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一种基于组合评价的目标威胁估计方法

2017-09-04张靓

舰船电子工程 2017年8期
关键词:排序威胁评估

张靓

(海军驻大连426厂军事代表室大连116005)

一种基于组合评价的目标威胁估计方法

张靓

(海军驻大连426厂军事代表室大连116005)

为了解决现有威胁估计模型存在的不足,更加合理准确地对海战场目标进行威胁排序,提出了一种基于组合评价的目标威胁估计方法。通过分析目标威胁估计方法的优缺点,引入组合评价思想,建立基于组合评价思想的目标威胁估计方法。实验验证表明,该方法能够有效避免传统方法中人为确定各威胁指标权重的主观性,同时对定性指标的有效处理提高了评估准确性,为战场作战指挥过程中威胁评估提供了一条有效途径。

威胁估计;组合评价;信息融合

Class NumberTN957;TP274

1 引言

威胁估计是信息融合决策级的重要内容,也是战场火力与指挥控制系统中的关键研究技术之一。威胁估计是对敌方威胁等级的量化过程,也是作战指挥决策的重要前提。

国内外已经有了很多成果,利用如TOPSIS法[1]、多属性决策方法[2]、神经网络方法[3]、贝叶斯网络[4]、灰色关联度[5]、模糊推理方法[6]、云模型[7]以及多种方法的结合对威胁评估问题进行了讨论。这些方法各有所长,分别适应不同的情形。一类是以定性分析为主,它是评价者通过自然语言对评价对象的状态、行为等进行细致观察和分析而给出评价的方法。它突出了经验和人的主观能动性,但缺乏客观定量分析及客观数据硬性划分。一类是以定量分析为主,如贝叶斯网络、神经网络方法、遗传算法等,主要根据统计数据,用数学语言建立模型,分析对象的各项指标及数值而给出评价结论。它具有客观化、精确化的特点。但人的思维不是纯数学的,既具有稳定性也具有随机性的特点。

为了解决多方法评价结论的非一致性问题,尽可能地提高威胁估计方法的合理性,引入组合评价思想[8],提出基于组合评价的威胁估计判定方法。

2 组合评价思想

所谓评价(Evaluation)是指“根据确定的目的来测定对象系统的属性,并将这种属性变为客观定量的数值或者主管效用的行为”。综合评价(Com⁃prehensive Evaluation)概指对以多属性体系结构描述的对象系统作出全局性、整体性的评价,即对评价对象的全体根据所给的条件,采用一定的方法给每个评价对象赋予一个评价值(又称为评价指数),再据此择优排序。

早在1953年,美国管理科学研究所就开始涉及系统综合评价问题,这是最早涉及该领域的科学理论。经过20世纪六、七十年代的发展,到八十年代,新的综合评价理论和方法层出不穷。由于各种方法的机理不同、方法的属性层次相异,其使用的范围也不同,因此导致在应用中方法之间评价结论也会存在差异[9~11]。很多新方法都是针对某一具体的评价问题而提出,然后用一个例子来说明其方法的有效性。问了解决这个问题,学术界提出了“组合评价”的研究思路。组合评价就是将组合思想引入评价领域,从而产生新的评价思想或评价方法。该方法已在管理科学方面取得了一定的成果。

组合评价的作用主要体现在三个方面。

第一,通过不同方法的组合,可以达到取长补短的效果[12]。由于每种方法都有各自的优缺点,它们适用的场合也不完全相同。通过将具有同种性质的综合评价方法组合起来,就能够使各种方法的缺点得到弥补,同时兼具有各种方法的优点。

第二,通过不同方法的组合可以利用更多的信息[13]。由于单一方法往往只能反映事物的某一方面,要想真实地反映事物就需要从多方面进行研究,这样得到的信息就更能体现事物的本质。

第三,通过组合评价可以消除多方法评价结论非一致性问题[14]。

3 基于组合评价的威胁估计方法

引入组合评价思想,建立一种基于组合评价的威胁估计方法。方法流程如图1所示。

步骤1:选择影响目标威胁评估的因素,并确定目标威胁排序的方法集B={B1,B2,…,Bb}。

选择目标类型、目标速度、目标航向角度、目标的高度、目标干扰能力和相对距离六个因素作为目标威胁排序的影响因素。确定目标威胁排序的方法集B={B1,B2,…,Bb}。选择现有的三种目标威胁等级排序方法,B1~B3分别表示基于MODM的方法、基于TOPSIS的方法、云模型推理的方法。

步骤2:将B中的方法对目标进行威胁度计算。

根据输入目标数据,采用B集中的三种方法对目标进行威胁排序,得到各自对应的目标威胁值uij和目标排序值rij,其中uij为第i种方法对第j个目标评估所得的威胁值,rij为第i种方法对第j个目标评估所得的排序值。

步骤3:用Kendall协和系数检验法进行一致性验证。

设置显著水平α=0.05(根据统计规律设定),根据步骤2中所得各种方法的目标威胁值计算统计量χ2=b(m-1)W,W的计算公式如下

其中,,rij为第i种方法对第j个目标评估所得的排序值,m表示目标个数,b为威胁排序的方法总数;进行一致性验证。由于统计量χ2=b(m-1)W近似服从自由度为m-1的χ2分布,根据设置的显著水平α查临界值殊χα2(m-1),如果χα2≥χ2(m-1),满足一致性,执行步骤6;否则,执行步骤4。

