李超+肖明清+朱海振+唐希浪+楊京翰

摘 要：作為一種可以充分提高測試資源利用效率、設(shè)備分布化水平和戰(zhàn)場適應(yīng)能力的新一代軍用測試系統(tǒng)，武器裝備無線分布式測試系統(tǒng)在武器裝備的戰(zhàn)斗保障與日常維護(hù)中發(fā)揮著重要作用。由于無線分布式測試系統(tǒng)可選通信方式眾多，傳統(tǒng)解析方法難以在多目標(biāo)屬性下對(duì)多種通信方式進(jìn)行有效取舍，針對(duì)這一問題，利用灰色局勢決策模型（GSDM）將定性分析與定量求解相結(jié)合，構(gòu)建無線分布式測試系統(tǒng)在多目標(biāo)屬性下對(duì)多種通信方式的選擇模型。通過實(shí)例分析和數(shù)據(jù)驗(yàn)證，所構(gòu)建的GSDM模型可靠性好、可操作性強(qiáng)，能夠有效解決武器裝備無線分布式測試系統(tǒng)的通信方式選擇問題。

關(guān)鍵詞：灰色局勢決策模型；武器裝備無線分布式測試系統(tǒng)；無線通信；分布式測試

中圖分類號(hào)：TP39；U416.216 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2017）11-00-04

0 引 言

武器裝備無線分布式測試系統(tǒng)（Weaponry Wireless Distribution Test System，W2DTS）是一種基于無纜化思想，以測試資源利用率最大化、測試設(shè)備體積質(zhì)量最小化為目的，旨在實(shí)現(xiàn)三級(jí)維修體系中測試設(shè)備通用化的一種新型測試系統(tǒng)。W2DTS是“十二五”“十三五”國防預(yù)研項(xiàng)目的重點(diǎn)工程，以實(shí)現(xiàn)有纜化武器裝備分布式測試系統(tǒng)。在一定程度上整合測試資源，為軍用測試設(shè)備的下一步發(fā)展打下基礎(chǔ)。

美國國防部下屬的“NxTest”工作組，在20世紀(jì)末啟動(dòng)了以CASS為開發(fā)平臺(tái)的LM-STAR自動(dòng)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程[1]，按照板載診斷監(jiān)控常態(tài)化、后勤信息管理自動(dòng)化、中間級(jí)測試保障簡約化、測試數(shù)據(jù)結(jié)論共享化、快速簡潔操作可靠化等“五化”要求[2]，從設(shè)計(jì)之初便將分布式測試的思想融入其中，至21世紀(jì)初，該系統(tǒng)能滿足攻擊戰(zhàn)斗機(jī)（JSF）的全部測試需求[3]。與此同時(shí)，國內(nèi)在分布式測試領(lǐng)域也有一定發(fā)展[4]，在“十二五”國防預(yù)研項(xiàng)目中，已成功實(shí)現(xiàn)軍用飛機(jī)內(nèi)外場測試資源的通用化，資源利用率及工作效率得到明顯提高。由于網(wǎng)線及電纜連接的限制，測試資源分布的廣度及設(shè)備的小型化受到了嚴(yán)重限制，故W2DTS成為未來軍用測試系統(tǒng)的發(fā)展方向。W2DTS建立在分布式測試系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，核心在于通信技術(shù)的選擇，而市面上無線通信技術(shù)種類繁多[5]，故通過科學(xué)有效的方法為W2DTS選擇最為合適的無線通信技術(shù)十分重要。

1 武器裝備無線分布式測試系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)

1.1 武器裝備無線分布測試系統(tǒng)原理

W2DTS是在測試設(shè)備上加裝另一核心模塊——串口轉(zhuǎn)無線模塊，用無線傳輸?shù)姆绞饺〈鷤鹘y(tǒng)設(shè)備間電纜的連接與有線分布式測試系統(tǒng)中網(wǎng)線的連接，全部測試設(shè)備可直接與中央處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，減少了測試系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理的層級(jí)，為并行測試與遠(yuǎn)程診斷提供了便利條件。具體流程如圖1所示。

