基于不完全屬性信息TODIM的預警探測威脅評估

高志揚，?！±?，李　政，李　瑋

(電子工程學院，合肥 230037)

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基于不完全屬性信息TODIM的預警探測威脅評估

高志揚，祝利，李政，李瑋

(電子工程學院，合肥 230037)

摘要：針對傳統(tǒng)多屬性評估方法的局限性，將不完全屬性信息TODIM方法應(yīng)用到預警探測威脅評估中，以提升決策的科學性與針對性。介紹了不完全屬性信息TODIM方法的關(guān)鍵思路與分析步驟，結(jié)合預警探測系統(tǒng)的特性，建立了預警探測系統(tǒng)威脅評估指標體系，闡述了基于不完全屬性信息TODIM評估方法的預警探測威脅評估過程，仿真結(jié)果驗證了該方法的有效性與合理性。

關(guān)鍵詞：不完全屬性信息；TODIM方法；預警探測；威脅評估

0引言

預警探測威脅評估問題是一個復雜的多屬性決策問題，不確定因素很多，需要選擇科學合理的方法解決該問題。TODIM方法源于葡萄牙語Tomada de decisao interativa e multicritévio，意為交互式多屬性決策[1]，該方法以專家經(jīng)驗所提供的描述為基礎(chǔ)依據(jù)，通過計算備選目標相對于其他目標的優(yōu)勢度來對目標進行排序和優(yōu)選，其目的是為決策提供解決方案[2]。

常規(guī)TODIM方法要求屬性信息完全定量表達，但是在眾多的多屬性決策問題中，參與評估的專家通常難以給出目標的完全屬性信息，只能將屬性信息以不完全的形式提供，導致此類問題無法解決[3]。

不完全屬性信息TODIM方法延伸發(fā)展了多屬性決策方法，采用定性不完全屬性矩陣、模糊計算優(yōu)勢度矩陣和目標優(yōu)勢度排序的方法，使得評估結(jié)論更客觀且更具有實用價值，故將其應(yīng)用到預警探測威脅評估中。

1不完全屬性信息TODIM方法簡介

不完全屬性信息TODIM方法用于解決區(qū)間數(shù)表示的屬性值以及專家打分確定屬性權(quán)重的多屬性決策問題，其主要步驟包括：(1)界定不完全屬性信息，即界定該方法將要討論的不完全屬性信息范圍，以區(qū)間數(shù)的形式定義不完全概念；(2)規(guī)范化決策矩陣，即將一般意義上的多屬性決策問題分為成本型與效益型2種，為了便于計算需將成本型規(guī)范化為效益型，鑒于本文討論預警探測威脅評估問題，可歸類為效益型，因此本文不進行規(guī)范化步驟計算；(3)計算相對屬性權(quán)重，即每一目標屬性權(quán)重與所有目標屬性最大值的比值；(4)計算各目標屬性相對于其他目標的優(yōu)勢度矩陣[4]，在本文中將優(yōu)勢度引申為相對威脅程度；(5)計算總體優(yōu)勢度矩陣，即總體威脅程度矩陣；(6)構(gòu)架目標函數(shù)與約束條件模型；(7)求解最優(yōu)化模型；(8)利用歸一函數(shù)對總體優(yōu)勢度排序，即對目標排序。

2預警探測威脅評估指標體系

預警探測系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力主要由預警探測系統(tǒng)的性能、執(zhí)行的作戰(zhàn)任務(wù)與部署以及戰(zhàn)場生存能力所決定。為了便于后續(xù)討論，本文界定對我方同一類目標預警探測，即預警探測系統(tǒng)的威脅程度僅由探測系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力所決定。根據(jù)資料情報和技術(shù)偵察情報，結(jié)合作戰(zhàn)、演習實際，選取探測范圍、探測精度、時效性、同時探測及處理目標數(shù)、探測周期及抗電子攻擊能力6個要素作為威脅評估指標[5]。

2.1　探測范圍

探測范圍是預警探測系統(tǒng)的重要性能指標，是指預警探測系統(tǒng)在規(guī)定獲取的目標特性以及規(guī)定獲取概率條件下探測目標的范圍。對于不同平臺、任務(wù)和性能的探測系統(tǒng)，其探測范圍不同[6]。一般認為，探測范圍越大，對我方軍事行動與軍事目標的了解程度越詳細，威脅程度越高。

