模糊綜合評(píng)判在電子對(duì)抗決策系統(tǒng)的應(yīng)用

謝 軍

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所,河北石家莊050081)

0 引言

電子對(duì)抗決策控制要具有很強(qiáng)的時(shí)效性,大量的偵察情報(bào)若不能及時(shí)處理并做出正確的指揮決策,將會(huì)坐失良機(jī),授機(jī)于敵。特別是在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中,電磁領(lǐng)域中的對(duì)抗遠(yuǎn)比其他領(lǐng)域明顯、頻繁和激烈。在一個(gè)師級(jí)戰(zhàn)術(shù)地幅內(nèi)同時(shí)工作的輻射源可能有成百上千。通信速度越來(lái)越快,而通信對(duì)抗的反應(yīng)時(shí)間必須要小于通信時(shí)間,這對(duì)決策控制時(shí)效性提出了很高的要求。必須研究出一種采用人工智能的原理和方法,讓計(jì)算機(jī)參與自動(dòng)或輔助完成決策是一條必由之路。另外,通信對(duì)抗決策控制要具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)性。高技術(shù)條件下通信對(duì)抗作戰(zhàn),指揮控制涉及的因素繁多,指揮決策的水平很大程度上取決于某個(gè)指戰(zhàn)員實(shí)際的個(gè)人水平,指揮決策的隨意性大。僅憑單一的指戰(zhàn)員人工指揮決策方式難以滿(mǎn)足作戰(zhàn)需要,讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)指揮控制設(shè)備能夠?qū)Ω魍ㄐ艑?duì)抗的情報(bào)、信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得出較為科學(xué)的指揮控制決策或提供決策輔助信息。

1 輔助決策器體系結(jié)構(gòu)分析

構(gòu)建通信對(duì)抗干擾輔助決策器,首先要選取適合于通信對(duì)抗決策的數(shù)學(xué)方法,研究應(yīng)用該數(shù)學(xué)方法來(lái)解決決策問(wèn)題。

1.1 建模方法選取

對(duì)于通信對(duì)抗領(lǐng)域而言,對(duì)偵察目標(biāo)的重要性判斷是一個(gè)不確定的、模糊的問(wèn)題,沒(méi)有一個(gè)固定的定理、公式、規(guī)則可以清晰地進(jìn)行推導(dǎo)、闡述和說(shuō)明。只能通過(guò)大量的演習(xí)、實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)、探索。在紛繁復(fù)雜、瞬間萬(wàn)變的戰(zhàn)場(chǎng)通信與通信對(duì)抗這一對(duì)矛盾中,作為對(duì)抗方能否做出始終如一的、正確的選擇,包含著充滿(mǎn)不確定性決策過(guò)程的本質(zhì)。在這樣諸多不確定的因素條件下進(jìn)行目標(biāo)重要性的判斷,并做出客觀的、正確的決策,需要應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)的理論。運(yùn)用模糊綜合評(píng)判的方法是解決這一不確定性決策較為合適的途徑。

1.2 干擾輔助決策器結(jié)構(gòu)

干擾模糊輔助決策器采用模糊綜合評(píng)判的原理和理論方法,結(jié)合通信對(duì)抗戰(zhàn)場(chǎng)決策控制所固有的內(nèi)在規(guī)律和特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一個(gè)多級(jí)模糊綜合評(píng)判系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)的信息處理分為3個(gè)階段:敵目標(biāo)信息的相關(guān)處理、多級(jí)模糊綜合評(píng)判和信息后處理。

圖1 干擾輔助決策器結(jié)構(gòu)

