模糊綜合評判在電子對抗決策系統的應用

謝 軍

(中國電子科技集團公司第五十四研究所,河北石家莊050081)

0 引言

電子對抗決策控制要具有很強的時效性,大量的偵察情報若不能及時處理并做出正確的指揮決策,將會坐失良機,授機于敵。特別是在現代戰爭中,電磁領域中的對抗遠比其他領域明顯、頻繁和激烈。在一個師級戰術地幅內同時工作的輻射源可能有成百上千。通信速度越來越快,而通信對抗的反應時間必須要小于通信時間,這對決策控制時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,讓計算機參與自動或輔助完成決策是一條必由之路。另外,通信對抗決策控制要具有嚴謹的科學性。高技術條件下通信對抗作戰,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指戰員實際的個人水平,指揮決策的隨意性大。僅憑單一的指戰員人工指揮決策方式難以滿足作戰需要,讓計算機自動指揮控制設備能夠對各通信對抗的情報、信息和數據進行分析,得出較為科學的指揮控制決策或提供決策輔助信息。

1 輔助決策器體系結構分析

構建通信對抗干擾輔助決策器,首先要選取適合于通信對抗決策的數學方法,研究應用該數學方法來解決決策問題。

1.1 建模方法選取

對于通信對抗領域而言,對偵察目標的重要性判斷是一個不確定的、模糊的問題,沒有一個固定的定理、公式、規則可以清晰地進行推導、闡述和說明。只能通過大量的演習、實踐和實驗進行總結、探索。在紛繁復雜、瞬間萬變的戰場通信與通信對抗這一對矛盾中,作為對抗方能否做出始終如一的、正確的選擇,包含著充滿不確定性決策過程的本質。在這樣諸多不確定的因素條件下進行目標重要性的判斷,并做出客觀的、正確的決策,需要應用模糊數學的理論。運用模糊綜合評判的方法是解決這一不確定性決策較為合適的途徑。

1.2 干擾輔助決策器結構

干擾模糊輔助決策器采用模糊綜合評判的原理和理論方法,結合通信對抗戰場決策控制所固有的內在規律和特點,設計了一個多級模糊綜合評判系統,其結構如圖1所示。該系統的信息處理分為3個階段:敵目標信息的相關處理、多級模糊綜合評判和信息后處理。

圖1 干擾輔助決策器結構

1.3 體系結構分析

確定對一個具體敵臺目標的干擾優先等級,主要的任務是確定該目標的重要性程度。為了分析和評估偵測站截獲到的每一個敵目標信號的重要性程度,需要建立一個指標體系來評價其綜合重要性級別。根據通信對抗的固有特點和團營級戰術通信電臺的通聯特征,對于目標電臺的干擾優先等級和敵目標重要性的判斷建立了一個層次指標(因素)體系如圖2所示。

圖2 模糊綜合評判指標(因素)體系

2 數學模型的建立

模糊綜合評判是模糊數學應用的一個重要分支,用來對具有多個相互干擾因素構成的復雜系統進行評價的有效方法。對指標的單項評價和對于多層次因素構成的整個評判系統均使用該方法,構成了一個多級綜合評判系統。建立干擾優先等級模糊綜合評判模型的過程和步驟如下:

①建立各級評價因素集U;

②建立評判集 V;

③分別建立各級從U到V模糊映射模型;

④構成模糊評價矩陣方法;

⑤給出各級評價因素權重;

⑥計算各級評價向量方法;

⑦模糊變換具體模型選取。

2.1 建立因素集 U和各級評判集V

根據上述介紹的通信對抗模糊綜合評判器的體系分析,可分別建立各級評價因素集合。

考慮各級評判的精度需求和計算的一致性,系統內各級指標的評判集均定為5級,

針對各級指標(因素),v1～v5含義不盡相同。例如v1在目標重要性等級評判時,表示“很高”;而在目標與重點信號目標庫符合程度特性評判時,又表示“很符合”等。

2.2 建立各單因素評判構成模糊評價矩陣

建立各級從 U到V的模糊映射關系:

建立各級評判指標的單因素評判模型和相應算法是研究本模糊綜合評判系統一項較為復雜的工作。每個評判因素特征各不相同,需逐個分析。這里給出建立這些模型的基本方法,如圖3表示。

圖3 建立各級單因素評判模型方法

2.3 給出各級評價因素權重

由于在 U的每一級中各因素重要程度各不相同,需要分別對這4級中每一個評價因素賦予不同的權重系數。它們為各級 U上的一個模糊子集=,且需歸一化

2.4 計算各級評價向量進行綜合評判

在求出各級模糊評價矩陣R～和給出A～后,則干擾等級的綜合評判向量為:

2.5 模糊變換具體模型的選取

2.6 計算綜合評價值,推出評判結果

按照變換 C=B?VT可得出綜合評價結果(得分)C,對每個正在活動的目標信號都分別求取它的評價得分,然后按得分由大到小排序,就可以得到優先干擾哪個目標的決策序列,提交指揮員。

3 各級因素的分析模型

上述提到各級因素評判模型及其相應算法是一項繁雜的工作,需要根據實際情況進行綜合設計和分析,這里選取幾個典型因素加以說明。

3.1 敵目標地域特性模型分析

目標電臺地域特性指標主要是考察目標的地域特征,該特征是對敵目標識別的重要依據。兩軍對壘時敵軍方位已確定。因此在進行目標重要性識別時,要考慮地域優先的原則,即把地域特征作為目標識別的重要依據,具體信息流程如圖4所示。

圖4 敵目標地域特性分析流程

首先確定重點地域,然后按方位角劃分作戰任務給每個干擾站,每個干擾站都有一個相應的重點作戰區域,用方位角和縱深表示。每個站控收區域的界限是模糊的,它是一個范圍,而不是一個精確數值。

方位角特性模型分析就是要根據目標信號的特征參數來確定它屬于干擾站控收方位角范圍的程度。可定義目標方位角特性模糊子集的隸屬函數如下。

不妨設 0＜θmin＜θ1＜θ2＜θmax,有

式中,

目標方位角特性模糊子集的隸屬函數如圖5所示。

圖5 目標方位角特性模糊子集的隸屬函數

3.2 目標換頻特性分析

目標換頻特性有以下3個判據因素:目標換頻時差特性因素、目標換頻方位差特性和目標換頻頻差特性因素,它們構成了整個綜合評判系統的第4級評判。目標換頻特性評判信息流程如圖6所示。

圖6 目標換頻特性評判信息流程

換頻時差特性因素是考察目標信號換頻時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,而最長應不超過10 s。因而可建立目標換頻時差模糊子集隸屬函數為:

4 結束語

采用模糊綜合評判的理論方法,設計了應用于通信對抗系統中的智能輔助決策器,建立了通信對抗干擾智能模糊綜合評判的數學模型,給出了實際算法,該決策控制器的研制為電子對抗裝備的指揮決策自動化和半自動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能力,從而在某種意義上說可提高整個系統的作戰效能。

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