基于模糊專家系統(tǒng)的雷達(dá)干擾資源分配模型*

牛慶功 張旭東 鄭 昌

(海軍航空工程學(xué)院1) 煙臺(tái) 264001)(海軍飛行學(xué)院2) 葫蘆島 125001)

1 引言

在現(xiàn)代海戰(zhàn)中,艦艇編隊(duì)所面對(duì)的敵方雷達(dá)目標(biāo)很多,在同一時(shí)間需要干擾的雷達(dá)目標(biāo)也有幾個(gè)甚至幾十個(gè),而干擾資源往往是有限的。因此,如何合理地分配干擾資源,充分地利用干擾資源,就成為了一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題[7]。

雷達(dá)干擾資源分配是在雷達(dá)偵察的基礎(chǔ)上,針對(duì)敵雷達(dá)目標(biāo)的數(shù)量、威脅等級(jí)、威脅時(shí)間等情報(bào),結(jié)合現(xiàn)有的干擾資源以及戰(zhàn)術(shù)要求對(duì)干擾資源進(jìn)行任務(wù)分配的過(guò)程。雷達(dá)干擾資源分配是否合理是直接影響作戰(zhàn)效果的重要因素之一。本文從一個(gè)新的角度針對(duì)不同作戰(zhàn)對(duì)象,對(duì)艦艇編隊(duì)有源壓制性干擾資源的分配進(jìn)行了研究,根據(jù)有源壓制干擾的特點(diǎn),建立一種基于模糊專家系統(tǒng)的編隊(duì)有源壓制干擾資源分配模型,提出了一種編隊(duì)有源壓制干擾資源分配的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2 基于雷達(dá)干擾資源分配的模糊專家系統(tǒng)模型

基于模糊專家系統(tǒng)的雷達(dá)干擾資源分配模型如圖1所示。

2.1 模糊知識(shí)庫(kù)

知識(shí)庫(kù)用于存儲(chǔ)從專家那里得到的關(guān)于特定領(lǐng)域的專門知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),知識(shí)庫(kù)中知識(shí)來(lái)自于知識(shí)獲取工具,它是系統(tǒng)獲取和管理知識(shí)的主要機(jī)構(gòu),能實(shí)現(xiàn)知識(shí)的錄入、添加、刪除與修改[1]。

本系統(tǒng)主要通過(guò)以下幾個(gè)方面獲取知識(shí):

1)從有關(guān)資料獲取本艦和目標(biāo)的戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)性能參數(shù)。

圖1 雷達(dá)干擾資源分配系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2)通過(guò)與艦長(zhǎng)、部門長(zhǎng)及其他專家座談,獲取干擾資源分配的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和啟發(fā)式知識(shí)。

3)根據(jù)資料,獲取相關(guān)水域的資料。

4)根據(jù)戰(zhàn)術(shù)原理,獲取相關(guān)規(guī)則知識(shí)。

2.2 綜合數(shù)據(jù)庫(kù)

綜合數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)存放關(guān)于問(wèn)題的事實(shí)與數(shù)據(jù)的初始狀態(tài)、中間狀態(tài)和目標(biāo),同時(shí)還存放著系統(tǒng)推理過(guò)程中,根據(jù)規(guī)則得到的結(jié)論及解釋系統(tǒng)回答提問(wèn)的運(yùn)行過(guò)程記錄。

2.3 模糊推理機(jī)

模糊推理機(jī)利用知識(shí)庫(kù)中的知識(shí),對(duì)經(jīng)過(guò)模糊化處理后的信息進(jìn)行模糊匹配、模糊推理,最終得出推理結(jié)果。它與知識(shí)庫(kù)中知識(shí)表示相對(duì)應(yīng),但與其具體內(nèi)容無(wú)關(guān),故知識(shí)庫(kù)的擴(kuò)充不影響推理機(jī)。

2.4 解釋程序

解釋程序的主要目標(biāo)是顯示出推導(dǎo)活動(dòng)的綜合說(shuō)明,能對(duì)用戶提出的問(wèn)題像專家一樣做出通俗易懂的解釋,同時(shí)領(lǐng)域?qū)＜铱赏ㄟ^(guò)解釋系統(tǒng)了解系統(tǒng)的運(yùn)行情況。若不滿足,則對(duì)判斷矩陣錯(cuò)誤元素進(jìn)行調(diào)整。

