基于赋色Petri 网的反辐射导弹对雷达毁伤效率评估建模

王 轩

（1.空军预警学院，武汉 430030；2.海军工程大学基础部，武汉 430033）

0 引言

随着智能化反辐射导弹系统和雷达系统发展，分析反辐射导弹对雷达毁伤效率，相关的反辐射导弹对雷达毁伤效率评估方法研究受到人们的极大关注［1］，研究反辐射导弹对雷达毁伤效率的量化评估方法，在反辐射导弹对雷达毁伤效率管理和控制中具有重要意义。

傅冰等在舰艇编队协同交战模式下，针对跨平台武器射弹的命中前弹道段火力兼容判断问题，通过交战弹道命中前的空间关系与火力冲突分析，提出火力兼容性量化指标，并基于射击效力计算提出了指标的计算模型和求解方法，实现了跨平台武器射弹命中前火力兼容性的量化表征［2］。赵未平等提出了破片战斗部毁伤雷达目标新的评估方法，用Autodyn 仿真软件对破片战斗部进行数值模拟，获取破片的质量、速度及密度分布，将数据结果导入已建立雷达模型的目标易损性软件，计算破片对雷达的毁伤效果［3］。但是上述方法在评估反辐射导弹对雷达毁伤效率时计算开销较大。SAHO K等提出了一种利用微多普勒雷达（MDR）对从坐姿到站姿（STSTS）运动的特征进行评估的高水平日常生活工具性活动（HL IADLs）技术，该技术被定义为相对复杂的独立执行的现代日常活动［4］。YIN C 等提出了一种基于多目标特征提取优化的主动红外热波图像检测技术（MO-FEO）的航天器的超高速撞击（HVI）损伤评估方法，实现了M/OD HVI 损伤的定量评估［5］。但是上述方法在评估反辐射导弹对雷达毁伤效率时的自适应性不好。

赋色Petri 网是一种基于状态的建模方法，其明确定义了模型元素的状态，并且其演进过程也受状态驱动，从而不但严格区分了活动的授权和活动的执行，而且使过程定义具有更丰富的表达能力；能够动态地修改过程实例，使建模过程具有了更多的柔性特征。因此，针对上述问题，本文利用赋色Petri网的优势，建立了反辐射导弹对雷达毁伤效率评估模型，实现了雷达毁伤效率自动化评估。最后进行仿真测试分析可知，本文方法下的攻击目标阵元在X 轴、Y 轴和Z 轴的毁伤效率测试值均高于0.850 0，且评估可靠性较高，评估效能较好，展示了本文方法在提高反辐射导弹对雷达毁伤效率自动化评估能力方面的优越性能。

1 设计原理

在建立赋色Petri 网下反辐射导弹对雷达毁伤效率参数分析模型时，采用大数据挖掘分析和自适应融合调度的方法，评估反辐射导弹对雷达毁伤效率，结合信息融合处理实现反辐射导弹对雷达毁伤效率参数辨识，构建反辐射导弹对雷达毁伤效率的大数据分析模型，采用ISA/EISA 构架模式，进行反辐射导弹对雷达毁伤效率自动化评估系统的模糊反馈控制，结合嵌入式的ARM 设计反辐射导弹对雷达毁伤效率自动化评估的驱动模块，采用ZigBee协议构建反辐射导弹，对雷达毁伤效率自动化评估的赋色Petri 网，以此为依据构建模型。

2 评估模型构建

2.1 反辐射导弹对雷达毁伤效率约束参量

采用VIX 总线控制技术，进行反辐射导弹对雷达毁伤效率控制和信息传输，如图1 所示。

图1 反辐射导弹对雷达毁伤效率参数采集方案Fig.1 Radar damage efficiency parameter acquisition scheme of anti-radiation missile

以图1 为基础，结合空间采样方法，进行反辐射导弹对雷达毁伤效率的相关性参数分析，得到反辐射导弹对雷达毁伤效率管理的大数据关联特征分解描述为：

式中，Pi（i=1，…，n）表示反辐射导弹对雷达毁伤效率特征分类属性集；t 表示反辐射导弹对雷达毁伤时刻；α 表示反辐射导弹对雷达毁伤的弹性参数。利用关联特征分解自适应重组，得到反辐射导弹对雷达毁伤效率的描述性统计序列x（k），建立反辐射导弹对雷达毁伤效率评估的关联规则分布集R 与X，得到关联分布关系为：

建立反辐射导弹对雷达毁伤效率评估的决策函数g，挖掘动态评估数据，得到反辐射导弹对雷达毁伤效率评估的输入与输出关系如下：

式中，l 表示反辐射导弹对雷达毁伤效率评估的统计特征量。综合考虑系统参数稳定性，得到运行质量评估的模糊特征分布集满足：

反辐射导弹对雷达毁伤效率的约束特征分量为：

式中，h 表示在高频段保持反辐射导弹对雷达毁伤效率的输出稳定模量。结合参数分析约束特征矢量控制的方法，识别反辐射导弹对雷达毁伤效率评估的模糊参量［6］，得到反辐射导弹对雷达毁伤效率分布的弱关联规则函数，通过量化分析得到雷达毁伤效率评估的统计函数为：

