基于組合賦權(quán)和正態(tài)云模型的電子對抗系統(tǒng)健康狀態(tài)評估

關(guān)鍵詞：電子對抗系統(tǒng)；健康狀態(tài)評估；正態(tài)云模型；組合賦權(quán)

中圖分類號：ＴＪ０７ 文獻標志碼：Ａ DOI：１０．１２３０５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１-５０６Ｘ．２０２４．１２．２２

０引言

機載電子對抗系統(tǒng)是軍用飛機應(yīng)對復(fù)雜電磁環(huán)境、進行電子戰(zhàn)的必要系統(tǒng)，在當前的戰(zhàn)爭形態(tài)下發(fā)揮著舉足輕重的作用［１］，其健康狀態(tài)直接影響飛機作戰(zhàn)能力。然而，當前機載電子對抗系統(tǒng)健康狀態(tài)缺乏科學(xué)合理的評估方法，難以準確掌握其健康狀態(tài)，導(dǎo)致使用和維修保障壓力急劇增大。因此，有必要開展機載電子對抗系統(tǒng)健康狀態(tài)評估方法研究，為其作戰(zhàn)使用和保障決策提供有力支撐。

通過文獻檢索，目前健康狀態(tài)評估方法可分為模型驅(qū)動法、數(shù)據(jù)驅(qū)動法和知識驅(qū)動法［２］，其中模型驅(qū)動法具有時空復(fù)雜度較低、物理意義清晰等優(yōu)點，但對數(shù)學(xué)解析建模的完整性和準確性要求較高，在評估零部件的健康狀態(tài)時表現(xiàn)較好［３］。數(shù)據(jù)驅(qū)動法具有客觀性強、準確度高等優(yōu)點［４］，但高度依賴龐大的數(shù)據(jù)集，可解釋性較差，如高殿柱等［５］基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提出綜合長期和短期混合特征的健康狀態(tài)評估方法，且該法通常需要結(jié)合仿真開展［６］。知識驅(qū)動法不受評估對象限制，具有時空復(fù)雜度低、普適性較好等優(yōu)點，如李鑫等［７］采用改進層次分析（ａｎａｌｙｔｉｃｈｉｅｒａｒｃｈｙｐｒｏｃｅｓｓ，ＡＨＰ）法和變權(quán)綜合法對在軌衛(wèi)星開展健康狀態(tài)評估。本文基于知識驅(qū)動方法，建立健康狀態(tài)評估指標體系，開展機載電子對抗系統(tǒng)健康狀態(tài)評估方法研究。

針對評估指標賦權(quán)，現(xiàn)有文獻主要采用基于專家經(jīng)驗的主觀方法（如ＡＨＰ等）和基于指標數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的客觀方法（如熵權(quán)法、模糊綜合評價法等）［８１２］。李儼等［１３］和程宏波等［１４］分別利用ＡＨＰ 和熵權(quán)法進行賦權(quán)，前者缺乏客觀性，后者忽視了專家經(jīng)驗，都可能導(dǎo)致評估指標權(quán)重分配不夠科學(xué)合理，進而降低評估結(jié)果可信度。因此，本文將專家經(jīng)驗和客觀數(shù)據(jù)信息結(jié)合，利用最小鑒別信息原理［１５］進行組合賦權(quán)，以提高賦權(quán)的合理性。

目前，大多研究采用排序法、隸屬度函數(shù)、灰色聚類等方法集結(jié)指標信息，如王敏等［９］和趙書強［１５］等分別利用基于折中方案的備選方案排序法（ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｓａｎｄｒａｎｋｉｎｇａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｃｏｍｐｒｏｍｉｓｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ＭＡＲＣＯＳ）和逼近理想解排序法（ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｏｒｄｅｒｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅｂｙｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｔｏｉｄｅａｌｓｏｌｕｔｉｏｎ，ＴＯＰＳＩＳ）法得到待評對象的相對優(yōu)劣順序，但無法進行個體評估；李進友等［１６］和Ｈｕ 等［１７］利用不同類型的隸屬度函數(shù)描述集結(jié)指標信息，崔建國等［１８］利用模糊灰色聚類對各項指標進行健康狀態(tài)綜合評估，這兩種方法原理相近，但部分隸屬函數(shù)和白化權(quán)函數(shù)描述模糊性時會出現(xiàn)突變點，不符合健康狀態(tài)的漸變特征。然而，對復(fù)雜設(shè)備健康狀態(tài)的描述不僅具有模糊性，表征其健康狀態(tài)的底層指標還具有隨機性。為兼顧模糊性和隨機性，本文基于云理論，采用普適性和描述不確定問題能力更強的正態(tài)云模型，構(gòu)建定性概念和定量表示之間的映射。

綜上所述，本文基于組合賦權(quán)和正態(tài)云模型，開展機載電子對抗系統(tǒng)健康狀態(tài)評估方法研究。首先，解構(gòu)機載電子對抗系統(tǒng)功能和能力，建立其健康狀態(tài)評估指標體系；其次，基于組合賦權(quán)，給出指標信息處理和權(quán)重確定方法；然后，明確健康狀態(tài)分級規(guī)則，利用正態(tài)云模型，確定各指標對各健康狀態(tài)等級的隸屬度，逐級開展健康狀態(tài)評估；最后，得到機載電子對抗系統(tǒng)健康狀態(tài)等級，并結(jié)合實例分析加以驗證。

