一種基于灰色關(guān)聯(lián)度導(dǎo)航衛(wèi)星完好性關(guān)鍵點綜合識別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種導(dǎo)航衛(wèi)星完好性關(guān)鍵點綜合識別方法，特別是一種基于灰色關(guān)聯(lián) 度導(dǎo)航衛(wèi)星完好性關(guān)鍵點綜合識別方法，屬于導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 完好性首先提出在武器裝備戰(zhàn)備領(lǐng)域，如今，武器裝備戰(zhàn)備完好性的評價標準有 了很大的發(fā)展。武器裝備是戰(zhàn)爭的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是軍隊?wèi)?zhàn)斗力水平的重要指標。戰(zhàn)備完 好性是裝備及作戰(zhàn)單位綜合保障能力的體現(xiàn)，與裝備從接到任務(wù)命令、準備執(zhí)行任務(wù)到完 成任務(wù)過程中的技術(shù)狀態(tài)有關(guān)。戰(zhàn)備完好性是在編裝備戰(zhàn)斗力的體現(xiàn)，其高低在一定程度 上決定了裝備執(zhí)行任務(wù)的能力。戰(zhàn)備完好性的指標從武器裝備系統(tǒng)的各個方面提出了綜合 評價武器裝備的方法，強調(diào)了武器裝備系統(tǒng)各個方面對整個系統(tǒng)的影響。
[0003] 同樣的情況在近些年來的網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域得到了更加廣泛的認同。由于，無尺度網(wǎng)絡(luò)和 小世界網(wǎng)絡(luò)學(xué)說的提出，使人們認識到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中一些極小的因素就有可能造成大范圍的 影響。研究表明，只要5%~10%的重要節(jié)點同時失效就將導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓。這樣就更 加強調(diào)了網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵節(jié)點的作用。如果能對這些系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點做出準確的識別 并采取相應(yīng)措施，便可使損失減少得最小程度。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓撲研究在航空網(wǎng)、電力網(wǎng)、互聯(lián) 網(wǎng)以至社會網(wǎng)絡(luò)等眾多領(lǐng)域已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注。
[0004] 現(xiàn)階段，對系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)完好性關(guān)鍵節(jié)點的評價方法主要有兩類方法，第一類方法 從節(jié)點的可靠性來評價系統(tǒng)中，另一類方法是網(wǎng)絡(luò)中的根據(jù)節(jié)點的各種網(wǎng)絡(luò)屬性來進行網(wǎng) 絡(luò)中關(guān)鍵點評價。
[0005] 在第一類評價方法中，主要是武器裝備戰(zhàn)備完好性的方法，通過計算戰(zhàn)備完好率 和使用可用度兩個指標對關(guān)鍵點進行評價。其中，戰(zhàn)備完好率指的是在接收到任務(wù)后能夠 保證運行的概率；使用可用率是產(chǎn)品在任一隨機時刻需要和開始執(zhí)行任務(wù)時，處于可工作 或者可使用的概率。這兩個指標核心都是與節(jié)點的可靠性有關(guān)系，都是越大越重要。但是， 在導(dǎo)航衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)之中并沒有完好性的相關(guān)定義及方法。
[0006] 第二類評價方法，從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特性和從網(wǎng)絡(luò)抵御破壞的能力出發(fā)來評估網(wǎng)絡(luò)中的 節(jié)點，認為只有確定了哪里是網(wǎng)絡(luò)中最重要的部分才能有效保護網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特性包括 度數(shù)、介度、緊密性、連通度和平均最短路徑長度等普遍使用的測度指標。一個節(jié)點的度數(shù) 就是連接這個節(jié)點的鏈接數(shù)；一個節(jié)點的介度等于穿過這個節(jié)點的最短路徑數(shù)，如果一個 節(jié)點有著很大的度數(shù)和介度，這個節(jié)點就被認為對于這個網(wǎng)絡(luò)是很重要的。一個節(jié)點的緊 密性是這個節(jié)點到網(wǎng)絡(luò)其余節(jié)點的平均最短路徑的倒數(shù)，這個量越小，那么這個點就距離 其它節(jié)點很近，因此就越重要。網(wǎng)絡(luò)抵御破壞的能力即網(wǎng)絡(luò)中某些節(jié)點在遭受攻擊后，剩余 的節(jié)點間仍能保持連通的能力，剩余節(jié)點連通性越弱則說明該節(jié)點越重要。
[0007] 針對導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，其特點也和武器裝備一樣是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，同時，它也可以 有效的看成一個網(wǎng)絡(luò)，有著網(wǎng)絡(luò)的屬性。所以，在處理導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)這個既需要可靠性、 完好性，又有很多網(wǎng)絡(luò)特性的系統(tǒng)時，傳統(tǒng)的可靠性評價標準和傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)評價標準就不 變的相對片面，無法全面評價出導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)關(guān)鍵點的真實的狀態(tài)，也就相應(yīng)的不在適用 了。如果根據(jù)網(wǎng)絡(luò)算法選定的關(guān)鍵節(jié)點沒有很高的可靠性和完好性，那么它并不具備成為 關(guān)鍵點的能力，那么網(wǎng)絡(luò)算法的選取就有問題，而如果單純從可靠性或者完好性方面考慮， 那么，又不能確定可靠性或完好性高的節(jié)點是否一定承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)中最重要的任務(wù)。