基于博弈论的跳频通信装备电子防御效能评估

基于博弈论的跳频通信装备电子防御效能评估
作者：张浩
来源：《E动时尚·科学工程技术》2019年第16期
摘要：为了高效取得通信电子防御效能，科学、有效、适用的动态评估方法的研究是目前亟待解决的关键问题。

本文对基于博弈论的跳频通信装备电子防御效能评估进行了阐述。

关键词：博弈论；跳频通信装备；电子防御效能；动态评估
一、跳频通信简介
跳频是最常用的扩频方式之一，其工作原理是指收发双方传输信号的载波频率按预定规律进行离散变化的通信方式，也就是说，通信中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变。

从通信技术的实现方式来说，“跳频”是一种用码序列进行多频频移键控的通信方式，也是一种码控载频跳变的通信系统。

二、通信电子防御效能评估模型
1、评估指标体系。

在评估时，首要任务是根据评估对象的需求和装备的技术、战术特性，分析及选择适当的评估指标，此过程需遵循目的性、全面性、客观性和层次性等原则。

通信电子防御效能与电子防御技术及战术措施密切相关，还与操作员组织应用电子防御技术及战术措施密切相关。

因此，提出从装备技术性能、战术策略和操作员技术水平的角度收集指标。

基于层次分析法（AHP）可建立特定条件下的跳频通信装备评估指标体系。

其中，技术评估指标反映了装备的固有技术特性，由跳频通信装备的固有参数及电子防御技术措施组成，这是完成可靠有效通信的最基本前提。

战术评估指标反映了电子防御战术措施对通信电子防御作战效能的贡献。

人员评估指标用于衡量操作员对通信电子防御作战效能的贡献。

跳频通信装备增加“可用频率数”和“跳频速率”，使用“频率自适应”和“空闲信道搜索”等技术措施，使用“猝发通信”、“电子佯动”、“跳频组网战术”等战术措施有助于提升电子防御效能，而操作员对技术措施和战术措施的掌握与使用策略及其运用的灵活程度也影响着电子防御效能的发挥。

2、多指标综合
1）指标预处理。

定量指标预处理必须确定指标类型，建立指标值与评语的映射关系。

针对指数变化特征对相关能力的影响趋势不同，根据待评估装备指标变化趋势与相关能力的对应关系，本文设计了线性、指数、对数和三角函数四种归一化函数，来建立指标值与评语间的映
射关系。

此外，定性指标主要是无法定量描述的语言性指标，如可靠性、频率自适应技术等，可通过咨询专家意见评分。

2）复合权重设计。

一般来说，权重确定方法可分为主观赋权法及客观赋权法，但两者都有优缺点，主观赋权法引入较多的主观因素，而客观赋权法未考虑先验知识。

基于层次分析法及熵权法，设计了一种主客观结合的赋权方法，以提高权重设置的科学性。

3）指标聚合模型。

在对指标进行预处理并设置权重后，多指标综合算法的第三步是对指标进行聚合，并得到综合值。

通信电子防御效能指标体系是一个多层次的结构，任何层次的能力都可以从下层能力（技术指标/战术指标/人员指标）聚合而成。

这种指标信息聚合通常采用线性加权法，但下层指标对上层指标的影响并不全是线性的。

而本文提出两种聚合方法来实现多指标综合。

3、基于博弈论的动态评价模型。

本文将技术措施与战术措施的战术应用称为策略，将进攻方与通信方间的对抗行为建模为两人零和有限博弈，进攻方的损失是通信方的盈利，两者之和为零，盈利函数可由博弈双方任何一方的盈利构建。

三、仿真结果
本文以跳频通信设备为通信方，干扰机为进攻方，建立其动态评估模型，样本数据来源于跳频通信装备和干扰机的相关指标参数。

本文采用5级评语集{极差、较差、一般、良好、优}，用{s1，s2，s3，s4，s5}来表示，对应的量化值{c1=0.01，c2=0.25，c3=0.5，c4=0.75，
c5=1}，为提高评估的准确性，延伸其相应的量化区间为[0，0.01]、[0.01，0.25]、[0.25，
0.5]、[0.5，0.75]、[0.75，1]。

其评估步骤及结果为：
Step1根据电子防御策略的内容建立对应的评估指标集，此时策略AJ1的评估指标为
E={E11，E12，E13，E14，E15，E16，E18，E19，E22}，策略AJ2的评估指标为E={E11，E12，E13，E14，E15，E16，E21，E24}，策略AJ3的评估指标为E={E11，E12，E13，
E14，E15，E16，E18，E25}，策略AJ4的评估指标为E={E11，E12，E13，E14，E15，
E16，E17}。

Step 2根据采集的样本指标数据，由先验知识和专家经验确定指标类型和定性评分。

结合提出的指标预处理，通过分析指标类型设置归一化参数α=2，β=2，得到指标预处理后的评语信
基于博弈论对表2的盈利矩阵进行动态评估，得到跳频通信装备的最小盈利为0.5091，即跳频通信装备能达到的效果不低于0.5091；干扰机的最大损失为0.5091，即干扰机所能达到的效果不大于0.5091。

此时VAJ=VJ，可得到纳什均衡解，即当攻防双方在不知道对方的策略时，会根据纳什均衡选择最稳定的对抗策略，本文中干扰机选择J1的进攻策略，即选择实施阻塞干扰；而跳频通信装备将选择AJ4的电子防御策略，即频率自适应技术。

此时，跳频通信
装备的电子防御作战效能为0.5091，综合评价为合格。

为了应对干扰方不同的电子进攻策略，这种跳频通信装备应采用频率自适应技术，以保持电子防御效能始终不低于合格标准。

由于干扰机的电子攻击策略在实际作战环境中对跳频通信装备是未知的，因此博弈分析有助于跳频通信装备在未知电子攻击策略的情况下选择对自身最有利的电子防御策略，以确保其在任何情况下都能发挥最大的效能。

表2是在已知干扰机电子攻击策略的情况下，对跳频通信装备电子防御效能的预测评估。

对表中数据的进一步分析可知，对抗J1、J2、J3、J4的“最佳”电子防御措施分别AJ1、AJ2、AJ3、AJ2，对应的电子防御效能分别为0.5825、0.7373、0.4667、0.6236。

其中（AJ2，J2）的电子防御效能最高为0.7373，综合评价为良好，这与先验知识是相符的。

此外，抗阻塞干扰的有效措施一般有空闲信道搜索技术、频率/功率自适应技术等，抗跟踪干扰的有效措施一般有跳频组网战术、提高跳速、电子佯动等，而跳频体制难以对抗多径干扰，此时跳频通信装备的电子防御效率相对较低。

因此，为应对多径干扰，跳频通信装备在频域上实施电子防御策略已无法提升自身的作戰效能，应转向功率域或空域来制定和实施电子防御策略。

参考文献
[1]刘晓东.雷达抗干扰效能评估指标体系及方法研究[D].西安：西安电子科技大学，2015.。