2.5 雷達(dá)干擾機(jī)

執(zhí)行推理機(jī)作出的干擾方案。

2.6 指揮人員

對(duì)模糊專家系統(tǒng)進(jìn)行人工干預(yù),以補(bǔ)充機(jī)器判斷能力的不足。主要體現(xiàn)在對(duì)模糊專家系統(tǒng)作出的干擾方案進(jìn)行人工評(píng)估和對(duì)知識(shí)庫(kù)的補(bǔ)充和完善,在緊急情況下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行干預(yù)。

3 知識(shí)表示與知識(shí)庫(kù)

知己知彼是進(jìn)行雷達(dá)干擾決策的前提[4]。只有充分掌握敵情、我情和友情,才能合理地進(jìn)行雷達(dá)干擾決策。

影響雷達(dá)干擾效果的因素很多,但主要考慮下面4個(gè)因素或指標(biāo)[3]。

3.1 干擾時(shí)機(jī)

時(shí)間上要合適,要在雷達(dá)威脅的時(shí)間里進(jìn)行有效地干擾。

就干擾時(shí)機(jī)而言,用壓制時(shí)間效益函數(shù)來(lái)確定干擾機(jī)對(duì)雷達(dá)的干擾效果記為μ1,表示在雷達(dá)的威脅時(shí)間里,干擾機(jī)對(duì)雷達(dá)能有效壓制的時(shí)間段對(duì)整體干擾效果的影響程度。假設(shè)雷達(dá)Dt,(t=1,2,…,p)的威脅時(shí)間為時(shí)間段 Tt1～Tt2,實(shí)施有效干擾的時(shí)間為時(shí)間段 Tt3～Tt4。由于在威脅時(shí)間段Tt1～Tt2里的不同時(shí)刻,雷達(dá)Dt的威脅程度也不一樣。我們可以用一個(gè)非線性分段函數(shù)來(lái)進(jìn)行擬合。我們將整個(gè)雷達(dá)威脅時(shí)間段Tt1～Tt2分成若干段,確定各小段的壓制時(shí)間效益值μ′1,然后綜合各段的效益值來(lái)確定壓制時(shí)間效益函數(shù)

其中 ωl(l=1,2,…m)。為各段的權(quán)重,ωl≥0且

3.2 干擾頻率

干擾機(jī)要從頻率上、方向上和極化上對(duì)準(zhǔn)雷達(dá)。頻率、方向和極化上對(duì)準(zhǔn)是干擾信號(hào)得以進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)的必要條件。就干擾頻率而言,我們用頻率瞄準(zhǔn)效益函數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)干擾機(jī)對(duì)雷達(dá)的干擾效果,記為 μ2。假設(shè)干擾機(jī) Aj(j=1,2,…,p)的工作頻率范圍為 fj1～fj2,雷達(dá)Dt(t=1,2,…,p)的工作頻率范圍是則

3.3 干擾功率

干擾機(jī)的干擾功率要足夠大,即雷達(dá)接收到的干擾功率與回波功率之比應(yīng)大于雷達(dá)對(duì)信號(hào)正常接收所必需的干擾與信號(hào)的最小功率比,干擾才能有效。

就干擾功率而言,我們用功率壓制效益函數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)干擾機(jī)對(duì)雷達(dá)的干擾效果,記為。功率壓制效益函數(shù)表示干擾機(jī)A(j=1,2,…,p)對(duì)雷達(dá)Dt(t=1,2,…,p)的功率壓制程度對(duì)干擾效果的影響?？梢远x

3.4 干擾樣式

干擾樣式要合適。雷達(dá)的技術(shù)體制不同,其接收信號(hào)的處理方法,雷達(dá)的工作方式也有重大差別。因此,要提高干擾效果,應(yīng)針對(duì)不同技術(shù)體制的雷達(dá),選用不同的干擾樣式。

