模糊综合评判在电子对抗决策系统的应用

谢 军

(中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄050081)

0 引言

电子对抗决策控制要具有很强的时效性,大量的侦察情报若不能及时处理并做出正确的指挥决策,将会坐失良机,授机于敌。特别是在现代战争中,电磁领域中的对抗远比其他领域明显、频繁和激烈。在一个师级战术地幅内同时工作的辐射源可能有成百上千。通信速度越来越快,而通信对抗的反应时间必须要小于通信时间,这对决策控制时效性提出了很高的要求。必须研究出一种采用人工智能的原理和方法,让计算机参与自动或辅助完成决策是一条必由之路。另外,通信对抗决策控制要具有严谨的科学性。高技术条件下通信对抗作战,指挥控制涉及的因素繁多,指挥决策的水平很大程度上取决于某个指战员实际的个人水平,指挥决策的随意性大。仅凭单一的指战员人工指挥决策方式难以满足作战需要,让计算机自动指挥控制设备能够对各通信对抗的情报、信息和数据进行分析,得出较为科学的指挥控制决策或提供决策辅助信息。

1 辅助决策器体系结构分析

构建通信对抗干扰辅助决策器,首先要选取适合于通信对抗决策的数学方法,研究应用该数学方法来解决决策问题。

1.1 建模方法选取

对于通信对抗领域而言,对侦察目标的重要性判断是一个不确定的、模糊的问题,没有一个固定的定理、公式、规则可以清晰地进行推导、阐述和说明。只能通过大量的演习、实践和实验进行总结、探索。在纷繁复杂、瞬间万变的战场通信与通信对抗这一对矛盾中,作为对抗方能否做出始终如一的、正确的选择,包含着充满不确定性决策过程的本质。在这样诸多不确定的因素条件下进行目标重要性的判断,并做出客观的、正确的决策,需要应用模糊数学的理论。运用模糊综合评判的方法是解决这一不确定性决策较为合适的途径。

1.2 干扰辅助决策器结构

干扰模糊辅助决策器采用模糊综合评判的原理和理论方法,结合通信对抗战场决策控制所固有的内在规律和特点,设计了一个多级模糊综合评判系统,其结构如图1所示。该系统的信息处理分为3个阶段:敌目标信息的相关处理、多级模糊综合评判和信息后处理。

图1 干扰辅助决策器结构

1.3 体系结构分析

确定对一个具体敌台目标的干扰优先等级,主要的任务是确定该目标的重要性程度。为了分析和评估侦测站截获到的每一个敌目标信号的重要性程度,需要建立一个指标体系来评价其综合重要性级别。根据通信对抗的固有特点和团营级战术通信电台的通联特征,对于目标电台的干扰优先等级和敌目标重要性的判断建立了一个层次指标(因素)体系如图2所示。

图2 模糊综合评判指标(因素)体系

2 数学模型的建立

模糊综合评判是模糊数学应用的一个重要分支,用来对具有多个相互干扰因素构成的复杂系统进行评价的有效方法。对指标的单项评价和对于多层次因素构成的整个评判系统均使用该方法,构成了一个多级综合评判系统。建立干扰优先等级模糊综合评判模型的过程和步骤如下:

①建立各级评价因素集U;

②建立评判集 V;

③分别建立各级从U到V模糊映射模型;

④构成模糊评价矩阵方法;

⑤给出各级评价因素权重;

⑥计算各级评价向量方法;

⑦模糊变换具体模型选取。

2.1 建立因素集 U和各级评判集V

根据上述介绍的通信对抗模糊综合评判器的体系分析,可分别建立各级评价因素集合。

考虑各级评判的精度需求和计算的一致性,系统内各级指标的评判集均定为5级,

针对各级指标(因素),v1～v5含义不尽相同。例如v1在目标重要性等级评判时,表示“很高”;而在目标与重点信号目标库符合程度特性评判时,又表示“很符合”等。

2.2 建立各单因素评判构成模糊评价矩阵

建立各级从 U到V的模糊映射关系:

建立各级评判指标的单因素评判模型和相应算法是研究本模糊综合评判系统一项较为复杂的工作。每个评判因素特征各不相同,需逐个分析。这里给出建立这些模型的基本方法,如图3表示。

图3 建立各级单因素评判模型方法

2.3 给出各级评价因素权重

由于在 U的每一级中各因素重要程度各不相同,需要分别对这4级中每一个评价因素赋予不同的权重系数。它们为各级 U上的一个模糊子集=,且需归一化

2.4 计算各级评价向量进行综合评判

在求出各级模糊评价矩阵R～和给出A～后,则干扰等级的综合评判向量为:

2.5 模糊变换具体模型的选取

2.6 计算综合评价值,推出评判结果

按照变换 C=B◦VT可得出综合评价结果(得分)C,对每个正在活动的目标信号都分别求取它的评价得分,然后按得分由大到小排序,就可以得到优先干扰哪个目标的决策序列,提交指挥员。

3 各级因素的分析模型

上述提到各级因素评判模型及其相应算法是一项繁杂的工作,需要根据实际情况进行综合设计和分析,这里选取几个典型因素加以说明。

3.1 敌目标地域特性模型分析

目标电台地域特性指标主要是考察目标的地域特征,该特征是对敌目标识别的重要依据。两军对垒时敌军方位已确定。因此在进行目标重要性识别时,要考虑地域优先的原则,即把地域特征作为目标识别的重要依据,具体信息流程如图4所示。

图4 敌目标地域特性分析流程

首先确定重点地域,然后按方位角划分作战任务给每个干扰站,每个干扰站都有一个相应的重点作战区域,用方位角和纵深表示。每个站控收区域的界限是模糊的,它是一个范围,而不是一个精确数值。

方位角特性模型分析就是要根据目标信号的特征参数来确定它属于干扰站控收方位角范围的程度。可定义目标方位角特性模糊子集的隶属函数如下。

不妨设 0＜θmin＜θ1＜θ2＜θmax,有

式中,

目标方位角特性模糊子集的隶属函数如图5所示。

图5 目标方位角特性模糊子集的隶属函数

3.2 目标换频特性分析

目标换频特性有以下3个判据因素:目标换频时差特性因素、目标换频方位差特性和目标换频频差特性因素,它们构成了整个综合评判系统的第4级评判。目标换频特性评判信息流程如图6所示。

图6 目标换频特性评判信息流程

换频时差特性因素是考察目标信号换频时间间隔是否符合换频特征。一般通信兵的换频间隔在1～5 s之间,而最长应不超过10 s。因而可建立目标换频时差模糊子集隶属函数为:

4 结束语

采用模糊综合评判的理论方法,设计了应用于通信对抗系统中的智能辅助决策器,建立了通信对抗干扰智能模糊综合评判的数学模型,给出了实际算法,该决策控制器的研制为电子对抗装备的指挥决策自动化和半自动化提供了一条较好的解决途径,可在一定程度上提高装备的指挥决策快速反应能力,从而在某种意义上说可提高整个系统的作战效能。

[1]汪培庄.模糊数学集合论及其应用[M].上海科学出版社,1983.

[2]刘增良.模糊技术与应用选编[M].北京:北京航空航天大学出版社,1997.

[3]李新生,单琳锋.高技术条件下通信对抗指挥决策研究[M].北京:解放军出版社,1999.

[4]谢 军.模糊控制在通信对抗系统中的应用研究[J].计算机与网络,2002,28(4):53-55.