总第227期 舰船电子工程 Vo1.33 No.5 2013年第5期 Ship Electronic Engineering 33 基于云模型的舰载反导作战通道性能分析 王鹏飞 (海军军事代表室上海200129) 摘要通过对影响水面舰艇反导作战通道性能的因素进行分析,构建了水面舰艇反导作战通道效能评价指标体系,建立了水面舰艇 反导作战通道性能云模型,为水面舰艇反导作战通道性能评估提供了定量算法。水面舰艇反导作战效能的定量评估,对提高水面舰艇反导 作战能力,充分发挥兵力的潜在能力和整体功能,具有重要作用。 关键词云理论;择优比较法;反导作战通道 中圈分类号TP302.7 Analysis of Performance of Surface Vessel’S Anti-missile Combat Passway Based on Cloud Model・-Comparative Law WANG Pengfei (The Navy Military Representative Office,Shanghai 200129) Abstract The system of surface vessel’S efficiency evaluation on anti—missile combat passway and the model of performance of surface vessel’s anti—missile combat passway are established and the ration-algorithm for surface vessel’S efficiency evaluation on anti-missile combat passway is provided by analysing the factors that have influence on surface vessel’s anti-missile combat passway.It is essential that evaluate surface vessel’s anti—missile combat passway for enhancing the ability of surface vessel’S anti—missile combat and playing the role completely. Key Words cloud theory,comparative law,anti—missile combat passway Class Numl ̄r TP302.7 1 引言 的不确定性转换模型,云的数字特征用期望值Ex、熵En、 偏差D来表征。这些特征反映了定性知识的定量特征。 防空反导是现代舰艇防御作战的重点,其成功与否直 其中,Ex是云的重心位置,也即某个模糊概念的期望值; 接关乎舰艇生命力的保持_gj。目前,在防空反导过程中,舰 En是表征概念模糊度的量度,其大小反映了在论域中可被 艇反导作战主要还是依靠指挥员个人的知识、经验来进行 模糊概念接受的元素数;D是云厚度的度量,是整个云厚度 通道的选择。由于指挥员在各方面素质的差异,不同的指 的最大值,反映了云的离散程度。由期望和熵两个数字特 挥员做出的选择也不尽相同,这严重影响了作战指挥的准 征便可确定具有正态分布形式的隶属云的期望曲线方程。 确性。因此,在具有多条通道可供选择的反导作战系统中, 2.2云重心 必须充分考虑影响作战通道L1]选择的各个因素,认真衡量 云重心可以表示为 各个通道的优劣,从而选出最佳通道。 T=a*b 基于云模型l_7]的评估方法是在不确定的环境中,综合 其中,a表示云重心的位置,b表示云重心的高度。期望值反应 考虑多种因素的影响,提出的较为合理的评估方法。因此 了相应的模糊概念的信息中心值。当期望值发生变化时,它所 本文采用此方法,对反导作战通道[3 1.陛能进行评估,为指 代表的信息中心值发生变化,云重心的位置也相应地改变。 挥员更合理地选择作战通道提供一个参考。 在一般的情况下,云重心的高度取常值(o.371),期望 2云模型的基本理论 值相同的云可以通过比较云重心高度的不同来区分它们的 重要性,即云重心高度反映了相应的云的重要程度。