天基对地观测系统效能评估初探

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1、１８中国空间科学技术２０１４年２月ＣｈｉｎｅｓｅＳｐａｃｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ第１期天基对地观测系统效能评估初探１２１贺东雷李国平侯宇葵（１中国空间技术研究院钱学森实验室，北京１０００９４）（２国防科工局系统一司，北京１０００４８）摘要针对亟需解决的对地观测系统顶层设计与合理规划问题，建立了效能分析层次化指标体系，采用层次分析法（ＡＨＰ）设计指标权重；给出了定量、定性评估指标属性值的获取及量纲为１的归一化方式；构建了基于模糊综合法（ＦＣＥ）的系统效能计算模型，基于隶属度函数法、专家打分法分别计算定量指标、定性指标的单因素模糊评估向量；最终提出基于ＡＨＰＦＣＥ方法

2、的多层级系统效能综合评估整体流程，并通过数值算例验证了方法的有效性。关键词效能评估；层次分析法；模糊综合评估法；对地观测系统ＤＯＩ：１０３７８０／ｊｉｓｓｎ１０００７５８Ｘ２０１４０１００３１引言［１］［２］天基对地观测系统是一个结构复杂的大型系统，如何定量评估系统效能，已成为系统顶层设计与合理规划亟需解决的问题。当前，各国对系统效能开展了大量研究，针对不同的评估对象提出了多种效能评估方法，大致可以分成以下４类：［３４］１）解析法：根据解析表达式来计算效能指标值。优点是易于计算和进行变量间关系的分析；缺点是考虑因素少且有严格条件限制，仅适用于简化情况下的宏观评估。［５

3、６］２）统计法：依据大量统计资料，应用抽样调查、参数估计、假设检验、回归分析与相关分析等数理统计方法来评估效能。优点是可分析显示各因素变化对效能指标的影响，缺点在于这是一种基于大量统计样本的事后评估方法，对体系优化设计指导作用有限。［７９］３）计算机模拟方法：以计算机模拟为试验手段，给定数值条件下运行模型来进行仿真试验，由试验结果数据直接或经过统计处理后给出效能指标估计值。优点是能较为详细地考虑影响实际作战过程的诸多因素，缺点是需建立复杂的体系运行模型。［１０１７］４）多指标综合评估方法：对于一些复杂系统，较高层次的效能指标与其下层指标之间有相互影响，而无确定函数关系，只有通过

4、对其下层指标进行综合才能评估其效能指标。常用综合评［１０１２］［１３１７］估方法有线性加权法、概率综合法、层次分析法、模糊评估法、多属性效用分析法等。优点是使用简单，评估范围广，适用性强；缺点是受人的主观因素影响较大，但却可通过采用多专家综合加权判断的方式来减小这种影响。综上分析可知，针对对地观测系统这样多层次、多维度的复杂系统，宜采用多指标综合评估方法进行效能分析。为提高研究针对性、可操作性，本文仅就对地观测系统的天基部分效能作剖析研究，不考虑天地一体化大系统中信息传输、地面信息处理与应用等内容。收稿日期：２０１３０４１５。收修改稿日期：２０１３０８２７２０１４年２月中

5、国空间科学技术１９２指标体系的建立、权重设计与检验２１层次化评估指标体系建立建立以系统能力、经济性、可靠性为顶层指标的层次化效能评估指标体系，如图１所示。（１）顶层指标１：系统能力１）第二层指标：分为普查、详查、应急观测三种能力。２）第三层指标：普查、详查能力侧重对区域目标的周期性常态重复观测，以观测时效性、观测数据质量两个指标来衡量，且详查比普查更侧重观测数据质量。应急观测侧重对突发情况下的点目标快速发现与跟踪观测，其下层指标有敏捷机动能力，当然数据观测质量也需满足一定需求。３）第四层指标：观测时效性下层指标有区域覆盖周期、平均重访周期、最大重访周期。观测数据质量下层指标有光谱覆

6、盖特性、空间分辨率。敏捷机动能力下层指标有最大机动角、机动角速度。（２）顶层指标２：系统经济性主要从研制发射成本和运行成本两个指标考虑。为突出重点，未完全实现经济性、可靠性等顶层指标的向下逐层细分。（３）顶层指标３：系统可靠性主要有系统统计寿命、系统降级使用能力两个指标。在四层指标体系之下，是底层性能指标与影响因素，可通过建模计算、数值仿真的方式获取，包括载荷性能与工作模式、平台性能、轨道高度等，是逐层向上计算第四层、第三层、第二层、顶层指标，直至最终系统效能指标的基础。图１对地观测系统效能评估指标体系Ｆｉｇ１Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｓｙｓｔｅｍｏｆｅａｒ

7、ｔｈｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓａｔｅｌｌｉｔｅｓｓｙｓｔｅｍ２２基于ＡＨＰ方法的指标体系权重设计针对层次化指标体系，基于ＡＨＰ方法设计指标权重，以得到各指标在综合评估中的地位和影响程度。权重设计主要分构造判断矩阵、权重计算两个步骤：２０中国空间科学技术２０１４年２月（１）构造判断矩阵熿ｂ１１ｂ１２…ｂ１ｎ燄ｂ２１ｂ２２…ｂ２ｎ记指标Ａｋ与下层指标Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂｎ有支配关系，设判断矩阵为。……燀ｂｎ１ｂｎ２…ｂｎｎ燅其中，ｂｉｊ是对于指标Ａｋ而言，指