基于勾股模糊集的水中目标威胁评估方法*

2022-07-25肖红江郭三学王明用

火力与指挥控制 2022年5期

肖红江，郭三学，王明用

（1.武警工程大学装备管理与保障学院，西安 710000；2.广州市声讯电子科技股份有限公司，广州 510000）

0 引言

舰船、潜艇、港口设施经常受到来自蛙人等水中目标的威胁。面对这种威胁，防御体系设计采取基于声波驱散的非致命拒止策略，技术方案如图1 所示，目标的预定距离50 m、200 m、500 m 设置拒止区、预警区和发现区3 个区域，拒止方式采取声波阵实施驱散。对于水中目标的威胁评估是实现技术防御的基础。威胁评估是依据信息源测得的目标属性和状态进行推理、判断和预测的一种信息融合技术。威胁程度是一个模糊性的概念，可以运用模糊理论进行处理。勾股模糊集限定范围宽广，能够有效克服直觉模糊集的局限性。本文采用勾股模糊集理论对水中目标进行威胁评估，通过离差法确定动态属性权重，结合TOPSIS 理论，通过勾股模糊集距离测度进行威胁度排序，设计了非致命主动拒止防御系统发现、预警、拒止的时机。该方法能够综合考虑入侵目标的运动态势，优先选取威胁度较大的目标，合理分配系统资源，使系统决策更加科学。

图1 防御体系技术方案

1 相关概念

2 勾股模糊集理论威胁评估

2.1 评估属性勾股模糊化处理

影响水中目标威胁评估的属性有很多，通常有目标类型、数量、距离、速度、加速度、航向角等多个方面。威胁评估并不是基于所有属性进行，而是依据特定评估环境，从全面性、实时性和准确性要求出发，选取适当数量的主要属性。近岸水下主要防御对象为蛙人，目标类型是固定的。结合非致命主动拒止防御系统的性能和防御特点，选取目标距离、深度、速度和航向角作为主要威胁评估属性。目标速度越小，威胁度越小，为效益型属性；目标距离、深度、航向角越小，目标威胁度越大，为成本型属性。

2.2 离差法确定动态属性权重

属性的权重是属性值对威胁度的影响程度，反映了各属性之间的相对重要性，合理地确定权重是威胁评估的关键。离差法确定动态属性权重，能够综合考虑目标运动态势，使评估结果更加准确。属性值之间的差异程度可以用勾股模糊理论的距离测度来确定。具体步骤如下：

2.3 勾股模糊TOPSIS 法威胁度排序

TOPSIS 理论被广泛应用于在多属性决策问题中，它通过对比评价目标与“正理想解”和“负理想解”之间的差异程度，来进行综合评判。结合TOPSIS理论，采用勾股模糊集距离测度确定目标威胁度。具体步骤如下：

3 主动拒止防御系统决策时机设定

当目标进入防御区域后，非致命主动拒止防御系统实时对目标进行威胁评估，根据评估结果与临界威胁度进行对比。当目标威胁度大于等于相应临界威胁度时，系统根据比对结果快速决策，具体的动态流程如图2 所示。

图2 主动拒止防御系统决策流程图

表1 临界属性值矩阵

临界威胁度随着目标运动态势动态变化。当多个目标入侵时，由目标属性值矩阵确定属性权重；当单个目标入侵时，可由目标属性值和临界属性值构成评估矩阵，确定临界威胁度。

4 实例分析

假设某时刻t，主动拒止防御系统探测到6 个蛙人目标，分别为A、A、A、A、A和A，获取目标属性值矩阵Y 如表2 所示。

表2 目标属性值矩阵Y

4.1 威胁评估分析

将目标属性值矩阵Y 转换勾股模糊属性值矩阵P，如表3 所示。

表3 目标勾股模糊属性值矩阵P

离差法确定目标属性权重为

计算蛙人目标勾股模糊属性值与正、负理想解之间的加权距离，并计算蛙人目标威胁度综合评价指数，威胁度排序结果如下页表4 所示。

表4 蛙人目标威胁度排序

计算结果表明，目标A距离防御区域点最近，且持续抵近运动，威胁度最高；目标A虽然比目标A距离防御区域点近，但因其速度较慢，且航向角较大，有游离的趋势，因此，威胁度排序在目标A之后；目标A距离防御区域点最远、航向角较大，威胁度最低。

目标的运动态势如图3 所示，通过图3 和表4综合分析，目标A虽然距离防御区域点仅有232 m，远小于目标A，但其正以0.7 m/s 的速度游离。随着时间的推移，目标A威胁度将越来越小，而目标A的航向角仅有10°，正向防御区域点做抵近运动，因此，目标A的威胁度大于目标A的威胁度。最终排序结果为C（A）＞C（A）＞C（A）＞C（A）＞C（A）＞C（A）。基于勾股模糊集理论威胁评估的方法，能够综合考虑目标态势变化对威胁度的影响，使得评估结果更加准确。

图3 目标运动态势

4.2 主动拒止防御系统决策处置

根据主动拒止防御系统设定的临界属性值，计算临界威胁度，如表5 所示。

表5 临界威胁度

将目标威胁度与系统临界威胁度进行对比，得出系统决策结果如表6 所示。

通过表6 和图3 综合分析，目标A虽然已进入发现区，但其航向角较大，威胁度低，未达到发现临界威胁度；目标A虽然距防御区域点已达到232 m，但其航向角为105°，正以0.7 m/s 的速度游离防御区域点，因此，对防御目标不构成威胁，系统未采取处置措施；目标A虽然在预警区外，但其速度较大，正以1.3 m/s 的速度向防御区域点做抵近运动，威胁度超过了预警临界威胁度，系统实施预警。

表6 系统决策处置

传统的防御区域划分通常由距离来界定，在系统决策过程中很难实现系统资源的合理优化。通过实例分析可以得出，本文所提出的非致命主动拒止防御系统发现、预警和拒止时机的设定方法，能够综合考虑入侵目标的运动态势，使系统决策更加科学。尤其是多个目标入侵时，通过威胁度对比，优先选取威胁度较大的目标，忽略威胁度较小的目标，使系统资源分配更加合理，从而达到系统效能的最大化。在实际应用过程中，可以根据所担负的任务，科学设置临界属性值，使系统决策处置符合防御目标的需要。