混合多類型屬性威脅評估模型構建*

雷肖劍 朱悅萌 譚樂祖

(海軍航空工程學院指揮系 煙臺 264001)

混合多類型屬性威脅評估模型構建*

雷肖劍 朱悅萌 譚樂祖

(海軍航空工程學院指揮系 煙臺 264001)

針對目標威脅評估中目標屬性存在信息量少、內部不清晰等導致計算結果失真的問題,論文以模糊區間數形式表示目標屬性信息中的定性信息,引入三參數區間數指標,建立了能同時處理實數型、區間數型及模糊三參數區間數形式的目標威脅評估模型。最后給出仿真實例,計算結果符合一般作戰實際,對提高水面艦艇防空反導作戰決策的準確性和科學性有一定的參考價值。

防空反導; 威脅評估; 混合多類型屬性; TOPSIS法

Class Number TJ81

1 引言

在現代水面艦艇編隊防空反導作戰信息化對抗日益激烈的今天,傳統的針對于一種信息格式設計的威脅評估方法已不能很好地滿足目標威脅程度量化分析對準確性和科學性的要求,因而有必要設計一種能夠直接集結多種類型目標屬性值的威脅評估方法。

文獻[1]通過采用語言變量的Vague值對定性指標進行表示,運用經典TOPSIS方法計算各目標的綜合威脅值,克服了傳統模糊集不能表達非隸屬函數的缺陷。文獻[2]針對目標屬性信息存在不確定性的特點,采用混合精確型指標和模糊區間型指標的決策模型。文獻[3～4]對TOPSIS方法求解目標評價排序模型進行了深入的研究。文獻[5]對引入三參數區間數的多屬性決策方法進行了研究。本文在以上研究成果的基礎上,以模糊區間數形式表示目標屬性信息中定性信息,引入三參數區間數指標,一方面,解決二參數的區間數含有的信息量過少,內部不清晰,最終計算結果失真的問題;另一方面,有效簡化計算過程,減少了不確定性和排序的復雜性。最后,將實數型、區間數型及模糊三參數區間數形式的目標屬性信息規范化,然后基于理想點多指標決策原理,對包含混合型多類型屬性目標的威脅程度值進行計算并排序,該方法能夠在保留目標屬性信息格式的基礎上,比較快速、準確地對來襲目標進行威脅評估排序。

2 目標屬性選取和分析

表1 空中目標的類型及威脅程度[5]

按照多屬性決策的屬性特征分類,敵方的目標類型、電磁信號特征、機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。對各指標分析如下:

1) 目標類型

目標的分類,各類目標的隸屬度定義如表1所示。

2) 目標距離D

目標越接近距離越小,威脅程度也就越大,目標距離屬于成本型指標。

3) 目標速度V

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

4) 目標飛行高度H

目標飛行高度直接影響水面艦艇對其探測距離,一般來說,目標飛行高度越低,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。

5) 航路捷徑G

航路捷徑是指水面艦艇到空中目標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。

6) 目標毀傷能力K

飛機類目標毀傷能力主要取決于攜帶武器的類型和數量;導彈類目標的毀傷能力主要取決于彈頭當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) 目標電磁信號B

通過傳感器捕獲敵方目標電磁信號,可以在一定程度上反映出目標威脅的緊迫程度。電磁信息主要包括:導彈末制導雷達信號b1、搜索雷達信號b2、電磁壓制信號b3等[6]。目標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建

3.1 基本定義與說明

設來襲目標集合為,記N={1,2,…,n};目標屬性集合為Γ∶={e1,…,ea,ea+1,…,eb,eb+1,…ec},其中Γ1∶={e1,…,ea}代表實數型指標;Γ2∶={ea+1,…,eb}代表區間數型指標;Γ3∶={eb+1,…,ec}代表模糊三參數區間數型指標[7]。則可以得到如下的決策矩陣:

(1)

其中,

(2)

3.2 決策矩陣的規范化處理

令Γ+代表效益型指標集合,Γ-代表成本型指標集合。則若ej∈Γ+,有[4]

(3)

若ej∈Γ-,有[4]

(4)

則可以得到規范化后的加權決策矩陣為

(5)

3.3 確定理想解與負理想解

3.4 確定到理想解與負理想解的距離

到理想解的距離為

(6)

到負理想解的距離為

(7)

3.5 確定到理想距離的相對貼近度[9]

(8)

4 仿真實例

設我方水面艦艇探測到敵方五個空中目標T1、T2、T3、T4,T5(電子干擾機、轟炸機、導彈、導彈、導彈),經數據融合得到目標的屬性列表如表2所示。

表2 目標相對于水面艦艇的屬性值

根據定性指標的隸屬度對應關系,得決策矩陣如表3所示。

表3 決策矩陣

其中,“+”代表指標為效益型,“-”代表指標為成本型;

利用式(2)～式(4)得規范化決策矩陣,用主客觀綜合權重法(本文不再另行闡述)求得的目標屬性權系數w=(0.20,0.14,0.16,0.22,0.08,0.11,0.09)T對已規范化的決策矩陣利用式(5)求加權規范化矩陣:

由式(6)～式(7)求出到正負理想解的距離為

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,可得出威脅度排序為

T3>T4>T5>T2>T1

5 結語

論文針對水面艦艇防空反導過程中出現的實數型、區間數型以及模糊三參數區間數型屬性信息情況,設計了一種基于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。由該仿真實例可以看出,該威脅評估方法能夠簡便快捷地處理包含實數型、區間數型以及模糊三參數區間數型屬性信息的目標的威脅等級排序問題,對提高水面艦艇防空反導作戰決策的準確性和科學性有重要參考價值。

[1] 彭方明,刑清華,王三濤.基于Vague集TOPSIS法的空中目標威脅評估[J].電光與控制,2010,17(10):23-27.

[2] 程明,周德云,張堃.基于混合型多屬性決策方法的目標威脅評估[J].電光與控制,2010,17(1):11-13.

[3] 張堃,周德云.基于熵的TOPSIS法空戰多目標威脅評估[J].系統工程與電子技術,2007,29(9):1493-1495.

[4] Abdollah, Mahdi. Seclusion-Factor Method to solve fuzzy-multiple criteria decision-making problems[J]. IEEE Trans on Fuzzy Systems,2011,19(2):201-209.

[5] 胡啟洲,張衛華,于莉.三參數區間數研究及其在決策分析中的應用[J].中國工程科學,2007,9(3):47-51.

[6] 王永春,李登峰,劉常濤.基于航跡線索的艦艇編隊防空威脅估計模型[J].海軍大連艦艇學院,2007,30(5):13-16.

[7] 逯宏亮,歐建軍.協同空戰中目標的威脅判定方法[J].電光與控制,2005,12(6):8-11.

[8] 姜長生,丁全心,王建剛,等.多機協同空戰中的威脅評估與目標分配[J].火力與指揮控制,2008,11(11):8-12.

[9] 董彥非,郭基聯,張恒喜.多機空戰目標威脅評估算法[J].火力與指揮控制,2002,10(4):73-76.

[10] 唐志剛,趙建國,張超.灰色關聯度分析法評判目標威脅度[J].火力與指揮控制,2004,6(增刊):79-80.

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。

TJ81

10.3969/j.issn1672-9730.2014.02.007