1.2 武器裝備分布式測試系統(tǒng)隱在問題

1.2.1 時(shí)鐘問題

測試設(shè)備與中央處理器直接發(fā)生關(guān)聯(lián)，省略了傳輸過程中處理器的處理步驟，減少了傳輸環(huán)節(jié)，但由于在測試過程中，不同數(shù)據(jù)信號(hào)的處理存在時(shí)序問題，當(dāng)且僅當(dāng)信號(hào)按照邏輯順序進(jìn)行處理后，才能準(zhǔn)確判斷出被測對(duì)象是否能正常工作。

1.2.2 保密問題

測試數(shù)據(jù)經(jīng)串口轉(zhuǎn)無線后，需在無線信道中開放傳輸，因而為敵特人員的監(jiān)聽提供了“便利”，故如何選擇合適的加密傳輸方式是搭建此系統(tǒng)的基礎(chǔ)性問題。

1.2.3 抗干擾問題

軍用電纜體積龐大、價(jià)格昂貴，但軍事領(lǐng)域卻一直將其應(yīng)用在各種設(shè)施中，原因在于軍用電纜可在極大程度上消除外界的強(qiáng)電磁干擾，使數(shù)據(jù)能夠成功傳輸至目的地。因此，如何在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)可靠傳輸，是W2DTS必須考慮的問題。

從上述問題中可以看出，解決W2DTS系統(tǒng)的隱在問題，關(guān)鍵在于選擇一種合適的無線通信方式，從而能夠方便、有效地解決以上問題。

2 W2DTS通信方式選擇GSDM模型

2.1 通信方式選擇指標(biāo)

在實(shí)際使用過程中，W2DTS將測試設(shè)備采集到的信號(hào)通過串口轉(zhuǎn)無線的方式發(fā)送給數(shù)據(jù)處理中心，進(jìn)而完成后續(xù)的數(shù)據(jù)分析、儲(chǔ)存等工作。由于機(jī)動(dòng)性、便攜性及測試資源利用率等戰(zhàn)場實(shí)際需求，使得無線通信代替連接電纜成為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕诺?，故可靠性（成功傳輸概率Ps）及性價(jià)比（λ）被普遍認(rèn)為是無線通信方式選擇的主要指標(biāo)。但由于戰(zhàn)場態(tài)勢的急劇變化[6]，對(duì)可靠性及性價(jià)比都不能有相對(duì)準(zhǔn)確的估計(jì)，此外，隨著科技的發(fā)展，無線通信方式換代更新周期不斷縮短[7]，新技術(shù)層出不窮，單純的以可靠性Ps與性價(jià)比λ的組合來判斷所選通信方式是否最優(yōu)不具有較強(qiáng)說服力。因此，本文使用灰色理論及多目標(biāo)決策的相關(guān)理論，建立W2DTS通信方式選擇模型。

2.2 通信方式選擇指標(biāo)體系

從對(duì)通信方式選擇指標(biāo)的分析中，我們可得出，無線通信的傳輸信道對(duì)戰(zhàn)場環(huán)境的適應(yīng)性、傳輸性能與測試設(shè)備的適應(yīng)性、能量消耗水平與戰(zhàn)場補(bǔ)給的適應(yīng)性等都是通信方式選擇時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮的對(duì)象。因此，所選擇的通信方式必須具有符合高可靠性、高戰(zhàn)場適應(yīng)能力、高性價(jià)比的屬性，即ai（i=1，2，…，n），如傳輸速率，傳輸距離，抗干擾能力，成本價(jià)格等，選出具有代表性、分辨力的決策指標(biāo)，構(gòu)成屬性集A={a1，a2，…，an}；符合軍用目標(biāo)性能要求的無線通信方式oj （j=1，2，…，m）作為ai的一個(gè)相應(yīng)備選對(duì)象，由市面上運(yùn)行體系成熟、使用評(píng)價(jià)良好的商用貨架產(chǎn)品（Commercial off-the-Shelf，COTS）共同構(gòu)成備選資源集O={o1， o2，…，on}。此外，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體功能以及戰(zhàn)場與日常訓(xùn)練中使用的實(shí)際情況、維護(hù)保障需要、可靠性保證、操作方式簡便等[8]，對(duì)選型決策的目標(biāo)tk（k=1，2，…，l），如抗干擾能力、成本價(jià)格、售后服務(wù)、可維修性能等[9]，記為決策目標(biāo)集T={t1，t2，…，tl}。endprint