1.3 體系結(jié)構(gòu)分析

確定對(duì)一個(gè)具體敵臺(tái)目標(biāo)的干擾優(yōu)先等級(jí),主要的任務(wù)是確定該目標(biāo)的重要性程度。為了分析和評(píng)估偵測(cè)站截獲到的每一個(gè)敵目標(biāo)信號(hào)的重要性程度,需要建立一個(gè)指標(biāo)體系來(lái)評(píng)價(jià)其綜合重要性級(jí)別。根據(jù)通信對(duì)抗的固有特點(diǎn)和團(tuán)營(yíng)級(jí)戰(zhàn)術(shù)通信電臺(tái)的通聯(lián)特征,對(duì)于目標(biāo)電臺(tái)的干擾優(yōu)先等級(jí)和敵目標(biāo)重要性的判斷建立了一個(gè)層次指標(biāo)(因素)體系如圖2所示。

圖2 模糊綜合評(píng)判指標(biāo)(因素)體系

2 數(shù)學(xué)模型的建立

模糊綜合評(píng)判是模糊數(shù)學(xué)應(yīng)用的一個(gè)重要分支,用來(lái)對(duì)具有多個(gè)相互干擾因素構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)的有效方法。對(duì)指標(biāo)的單項(xiàng)評(píng)價(jià)和對(duì)于多層次因素構(gòu)成的整個(gè)評(píng)判系統(tǒng)均使用該方法,構(gòu)成了一個(gè)多級(jí)綜合評(píng)判系統(tǒng)。建立干擾優(yōu)先等級(jí)模糊綜合評(píng)判模型的過(guò)程和步驟如下:

①建立各級(jí)評(píng)價(jià)因素集U;

②建立評(píng)判集 V;

③分別建立各級(jí)從U到V模糊映射模型;

④構(gòu)成模糊評(píng)價(jià)矩陣方法;

⑤給出各級(jí)評(píng)價(jià)因素權(quán)重;

⑥計(jì)算各級(jí)評(píng)價(jià)向量方法;

⑦模糊變換具體模型選取。

2.1 建立因素集 U和各級(jí)評(píng)判集V

根據(jù)上述介紹的通信對(duì)抗模糊綜合評(píng)判器的體系分析,可分別建立各級(jí)評(píng)價(jià)因素集合。

考慮各級(jí)評(píng)判的精度需求和計(jì)算的一致性,系統(tǒng)內(nèi)各級(jí)指標(biāo)的評(píng)判集均定為5級(jí),

針對(duì)各級(jí)指標(biāo)(因素),v1～v5含義不盡相同。例如v1在目標(biāo)重要性等級(jí)評(píng)判時(shí),表示“很高”;而在目標(biāo)與重點(diǎn)信號(hào)目標(biāo)庫(kù)符合程度特性評(píng)判時(shí),又表示“很符合”等。

2.2 建立各單因素評(píng)判構(gòu)成模糊評(píng)價(jià)矩陣

建立各級(jí)從 U到V的模糊映射關(guān)系:

建立各級(jí)評(píng)判指標(biāo)的單因素評(píng)判模型和相應(yīng)算法是研究本模糊綜合評(píng)判系統(tǒng)一項(xiàng)較為復(fù)雜的工作。每個(gè)評(píng)判因素特征各不相同,需逐個(gè)分析。這里給出建立這些模型的基本方法,如圖3表示。

圖3 建立各級(jí)單因素評(píng)判模型方法

2.3 給出各級(jí)評(píng)價(jià)因素權(quán)重

由于在 U的每一級(jí)中各因素重要程度各不相同,需要分別對(duì)這4級(jí)中每一個(gè)評(píng)價(jià)因素賦予不同的權(quán)重系數(shù)。它們?yōu)楦骷?jí) U上的一個(gè)模糊子集=,且需歸一化

2.4 計(jì)算各級(jí)評(píng)價(jià)向量進(jìn)行綜合評(píng)判

在求出各級(jí)模糊評(píng)價(jià)矩陣R～和給出A～后,則干擾等級(jí)的綜合評(píng)判向量為:

2.5 模糊變換具體模型的選取

2.6 計(jì)算綜合評(píng)價(jià)值,推出評(píng)判結(jié)果

按照變換 C=B?VT可得出綜合評(píng)價(jià)結(jié)果(得分)C,對(duì)每個(gè)正在活動(dòng)的目標(biāo)信號(hào)都分別求取它的評(píng)價(jià)得分,然后按得分由大到小排序,就可以得到優(yōu)先干擾哪個(gè)目標(biāo)的決策序列,提交指揮員。

