混合多类型属性威胁评估模型构建*

雷肖剑 朱悦萌 谭乐祖

(海军航空工程学院指挥系 烟台 264001)

混合多类型属性威胁评估模型构建*

雷肖剑 朱悦萌 谭乐祖

(海军航空工程学院指挥系 烟台 264001)

针对目标威胁评估中目标属性存在信息量少、内部不清晰等导致计算结果失真的问题,论文以模糊区间数形式表示目标属性信息中的定性信息,引入三参数区间数指标,建立了能同时处理实数型、区间数型及模糊三参数区间数形式的目标威胁评估模型。最后给出仿真实例,计算结果符合一般作战实际,对提高水面舰艇防空反导作战决策的准确性和科学性有一定的参考价值。

防空反导; 威胁评估; 混合多类型属性; TOPSIS法

Class Number TJ81

1 引言

在现代水面舰艇编队防空反导作战信息化对抗日益激烈的今天,传统的针对于一种信息格式设计的威胁评估方法已不能很好地满足目标威胁程度量化分析对准确性和科学性的要求,因而有必要设计一种能够直接集结多种类型目标属性值的威胁评估方法。

文献[1]通过采用语言变量的Vague值对定性指标进行表示,运用经典TOPSIS方法计算各目标的综合威胁值,克服了传统模糊集不能表达非隶属函数的缺陷。文献[2]针对目标属性信息存在不确定性的特点,采用混合精确型指标和模糊区间型指标的决策模型。文献[3～4]对TOPSIS方法求解目标评价排序模型进行了深入的研究。文献[5]对引入三参数区间数的多属性决策方法进行了研究。本文在以上研究成果的基础上,以模糊区间数形式表示目标属性信息中定性信息,引入三参数区间数指标,一方面,解决二参数的区间数含有的信息量过少,内部不清晰,最终计算结果失真的问题;另一方面,有效简化计算过程,减少了不确定性和排序的复杂性。最后,将实数型、区间数型及模糊三参数区间数形式的目标属性信息规范化,然后基于理想点多指标决策原理,对包含混合型多类型属性目标的威胁程度值进行计算并排序,该方法能够在保留目标属性信息格式的基础上,比较快速、准确地对来袭目标进行威胁评估排序。

2 目标属性选取和分析

表1 空中目标的类型及威胁程度[5]

按照多属性决策的属性特征分类,敌方的目标类型、电磁信号特征、机动能力以及对水面舰艇的毁伤能力等属于定性属性,而目标距离、航路捷径、飞行速度、飞行高度、飞临时间等等属于定量属性。对各指标分析如下:

1) 目标类型

目标的分类,各类目标的隶属度定义如表1所示。

2) 目标距离D

目标越接近距离越小,威胁程度也就越大,目标距离属于成本型指标。

3) 目标速度V

空中目标的飞行速度是突防能力的重要指标,直接影响水面舰艇的抗击拦截次数。一般来说,飞行速度越大,舰艇能够抗击的次数越少,其威胁程度也越大,目标速度属于效益型指标。

4) 目标飞行高度H

目标飞行高度直接影响水面舰艇对其探测距离,一般来说,目标飞行高度越低,水面舰艇对其探测距离越近,威胁程度也就越大,属于成本型指标。

5) 航路捷径G

航路捷径是指水面舰艇到空中目标航路水平投影的距离。航路捷径越小,威胁程度也就越大,航路捷径属于成本型指标。

6) 目标毁伤能力K

飞机类目标毁伤能力主要取决于携带武器的类型和数量;导弹类目标的毁伤能力主要取决于弹头当量和命中精度这两个因素。其毁伤能力威胁隶属度定义如下:

7) 目标电磁信号B

通过传感器捕获敌方目标电磁信号,可以在一定程度上反映出目标威胁的紧迫程度。电磁信息主要包括:导弹末制导雷达信号b1、搜索雷达信号b2、电磁压制信号b3等[6]。目标电磁信号威胁隶属度定义如下[10]:

