一种基于层次分析法的红外多目标威胁等级评估方法研究∗
2021-02-26
（华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心 武汉 430223）
1 引言
现代空战中，被动式红外多目标探测成为隐蔽探测的主要手段之一。单站红外探测设备由于探测方式不同，只能给出舷角、高低角和灰度等目标信息，无法提供常规多目标威胁等级排序需要的目标距离、飞行高度等信息［1～5］，这给多目标威胁等级排序带来很大困难，制约了单站红外探测设备的作战效能。
层次分析法是一种多准则思维的方法，该方法具有定性分析和定量分析相结合的特点，能对目标结构复杂、必要数据间关联缺乏的复杂问题进行层次化、数量化分析，通过建立层次结构模型、进行一系列矩阵运算等，达到对这类复杂问题进行科学合理的有效评估目的。本文旨在通过研究单站红外探测设备给出的目标信息，采用层次分析法对红外多目标进行威胁等级评估研究，提高设备的作战效能［6～7］。
2 影响红外多目标威胁等级评估的主要因素
针对红外探测设备的目标信息，从以下六个方面分析红外目标各影响因素与红外目标威胁等级的关系。
1）舷角。掠海飞机对舰艇水线以下部位的打击给舰艇的安全造成极大威胁，来袭目标的舷角越接近90°或270°威胁等级越大。当目标舷角为θ时，不同来袭目标的舷角威胁等级属性可用|sinθ|来代替。
2）舷角角速度。舷角角速度变化越小威胁等级越大。
3）高低角。零度角左右为掠海飞机，对舰船的威胁等级很大。
4）高低角速度。高低角速度越大，威胁等级越大。
5）灰度。灰度越大，目标威胁等级越大。
6）灰度变化率。灰度变化率越大，说明目标运动越快，威胁也越大。
3 建立AHP模型基本步骤［8～11］
1）建立层次结构模型
通过研究红外探测设备探测到的目标参数，确定了用于目标威胁等级评估的六个主要影响因素（舷角、舷角角速度、高低角、高低角速度、灰度、灰度变化率），建立红外多目标威胁等级评估层次结构模型，如图1所示。
图1 红外多目标威胁等级评估层次结构模型
2）构造成对判断矩阵
成对判断矩阵元素值表示的是准则层所支配的目标层各个目标之间针对某一准则的相对重要性。用aij表示第i个因素相对于第j个因素的比较结果，采用Saaty提出的九标度法［12］构造红外目标属性的成对判断矩阵A。
3）计算单排序权向量及一致性检验
随机一致性指标尺的值如表1所示。
表1 随机一致性指标RI数值
4）计算总排序权向量及一致性检验
4 应用举例
假定红外探测设备发现6个来袭目标，目标数据如表2所示。
表2 来袭红外目标数据
1）确定红外目标属性权重向量
定性分析红外目标各属性在威胁等级评估中的相对重要程度，通过专家调查法及九标度法进行处理。咨询多位长期在该领域从事相关工作的专家，确定成对判断矩阵并求得各属性的权重vi，如表3所示。
根据以上成对判断矩阵，可以求得最大特征根λmax＝6.1854，进行一致性检验。
当n=6时，RI值查表可知为1.24，则一致性检验值为
CR＝CI/RI＝0.03708/1.24=0.0299<0.1，满足一致性要求。
该成对判断矩阵最大特征根对应的特征向量经过归一化处理，即得目标各属性的权重向量为V=（0.3966 0.2472 0.1616 0.1072 0.0554 0.032）
表3 成对判断矩阵
2）确定各目标属性下的判断矩阵及其相对权重向量。
在判断矩阵建立过程中，高低角数据及舷角要经过合理化转换后，才用于判断矩阵的建立。其中高低角转换时，以一组目标中高低角最小的值为基准进行转换；舷角用角度正弦的绝对值代替。
以属性高低角下的判断矩阵建立为例，首先将高低角数据进行转换，转换后表2中所示目标的高低角数据变为（0.03，0.56，0.36，0.19，0.045，0.05），据此建立的关于高低角属性的判断矩阵如表4所示。
表4 高低角属性下的判断矩阵
计算可得高低角属性下目标的相对权重w3为w3＝（0.3904 0.0209 0.0325 0.0616 0.2603 0.2342）T
同样方法可求得其余几个目标属性下的相对权重向量为
可得这6个目标在各属性下的相对权重矩阵为
3）总的威胁等级评估向量M的求取
当求得红外目标各属性间的相对权重向量和红外目标数据在各属性下的相对权重矩阵后，即可求得该组目标的威胁等级评估矩阵M为
由向量M值可知，这6个红外目标的威胁等级大小关系为
目标5>目标6>目标2>目标1>目标4>目标3
5 结语
针对红外多目标威胁等级评估问题，本文提出一种基于层次分析法的目标威胁评估方法。基于红外目标数据的六个属性，利用层次分析法定性与定量相结合的特点，解决红外目标各属性间彼此独立而造成的威胁等级评估困难问题。经研究，红外多目标威胁等级评估是符合层次分析法原理的应用实例，利用层次分析法原理建立红外多目标威胁等级评判准则是科学、合理、切实可行的。
