基于賦色Petri 網(wǎng)的反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率評估建模

王 軒

（1.空軍預(yù)警學(xué)院，武漢 430030；2.海軍工程大學(xué)基礎(chǔ)部，武漢 430033）

0 引言

隨著智能化反輻射導(dǎo)彈系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)展，分析反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率，相關(guān)的反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率評估方法研究受到人們的極大關(guān)注［1］，研究反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率的量化評估方法，在反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率管理和控制中具有重要意義。

傅冰等在艦艇編隊(duì)協(xié)同交戰(zhàn)模式下，針對跨平臺武器射彈的命中前彈道段火力兼容判斷問題，通過交戰(zhàn)彈道命中前的空間關(guān)系與火力沖突分析，提出火力兼容性量化指標(biāo)，并基于射擊效力計(jì)算提出了指標(biāo)的計(jì)算模型和求解方法，實(shí)現(xiàn)了跨平臺武器射彈命中前火力兼容性的量化表征［2］。趙未平等提出了破片戰(zhàn)斗部毀傷雷達(dá)目標(biāo)新的評估方法，用Autodyn 仿真軟件對破片戰(zhàn)斗部進(jìn)行數(shù)值模擬，獲取破片的質(zhì)量、速度及密度分布，將數(shù)據(jù)結(jié)果導(dǎo)入已建立雷達(dá)模型的目標(biāo)易損性軟件，計(jì)算破片對雷達(dá)的毀傷效果［3］。但是上述方法在評估反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率時計(jì)算開銷較大。SAHO K等提出了一種利用微多普勒雷達(dá)（MDR）對從坐姿到站姿（STSTS）運(yùn)動的特征進(jìn)行評估的高水平日常生活工具性活動（HL IADLs）技術(shù)，該技術(shù)被定義為相對復(fù)雜的獨(dú)立執(zhí)行的現(xiàn)代日?；顒樱?］。YIN C 等提出了一種基于多目標(biāo)特征提取優(yōu)化的主動紅外熱波圖像檢測技術(shù)（MO-FEO）的航天器的超高速撞擊（HVI）損傷評估方法，實(shí)現(xiàn)了M/OD HVI 損傷的定量評估［5］。但是上述方法在評估反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率時的自適應(yīng)性不好。

賦色Petri 網(wǎng)是一種基于狀態(tài)的建模方法，其明確定義了模型元素的狀態(tài)，并且其演進(jìn)過程也受狀態(tài)驅(qū)動，從而不但嚴(yán)格區(qū)分了活動的授權(quán)和活動的執(zhí)行，而且使過程定義具有更豐富的表達(dá)能力；能夠動態(tài)地修改過程實(shí)例，使建模過程具有了更多的柔性特征。因此，針對上述問題，本文利用賦色Petri網(wǎng)的優(yōu)勢，建立了反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率評估模型，實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)毀傷效率自動化評估。最后進(jìn)行仿真測試分析可知，本文方法下的攻擊目標(biāo)陣元在X 軸、Y 軸和Z 軸的毀傷效率測試值均高于0.850 0，且評估可靠性較高，評估效能較好，展示了本文方法在提高反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率自動化評估能力方面的優(yōu)越性能。

1 設(shè)計(jì)原理

在建立賦色Petri 網(wǎng)下反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率參數(shù)分析模型時，采用大數(shù)據(jù)挖掘分析和自適應(yīng)融合調(diào)度的方法，評估反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率，結(jié)合信息融合處理實(shí)現(xiàn)反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率參數(shù)辨識，構(gòu)建反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率的大數(shù)據(jù)分析模型，采用ISA/EISA 構(gòu)架模式，進(jìn)行反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率自動化評估系統(tǒng)的模糊反饋控制，結(jié)合嵌入式的ARM 設(shè)計(jì)反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率自動化評估的驅(qū)動模塊，采用ZigBee協(xié)議構(gòu)建反輻射導(dǎo)彈，對雷達(dá)毀傷效率自動化評估的賦色Petri 網(wǎng)，以此為依據(jù)構(gòu)建模型。