就干擾樣式而言,用干擾樣式效益因子來(lái)評(píng)價(jià)干擾機(jī)對(duì)雷達(dá)的干擾效果,記為μ4。干擾樣式效益因子用來(lái)表示干擾機(jī),選擇的干擾樣式對(duì)干擾效果的影響程度。

對(duì)一部雷達(dá)實(shí)施干擾,即使是同一部干擾機(jī),它所選擇的干擾樣式不同,干擾效果也會(huì)有很大的差異。干擾樣式的選擇,主要取決于雷達(dá)的技術(shù)體制,所以可以把干擾樣式效益因子,看成是雷達(dá)技術(shù)體制與干擾樣式的函數(shù),即

μ4=μ(St,Mj)

其中St表示雷達(dá)的技術(shù)體制,而Mj表示干擾機(jī)選擇的干擾樣式。一種干擾樣式對(duì)一種技術(shù)體制的雷達(dá)的干擾效益因子,沒(méi)有一個(gè)精確的數(shù)值,也沒(méi)有一個(gè)函數(shù)式子可以遵循,可以采用AHP法來(lái)確定。

4 模糊推理機(jī)設(shè)計(jì)

4.1 推理流程設(shè)計(jì)

在實(shí)際應(yīng)用中,推理機(jī)運(yùn)用知識(shí)庫(kù)的知識(shí),綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)獲得各傳感器的情報(bào)信息進(jìn)行推理。關(guān)鍵步驟有:第一步,對(duì)各傳感器提供的證據(jù)建立各自的基本概率賦值函數(shù)模型,以知識(shí)表達(dá)方式存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中;第二步,將數(shù)據(jù)庫(kù)向知識(shí)庫(kù)轉(zhuǎn)換,參數(shù)表和臨時(shí)工作區(qū)作為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù);第三步,推理的最終結(jié)果提供給決策者,也可提供給領(lǐng)域?qū)＜?進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證并知識(shí)求精,以此進(jìn)一步完善知識(shí)庫(kù)[2]。

4.2 推理策略[6]

在該系統(tǒng)中采用的是智能線性加權(quán)求和法(智能地確定加權(quán)系數(shù)),來(lái)推理出總的干擾效果值即:

系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)類型,自動(dòng)生成一系列干擾方案,智能決策過(guò)程要考慮到海戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性,對(duì)干擾方案進(jìn)行優(yōu)選評(píng)估[5]。最后可以采用不同的決策方法進(jìn)行評(píng)估,如模糊綜合評(píng)判、非確定性輔助決策(悲觀法、樂(lè)觀法、折衷法、最小遺憾法、平均法)等。

5 結(jié)語(yǔ)

上述艦艇雷達(dá)干擾系統(tǒng)體現(xiàn)了定性和定量分析的優(yōu)點(diǎn),在理論和技術(shù)上是可以實(shí)現(xiàn)的,同時(shí),它提供了指揮人員在回路的支持,避免了智能的盲目性。存在的問(wèn)題是:系統(tǒng)定量模型的建立比較復(fù)雜,需要建立與完善艦艇智能干擾分配的相關(guān)理論、規(guī)則及算法模型等,在一般情況下計(jì)算量大,所以在實(shí)踐中還需對(duì)一些細(xì)節(jié)問(wèn)題進(jìn)行完善。

[1]劉有才,劉增良.模糊專家系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1995

[2]陳東鋒,雷英杰.基于黑板模型的空襲目標(biāo)識(shí)別專家系統(tǒng)[J].火力與指揮控制,2006,31(3):54～57

[3]姜寧.電子對(duì)抗仿真系統(tǒng)中的多屬性決策理論模型與方法研究[D].大連:大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文,2000

[4]何友,等.多傳感器信息融合及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2000

[5]王奕,曾芬芳,白英彩.海戰(zhàn)模擬中艦艇戰(zhàn)術(shù)決策系統(tǒng)的研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2002,14(1):88～91

[6]岳韶華,李松,劉進(jìn)忙.基于專家系統(tǒng)的目標(biāo)威脅判斷模型[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2003(11):71～73

[7]陸永紅,鐘生新.水面艦艇防御反艦導(dǎo)彈的技術(shù)途徑[J].現(xiàn)代防御技術(shù),2001,29(6):38～42