3 混合多类型属性威胁评估模型构建

3.1 基本定义与说明

设来袭目标集合为,记N={1,2,…,n};目标属性集合为Γ∶={e1,…,ea,ea+1,…,eb,eb+1,…ec},其中Γ1∶={e1,…,ea}代表实数型指标;Γ2∶={ea+1,…,eb}代表区间数型指标;Γ3∶={eb+1,…,ec}代表模糊三参数区间数型指标[7]。则可以得到如下的决策矩阵:

(1)

其中,

(2)

3.2 决策矩阵的规范化处理

令Γ+代表效益型指标集合,Γ-代表成本型指标集合。则若ej∈Γ+,有[4]

(3)

若ej∈Γ-,有[4]

(4)

则可以得到规范化后的加权决策矩阵为

(5)

3.3 确定理想解与负理想解

3.4 确定到理想解与负理想解的距离

到理想解的距离为

(6)

到负理想解的距离为

(7)

3.5 确定到理想距离的相对贴近度[9]

(8)

4 仿真实例

设我方水面舰艇探测到敌方五个空中目标T1、T2、T3、T4,T5(电子干扰机、轰炸机、导弹、导弹、导弹),经数据融合得到目标的属性列表如表2所示。

表2 目标相对于水面舰艇的属性值

根据定性指标的隶属度对应关系,得决策矩阵如表3所示。

表3 决策矩阵

其中,“+”代表指标为效益型,“-”代表指标为成本型;

利用式(2)～式(4)得规范化决策矩阵,用主客观综合权重法(本文不再另行阐述)求得的目标属性权系数w=(0.20,0.14,0.16,0.22,0.08,0.11,0.09)T对已规范化的决策矩阵利用式(5)求加权规范化矩阵:

由式(6)～式(7)求出到正负理想解的距离为

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)计算相对贴近度为

S*=0.093 0.474 0.724 0.666 0.591

综上所述,可得出威胁度排序为

T3>T4>T5>T2>T1

5 结语

论文针对水面舰艇防空反导过程中出现的实数型、区间数型以及模糊三参数区间数型属性信息情况,设计了一种基于TOPSIS算法的能够直接处理这三种类型属性信息威胁评估模型。由该仿真实例可以看出,该威胁评估方法能够简便快捷地处理包含实数型、区间数型以及模糊三参数区间数型属性信息的目标的威胁等级排序问题,对提高水面舰艇防空反导作战决策的准确性和科学性有重要参考价值。

[1] 彭方明,刑清华,王三涛.基于Vague集TOPSIS法的空中目标威胁评估[J].电光与控制,2010,17(10):23-27.

[2] 程明,周德云,张堃.基于混合型多属性决策方法的目标威胁评估[J].电光与控制,2010,17(1):11-13.

[3] 张堃,周德云.基于熵的TOPSIS法空战多目标威胁评估[J].系统工程与电子技术,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] 胡启洲,张卫华,于莉.三参数区间数研究及其在决策分析中的应用[J].中国工程科学,2007,9(3):47-51.

[6] 王永春,李登峰,刘常涛.基于航迹线索的舰艇编队防空威胁估计模型[J].海军大连舰艇学院,2007,30(5):13-16.

[7] 逯宏亮,欧建军.协同空战中目标的威胁判定方法[J].电光与控制,2005,12(6):8-11.

[8] 姜长生,丁全心,王建刚,等.多机协同空战中的威胁评估与目标分配[J].火力与指挥控制,2008,11(11):8-12.

[9] 董彦非,郭基联,张恒喜.多机空战目标威胁评估算法[J].火力与指挥控制,2002,10(4):73-76.

[10] 唐志刚,赵建国,张超.灰色关联度分析法评判目标威胁度[J].火力与指挥控制,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

雷肖剑,男,硕士研究生,研究方向:防空反导。

TJ81

10.3969/j.issn1672-9730.2014.02.007