步骤4:计算Spearman等级[9]相关系数ρij和相关系数的平均值ρs。

根据步骤2中所得的目标排序值,计算Spear⁃man等级相关系数ρij,ρij表示第i种方法与第j种方法的一致性程度,其计算公式如下

步骤5:对方法集B中的方法进行筛选。

选择Spearman等级相关系数的平均值ρ={ρ1,ρ2,...,ρb}中的最小值ρk,在方法集B中删除ρk所对应的第k种威胁排序方法,继续执行步骤3。

步骤6:计算最优的组合威胁排序相应的组合权向量。

为了使得最优组合威胁排序所得的目标威胁值与所有威胁排序方法所得目标威胁值之间的总体偏差最小,采用常用的两者差距的计算方法闵科夫斯基法(Minkowski)构造如下非线性规划模型:

步骤7:计算最优组合目标威胁值,并得到最优组合威胁排序。

根据步骤6中所得最优的组合威胁排序相应的组合权向量和步骤2中所得各种方法的目标威胁值,计算得到最优组合目标威胁值Uk,计算公式如下

其中Uk表示第k个目标的最优组合威胁值,表示最优的组合威胁排序相应的第i种威胁排序法的组合权值。将所有目标的最优组合威胁值按从大到小排列,得到最终目标威胁等级排序。

4 仿真实验

仿真数据模拟如表1所示。

表1 模拟数据表

1)采用B集中的三种方法对目标进行威胁排序,得到各自对应的目标威胁度值,如表2所示。

表2 威胁等级结果表

表3 威胁等级排序表

以上进行了两组实验,实验中基于MADM、TOPSIS、云模型三种目标威胁排序方法分别对两组目标数据进行了目标威胁度的计算和威胁排序,最后对三种方法所得的结果进行优化组合得到了最终的排序值。从实验结果可以看出,目标威胁组合排序方法能够在一定程度上弥补了各种方法不能充分利用信息的缺点,而且兼具有各种方法的优点,使得威胁排序结果更加合理。

5 结语

本文为了解决现有威胁估计模型存在的不足,更加合理准确地对海战场目标进行威胁排序,提出了一种基于组合评价的目标威胁估计方法。分析了现有流行的威胁估计方法的优缺点,引入了组合评价思想,综合了几种威胁估计方法,并且通过实验表明该方法能够有效避免传统方法中人为确定各威胁指标权重的主观性,同时对定性指标的有效处理提高了评估准确性,为战场作战指挥过程中威胁评估提供了一条有效途径。

[1]陈维义,王少蕾,周菲.基于加权核主成分TOPSIS方法的舰艇防空威胁评估[J].海军工程大学学报,2014,26(1):87-91,107.

[2]周林,娄寿春,赵杰.基于MADM的威胁评估排序模型[J].系统工程与电子技术,2001,23(1):19-20,42.

[3]杨露菁,彭业飞,周恭谦.基于混沌双扰动的CDDDP⁃SO-BP目标威胁估计方法[J].中文信息学报,2006,20(4):68-74.

[4]朱艺,肖兵,林傲.弹道导弹威胁估计模型构建[J].火力与指挥控制,2016(4):117-123.

[5]刘海波,王和平,沈立顶.基于SAPSO优化灰色神经网络的空中目标威胁估计[J].西北工业大学学报,2016(1):25-32.

[6]邹伟,刘兵,孙倩.多源信息融合能力评估关键技术综述[C]//信息融合学术论文集,2009:221-225.

[7]罗蓉,徐红兵,田涛.复杂系统多传感器数据融合技术及应用[J].中国测试技术,2006,32(4):145-160.

[8]D.J.Kewley.一种数据融合系统评估模型[C]//IEEE,1993:123-126.

[9]顾潮琪,汤志荔,周德云.一种不确定信息条件下的威胁估计方法[J].计算机工程与应用,2015,51(21):237-242.

[10]季傲,姜礼平,吴强.基于改良云模型的舰艇防空威胁评估[J].火力与指挥控制,2016,5(41):35-38.

[11]刘艳春.一种循环修正的组合评价方法[J].数学的实践与认知,2003,37(4):88-94.

[12]李素民,韩建兴,杜阳华.情报信息处理能力测试与评估技术[J].火力与指挥控制,2008,33(3):103-106.

[13]Oliver E.Drummond,Barry E.Fridling.模糊理论在多目标跟踪算法方法中的应用[C]//SPIE,1992:248-251.

[14]Barry E.Fridling,Oliver E.Drummond.多目标跟踪算法中的实用方法[C]//SPIE,1991:98-102.

A Threat Evaluation Method on Combination evaluation

ZHANG Liang
(Navy Representative Office in 426 Factory,Dalian116005)

In order to solve the existing problems of threat assessment model,for more accurate threat sorting of target on the sea,an threat evaluation method based on combination evaluation is proposed.Based on the analysis of the advantages and disadvan⁃tages of the target threat evaluation,the paper introduces the idea of combination evaluation to construct the target threat evaluation to construct the threat evaluation method on the combination evaluation.The example showed that this method can effectively avoid the subjectivity of man-made determining the weight of each index of the threat in the traditional method,and the effective treatment of qualitative indicators to improve evaluation accuracy,an effective way for the threat assessment is provided.

threat evaluation,combination evaluation,information fusion

TN957;TP274

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.08.007

2017年2月15日,

2017年3月20日

张靓,男,硕士,工程师,研究方向:计算机科学与技术。

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