因此，一種 綜合可靠性、完好性和網(wǎng)絡(luò)特性的方法來評價導(dǎo)航衛(wèi)星就尤為重，如何將這幾種元素融合 起來，一同評價網(wǎng)絡(luò)中導(dǎo)航衛(wèi)星中各個節(jié)點的關(guān)鍵特性，也成為一個至關(guān)重要的問題。所 以，解決好這個問題，才能有效的將可靠性、完好性和網(wǎng)絡(luò)特性共同用于關(guān)鍵點的識別，才 可以有效的指導(dǎo)整個導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的設(shè)計工作，還可以有效的提高整個導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的可 靠性、完好性以及抗毀性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于灰色關(guān)聯(lián)度導(dǎo) 航衛(wèi)星完好性關(guān)鍵點綜合識別方法。本發(fā)明提出的的導(dǎo)航衛(wèi)星完好性關(guān)鍵點的理論框架 體系實現(xiàn)了結(jié)合可靠性、完好性和網(wǎng)絡(luò)特性的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)完好性關(guān)鍵點的識別方法，可 靠的計算出各個節(jié)點的關(guān)鍵程度，最大程度滿足了對導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)完好性關(guān)鍵點識別的需 求。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種基于灰色關(guān)聯(lián)度導(dǎo)航衛(wèi)星完好性關(guān)鍵點綜合識別 方法，包括如下步驟：
[0010] (1)確定導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)完好性關(guān)鍵點指標，所述完好性關(guān)鍵點指標包括節(jié)點的可 靠性指標、節(jié)點的完好性指標和節(jié)點的拓撲重要度指標；
[0011] (2)從步驟（1)確定的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)完好性關(guān)鍵點指標中作為灰色關(guān)聯(lián)度導(dǎo)航衛(wèi) 星完好性關(guān)鍵點綜合識別方法的輸入指標；
[0012] (3)計算步驟⑵中選取的各個輸入指標的值；
[0013] (4)應(yīng)用極大不相關(guān)法則對步驟（3)計算的輸入指標進行篩選，具體為：計算每一 個輸入指標與其他輸入指標相關(guān)函數(shù)的平均相關(guān)性作為該輸入指標的平均相關(guān)性指標，若 所有輸入指標的平均相關(guān)性指標的最大值大于預(yù)先設(shè)定的閾值，則刪除平均相關(guān)性指標最 大值對應(yīng)的輸入指標后，重新返回步驟（3)，否則，進入步驟（5);
[0014] (5)對步驟（4)中選擇的輸入指標的指標值進行歸一化處理；
[0015] (6)采用熵權(quán)計算的方法來計算出每個指標的權(quán)重；
[0016] (7)給定指標j的歸一化理想值b' ，計算每個節(jié)點的灰度關(guān)聯(lián)值，具體由公式：
[0018] 給出，W j為指標j的熵權(quán)重，其中a i ^ j由公式：
[0019] α 丄，J= (Δ _+β AnaxV(|b' 廠X' i，β Anax)i = 1，2, · · ·，n ;j = 1，2, · · ·，p
[0020] 給出，其中
為每個 節(jié)點的歸一化指標值，β為預(yù)先給定的常數(shù)；
[0021] (8)對步驟（7)獲得的各個節(jié)點的灰色關(guān)聯(lián)值進行排序，選擇前5% -10%的節(jié)點 為導(dǎo)航衛(wèi)星完好性關(guān)鍵點。
[0022] 所述節(jié)點可靠性指標包括節(jié)點的計算可用性、節(jié)點的存儲可用性和節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)可 用性；具體計算過程為：
[0023] (3-1-1)給出節(jié)點的可靠性指標計算公式，具體由公式：
[0024] R = F (ac, am, an), 0 R 1
[0025] 給出，其中F是模糊系統(tǒng)，輸入為a^ajP an，a。為節(jié)點的計算可用性，amS節(jié)點的 網(wǎng)絡(luò)可用性，3"為節(jié)點的存儲可用性；a a "的隸屬度函數(shù)為LA、MA和HA三個模糊集， 具體由數(shù)學(xué)表達式：
[0029] 給出，式中 a 為 Ei^alJUn;
[0030] 模糊系統(tǒng)的輸出為節(jié)點的可靠性指標R，可靠性指標R分為VLR、LR、MR、HR和VHR 五個模糊集，所述五個模糊集分別表示非常低的可靠性、低可靠性、中可靠性、高可靠性和 非常高的可靠性；
[0031] (3-1-2)給出模糊系統(tǒng)的模糊規(guī)則，具體如表1所示：
[0032] 表 1

[0035] (3-1-3)計算 ac、a"^P a "的值，具體為：
[0036] a。= I-U。，0彡u。彡1，0彡a。彡1，u。為新任務(wù)分配前節(jié)點的計算使用 率；am= 1-u m, 0彡Um彡1，0彡a I，u m為新任務(wù)分配前節(jié)點的存儲使用率；a n = l-un, 0彡un彡1，0彡a 1，u n為新任務(wù)分配前節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)使用率；所述u。、uj u n均為 已知量；
[0037] (3-1-4)將步驟（3-1-3)計算的a。、ajP a n的值輸入模糊系統(tǒng)中，利用步驟 (3-1-1)中的公式分別求得a。、B111和a "的隸屬度函數(shù)值LA、M和HA ;
[0038] (3-1-5)計算每個模糊規(guī)則的隸屬度函數(shù)值MP，所述每個模糊規(guī)則的隸屬度函數(shù) 值MP為每條模糊規(guī)則中隸屬度函數(shù)值的最小值；
[0039] (3-1-6)計算可靠性指標R的五個模糊集中每個模糊集的輸出權(quán)重ω ;方法：取 每個模糊集對應(yīng)的所有模糊規(guī)則的隸屬度函數(shù)值MP中的最大值為該模糊集的輸出權(quán)重；
[0040] (3-1-7)利用逆模糊化使用面積中心法公式得到節(jié)點的可靠性指標R，具體由公 式：
[0042] 給出，其中ωνυ?、COuo ωΜΚ、ωΗΚ