１健康狀態(tài)評估指標體系

系統(tǒng)的各項功能是由若干部件相互配合完成，即使某些功能退化甚至失效，其他功能仍可能完好，足以完成特定任務(wù)。因此，本文從機載電子對抗系統(tǒng)能力的角度出發(fā)，建立健康狀態(tài)評估指標體系，如圖１ 所示。根據(jù)機載電子對抗系統(tǒng)外場即時檢測數(shù)據(jù)，結(jié)合平時使用和保障數(shù)據(jù)，評估其健康狀態(tài)。該評價指標體系由目標層、能力層和指標層構(gòu)成。在能力層中，穩(wěn)定可靠能力和任務(wù)準備能力是保證機載電子對抗系統(tǒng)實現(xiàn)特定功能、完成各項任務(wù)的基礎(chǔ)，前者描述了其在規(guī)定的條件下和在規(guī)定的時間內(nèi)保證特定功能實現(xiàn)的能力，具體指標包括：平均故障間隔時間（ｍｅａｎｔｉｍｅｂｅｔｗｅｅｎｆａｉｌｕｒｅｓ，ＭＴＢＦ）、平均嚴重故障間隔時間（ｍｅａｎｔｉｍｅｂｅｔｗｅｅｎｃｒｉｔｉｃａｌｆａｉｌｕｒｅｓ，ＭＴＢＣＦ）、任務(wù)可靠度（ｍｉｓｓｉｏｎｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ＭＲ）；后者描述了執(zhí)行特定任務(wù)所需準備的能力，具體指標包括：系統(tǒng)檢測時間、系統(tǒng)準備時間。其他能力為機載電子對抗系統(tǒng)所專有，保證特定功能的實現(xiàn)和特定任務(wù)的完成，具體為電磁態(tài)勢感知能力和支援電子干擾能力。在指標層中，各指標均為定量指標，其中ＭＴＢＦ、ＭＴＢＣＦ等指標通過統(tǒng)計計算方法得到，其他指標信息來自外場即時檢測。

依“最大隸屬度原則”，本文方法的結(jié)果表明，穩(wěn)定可靠能力處于“退化”狀態(tài)、電磁態(tài)勢感知能力處于“故障”狀態(tài)、其他能力均處于“降級”狀態(tài)。同理，可判定該系統(tǒng)處于“降級”狀態(tài)，逐級分析結(jié)果可知，該系統(tǒng)靈敏度、感知精度和識別準確率均不滿足使用要求，電磁態(tài)勢感知能力喪失，但仍有部分功能完好，相關(guān)性能指標處于可用范圍內(nèi)，能視情執(zhí)行支援電子干擾任務(wù)，待任務(wù)完成后再進行維修，評估結(jié)果與系統(tǒng)實際狀態(tài)相符，驗證了本文方法的合理性和有效性。

如圖３（ａ）所示，由文獻［９］方法得到的結(jié)果表明系統(tǒng)健康狀態(tài)在“退化”“降級”和“失效”等３個評語的隸屬度較接近，狀態(tài)界限不夠分明，難以支撐作戰(zhàn)使用和保障決策，而其對各能力的健康狀態(tài)評估結(jié)果又與本文方法基本一致，主要原因是改進的ＡＨＰ沒有分級賦權(quán)，導(dǎo)致整體評估結(jié)果較模糊。

由圖３（ｂ）可知，文獻［１４］方法和文獻［１８］方法的結(jié)果相近，均將電磁態(tài)勢感知能力評估為“降級”狀態(tài)，而其實際狀態(tài)為“失效”，與實際不符；系統(tǒng)的評估結(jié)果為“降級”狀態(tài)，且“故障”的隸屬度較低，再結(jié)合對電磁態(tài)勢感知能力的判斷錯誤，這將進一步掩蓋系統(tǒng)電磁態(tài)勢感知能力失效的實際狀況，可能會對作戰(zhàn)使用和保障決策產(chǎn)生誤導(dǎo)。此外，文獻［１４］和文獻［１８］分別基于隸屬度函數(shù)和白化權(quán)函數(shù)開展評估，劣化度確定后評估結(jié)果就隨之確定，存在較高的偶然性。

６結(jié)論

本文綜合利用機載電子對抗系統(tǒng)歷史信息和現(xiàn)場測試信息，運用組合賦權(quán)和正態(tài)云模型，開展機載電子對抗系統(tǒng)健康狀態(tài)評估研究，并結(jié)合實例分析加以驗證，得到的主要結(jié)論如下：

（１）根據(jù)機載電子對抗系統(tǒng)能力構(gòu)成，建立基于指標層—能力層—目標層的機載電子對抗系統(tǒng)健康狀態(tài)分級評估指標體系；

（２）采用基于Ｇ１和熵權(quán)的組合賦權(quán)法，確定評估指標權(quán)重，充分借鑒專家經(jīng)驗并保證了客觀性，結(jié)合實例，證實了方法的適用性；

（３）采用正態(tài)云模型代替模糊隸屬度函數(shù)，使得評估結(jié)果兼顧模糊性和隨機性，提高了機載電子對抗系統(tǒng)健康狀態(tài)評估的可信性。

作者簡介

金建剛（１９９７—），男，碩士研究生，主要研究方向為裝備通用質(zhì)量特性評估。

蔡忠義（１９８８—），男，副教授，博士，主要研究方向為裝備可靠性與系統(tǒng)工程。

黃澤貴（１９７６—），男，高級工程師，博士，主要研究方向為裝備系統(tǒng)工程。

鄧灝（２００２—），男，碩士研究生，主要研究方向為裝備通用質(zhì)量特性評估。

游亮（１９９９—），男，碩士研究生，主要研究方向為裝備發(fā)展戰(zhàn)略與管理決策。