基于模糊算法的戰(zhàn)場電磁環(huán)境復雜性定量評估

李杰然,張瑞峰

（解放軍92785部隊,秦皇島 066000）

0 引 言

由于信息技術(shù)的迅猛發(fā)展及其在軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,武器裝備信息化水平迅速提升,由此帶來了戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)的一系列變化和發(fā)展,在此過程中復雜電磁環(huán)境帶來的影響日益尖銳,成為困擾作戰(zhàn)、訓練與戰(zhàn)斗力發(fā)揮的關(guān)鍵因素之一。搞清我軍面臨的戰(zhàn)場電磁環(huán)境及其對作戰(zhàn)行動的影響,對戰(zhàn)場電磁環(huán)境復雜性進行定量評估已成為一項急需解決的課題。

1 模糊評估原理簡介

1.1 基本概念

定理:設(shè)R∈I（U×V）,A∈I（U）,f（A）=A°R,則f是從U到V的一個模糊變換。上式中的“°”表示廣義模糊合成運算。一般常用的運算模型有如下幾種:

（1）M（∧,∨）,∧,∨分別為取?。╩in）和取大（max）運算；

（2）M（?,∨）,?為普通實數(shù)乘法,∨為取大（max）運算；

（3）M（∧,⊕）,∧為取小（min）運算,⊕為有界算子,即 α⊕β=min（1,α+β）；

（4）M（?,⊕）,?為普通實數(shù)乘法,⊕運算同（3）；

（5）M（?,+）,?和+分別為普通實數(shù)的乘法和加法。

1.2 模糊綜合評估數(shù)學模型

設(shè)被評估事物的因素集為U={u1,u2,…,um},評估指標集為V={v1,v2,…,vn},m個評估因素的

U的因素重要程度為A=（a1,a2,…,am）。當模糊評價矩陣R與A已知時,即可利用模糊變換原理進行綜合評估,即B=A°R。實際應(yīng)用中,根據(jù)不同情況選擇不同運算模型,就可以對此事件進行模糊綜合評估。

2 戰(zhàn)場電磁環(huán)境復雜性模糊評估模型

戰(zhàn)場電磁環(huán)境復雜性綜合評估的原理是:戰(zhàn)場電磁環(huán)境的復雜性有其客觀性的一面,主要表現(xiàn)在電子裝備部署密集、電磁信號密度大、信號樣式復雜多樣、自然環(huán)境變化異常等。但對戰(zhàn)場電磁環(huán)境復雜性的評估更主要體現(xiàn)在其主觀性。C4ISR作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)是信息化戰(zhàn)爭的關(guān)鍵,因此,在主觀評價戰(zhàn)場電磁環(huán)境時以C4ISR作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)為研究重點。在實際作戰(zhàn)和試驗演練中,C4ISR各子系統(tǒng)在作戰(zhàn)空間、作戰(zhàn)時間、作戰(zhàn)對象和作戰(zhàn)任務(wù)上有所不同,其作戰(zhàn)效能的發(fā)揮程度也不同,那么戰(zhàn)場電磁環(huán)境所表現(xiàn)出來的復雜程度也是不同的。作為“當事人”,各子系統(tǒng)都可以初步評估自身的作戰(zhàn)效能,在此基礎(chǔ)上將各子系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能指標聚合,得到整個C4ISR作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的發(fā)揮程度。效能發(fā)揮得好,戰(zhàn)場電磁環(huán)境就不復雜；發(fā)揮得不好,則戰(zhàn)場電磁環(huán)境就復雜。

因此將C4ISR作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)作為研究對象U,以其在作戰(zhàn)中效能的發(fā)揮對戰(zhàn)場電磁環(huán)境進行復雜性評估,即U={指揮控制能力u1,預警探測和監(jiān)視能力u2,電子進攻能力u3,電子防御能力u4,電磁兼容能力u5}。對戰(zhàn)場電磁環(huán)境復雜的評估指標V分為4個等級,記為V={重度復雜v1,中度復雜v2,輕度復雜v3,不復雜v4}。

