一種基于層次分析法的紅外多目標威脅等級評估方法研究?

（華中光電技術研究所-武漢光電國家研究中心 武漢 430223）

1 引言

現代空戰中，被動式紅外多目標探測成為隱蔽探測的主要手段之一。單站紅外探測設備由于探測方式不同，只能給出舷角、高低角和灰度等目標信息，無法提供常規多目標威脅等級排序需要的目標距離、飛行高度等信息［1～5］，這給多目標威脅等級排序帶來很大困難，制約了單站紅外探測設備的作戰效能。

層次分析法是一種多準則思維的方法，該方法具有定性分析和定量分析相結合的特點，能對目標結構復雜、必要數據間關聯缺乏的復雜問題進行層次化、數量化分析，通過建立層次結構模型、進行一系列矩陣運算等，達到對這類復雜問題進行科學合理的有效評估目的。本文旨在通過研究單站紅外探測設備給出的目標信息，采用層次分析法對紅外多目標進行威脅等級評估研究，提高設備的作戰效能［6～7］。

2 影響紅外多目標威脅等級評估的主要因素

針對紅外探測設備的目標信息，從以下六個方面分析紅外目標各影響因素與紅外目標威脅等級的關系。

1）舷角。掠海飛機對艦艇水線以下部位的打擊給艦艇的安全造成極大威脅，來襲目標的舷角越接近90°或270°威脅等級越大。當目標舷角為θ時，不同來襲目標的舷角威脅等級屬性可用|sinθ|來代替。

2）舷角角速度。舷角角速度變化越小威脅等級越大。

3）高低角。零度角左右為掠海飛機，對艦船的威脅等級很大。

4）高低角速度。高低角速度越大，威脅等級越大。

5）灰度。灰度越大，目標威脅等級越大。

6）灰度變化率。灰度變化率越大，說明目標運動越快，威脅也越大。

3 建立AHP模型基本步驟［8～11］

1）建立層次結構模型

通過研究紅外探測設備探測到的目標參數，確定了用于目標威脅等級評估的六個主要影響因素（舷角、舷角角速度、高低角、高低角速度、灰度、灰度變化率），建立紅外多目標威脅等級評估層次結構模型，如圖1所示。

圖1 紅外多目標威脅等級評估層次結構模型

2）構造成對判斷矩陣

成對判斷矩陣元素值表示的是準則層所支配的目標層各個目標之間針對某一準則的相對重要性。用aij表示第i個因素相對于第j個因素的比較結果，采用Saaty提出的九標度法［12］構造紅外目標屬性的成對判斷矩陣A。

3）計算單排序權向量及一致性檢驗

隨機一致性指標尺的值如表1所示。

表1 隨機一致性指標RI數值

4）計算總排序權向量及一致性檢驗

4 應用舉例

假定紅外探測設備發現6個來襲目標，目標數據如表2所示。

表2 來襲紅外目標數據

1）確定紅外目標屬性權重向量

定性分析紅外目標各屬性在威脅等級評估中的相對重要程度，通過專家調查法及九標度法進行處理。咨詢多位長期在該領域從事相關工作的專家，確定成對判斷矩陣并求得各屬性的權重vi，如表3所示。

根據以上成對判斷矩陣，可以求得最大特征根λmax＝6.1854，進行一致性檢驗。

當n=6時，RI值查表可知為1.24，則一致性檢驗值為

CR＝CI/RI＝0.03708/1.24=0.0299<0.1，滿足一致性要求。

該成對判斷矩陣最大特征根對應的特征向量經過歸一化處理，即得目標各屬性的權重向量為V=（0.3966 0.2472 0.1616 0.1072 0.0554 0.032）

表3 成對判斷矩陣

2）確定各目標屬性下的判斷矩陣及其相對權重向量。

在判斷矩陣建立過程中，高低角數據及舷角要經過合理化轉換后，才用于判斷矩陣的建立。其中高低角轉換時，以一組目標中高低角最小的值為基準進行轉換；舷角用角度正弦的絕對值代替。

以屬性高低角下的判斷矩陣建立為例，首先將高低角數據進行轉換，轉換后表2中所示目標的高低角數據變為（0.03，0.56，0.36，0.19，0.045，0.05），據此建立的關于高低角屬性的判斷矩陣如表4所示。

表4 高低角屬性下的判斷矩陣

計算可得高低角屬性下目標的相對權重w3為w3＝（0.3904 0.0209 0.0325 0.0616 0.2603 0.2342）T

同樣方法可求得其余幾個目標屬性下的相對權重向量為

可得這6個目標在各屬性下的相對權重矩陣為

3）總的威脅等級評估向量M的求取

當求得紅外目標各屬性間的相對權重向量和紅外目標數據在各屬性下的相對權重矩陣后，即可求得該組目標的威脅等級評估矩陣M為

由向量M值可知，這6個紅外目標的威脅等級大小關系為

目標5>目標6>目標2>目標1>目標4>目標3

5 結語

針對紅外多目標威脅等級評估問題，本文提出一種基于層次分析法的目標威脅評估方法。基于紅外目標數據的六個屬性，利用層次分析法定性與定量相結合的特點，解決紅外目標各屬性間彼此獨立而造成的威脅等級評估困難問題。經研究，紅外多目標威脅等級評估是符合層次分析法原理的應用實例，利用層次分析法原理建立紅外多目標威脅等級評判準則是科學、合理、切實可行的。