混合多類型屬性威脅評估模型構(gòu)建*

雷肖劍 朱悅萌 譚樂祖

(海軍航空工程學(xué)院指揮系 煙臺 264001)

混合多類型屬性威脅評估模型構(gòu)建*

雷肖劍 朱悅萌 譚樂祖

(海軍航空工程學(xué)院指揮系 煙臺 264001)

針對目標(biāo)威脅評估中目標(biāo)屬性存在信息量少、內(nèi)部不清晰等導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果失真的問題,論文以模糊區(qū)間數(shù)形式表示目標(biāo)屬性信息中的定性信息,引入三參數(shù)區(qū)間數(shù)指標(biāo),建立了能同時處理實(shí)數(shù)型、區(qū)間數(shù)型及模糊三參數(shù)區(qū)間數(shù)形式的目標(biāo)威脅評估模型。最后給出仿真實(shí)例,計(jì)算結(jié)果符合一般作戰(zhàn)實(shí)際,對提高水面艦艇防空反導(dǎo)作戰(zhàn)決策的準(zhǔn)確性和科學(xué)性有一定的參考價(jià)值。

防空反導(dǎo); 威脅評估; 混合多類型屬性; TOPSIS法

Class Number TJ81

1 引言

在現(xiàn)代水面艦艇編隊(duì)防空反導(dǎo)作戰(zhàn)信息化對抗日益激烈的今天,傳統(tǒng)的針對于一種信息格式設(shè)計(jì)的威脅評估方法已不能很好地滿足目標(biāo)威脅程度量化分析對準(zhǔn)確性和科學(xué)性的要求,因而有必要設(shè)計(jì)一種能夠直接集結(jié)多種類型目標(biāo)屬性值的威脅評估方法。

文獻(xiàn)[1]通過采用語言變量的Vague值對定性指標(biāo)進(jìn)行表示,運(yùn)用經(jīng)典TOPSIS方法計(jì)算各目標(biāo)的綜合威脅值,克服了傳統(tǒng)模糊集不能表達(dá)非隸屬函數(shù)的缺陷。文獻(xiàn)[2]針對目標(biāo)屬性信息存在不確定性的特點(diǎn),采用混合精確型指標(biāo)和模糊區(qū)間型指標(biāo)的決策模型。文獻(xiàn)[3～4]對TOPSIS方法求解目標(biāo)評價(jià)排序模型進(jìn)行了深入的研究。文獻(xiàn)[5]對引入三參數(shù)區(qū)間數(shù)的多屬性決策方法進(jìn)行了研究。本文在以上研究成果的基礎(chǔ)上,以模糊區(qū)間數(shù)形式表示目標(biāo)屬性信息中定性信息,引入三參數(shù)區(qū)間數(shù)指標(biāo),一方面,解決二參數(shù)的區(qū)間數(shù)含有的信息量過少,內(nèi)部不清晰,最終計(jì)算結(jié)果失真的問題;另一方面,有效簡化計(jì)算過程,減少了不確定性和排序的復(fù)雜性。最后,將實(shí)數(shù)型、區(qū)間數(shù)型及模糊三參數(shù)區(qū)間數(shù)形式的目標(biāo)屬性信息規(guī)范化,然后基于理想點(diǎn)多指標(biāo)決策原理,對包含混合型多類型屬性目標(biāo)的威脅程度值進(jìn)行計(jì)算并排序,該方法能夠在保留目標(biāo)屬性信息格式的基礎(chǔ)上,比較快速、準(zhǔn)確地對來襲目標(biāo)進(jìn)行威脅評估排序。

2 目標(biāo)屬性選取和分析

表1 空中目標(biāo)的類型及威脅程度[5]

按照多屬性決策的屬性特征分類,敵方的目標(biāo)類型、電磁信號特征、機(jī)動能力以及對水面艦艇的毀傷能力等屬于定性屬性,而目標(biāo)距離、航路捷徑、飛行速度、飛行高度、飛臨時間等等屬于定量屬性。對各指標(biāo)分析如下:

1) 目標(biāo)類型

目標(biāo)的分類,各類目標(biāo)的隸屬度定義如表1所示。

2) 目標(biāo)距離D

目標(biāo)越接近距離越小,威脅程度也就越大,目標(biāo)距離屬于成本型指標(biāo)。

3) 目標(biāo)速度V

空中目標(biāo)的飛行速度是突防能力的重要指標(biāo),直接影響水面艦艇的抗擊攔截次數(shù)。一般來說,飛行速度越大,艦艇能夠抗擊的次數(shù)越少,其威脅程度也越大,目標(biāo)速度屬于效益型指標(biāo)。

4) 目標(biāo)飛行高度H

目標(biāo)飛行高度直接影響水面艦艇對其探測距離,一般來說,目標(biāo)飛行高度越低,水面艦艇對其探測距離越近,威脅程度也就越大,屬于成本型指標(biāo)。

5) 航路捷徑G

航路捷徑是指水面艦艇到空中目標(biāo)航路水平投影的距離。航路捷徑越小,威脅程度也就越大,航路捷徑屬于成本型指標(biāo)。

6) 目標(biāo)毀傷能力K

飛機(jī)類目標(biāo)毀傷能力主要取決于攜帶武器的類型和數(shù)量;導(dǎo)彈類目標(biāo)的毀傷能力主要取決于彈頭當(dāng)量和命中精度這兩個因素。其毀傷能力威脅隸屬度定義如下:

7) 目標(biāo)電磁信號B

通過傳感器捕獲敵方目標(biāo)電磁信號,可以在一定程度上反映出目標(biāo)威脅的緊迫程度。電磁信息主要包括:導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)信號b1、搜索雷達(dá)信號b2、電磁壓制信號b3等[6]。目標(biāo)電磁信號威脅隸屬度定義如下[10]:

3 混合多類型屬性威脅評估模型構(gòu)建

3.1 基本定義與說明

設(shè)來襲目標(biāo)集合為,記N={1,2,…,n};目標(biāo)屬性集合為Γ∶={e1,…,ea,ea+1,…,eb,eb+1,…ec},其中Γ1∶={e1,…,ea}代表實(shí)數(shù)型指標(biāo);Γ2∶={ea+1,…,eb}代表區(qū)間數(shù)型指標(biāo);Γ3∶={eb+1,…,ec}代表模糊三參數(shù)區(qū)間數(shù)型指標(biāo)[7]。則可以得到如下的決策矩陣:

(1)

其中,

(2)

3.2 決策矩陣的規(guī)范化處理

令Γ+代表效益型指標(biāo)集合,Γ-代表成本型指標(biāo)集合。則若ej∈Γ+,有[4]

(3)

若ej∈Γ-,有[4]

(4)

則可以得到規(guī)范化后的加權(quán)決策矩陣為

(5)

3.3 確定理想解與負(fù)理想解

3.4 確定到理想解與負(fù)理想解的距離

到理想解的距離為

(6)

到負(fù)理想解的距離為

(7)

3.5 確定到理想距離的相對貼近度[9]

(8)

4 仿真實(shí)例

設(shè)我方水面艦艇探測到敵方五個空中目標(biāo)T1、T2、T3、T4,T5(電子干擾機(jī)、轟炸機(jī)、導(dǎo)彈、導(dǎo)彈、導(dǎo)彈),經(jīng)數(shù)據(jù)融合得到目標(biāo)的屬性列表如表2所示。

表2 目標(biāo)相對于水面艦艇的屬性值

根據(jù)定性指標(biāo)的隸屬度對應(yīng)關(guān)系,得決策矩陣如表3所示。

表3 決策矩陣

其中,“+”代表指標(biāo)為效益型,“-”代表指標(biāo)為成本型;

利用式(2)～式(4)得規(guī)范化決策矩陣,用主客觀綜合權(quán)重法(本文不再另行闡述)求得的目標(biāo)屬性權(quán)系數(shù)w=(0.20,0.14,0.16,0.22,0.08,0.11,0.09)T對已規(guī)范化的決策矩陣?yán)檬?5)求加權(quán)規(guī)范化矩陣:

由式(6)～式(7)求出到正負(fù)理想解的距離為

Si+=0.5228 1.0418 0.1766 0.2428 0.2761

Si-=0.0536 0.9391 0.4623 0.4833 0.3983

由式(8)計(jì)算相對貼近度為

S*=0.093 0.474 0.724 0.666 0.591

綜上所述,可得出威脅度排序?yàn)?/p>

T3>T4>T5>T2>T1

5 結(jié)語

論文針對水面艦艇防空反導(dǎo)過程中出現(xiàn)的實(shí)數(shù)型、區(qū)間數(shù)型以及模糊三參數(shù)區(qū)間數(shù)型屬性信息情況,設(shè)計(jì)了一種基于TOPSIS算法的能夠直接處理這三種類型屬性信息威脅評估模型。由該仿真實(shí)例可以看出,該威脅評估方法能夠簡便快捷地處理包含實(shí)數(shù)型、區(qū)間數(shù)型以及模糊三參數(shù)區(qū)間數(shù)型屬性信息的目標(biāo)的威脅等級排序問題,對提高水面艦艇防空反導(dǎo)作戰(zhàn)決策的準(zhǔn)確性和科學(xué)性有重要參考價(jià)值。

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Mixed Multi-type Attribute Threat Assessment Model Construction

LEI Xiaojian ZHU Yuemeng TAN Lezu

(Department of Command, Naval Aeronautical Engineering Academy, Yantai 264001)

As the calculation result distortion problems which are caused by the less information about target attributes and unclear internal structure in the target threat assessment, the qualitative type of target attribute information is embodied by fuzzy number interval, and three parameters interval number of indicators are introduced, and the target threat assessment model which can simultaneously deal with information in forms of real number, interval number and fuzzy interval numbers is established, finally the simulation example is given. The simulation results show that the model is in line with the general operational reality, and provides some reference value for improving the accuracy and scientificalness of decision-making in air and missile defense combat of surface ships.

anti-air combat, threat assessment, hybrid multi-attribute decision-making method, TOPSIS

2013年8月6日,

2013年9月27日

雷肖劍,男,碩士研究生,研究方向:防空反導(dǎo)。

TJ81

10.3969/j.issn1672-9730.2014.02.007