規(guī)定屬性集與備選資源集的笛卡爾乘積為決策局勢集，囊括了指標(biāo)屬性與備選資源的全部組合關(guān)系的集合：

對(duì)任意ai∈A，oi∈O，稱sijk=（aik，ojk）為目標(biāo)tk下的局勢，即對(duì)某一目標(biāo)下的選擇決策。對(duì)于sijk，yij（k）∈R，使yijk能夠客觀描述sijk的數(shù)值，如無線通信的傳輸速率、傳輸距離的最大值等，可由廠家提供或市場調(diào)查獲得。Yk=（yij（k））為局勢sijk=（aik，ojk）在目標(biāo)tk下全部潛在決策的原始樣本矩陣。

綜上所述，通信方式選擇模型為：

其中，K為已知決策目標(biāo)、指標(biāo)及客觀樣本值的集合；L為決策結(jié)果，即決策目標(biāo)下所有可供選擇的決策。

2.3 指標(biāo)體系權(quán)重的確定

影響通信方式選擇的因素眾多，且每種因素在不同實(shí)際場景中對(duì)不同通信方式的影響不盡相同，故在此類多目標(biāo)多屬性決策問題中，屬性集、目標(biāo)集的權(quán)重尤為重要，一般通過主觀賦權(quán)法或客觀賦權(quán)法給出權(quán)值。

本文采用灰色局勢決策的方法，通過調(diào)研、查詢、走訪，給出了各備選目標(biāo)的具體參數(shù)，并為已知特征矩陣引入更多有用信息[10]。故在確定權(quán)重時(shí)，采用比較法，借助相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业膶I(yè)知識(shí)，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來判斷各目標(biāo)各屬性之間的重要程度來快速計(jì)算相應(yīng)的權(quán)重，達(dá)到主客觀因素相互支持、相互補(bǔ)充的效果。

比較法中，為盡可能減少專家對(duì)目標(biāo)屬性“分辨率”不足所引起的誤差，采用-1，0，1三級(jí)分?jǐn)?shù)，使專家能準(zhǔn)確對(duì)比較結(jié)果有清晰的答案，提高對(duì)比矩陣的可信度。方法如下[11]：

（1）若目標(biāo)屬性ai比aj重要，則有hij=1，hji=-1；

（2）若目標(biāo)屬性ai與aj同等重要，則有hij=hji=0。

根據(jù)上述方法可得對(duì)比矩陣：

同理可得目標(biāo)權(quán)重λ=（λ1，λ2，…，λn）。

2.4 多目標(biāo)加權(quán)合成

求解通信方式選擇模型時(shí)，需將不同目標(biāo)，在不同量綱、不同指標(biāo)體系下進(jìn)行集成、對(duì)比，進(jìn)而得出綜合結(jié)果。通過對(duì)屬性集的建立，來確定各目標(biāo)的極性（極大、極小、適中）[12]，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)原始樣本值yij（k）進(jìn)行如下變換[13]：