2.2　探測精度

探測精度是指預警探測系統(tǒng)對目標測量參數(shù)的真實值與測量值之間的誤差，是最大測量誤差的統(tǒng)計平均值。一般而言，不同探測系統(tǒng)的探測精度有所不同，探測精度越高，對目標的分辨精度就越高。在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭發(fā)現(xiàn)即摧毀的時代背景下，其威脅程度必然與探測精度呈正比關(guān)系。

2.3　時效性

時效性是表示預警探測系統(tǒng)對目標信息獲取及時性的指標，預警探測系統(tǒng)需要盡可能地減少從探測開始到獲取目標信息的所有處理和傳輸過程的總時間。不同預警探測系統(tǒng)，針對應(yīng)用的層面不同，其時效性要求也不盡相同，一般意義上認為，時效性越強，威脅程度越大。

2.4　同時探測及處理目標數(shù)

同時探測及處理目標數(shù)是指預警探測系統(tǒng)在同一時刻對多個目標探測并處理分析的數(shù)目。同時探測及處理目標的數(shù)量越多，對同一批次的作戰(zhàn)目標發(fā)現(xiàn)概率就越大；引導火力打擊能力越強，對我方作戰(zhàn)力量構(gòu)成的威脅就越大。

2.5　探測周期

探測周期是指預警探測系統(tǒng)對同一固定目標從第1次發(fā)現(xiàn)到第2次探測識別的時間。一般意義上認為，第2次的探測并發(fā)現(xiàn)意味著該目標隱蔽性的消失，在戰(zhàn)術(shù)運用階段，探測周期越短威脅程度越高。

2.6　抗電子攻擊能力

抗電子攻擊能力是預警探測系統(tǒng)在電子戰(zhàn)條件下作戰(zhàn)效能發(fā)揮的重要的綜合性指標，既是個技術(shù)問題，又是個戰(zhàn)術(shù)問題，與電子攻擊手段的性能、電子攻擊的策略和預警探測系統(tǒng)自身的性能和作戰(zhàn)特性都有關(guān)。預警探測系統(tǒng)抗電子攻擊能力越強，其抗電子干擾和抗實體摧毀能力亦越強，因此其對我方目標的威脅程度越大[7]。

3預警探測系統(tǒng)威脅評估步驟

3.1　提供預警探測系統(tǒng)指標參數(shù)

敵方預警探測系統(tǒng)的指標參數(shù)主要來源于資料情報與技術(shù)偵察情報，其主要指標體系已在上節(jié)中闡述。由于對戰(zhàn)技參數(shù)的量化，本文采用Delphi咨詢法確定效能指標[8]。其基本程序為：確定目標，選擇專家，設(shè)計評估意見征詢表，專家信息反饋。

具體做法是在對所要評估的問題征得專家的意見之后，進行整理、歸納、統(tǒng)計，再匿名反饋給各專家；再次征求意見，再集中，再反饋，直至得到收斂、基本一致的結(jié)果，其流程圖如圖1所示[9]。

預警探測系統(tǒng)參數(shù)以規(guī)范表格的形式提供，如表1所示。專家根據(jù)系統(tǒng)指標參數(shù)，根據(jù)自身經(jīng)驗以及系統(tǒng)作戰(zhàn)能力采取上述介紹的Delphi咨詢法對其指標參數(shù)進行量化，根據(jù)TODIM評估方法對應(yīng)比較，將屬性信息等值替換為威脅程度。

圖1　Delphi咨詢法流程圖

3.2　量化預警探測系統(tǒng)指標參數(shù)

表1　指標參數(shù)表格

表2　屬性信息描述圖

而由于專家知識與能力的局限性或任務(wù)的時間局限性，導致專家無法對所有指標參數(shù)進行量化打分，因此部分威脅程度axy的值將以式(1)、式(2)或式(3)的形式表達[10]：

axy≥λazy,x,z∈I,x≠z,y∈J,λ∈R+

(1)

α-≤axy≤α+,x∈I,y∈J,α-,α+∈R+

(2)

u-azy≤axy≤u+azy,x,z∈I,x≠z,y∈J,u-,u+∈R+

(3)

3.3　確定預警探測系統(tǒng)相對威脅程度權(quán)重

3.4　計算各預警探測系統(tǒng)屬性相對威脅程度與總體相對威脅程度

在常規(guī)不完全屬性信息TODIM方法中，用優(yōu)勢度表示方案的優(yōu)劣程度，本文借助該方法對預警探測系統(tǒng)威脅程度進行評估。因此，優(yōu)勢度在本文理解為相對威脅程度概念，相對威脅程度越高,對我方威脅越大。根據(jù)公式(3)可得出系統(tǒng)Mx相對于系統(tǒng)Mz關(guān)于屬性Ny的相對威脅程度sy(Mx,Mz)：