式中，u 表示约束指标参量集；ω 为反辐射导弹对雷达毁伤效率评估的统计特征分布的惯性权重。

2.2 反辐射导弹对雷达毁伤评估统计特征量

在反辐射导弹对雷达毁伤效率约束参量分析的基础上，结合预期损失模型的输出差异度建立雷达毁伤效率评估的统计特征量参数集，得到输出模糊评价参数为：

式中，β 表示功率环控制的介质参数，介于0 和1 之间；w 表示雷达毁伤效率评估统计特征量的隶属度；{L1，L2，…，Ln}表示反辐射导弹对雷达毁伤效率评估的动态映射关系［7］。根据输出反辐射导弹对雷达毁伤效率评估的模糊评价参数，挖掘反辐射导弹对雷达毁伤效率评估数据［8］。采用子空间调度模型融合反辐射导弹对雷达毁伤效率评估的特征量，给出反辐射导弹对雷达毁伤效率评估的控制函数为：

式中，M 表示反辐射导弹对雷达毁伤效率评估的关联规则分布函数。采用反演特征分析方法，构建反辐射导弹对雷达毁伤效率的大数据分析模型：

2.3 求解反辐射导弹对雷达毁伤效率评估模型

采用大数据统计分析方法挖掘雷达毁伤效率信息特征［9］，并结合模糊C 均值聚类方法对雷达毁伤效率评估特征融合处理，模糊C 均值聚类函数为：

式中，η 表示满足收敛条件下的反辐射导弹对雷达毁伤效率的可靠性评价集合。随着反辐射导弹对雷达毁伤强度减小［10］，得到反辐射导弹对雷达毁伤的价值评价输出：

式中，q 表示反辐射导弹对雷达毁伤效率数据的检验统计量，反辐射导弹对雷达毁伤效率数据的空间特征分布为：

其中，r 表示模糊参数估计值，提取雷达毁伤效率数据的相关统计特征量，得到模糊扩展函数：

在融合的子空间中，得到在赋色Petri 网下反辐射导弹对雷达毁伤效率评估的目标函数：

综上分析，采用预期损失模型检测输出差异度特征［11-12］，并构建判决准则评价反辐射导弹对雷达毁伤效率：

式中，θ 表示判决门限。根据经验值，实现反辐射导弹雷达毁伤效率评估。

根据上述设计原理和设计模型，采用VIX 多线程调度，得到模型总体结构如图2 所示。

图2 总体结构示意图Fig.2 Schematic diagram of the overall structure

3 系统实现及测试

结合对反辐射导弹对雷达毁伤效率大数据参数融合和特征分析结果，将反辐射导弹对雷达毁伤效率的评估信息传输至Web 界面，在远端服务器中Web 访问反辐射导弹对雷达毁伤效率评估的人工智能库，得到系统实现结构图如下页图3 所示。

图3 系统实现结构图Fig.3 System implementation structure diagram

在系统结构设计的基础上，构建反辐射导弹对雷达毁伤效率的约束参数解析模型，得到相关约束参数设定如表1 所示。

表1 约束参数设定情况Table 1 Constraint parameter setting status

根据初始偏移量设定，进行反辐射导弹对雷达毁伤效率统计分析，得到攻击效率统计分布图如图4 所示。

根据图4 攻击阵列分布，估计反辐射导弹对雷达毁伤效率参数，得到优化攻击估计结果如表2 所示。

图4 攻击阵元分布统计分布Fig.4 Distribution of attack array elements Statistical distribution

表2 反辐射导弹对雷达毁伤优化结果Table 2 Radar damage optimization results of anti-radiation missile

分析表2 得知，通过本文方法建立反辐射导弹雷达毁伤效率参数分析模型，减少了偏移量，提高了反辐射导弹攻击准确率，其主要原因是本文方法在评估过程中采用大数据统计分析方法挖掘雷达毁伤效率信息特征，并结合模糊C 均值聚类方法融合对雷达毁伤效率评估特征，优化了评估效果。

以X 轴毁伤测试目标，分别测试本文方法、文献［3］方法以及文献［4］方法的毁伤效率，得到结果如下页表3 所示。

分析表3 中结果得知，文献［3］方法对攻击目标阵元在X 轴的毁伤效率测试值位于0.879 3%～0.929 7%之间，文献［4］方法对攻击目标阵元在X 轴的毁伤效率测试值位于0.832 8%～0.961 3%之间，本文方法对攻击目标阵元在X 轴的毁伤效率测试值高于0.918 4%，相较于对比方法而言，本文方法的毁伤效率更高。

表3 X 轴毁伤效率测试（%）Table 3 X axis damage efficiency test（%）

测试攻击优化效能分布，得到测试结果如图5所示，分析图5 得知，本文方法进行反辐射导弹对雷达毁伤效率评估建模的可靠性较高，评估效能较好。

图5 攻击优化效能分布Fig.5 Attack optimization efficiency distribution

4 结论

为提高反辐射导弹对雷达毁伤效率的量化评估能力。本文提出基于赋色Petri 网的反辐射导弹对雷达毁伤效率自动化评估系统设计方法。采用ZigBee 协议构建反辐射导弹对雷达毁伤效率自动化评估的赋色Petri 网，建立赋色Petri 网下反辐射导弹对雷达毁伤效率参数分析模型，结合统计分析，实现雷达毁伤效率评估。分析得知，本文所提出的反辐射导弹对雷达毁伤效率评估建模的可靠性较高，评估效能较高。但是本文方法仅针对X 轴毁伤效率进行评估，未针对剩余两部分的毁伤效率进行评估，评估效率方面具有一定的局限性。