3 各級(jí)因素的分析模型

上述提到各級(jí)因素評(píng)判模型及其相應(yīng)算法是一項(xiàng)繁雜的工作,需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)和分析,這里選取幾個(gè)典型因素加以說(shuō)明。

3.1 敵目標(biāo)地域特性模型分析

目標(biāo)電臺(tái)地域特性指標(biāo)主要是考察目標(biāo)的地域特征,該特征是對(duì)敵目標(biāo)識(shí)別的重要依據(jù)。兩軍對(duì)壘時(shí)敵軍方位已確定。因此在進(jìn)行目標(biāo)重要性識(shí)別時(shí),要考慮地域優(yōu)先的原則,即把地域特征作為目標(biāo)識(shí)別的重要依據(jù),具體信息流程如圖4所示。

圖4 敵目標(biāo)地域特性分析流程

首先確定重點(diǎn)地域,然后按方位角劃分作戰(zhàn)任務(wù)給每個(gè)干擾站,每個(gè)干擾站都有一個(gè)相應(yīng)的重點(diǎn)作戰(zhàn)區(qū)域,用方位角和縱深表示。每個(gè)站控收區(qū)域的界限是模糊的,它是一個(gè)范圍,而不是一個(gè)精確數(shù)值。

方位角特性模型分析就是要根據(jù)目標(biāo)信號(hào)的特征參數(shù)來(lái)確定它屬于干擾站控收方位角范圍的程度。可定義目標(biāo)方位角特性模糊子集的隸屬函數(shù)如下。

不妨設(shè) 0＜θmin＜θ1＜θ2＜θmax,有

式中,

目標(biāo)方位角特性模糊子集的隸屬函數(shù)如圖5所示。

圖5 目標(biāo)方位角特性模糊子集的隸屬函數(shù)

3.2 目標(biāo)換頻特性分析

目標(biāo)換頻特性有以下3個(gè)判據(jù)因素:目標(biāo)換頻時(shí)差特性因素、目標(biāo)換頻方位差特性和目標(biāo)換頻頻差特性因素,它們構(gòu)成了整個(gè)綜合評(píng)判系統(tǒng)的第4級(jí)評(píng)判。目標(biāo)換頻特性評(píng)判信息流程如圖6所示。

圖6 目標(biāo)換頻特性評(píng)判信息流程

換頻時(shí)差特性因素是考察目標(biāo)信號(hào)換頻時(shí)間間隔是否符合換頻特征。一般通信兵的換頻間隔在1～5 s之間,而最長(zhǎng)應(yīng)不超過(guò)10 s。因而可建立目標(biāo)換頻時(shí)差模糊子集隸屬函數(shù)為:

4 結(jié)束語(yǔ)

采用模糊綜合評(píng)判的理論方法,設(shè)計(jì)了應(yīng)用于通信對(duì)抗系統(tǒng)中的智能輔助決策器,建立了通信對(duì)抗干擾智能模糊綜合評(píng)判的數(shù)學(xué)模型,給出了實(shí)際算法,該決策控制器的研制為電子對(duì)抗裝備的指揮決策自動(dòng)化和半自動(dòng)化提供了一條較好的解決途徑,可在一定程度上提高裝備的指揮決策快速反應(yīng)能力,從而在某種意義上說(shuō)可提高整個(gè)系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。

[1]汪培莊.模糊數(shù)學(xué)集合論及其應(yīng)用[M].上?？茖W(xué)出版社,1983.

[2]劉增良.模糊技術(shù)與應(yīng)用選編[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1997.

[3]李新生,單琳鋒.高技術(shù)條件下通信對(duì)抗指揮決策研究[M].北京:解放軍出版社,1999.

[4]謝 軍.模糊控制在通信對(duì)抗系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò),2002,28(4):53-55.