(4)

(5)

系統(tǒng)Mx的總體相對威脅程度為：

(6)

3.5　構(gòu)建預警探測系統(tǒng)最大相對威脅程度擇定模型

預警探測系統(tǒng)總體相對威脅程度越大，意味著探測能力越強，對我方威脅程度越大，因此應(yīng)從多個目標中比較出威脅最大目標，并及時采取防護與對抗措施。因此根據(jù)公式建立最大威脅程度模型，根據(jù)公式(7)建立約束條件，利用MATLAB2013a對模型求解[12]:

(7)

3.6　預警探測系統(tǒng)相對威脅程度排序

作戰(zhàn)過程中，需要對敵方預警探測系統(tǒng)總體相對威脅程度進行排序，以便確定我方火力打擊與電子進攻的目標，因此根據(jù)總體威脅程度對預警探測系統(tǒng)排序顯得尤為重要。根據(jù)公式(8)規(guī)范化已求出的總體威脅程度，按照F(Mx)的值從大到小的順序進行排序，依序列對應(yīng)排序各參評預警探測系統(tǒng)，則：

(8)

F(Mx)的值越大，相應(yīng)的目標Mx優(yōu)勢度越高。因此，根據(jù)F(Mx)值的大小，對目標進行排序。

4案例模擬仿真

某次聯(lián)合登陸進攻作戰(zhàn)中，根據(jù)我方預先偵察與資料情報所收集的敵方預警探測系統(tǒng)戰(zhàn)技術(shù)性能參數(shù)，我方指揮員需對已掌握的6種預警探測系統(tǒng)對我方威脅程度進行排序，以便進一步?jīng)Q策擇定首輪打擊對象，具體系統(tǒng)參數(shù)如表3所示。

為了提高決策的可靠性，使決策結(jié)果具有充分可靠的依據(jù)，在作戰(zhàn)時間允許范圍內(nèi)，采用Delphi咨詢法進行評估打分。由于時間的緊迫性與專家的知識經(jīng)驗局限性，專家給出了部分不完全屬性值，具體內(nèi)容如表4所示。

表3　預警探測系統(tǒng)參數(shù)表

表4　預警探測系統(tǒng)評估數(shù)值表

其次，根據(jù)公式(7)建立優(yōu)化模型和確定約束條件：

用MATLAB 2013a求解上述優(yōu)化模型，得到?jīng)Q策矩陣

根據(jù)公式(3)計算出每2類系統(tǒng)的相對威脅程度矩陣：

根據(jù)公式(6)將相對威脅程度規(guī)范化為排序矩陣，以便對預警探測系統(tǒng)進行排序比較：

F=[F(M1),F(M2),F(M3),F(M4),F(M5),F(M6)]=[0.116 9,1,0.969 3,0.651 2,0,0.667 4],因此案例中的預警探測系統(tǒng)對我方造成的威脅程度排序為如圖2所示。

圖2　預警探測系統(tǒng)威脅程度排序

因此，對我方造成威脅的預警探測系統(tǒng)由高到低排序依次為M2>M3>M6>M4>M1>M5，我方指揮員可以此為依據(jù)適時采取火力打擊或電磁攻擊手段，增強對電磁頻譜的控制能力。

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Threat Evaluation of Early Warning Detection Based on

Incomplete Attribute Information TODIM

GAO Zhi-yang,ZHU Li,LI Zheng,LI Wei

(Electronic Engineering Institute,Hefei 230037,China)

Abstract:Aiming at the localization of traditional multi-attribute evaluation methods,the incomplete attribute information TODIM method is applied to the threat evaluation of early warning detection to enhance the scientificity and pertinency of decision-making.This article introduces the critical thinking and analysis steps of incomplete attribute information TODIM method,combining with the characteristics of early warning detection system,establishes the index system of threat evaluation for early warning detection system,expatiates the threat evaluation process of early warning detection based on incomplete attribute information TODIM method.The simulation results verify the validity and rationality of this method.

Key words:incomplete attribute information;TODIM method;early warning detection;threat evaluation

收稿日期:2015-07-31

DOI:10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.05.013

中圖分類號：TN971.1

文獻標識碼：A

文章編號：CN32-1413(2015)05-0058-05