2.1 確定因素重要度系數(shù)ai及A

因素重要性程度ai的確定是綜合評判最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。因素模糊子集A確定得恰當與否,直接影響綜合評判的結(jié)果。A的確定方法,常用的有德爾菲法、專家調(diào)查法和判斷矩陣分析法。本文用1～9標度法構(gòu)造判斷矩陣法,計算出特征向量。通過咨詢有關(guān)專家意見,確定標度準則見表1。

表1 準則——C4ISR作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)

表1中,u1為指揮控制能力；u2為預警探測和監(jiān)視能力；u3為電子進攻能力,u4為電子防御能力,u5為電磁兼容能力。

構(gòu)造判斷矩陣A:

經(jīng)檢驗,矩陣的隨機一致性比例RC＜0.1,矩陣具有滿意的一致性,無需調(diào)整。計算得出因素重要程度A=（0.42,0.10,0.26,0.16,0.06）T。

2.2 評價矩陣的確立

根據(jù)戰(zhàn)場電磁環(huán)境復雜的評估等級V={重度復雜v1,中度復雜v2,輕度復雜v3,不復雜v4}對應(yīng)的威脅程度由v1至v4逐次遞減,可由以下隸屬函數(shù)來確定評價矩陣R:

根據(jù)實際作戰(zhàn)和試驗演練中各作戰(zhàn)指揮子系統(tǒng)作戰(zhàn)性能發(fā)揮的具體情況和專家意見,在（0,10]區(qū)間確定x的數(shù)值。表2為根據(jù)作戰(zhàn)訓練情況對C4ISR作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)給出的評分。

表2 C4ISR作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)評分

從而可以算出作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)的評價矩陣:

依據(jù)此評價矩陣,用模型1、模型5計算出戰(zhàn)場電磁環(huán)境各評估等級在C4ISR作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)上的隸屬度,如表3所示。

表3 戰(zhàn)場電磁環(huán)境等級隸屬度

如果把隸屬度最大的看作是最有可能的評估等級,那么用模型1得出的結(jié)論是:戰(zhàn)場電磁環(huán)境等級為中度復雜v2級,隸屬度為0.45；用模型5得出的結(jié)論是:戰(zhàn)場電磁環(huán)境等級為中度復雜v2級,隸屬度為0.673 8。根據(jù)文獻[4]對模糊評價模型的討論,可以確定用模型5對戰(zhàn)場電磁環(huán)境進行評價更為科學合理。

3 結(jié)束語

本文從主觀性上對戰(zhàn)場電磁環(huán)境復雜度進行了評估。以C4ISR作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)為研究中心,選取指揮控制能力、預警探測和監(jiān)視能力、電子進攻能力、電子防御能力和電磁兼容能力等5個方面作為評估指標,通過模糊綜合評估的方法實現(xiàn)了對戰(zhàn)場電磁環(huán)境復雜程度的定量描述,有助于部隊深化對復雜電磁環(huán)境的認識,提高部隊在復雜電磁環(huán)境下的訓練質(zhì)量與訓練效益。

[1] 周泰文.模糊數(shù)學基礎(chǔ)簡明教程[M].武漢:華中理工大學出版社,1993.

[2] 王志剛,何俊.戰(zhàn)場電磁環(huán)境復雜性定量評估方法研究[J].電子信息對抗技術(shù),2008,23（2）:50-53.

[3] 靳娜,婁壽春.基于模糊綜合評判的目標屬性識別模型研究[J].計算機仿真,2004,21（1）:35-37.

[4] 邢傳鼎,楊家明,任慶生,等.人工智能原理及應(yīng)用[M].上海:東華大學出版社,2005.

[5] 楊曉麗,徐培培,楊建臻,趙光.基于模糊算法實現(xiàn)多因素綜合決策[J].西安電子科技大學學報,2000,27（2）:171-175.