基于层次分析法的效能评估方法研究

摘 要

现代化战争条件下，军方不仅仅关注武器装备单一指标性能考核，而是转向能力考核，即武器装备效能，针对武器装备的评估方法也应作出相应改变。效能是对武器装备能力的有效度量。本文分析了层次分析法，并设计了效能评估软件，并结合软件对算法进行了详细分析。通过通讯设备效能实例，验证了软件算法的正确性，该软件具备通用性，对效能评估有一定辅助作用。

【关键词】效能评估 层次分析法 指标权重

1 引言

武器系统的效能评估是国防重大决策和科学研究的必要手段，一方面可以对当前系统的应用能力进行客观的评价，一方面可以促进武器系统的发展。

现有的武器装备效能评估方法主要有三类：性能参数法、解析法、对抗法。性能参数法是采用某些典型性能指标，并进行适当综合来描述系统效能；解析法是以数学方法为基础，来求解系统作战效能，代表为层次分析法；对抗法是通过真实或模拟作战对抗来检验武器系统的效能，包括实战演习和计算机模拟仿真。

总的来说，性能参数法简单易行但不够全面，只适合单一的武器，对抗法则代价过高或者过于费时，因此在作战效能评估中一般采用解析法的较多。本文采取解析法中的层次分析法对武器系统效能进行分析，设计了效能评估软件，并通过通讯设备的效能评估验证了算法正确性。

2 层次分析法简介

2.1 方法概述

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）根据研究对象的性质将要求达到的目标分解为多个组成因素，并按因素间的隶属关系，将其层次化，组成一个层次结构模型，然后按层分析，最终获得最底层因素对于最高层指标的重要性权值，或进行优劣性排序。AHP法把一个复杂问题分解组合成若干部分或若干因素，并按属性不同，把这些元素分组形成互不相交的层次。上一层次对相邻的下一层次的全部或某些元素起支配作用，这就形成了层次间自上而下的逐层支配关系。AHP方法应用广泛，对于武器系统，适用于复杂系统的固有效能的评估。

2.2 基本步骤

（1）分析系统中各因素之间的关系，将研究的系统划分为不同的层次，如目标层、准则层、指标层、方案层、措施层等。

（2）对同一层次中各因素相对于上一层因素的重要性进行两两比较，构造权重判断矩阵；

（3）由判断矩阵计算得到各指标的权重，并进行一致性检验；

（4）计算各层元素对系统目标的合成权重，并进行排序。

2.3 计算方法

2.3.1 建立层次分析模型

这里的模型指实际需要研究的各个因素及它们之间的层次关系和关联关系的组织结构。

2.3.2 创建判断矩阵

指标体系中各分指标对总指标的影响程度是不同的，即各指标的权重不同，本文采用专家打分法（Delphi法）将多项指标的相对比较转化为每两项指标间的相对比较，就可以较好地解决权重的计算问题。

专家打分法由专家对指标进行两两比较，用1～9分标度赋值法进行赋值，建立判断矩阵。

计算指标权重：

常用的计算指标权重有和法、根法，精度高的方法有幂法迭代。我们这里采用幂法迭代提高精度。

（1）设初值向量W==（w1，w2，…….wn）T

（2）计算Wk=QWk-1，并将其归一化；

（3）对于事先给定的计算精度ε，若

（1）

则停止计算，否则返回上一步骤。

（4）计算

（2）

2.3.3 一致性检验

针对以上得到的特征向量即为所求的权值，这个权值是否合理还需要进行检验。检验公式是：CR =CI/RI。

其中CR断矩阵的随机一致性比率，CI断矩阵的随机一致指标。

（3）

对于1-9阶判断矩阵的RI值如表1。

当时，即认为判断矩阵具有满意的一致性，说明权值分配是合理的，否则就要调整判断矩阵，直到取得正确的检验结果。

2.3.4 指标的无量纲化

无量纲化方法的确定应根据指标类型、实际问题特点以及决策者的要求进行，我们把评估指标分简单分为定量指标，定型指标。

若将所有指标组成的集合记为指标集φ={1，2，…，m}，xij为原指标值，yij为归一化值，无量纲化方法可按照如下方法进行。

对于定量指标，假设性能最好时xij的值为xmax，性能最差时xij的值为xmin（xmin可以大于xmax），指标性能成线性变化，则指标xij的能力为（xij-xmin）/（xmax-xmin）。