2 評估模型構(gòu)建

2.1 反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率約束參量

采用VIX 總線控制技術(shù)，進(jìn)行反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率控制和信息傳輸，如圖1 所示。

圖1 反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率參數(shù)采集方案Fig.1 Radar damage efficiency parameter acquisition scheme of anti-radiation missile

以圖1 為基礎(chǔ)，結(jié)合空間采樣方法，進(jìn)行反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率的相關(guān)性參數(shù)分析，得到反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率管理的大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)特征分解描述為：

式中，Pi（i=1，…，n）表示反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率特征分類屬性集；t 表示反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷時刻；α 表示反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷的彈性參數(shù)。利用關(guān)聯(lián)特征分解自適應(yīng)重組，得到反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率的描述性統(tǒng)計(jì)序列x（k），建立反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率評估的關(guān)聯(lián)規(guī)則分布集R 與X，得到關(guān)聯(lián)分布關(guān)系為：

建立反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率評估的決策函數(shù)g，挖掘動態(tài)評估數(shù)據(jù)，得到反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率評估的輸入與輸出關(guān)系如下：

式中，l 表示反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率評估的統(tǒng)計(jì)特征量。綜合考慮系統(tǒng)參數(shù)穩(wěn)定性，得到運(yùn)行質(zhì)量評估的模糊特征分布集滿足：

反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率的約束特征分量為：

式中，h 表示在高頻段保持反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率的輸出穩(wěn)定模量。結(jié)合參數(shù)分析約束特征矢量控制的方法，識別反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率評估的模糊參量［6］，得到反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率分布的弱關(guān)聯(lián)規(guī)則函數(shù)，通過量化分析得到雷達(dá)毀傷效率評估的統(tǒng)計(jì)函數(shù)為：

式中，u 表示約束指標(biāo)參量集；ω 為反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率評估的統(tǒng)計(jì)特征分布的慣性權(quán)重。

2.2 反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷評估統(tǒng)計(jì)特征量

在反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率約束參量分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合預(yù)期損失模型的輸出差異度建立雷達(dá)毀傷效率評估的統(tǒng)計(jì)特征量參數(shù)集，得到輸出模糊評價(jià)參數(shù)為：

式中，β 表示功率環(huán)控制的介質(zhì)參數(shù)，介于0 和1 之間；w 表示雷達(dá)毀傷效率評估統(tǒng)計(jì)特征量的隸屬度；{L1，L2，…，Ln}表示反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率評估的動態(tài)映射關(guān)系［7］。根據(jù)輸出反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率評估的模糊評價(jià)參數(shù)，挖掘反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率評估數(shù)據(jù)［8］。采用子空間調(diào)度模型融合反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率評估的特征量，給出反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率評估的控制函數(shù)為：

式中，M 表示反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率評估的關(guān)聯(lián)規(guī)則分布函數(shù)。采用反演特征分析方法，構(gòu)建反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率的大數(shù)據(jù)分析模型：

2.3 求解反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率評估模型

采用大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法挖掘雷達(dá)毀傷效率信息特征［9］，并結(jié)合模糊C 均值聚類方法對雷達(dá)毀傷效率評估特征融合處理，模糊C 均值聚類函數(shù)為：

式中，η 表示滿足收斂條件下的反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率的可靠性評價(jià)集合。隨著反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷強(qiáng)度減小［10］，得到反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷的價(jià)值評價(jià)輸出：

式中，q 表示反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率數(shù)據(jù)的空間特征分布為：

其中，r 表示模糊參數(shù)估計(jì)值，提取雷達(dá)毀傷效率數(shù)據(jù)的相關(guān)統(tǒng)計(jì)特征量，得到模糊擴(kuò)展函數(shù)：

