基于層次分析法和熵值法的目標(biāo)多屬性威脅評(píng)估*

張延風(fēng)，劉建書，張士峰

(1 國防科技大學(xué)， 長沙 410073； 2 西安現(xiàn)代控制技術(shù)研究所， 西安 710065)

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭離不開指揮平臺(tái)和作戰(zhàn)平臺(tái)，攻防過程是大規(guī)模武器系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)對(duì)抗[1]，其中多傳感器信息系統(tǒng)獨(dú)立的直接為相關(guān)基本作戰(zhàn)單元提供信息融合服務(wù)，通過多傳感器信息融合系統(tǒng)進(jìn)行威脅判斷研究具有現(xiàn)實(shí)意義。

在指揮決策過程中，判斷目標(biāo)的威脅程度是進(jìn)行火力分配的基礎(chǔ)。戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性使得有諸多因素影響威脅評(píng)估，難以建立可信度較高的通用威脅評(píng)估體系。目前常用的威脅評(píng)估方法有貝葉斯網(wǎng)絡(luò)[2]、TOPSIS法[3]、熵值法[4]、模糊理論[5]、灰色理論[6]和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[7]。文中提出了一種基于層次分析法(AHP)和熵值法的目標(biāo)多屬性威脅評(píng)估方法，利用AHP法由專家主觀確定權(quán)重，利用熵值法由客觀信息數(shù)據(jù)確定權(quán)重，將主觀確定權(quán)重和客觀確定權(quán)重組合確定最終權(quán)重。根據(jù)目標(biāo)的多屬性特征對(duì)其進(jìn)行威脅評(píng)估，最后給出仿真示例表明該方法的有效性。

1 多傳感器信息融合系統(tǒng)

多種傳感器構(gòu)成的多傳感器系統(tǒng)作戰(zhàn)指揮中心為武器系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息，使得獲取戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)及火力打擊后的評(píng)估變得容易。

作戰(zhàn)指揮時(shí)，武器系統(tǒng)可選擇威脅值大者進(jìn)行先行攻擊，并可合理分配運(yùn)用火力。武器系統(tǒng)接收到新目標(biāo)信息，多傳感器信息融合系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)威脅評(píng)估。威脅評(píng)估是根據(jù)目標(biāo)的各種屬性特點(diǎn)，對(duì)目標(biāo)的威脅程度進(jìn)行量化，計(jì)算出目標(biāo)的威脅值。

2 目標(biāo)屬性及其權(quán)重

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，根據(jù)武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)任務(wù)、地域和目標(biāo)性質(zhì)估計(jì)目標(biāo)威脅程度。通過分析導(dǎo)彈武器系統(tǒng)特點(diǎn)和目標(biāo)屬性，確定目標(biāo)的5個(gè)主要威脅因素。

2.1 目標(biāo)屬性確定

2.1.1 目標(biāo)類型

目標(biāo)類型可以通過雷達(dá)等傳感器進(jìn)行確定，不同類型的目標(biāo)對(duì)武器系統(tǒng)的威脅程度不同。對(duì)目標(biāo)屬性值進(jìn)行量化，采用G.A.Miller 的9級(jí)量化方法，按威脅程度由大到小量化如下：直升機(jī)為9，坦克為6，裝甲車為4。威脅程度越高的目標(biāo)，目標(biāo)屬性值越大，目標(biāo)屬性值是高優(yōu)指標(biāo)。

2.1.2 目標(biāo)速度

目標(biāo)的速度影響火力單元的殺傷概率，同一類型目標(biāo)，速度越大，目標(biāo)威脅程度大，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行射擊準(zhǔn)備和實(shí)施的時(shí)間短，目標(biāo)速度是高優(yōu)指標(biāo)。

2.1.3 目標(biāo)航向角

目標(biāo)航向角是目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向與武器系統(tǒng)載體的夾角，夾角越大，目標(biāo)的威脅程度越大，目標(biāo)航向角屬于高優(yōu)指標(biāo)。

2.1.4 目標(biāo)距離

目標(biāo)距離指目標(biāo)相對(duì)于武器系統(tǒng)的距離，距離越小，目標(biāo)的攻擊威脅越大，對(duì)我方的毀傷概率越大，目標(biāo)距離威脅程度越大，目標(biāo)距離屬于低優(yōu)指標(biāo)。

