模糊專家理論在炮兵指揮控制系統(tǒng)中的運(yùn)用

孫凌峰+李獻(xiàn)軍+柯寶弟

摘??要：針對(duì)炮兵指揮控制系統(tǒng)在作戰(zhàn)訓(xùn)練中遇到的問(wèn)題，在科學(xué)地分析了影響效果和相關(guān)因素的基礎(chǔ)上，依據(jù)模糊專家理論的方法和原理，設(shè)計(jì)了相關(guān)的運(yùn)用決策框架，并提出了運(yùn)用規(guī)則。

關(guān)鍵詞：模糊專家理論;指揮控制系統(tǒng);運(yùn)用規(guī)則;炮兵

中圖分類號(hào)：E917?????????????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.027

在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中，炮兵作戰(zhàn)的對(duì)象會(huì)越來(lái)越多，其地位也會(huì)越來(lái)越重要。指揮控制系統(tǒng)具有活動(dòng)空間廣闊、信息量大、時(shí)效性突出的特點(diǎn)。要想實(shí)施精確指揮來(lái)應(yīng)對(duì)多變的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，手工作業(yè)的傳統(tǒng)方式已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)快節(jié)奏的要求。這就要求炮兵作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)要有較高的自適應(yīng)處理能力和自動(dòng)化分析、決策能力，讓指揮員和其他人員可以從冗繁的事務(wù)中抽出更多的時(shí)間和精力去完成其他任務(wù)。炮兵指揮控制系統(tǒng)向人機(jī)結(jié)合的自動(dòng)化系統(tǒng)轉(zhuǎn)變是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，尤其是在高技術(shù)條件下的局部戰(zhàn)爭(zhēng)中，它顯得尤為重要，比如伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中的美軍炮兵指揮控制系統(tǒng)的成功運(yùn)用。模糊專家系統(tǒng)是解決帶有模糊信息的重要手段之一，也是必然選擇。由于炮兵作戰(zhàn)訓(xùn)練中收到的部分信息是模糊、不清晰、不完善的，因此，炮兵指揮控制系統(tǒng)在作戰(zhàn)訓(xùn)練等輔助決策中具有廣闊的運(yùn)用前景和重要的現(xiàn)實(shí)意義。所以，設(shè)計(jì)、研究炮兵決策模糊專家系統(tǒng)是為了適應(yīng)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，不斷完善炮兵作戰(zhàn)指揮體系。

1??系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

炮兵指揮控制系統(tǒng)中的模糊專家系統(tǒng)模塊包括前端偵察信息獲取和模糊專家系統(tǒng)兩大部分，這兩部分相輔相成、相互融合。

在模糊專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，信息獲取工具是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)收發(fā)和管理信息的主要模塊，它可以實(shí)現(xiàn)炮兵戰(zhàn)場(chǎng)、訓(xùn)練場(chǎng)等信息的偵收、添加、刪除、修改、更新、排序和比較等功能。目前的初級(jí)指揮系統(tǒng)僅能實(shí)現(xiàn)信息的獲取和并入，其他都是由人工完成的，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化。綜合數(shù)據(jù)庫(kù)用于存放炮兵戰(zhàn)場(chǎng)和訓(xùn)練場(chǎng)等態(tài)勢(shì)信息，包含數(shù)量、型號(hào)、狀態(tài)、部署位置、性能指標(biāo)、人員和天氣等信息。這些信息狀態(tài)會(huì)隨著事態(tài)的發(fā)展不斷變化、更新，以適應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)的需求，而這些變化本該由系統(tǒng)自動(dòng)完成。同時(shí)，還可以根據(jù)規(guī)則得到相關(guān)的結(jié)論和解釋，由系統(tǒng)回答運(yùn)行過(guò)程記錄等。模糊推理機(jī)利用信息庫(kù)中的信息，依據(jù)一定的規(guī)則，模糊推理經(jīng)過(guò)模糊化處理后的信息，然后執(zhí)行模糊匹配、篩選、更新和刪除等操作。它的結(jié)論有固定格式，與信息庫(kù)中的信息表示相對(duì)應(yīng)，但是，與其具體內(nèi)容無(wú)關(guān)，因此，信息庫(kù)的擴(kuò)展不影響推理的實(shí)現(xiàn)。人機(jī)接口是系統(tǒng)與外界交流信息的專用通道，包括系統(tǒng)與用戶、專家的信息溝通和交換。

2??系統(tǒng)表示形式

炮兵指揮控制系統(tǒng)中的模糊專家系統(tǒng)采用的是目前應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)生式信息表示法。該方法的表示方式與人類思維方式相似，具有信息維護(hù)簡(jiǎn)單、更新速度快、操作靈活等特點(diǎn)，同時(shí)，還具有很強(qiáng)的擴(kuò)展能力并向下兼容。其模糊規(guī)則表示為：