所以 云理论l2 是KDD(KDD是数据库中的知识发现 说,通过云重心的变化情况,可以反映出系统状态信息的变 (knowledge discovery database)『2 ],也称为数据挖掘 化情况。 中心)中最新发展起来的,体现定性与定量之间的不确定性 转换,体现概念亦此亦彼的“软”边缘性的理论,已成为模糊 3 建立基于云模型一择优比较法的评估 数据发掘和信息处理的有力工具。 数学模型 2.1云定义 3.1建立反导作战通道性能评估体系 云是用语言值表示的某个定性概念与其定量表示之间 以某型舰艇反导作战通道 (如图1)为例,根据指标 收稿日期:2012年11月6日,修回日期:2012年12月13日 作者简介:王鹏飞,男,硕士,工程师,研究方向:信号处理。 34 王鹏飞:基于云模型的舰载反导作战通道性能分析 E—E +Ez+…+ 总第227期 选取典型性、全面性的原则,将影响舰空导弹作战通道性能 的指标确立为四大类十小类,从不同角度反映进程反导武 器作战通道情况,层次结构模型见图1。 作战通道能力评价 3.3用一个P维综合云表示具有P个性能指标的系统状态 P个性能指标可以用 个云模型来刻画,那么P个指 标所反映的系统的状态就可以用一个声维综合云来表示。 当P个指标所反映的系统的状态发生变化时,这个P维综 合云的形状也发生变化,相应地它的重心就会改变。P维 反应时间l l探测能力I 设 备 反 应 l保障能力I l可信性能 平 综合云的重心T用一个P维向量来表示,即:T一(T1, , …时 间 ( . 蠢I l f差I ll I萋l 攀 数据室C 平均无故障时间 均 修 复 时 间 ,_ , )。其中, 一 Xb ( —l,2,…, ),当系统的状态发 生变化时,其重心变化为 , 一(T1 ,丁2 ,…, ) 3.4确定指标权重 C 在确立层次结构后,由于各层次元素的权重界定比较 困难,在此用“择优比较法”来确定各指标各元素的权重。 图1反导作战通道性能评估体系 设因素集B一{B ,B:, ,…,B0),需要确定权重向量 A{a1,&2,a3,…,口q)。 3.2求各指标的云模型表示 在给出的系统的性能指标体系中,既有用精确数值型 表示的,又有用语言值来描述的。提取,z组样品组成决策 矩阵,那么 个精确数值型的指标就可以用一个云模型来 表示。其中: (E『1+E2+…E ) L 一————一 选择”个专家组成调查集P一{P ,Pz,P。,…,P ),每 个专家对所有因素进行二元对比,如果 认为 要,记 ( , )一1, ( ,Pi)一o,得表1。 表1 对各因素二元比较结果 比 重 (max(E1,E2,…,E )一min(E1,E2,…, )) ———— 一百 同时,每个语言值型的指标都可以用一个云模型来表 示,那么 个语言值(云模型)表示的一个指标就可以用一 个一维综合云来表征。其中: F:垦 兰 ± ±:::± 堡 综合,z个人,得到表2。 表2 n个调查者对各因素二元对比统计结果 E 1+E 2+…+ 则权重啦一∑∑ (u ,p ̄)/o.5nq(q一1),显然满足 k一1 J—l q 这样,我们可以用加权偏离度( )来衡量这两种状态下 综合云重心的差异情况。首先将此状态下的综合云重心向 量进行归一化,得到一组向量 一(砰,碍,…, ),其中: ∑n 一1。 !一1 3.5用加权偏离度来衡量云重心的改变 一 f l ,rn Ti< \ 假设理想状态下P维综合云重心位置向量为:n一 (E , 一,E );云重心高度向量为:6=(bl,b2,…, )。 其中,b 一 ×O.371,则理想状态下云重心向量为: 一。 ×b 一(研, ,…, )。 l, I厂n Ti_, L 』 经过归一化之后,表征系统状态的综合云重心向量均 为有大小、有方向、无量纲的值。 把各指标归一化之后的向量值乘以其权重值(权重值 一同理,求得某一状态下系统的P维综合云重心向量:T 一(T1,T2,…,T )。 般由层次分析法得出),然后再相加,取平均值后得到加 2013年第5期 舰船电子工程 35 权偏离度 (o 1)的值为0一 ( 碍)。 。j。。