在融合的子空間中，得到在賦色Petri 網(wǎng)下反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率評估的目標(biāo)函數(shù)：

綜上分析，采用預(yù)期損失模型檢測輸出差異度特征［11-12］，并構(gòu)建判決準(zhǔn)則評價(jià)反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率：

式中，θ 表示判決門限。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，實(shí)現(xiàn)反輻射導(dǎo)彈雷達(dá)毀傷效率評估。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)模型，采用VIX 多線程調(diào)度，得到模型總體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 總體結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of the overall structure

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及測試

結(jié)合對反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率大數(shù)據(jù)參數(shù)融合和特征分析結(jié)果，將反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率的評估信息傳輸至Web 界面，在遠(yuǎn)端服務(wù)器中Web 訪問反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率評估的人工智能庫，得到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖如下頁圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 System implementation structure diagram

在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率的約束參數(shù)解析模型，得到相關(guān)約束參數(shù)設(shè)定如表1 所示。

表1 約束參數(shù)設(shè)定情況Table 1 Constraint parameter setting status

根據(jù)初始偏移量設(shè)定，進(jìn)行反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率統(tǒng)計(jì)分析，得到攻擊效率統(tǒng)計(jì)分布圖如圖4 所示。

根據(jù)圖4 攻擊陣列分布，估計(jì)反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率參數(shù)，得到優(yōu)化攻擊估計(jì)結(jié)果如表2 所示。

圖4 攻擊陣元分布統(tǒng)計(jì)分布Fig.4 Distribution of attack array elements Statistical distribution

表2 反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷優(yōu)化結(jié)果Table 2 Radar damage optimization results of anti-radiation missile

分析表2 得知，通過本文方法建立反輻射導(dǎo)彈雷達(dá)毀傷效率參數(shù)分析模型，減少了偏移量，提高了反輻射導(dǎo)彈攻擊準(zhǔn)確率，其主要原因是本文方法在評估過程中采用大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法挖掘雷達(dá)毀傷效率信息特征，并結(jié)合模糊C 均值聚類方法融合對雷達(dá)毀傷效率評估特征，優(yōu)化了評估效果。

以X 軸毀傷測試目標(biāo)，分別測試本文方法、文獻(xiàn)［3］方法以及文獻(xiàn)［4］方法的毀傷效率，得到結(jié)果如下頁表3 所示。

分析表3 中結(jié)果得知，文獻(xiàn)［3］方法對攻擊目標(biāo)陣元在X 軸的毀傷效率測試值位于0.879 3%～0.929 7%之間，文獻(xiàn)［4］方法對攻擊目標(biāo)陣元在X 軸的毀傷效率測試值位于0.832 8%～0.961 3%之間，本文方法對攻擊目標(biāo)陣元在X 軸的毀傷效率測試值高于0.918 4%，相較于對比方法而言，本文方法的毀傷效率更高。

表3 X 軸毀傷效率測試（%）Table 3 X axis damage efficiency test（%）

測試攻擊優(yōu)化效能分布，得到測試結(jié)果如圖5所示，分析圖5 得知，本文方法進(jìn)行反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率評估建模的可靠性較高，評估效能較好。

圖5 攻擊優(yōu)化效能分布Fig.5 Attack optimization efficiency distribution

4 結(jié)論

為提高反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率的量化評估能力。本文提出基于賦色Petri 網(wǎng)的反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率自動化評估系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。采用ZigBee 協(xié)議構(gòu)建反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率自動化評估的賦色Petri 網(wǎng)，建立賦色Petri 網(wǎng)下反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率參數(shù)分析模型，結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)毀傷效率評估。分析得知，本文所提出的反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)毀傷效率評估建模的可靠性較高，評估效能較高。但是本文方法僅針對X 軸毀傷效率進(jìn)行評估，未針對剩余兩部分的毀傷效率進(jìn)行評估，評估效率方面具有一定的局限性。