Rule;e1（W1）Λe2（W2）…Λen（Wn）.?????（1）

式（1）中：e1，e2，…en為規(guī)則中各模糊前提條件，例如，攻擊目標(biāo)的參數(shù)信息，主要包括目標(biāo)數(shù)量、平臺(tái)屬性、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)方向和人員裝備等信息;W1，W2，Wn為各信息參數(shù)在籌劃過(guò)程中所占的權(quán)重，這既是參數(shù)重要程度的度量指標(biāo)，也是平臺(tái)威脅度判定的重要參考。

各信息參數(shù)的取值范圍為0≤Wi≤1，i=1，2，…n，并且滿足以下條件：

.??????????????????（2）

在實(shí)際運(yùn)用的過(guò)程中，用表示ei的獲取測(cè)量值，真值往往無(wú)法獲取，用T（ei）表示，0≤T（ei）≤1?.?當(dāng)T（ei）=0時(shí)，表示ei為假;T（ei）=1時(shí)，表示為真。一般情況下，T（ei）處于0和1之間。用H表示情況分析的中間結(jié)果或最終結(jié)果的結(jié)論，CF（H，e）表示規(guī)則的置信度，本質(zhì)是一條件假設(shè)，意義為當(dāng)前提條件ei為真時(shí)，結(jié)論H真實(shí)情況的可信程度。0≤CF（H，e）≤1，CF（H，e）的值越大，表示條件ei為真時(shí)的可信程度越高，反之越低。在系統(tǒng)中設(shè)置一閾值λ，當(dāng)真值T（ei）≥λ時(shí)，規(guī)則被激活，系統(tǒng)正常運(yùn)行。

上述方案的關(guān)鍵是建立決策與目標(biāo)狀況之間的隸屬關(guān)系。設(shè)二者向量為Q=（q1，q2，…qn）和E=（e1，e2，…en），根據(jù)專家系統(tǒng)模型確定Q到E的模糊關(guān)系，即：

R=（υij）m×n.???????????????（3）

式（3）中：R為決策關(guān)系矩陣;υij為第i種決策方案對(duì)第j類目標(biāo)狀況的隸屬度。

Q=EoR.??????????????????（4）

式（4）中：o為算子。

3??系統(tǒng)運(yùn)用規(guī)則

針對(duì)信息的模糊表示，該系統(tǒng)用計(jì)算歸一化相關(guān)系數(shù)的方法來(lái)衡量2個(gè)模糊概念的相似程度。相關(guān)系數(shù)越小，表示越不相似，反之則越大。當(dāng)其大于設(shè)定的閾值λ時(shí)，可以認(rèn)為二者是匹配的，可以應(yīng)用文獻(xiàn)3計(jì)算歸一化相關(guān)系數(shù)的公式。設(shè)E和E'分別表示U={u1，u2，un}論域上的對(duì)應(yīng)模糊集合，用式（5）計(jì)算匹配度δmatch（E，E'）∶1-d（E，E?'）.

綜合匹配度計(jì)算公式為：

.???????????（5）

則E和E'的匹配度為：δmatch（E，E?'）：=min{δmatch（E1，E?'1），δmatch（E2，E?'2），δmatch（E3，E?'3），…δmatch（En，E?'n）}.

如果匹配度大于閾值?，則認(rèn)為其是匹配的，并將該方案放入綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中。否則，要繼續(xù)調(diào)整參數(shù)，讓系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。在推理過(guò)程中，應(yīng)依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，剔除明顯的、不符合常規(guī)的情況，避免錯(cuò)判和漏判，從而減少運(yùn)行時(shí)間，選擇最優(yōu)的方案。

4??結(jié)束語(yǔ)

將專家判斷系統(tǒng)與模糊理論相結(jié)合，應(yīng)用設(shè)計(jì)炮兵指揮控制系統(tǒng)是信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的一個(gè)重要趨勢(shì)，它能很好地解決信息的模糊和不確定、不完善的問(wèn)題，對(duì)炮兵部隊(duì)快速反應(yīng)能力的建設(shè)具有重要的意義和使用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]蓋宗源，程國(guó)建.模糊專家系統(tǒng)在鉆井風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2009，19（1）：225-227.

[2]何新貴.模糊知識(shí)處理的理論與技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1994.

[3]王昭，徐海峰，張旭東.模糊理論在艦艇防空指揮系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].火力與智慧控制，2012，37（6）：77-79.

[4]何新貴.知識(shí)處理與專家系統(tǒng)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1990.

〔編輯：白潔〕

Fuzzy?Expert?Theory?Artillery?Command?and?Control?Systems?in?Use

Sun?Lingfeng，?Li?Xianjun，?Ke?Baodi

Abstract：?For?questions?artillery?command?and?control?systems?encountered?in?combat?training?in?the?scientific?analysis?of?the?impact?and?effectiveness?on?the?basis?of?relevant?factors，?based?on?the?theory?of?fuzzy?expert?and?principles，?design?decisions?related?to?the?use?of?the?framework，?and?proposed?use?rules.

Key?words：?fuzzy?expert?theory;?command?and?control?systems;?use?rules;?artillery