对于定型指标，其数值介于0～1，之间根据指标真实能力输入数值即可。

3 效能评估软件设计

3.1 指标体系建立分析和设计

指标体系的的建立可通过树形结构来表示，建立的指标体系还应具备添加、删除、修改功能。

针对某型直升机通讯系统建立的指标体系见表2，表中描述了指标名称的级别、名称以及指标的性质。

图1为建立的树形结构的指标框图，可针对指标体系进行添加、删除、修改操作。

3.2 判断矩阵分析和设计

针对建立的指标应该创建判断矩阵，应该首先针对含有子项指标的子项指标进行专家打分，专家打分应该涵盖专家个数个子项指标个数。

针对通讯系统的效能建立判断矩阵，首先对通讯系统的一级指标通过2位专家（数目可通过输入调节）进行打分，在表格里打分输入判断矩阵，详见图2和图3，打分的判断矩阵满足uij*uji=1。

依次对另两个含有子项的指标进行打分生成矩阵，将所有打分输入为1。

3.3 指标权重计算分析设计

在完成所有判断矩阵的创建后，需通过幂法针对判断矩阵计算所有指标权重，计算出权重后进行一次性检验，经检验满足一致性条件，故判断矩阵合理。

CR=CI/RI= （λ-N）*RI/（N-1）

=（7.259-7）*1.32/6=0.057<0.1 （4）

权重可通过软件查看，详见图4。

3.4 效能评估计算

在进行效能评估计算时，还需对所有根节点指标（不含有子项）的指标能力进行评估，选中指标进行指标能力进行打分。详见图5。

在完成所有指标能力输入之后即可针对通讯系统进行效能评估，计算系统效能需自下逐层向上进行计算，计算每一个树形节点效能时，需计算其下层所有指标的能力的权重加权和，遍历至通讯系统节点结束。

4 层次分析法模型验证

通讯系统在不同场景下飞行试验获取的结果如表3所示。

在场景1下，通信系统发挥了它99%的效能，场景2下，通信系统仅发挥了65%的效能，该评估结果与实际情况是相符的。

场景1的试验地点地形平坦，有利于电磁波的传播，且当时的飞行季节为冬季，植被稀少，为经济欠发达地区，电磁环境简单。飞行员的主观评述也认为在该地区飞行时，该通信指挥机的通信系统使用效果良好。

场景2的试验地点为丘陵地形，多径效应复杂，影响电磁波的传播；当时的飞行季节为夏季，植被繁茂，对超短波通信造成不利影响；为经济发达地区，来自工业及民用通信的电磁波干扰较大；以上众多因素导致通信系统效能发挥率不高。同时，由飞行员给出的主观评述也认为在南京地区飞行时，该通信指挥机的使用效果一般。

5 结束语

本文介绍了如何利用层次分析法进行武器装备效能评估，并设计了效能评估软件，以通讯系统为例对效能评估的软件模型进行了验证，本文的软件模型正确，能够通过该软件模型对武器装备效能进行评估。

本文用于验证的模型建立的指标体系较简单，实际指标类型更为复杂，但本文中的效能评估软件的基本思路和方法已初步形成，对基于层次分析法的效能评估具有推广借鉴意义。

参考文献

[1]王强，周怀军，吴成富.基于AHP算法的相控阵雷达系统效能评估[J].舰船电子对抗，2003，32（3）：81-82.

[2]许黎黎. 基于多层次综合评价的指挥控制系统评估技术研究[D].沈阳：沈阳理工大学，2007：15-16.

[3]孟超.机载数据链系统效能评估研究[J].硅谷，2014，163（19）：55-57.

作者简介

李太平（1982-），男，湖北省宜昌市人。硕士学位。现供职于中国飞行试验研究院，主要从事综合航电系统试飞技术研究工作。

作者单位

中国飞行试验研究院 陕西省西安市 710089

推荐访问:效能 分析法 层次 评估 方法