2.1.5 目標(biāo)當(dāng)前毀傷情況

根據(jù)目標(biāo)是否受到損壞，可將目標(biāo)毀傷情況劃分為未毀傷、中等毀傷和報(bào)廢三種級(jí)別。目標(biāo)毀傷情況是定性因素，將未毀傷量化為最大值，則目標(biāo)毀傷情況屬于高優(yōu)指標(biāo)。

(1)

(2)

2.2 目標(biāo)屬性權(quán)重

利用AHP法由專家主觀確定權(quán)重，利用熵值法由客觀信息數(shù)據(jù)確定權(quán)重，將主觀確定權(quán)重和客觀確定權(quán)重組合確定最終權(quán)重：

(3)

其中，αj和βj分別為AHP法和熵值法求得第j個(gè)屬性的權(quán)重。

2.2.1 AHP計(jì)算權(quán)重

AHP法是計(jì)算權(quán)重的常用方法，通過AHP求得各專家的權(quán)重，歸一化得到各屬性權(quán)重αj。

2.2.2 熵值法計(jì)算權(quán)重

第j個(gè)屬性的決策信息可用熵值ej表示：

3 基于AHP和熵值法的目標(biāo)多屬性威脅評(píng)估

基于AHP和熵值法的目標(biāo)多屬性威脅評(píng)估步驟如下：

1)確定屬性高優(yōu)、低優(yōu)指標(biāo)

由目標(biāo)屬性確定屬性中的高優(yōu)指標(biāo)(值越大，威脅度越高)和低優(yōu)指標(biāo)(值越小，威脅度越高)。

2)量化、規(guī)格化各屬性

目標(biāo)屬性采用G.A.Miller的9級(jí)量化理論進(jìn)行量化。9級(jí)量化理論中1～9分別表示最差、很差、差、較差、相當(dāng)、較好、好、很好以及最好9個(gè)定性等級(jí)，其中滿分為9分，表示威脅程度最大，其余依次類推。然后對(duì)其按式(1)、式(2)進(jìn)行規(guī)格化處理。定量屬性直接按式(1)、式(2)進(jìn)行規(guī)格化處理，規(guī)格化處理的目標(biāo)屬性表示為fj(xi)，即指xi目標(biāo)的第j項(xiàng)屬性。

3)確定各屬性權(quán)值

按式(3)采用AHP和熵值法確定屬性權(quán)重。

4)計(jì)算威脅值

采用簡單加性加權(quán)法：

(4)

根據(jù)ai值的大小即得到各目標(biāo)威脅程度的排序。

4 示例

某武器系統(tǒng)接收到的目標(biāo)信息如表1所示。

表1 目標(biāo)屬性值

1)確定屬性高優(yōu)、低優(yōu)指標(biāo)

高優(yōu)指標(biāo)：目標(biāo)類型、速度、航向角、目標(biāo)當(dāng)前毀傷程度；

低優(yōu)指標(biāo)：距離。

2)屬性的量化

屬性量化準(zhǔn)則為:①目標(biāo)類型。按武器性能將直升機(jī)、坦克、裝甲車依次量化為9，6，4。②目標(biāo)當(dāng)前毀傷程度。按未毀傷、中等毀傷、報(bào)廢依次量化為9，5，1。

屬性量化后由式(1)、式(2)進(jìn)行規(guī)格化處理(見表2)。

表2 目標(biāo)屬性量化規(guī)格化結(jié)果

3)各屬性權(quán)值的確定

由式(3)得到屬性權(quán)值如表3所示。

表3 屬性權(quán)值

4)目標(biāo)的威脅值

由式(4)得到目標(biāo)威脅值見表4。

表4 目標(biāo)威脅值

則目標(biāo)威脅排序?yàn)椋耗繕?biāo)5—目標(biāo)1—目標(biāo)3—目標(biāo)2—目標(biāo)4。

5 結(jié)束語

現(xiàn)代戰(zhàn)爭的攻防過程是大規(guī)模武器系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)對(duì)抗。在指揮決策過程中，判斷目標(biāo)的威脅程度是進(jìn)行火力分配的基礎(chǔ)。提出一種基于層次分析法(AHP)和熵值法的目標(biāo)多屬性威脅評(píng)估方法，仿真示例表明該方法有效。該方法在武器系統(tǒng)的威脅評(píng)估中是一種普適性方法。