（1）對(duì)于追求樣本屬性值最大化的目標(biāo)，可采用上限效果測度：

（2）對(duì)于追求樣本屬性值最小化的目標(biāo)，可采用下限效果測度：

（3）對(duì)于期望樣本屬性值平均化的目標(biāo)，可采用適中效果測度：

3 實(shí)例分析

以某型飛機(jī)無線分機(jī)式測試系統(tǒng)的無線通信方式選擇為例，建立GSDM模型，求解最佳決策值，獲得可靠性及性價(jià)比最高的通信方式。

3.1 模型建立

確定無線通信方式的備選資源集、屬性集、目標(biāo)集與決策局勢集。通過對(duì)市場的考察及物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的了解與學(xué)習(xí)，遴選出10種無線通信方式：GPRS、4G、3G、ZigBee、WiFi、RFID、藍(lán)牙、紅外線、UWB、NFC，記為備選資源集O={o1，o2，…，o10}；無線通信根據(jù)實(shí)際使用及戰(zhàn)場態(tài)勢的適應(yīng)等需求，可確定屬性集A={a1，a2，…，a6}={可靠程度，接入難易度，搭建難易度，供電需求，性價(jià)比，覆蓋范圍}；根據(jù)裝備設(shè)計(jì)原理及COTS選取的相關(guān)知識(shí)理論，形成了對(duì)無線通信方式選擇的相關(guān)要求，可確定決策目標(biāo)集T={t1，t2，…，t8}={通信速率，傳輸距離，抗干擾能力，發(fā)射功率，保密性，配套技術(shù)支持，可維修性能，搭建成本價(jià)格}。其中，t3、t5、t6、t7為上限效果測度，t1、t2、t4為適中效果測度，t8為下限效果測度。進(jìn)行相關(guān)準(zhǔn)備后，建立公式（13）的灰度局勢決策模型。

3.2 權(quán)重確定

利用快速比較法，通過相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)屬性集A與決策目標(biāo)集T各元素進(jìn)行對(duì)比，得到HA與HT：

由式（4）～（8）可計(jì)算出ξ=（0.251 5，0.129 1，0.251 5，0.078 3，0.109 3，0.180 2）， λ=（0.190 4，0.190 4，0.079 4，0.0618，0.079 4，0.148 3，0.148 3，0.101 9）。

3.3 原始數(shù)據(jù)Yk采集

無線通信方式的抗干擾能力可采用數(shù)據(jù)在無線信道不穩(wěn)定的傳輸環(huán)境中，加密傳輸過程成功的概率，通過對(duì)某型號(hào)導(dǎo)彈發(fā)射架加裝串口轉(zhuǎn)無線模塊，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析，得到歷史數(shù)據(jù)，見表1所列。

同理，通過問卷調(diào)查及使用人員反饋，對(duì)配套技術(shù)支持、可維修性能兩方面進(jìn)行評(píng)分（百分制）；傳輸速率及傳輸距離可通過查閱資料及相關(guān)文獻(xiàn)獲得具體參數(shù)最大值；發(fā)射功能、保密性能、搭建成本價(jià)格等較模糊參數(shù)，按高、較高、中、較低、低五檔劃分為十分制計(jì)入表中，具體內(nèi)容見表2所列。

依據(jù)表1、表2中的數(shù)值，可分析得到各決策目標(biāo)下的原始樣本矩陣Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y8。

3.4 多目標(biāo)加權(quán)合成

根據(jù)決策目標(biāo)自身的極性，依據(jù)式（9）～（11），對(duì)原始樣本矩陣依次進(jìn)行量綱的統(tǒng)一：

4 結(jié) 語

本文從W2DTS的戰(zhàn)場適應(yīng)性能入手，分析了W2DTS的工作原理及隱在問題，建立了W2DTS無線通信方式多目標(biāo)、多屬性選擇體系。利用GSDM方法，建立W2DTS無線通信方式選擇模型。從實(shí)例分析中可以看出，以WiFi作為通信方式的W2DTS系統(tǒng)，對(duì)測試系統(tǒng)的日常使用及戰(zhàn)時(shí)保障有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，但從決策值中可以看出，WiFi通信在W2DTS系統(tǒng)中的使用方式還有很大的改進(jìn)空間。

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