航天电子对抗，（）：，：邓雪，李家铭，曾浩健，等 层次分析法权重计算方法分析及其应用研究 数学的实践与认识，（）：张强 最小二乘法原理及其处理方法的探讨 计量与测试技术，（）：韩帅涛，李文生，何斌斌，等 激光角度欺骗干扰系统作战效能研究 电光与控制，（）：李双刚，聂