=——1 3.6用云模型实现评测的评语集 采用由11个评语所组成的评语集: 一( ,V2,…, )一( j£一1,2,…,11)一(无,非常差,很差,较差,差,一 般,好,较好,很好,非常好,极好)_8]。 将11个评语置于连续的语言值标尺上,并且每个评语 值都用云模型来实现,构成一个定性评测的云发生器,如图 2所示。 无非常差很差较差差一般好较好很好非常好极好 o o o 1 o 2 o 3 o 4 o 5 o 6 o 7 o 8 o 9 1 o 图2定性评测云发生器 对于一个具体的方案,将求得的 值发生器中,它可能 有下面两种激活情况: 1)激活某个评语值云对象的程度远大于其它评语值 (当二者的激活程度差值的绝对值大于某个给定的阈值 y),这时该评语即可作为对方案的评测结果输出。 2)激活了两个评语值的云对象,且激活程度相差不是 很大(当二者的激活程度差值的绝对值小于某个给定的阈 值y),这时运用云理论中的综合云的原理,生成一个新的 云对象,它的期望值将作为评测结果(定量结果)输出,而此 期望值对应的定性表述可由专家或系统用户另外给出。 4应用举例 4.1列出指标状态值 指标状态值的求取可结合专家评判得出。组成N个 专家组对作战通道各指标因素进行评判,可得出系统的N 种状态。 表3通道指标状态表 4.2各指标云模型表示 利用云理论把语言值用相应的三个特征值(E,E, /-L)来表征,即用一个云对象来表示。E就可以作为上 述各单项指标的定量表示值,并由此组成决策矩阵E: 0.6 0.6 0.7 0.5] 0.5 0.7 0.6 0.7 l E一 0.3 0.6 0.7 0.5 l 0.5 0.8 0.6 0.6J 理想状态向量L--(1,1,1,1) 从决策矩阵中分别求出通道各个指标云模型的期望值 和熵(表4所示)。 表4各指标期望值和熵 4.3确定各指标权重 应用上述确定各指标权重方法,对影响水面舰艇反导 作战通道效能的各指标进行综合评价。选取四组专家,应 用“择优比较法”,得出权重向量如下: A一(仉1, ,砌,W4)一(O.4994,0.1466,0.0657,0.2883) B1:( 1,仉12)一(O.2497,0.2497) /32一(va1,让 2,观 3)一(O.0484,0.0656,0.0332) B一( 1,诎2, 3)一(O.0197,0.0243,0.0217) B4一(w41, 2)一(O.1499,0.1384) 4.4三维加权综合云的重心向量 由反应时间、探测能力、保障能力、可信性能四个指标 所反映的作战通道性能可以用一个三维加权综合云表示。 理想状态条件下该加权综合云的重心向量为 To=WL一(0.4994,0.1466,0.0657,0.2883) ・(1,1,1,1)一(0.4994,0.1466,0.0657,0.2883) 根据专家评判的结果实际得到的该综合云的云重心向 量为 T一( , , , )一(O.475va,0.675z ̄,0.65砌,0.575W4) 一(O.2372,0.0990,0.0427,0.1658) 4.5计算加权偏离度 对向量T进行归一化处理得到: 一(771, , ,砑) 一(一0.525,一0,325,~0.350,一0.425) P 由公式0一> (叫,j 。-—‘I T ),得 一一0.455。 在评语集中,理想状态下的评语为极好。依加权偏离 度 一--0.455,即距离理想状态下的加权偏离度为0.545, 将其输入评测云发生器后,将激活“好”和“一般”两个云对 象,激活“一般”云对象的程度稍大于“好”的云对象,则评判 定性可用介于“好”和“一般”之问,略倾向于“一般”来说明。 同理,按上述步骤分别判定其余各通道的性能。根据 最终判定结果,可将反导作战各通道按性能优劣排序。 5 结语 从以上分析可以看出,将云模型用于舰空导弹作战通 道的评估是可行的,该方法通过将专家的判断融人计算过 程,得出了各指标的权重和各通道的基于量化分析的最后 评估值,从而有利于战时合理选择作战通道。 参考文献 [1]李蕾,冯浩.作战系统作战通道精度分配方法EJ].中国舰船研 究,2007,2(4):37 40. 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