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基于证据理论的敌反空降防空火力强度评估

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兵工自动化 武器磊蕾目曲化 0.I.Automation 2008年第27卷第l0期 Armament Automation 2008,Vo1.27,No.10 文章编号:1006—1576(2008)10—0021—03 基于证据理论的敌反空降防空火力强度评估 李惊回,黎放,董鹏,谢俊杰 (海军工程大学管理工程系,湖北武汉430033) 摘要:针对空降作战中依据情报信息准确评估敌反空降防空火力强度的问题,结合空降作战和反空降作战的有 关特点,建立敌反空降防空火力强度评估指标体系,运用基于权重系数的证据合成方法,构造基于证据理论的敌反 空降防空火力强度评估模型。通过实例证明了模型的合理性和方法的可行性,为空降作战决策提供了参考依据。 关键词:证据理论;防空火力;空降;强度评估 中图分类号:O159;E274.2 文献标识码:A Intensity Evaluation 0f Air Defense Firepower in Enemy Anti—Airborne B ased on Evidence Theory LI Jing—hui,LI Fang,DONG Peng,XIE Jun-jie (Dept.of Management Science,Naval University of Engineering,Wuhan 430033,China) Abstract:According to information in airborne fighting intelligence,exactly evaluate the intensity of air defense firepower in enemy anti—airborne.While on the basis of the characteristic of airborne fighting and anti-airborne fighting, establish the index system.Use an evidence combination method based on weight factors,the intensity evaluate model was given,and the model rationality and method feasibility with instance is validated.It supplies the reference for decision—making of airborne fighting. Keywords:Evidence theory;Air defense firepower;Airborne;Intensity evaluation O 引言 定义2(信度函数):设m:2日一【O,l】为框架集e 空降地域敌防空火力强度的评估对伞降高度选 上的基本可信度分配,则称由BeI(A) ∑fB)(VAcol 择和空降地域的选择具有重要的意义,为空降作战 所定义的函数m:2日一【0,1】为《三)上信度函数。 指挥提供了决策依据。在战时判断敌反空降防空火 1.2证据理论合成法则 力强度的指标数据难以精确收集甚至不能测定,造 成了敌反空降防空火力强度评估影响因素的严重不 证据合成法是为了同时利用来自相互独立的不 确定性。证据理论是重要的不确定性推理方法,而 同信息源的2组或多组证据,提高对事件的置信程 证据合成法所具有的证据聚合作用,也为综合不同 度而提出的多信息体的组合法则。 类型专家的意见提供了有力的工具,这是模糊评判 定义3:设Bel1和Bel2是同一识别框架的2个 等方法所不具备的特点【1】。故引入证据理论作为评 信度函数,m 和m2分别是基于对应的基本信度分 估建模工具,对敌反空降防空火力强度进行评估。 配,m1和m2的焦元(若A O,且m(A)>0,则称 A为焦元)分别为Al,A2,…,Ak和Bl’B2,…,Bl,设: 1 证据理论 m。(A.)m:(Bj)<1,那么,由式(1)定义的函数 1.1证据理论基本概念 m:2H一[0,1】是基本可信度分配: 定义1(基本可信度分配):设O为一识别框 fm(A)=0;A 巾 架,对应于识别框架O,如果集函数为m:2e一[0,1】 (2廿为O的幂集)满足下列条件: {Lm (A): Y m1l(一Ak i)m2(B):A≠ I(1)m(巾)=0 其中,k=∑m (A )m (B )。这就是D-S合成 AirlBj砷 。 1(2)∑m(A)=1 I AcO 公式,k表示证据间的冲突程度,值越大说明证据 则称m为识别框架O的基本可信度分配,又称 之间的冲突越大。 为mass函数,VA cO,m(A)称为基本可信数。 关于证据合成公式,文献[2~5】都对D-S证据 收稿日期:2008—04—15;修回日期:2008—06—23 作者简介:李惊回(1981一),男,湖南人,湖北武汉海军工程大学在读硕士,从事系统工程、装备采购、项目管理研究。 兵工自动化 武叠畏■目魂化 Armament Automation o.I.Automation 2008,Vo1.27,No.10 2008年第27卷第10期 理论合成公式和Yager的证据合成公式进行了一定 的改进与修正,有效地处理了冲突信息,特别是文 献【7】对文献【4】的合成公式进行了修正,使其满足结 其中,k=l,2,…,di,di为第i个证据提供的辨识 框架中非e的焦元数。可见,调整后的基本概率分 配值m (A )的和并不为1,不满足基本概率分配 合律,提高了计算效率。在证据合成时,引用了文 献【4】合成公式: fm(A)=0:A= 1m(A)=Aln矗:Aml(A|)m2(Bj)m3(cI).一+k×q(A) (2 其中: k= AIABl乏 mln…= (Ai)m2(Bj)m(c1)…,q(A)=二 minI:l (A)。 1.3基于权重系数的证据合成方法 文献[6,7】提出了一种基于权重系数的证据合成 方法,该方法有效地处理了证据冲突。在证据合成 过程中,多个证据应具有不同的权重,如果一个证 据被其它证据支持,则该证据比较可信,其权重较 大,对最终融合结论的影响也较大;反之,如果一 个证据与其它证据的冲突都较大,则该证据的可信 度较低,其权重也较低,对最终融合结论的影响也 较小。文献【6】和文献[7】不同之处在于,证据权重的 选取方法不同。 概念l(证据距离):两证据mi和mj之间的距 离d(mi,mi): d(mi,mj) llmiI +llmjI 一2 mi'm ] ( ) 其中,lIm ll m ,m , 锄<mIIIm Imj>=善吾 M M(Ai)mj(Aj)’ ’A““Aj ∈A A (【4)4  概念2(相似程度): sim(mi,mj)=1-d(mi,mj)i,j=1,2,…,n (5) 概念3(证据mi支持度): Sup(mi)=Esim(mi,mj)i,j=l,2,…,n (6) J=l j 支持度Sup(mi)反映的是证据mi被其他证据所 支持的程度,是相似测度函数。一般认为,Sup(mi) 越高,该证据就越可信。 概念4(证据mi的可信度): a;: ‘ Si:1,2,…,n (7) up(max) 证据mj的可信度ai可以作为证据mj的权重。 在获得各个证据的权重后,利用可信度ai对识别框 架集内所有命题的基本概率赋值,调整后的基本概 率赋值为: mio(Ak)=aimi(Ak) (8) ・22・ 函数定义中的第2个条件[8】,需补充定义: d■ m (0)=1一 m (A ) (9) t I 由式(8)、式(9)得到考虑证据信任度的加权评 分表,就可以利用式(2)进行有效证据组合。 2 敌反空降防空火力强度评估模型 2.1问题提出 对我空降地域敌反空降防空火力强度的描述, 必须符合空降作战的特点。空降作战前期,有3个 阶段:空运阶段、临空阶段、空降阶段,可能受到 敌近程、中程、远程防空火力的打击。通常情况下, 空运编队在己方地域飞行时,飞行高度为3000 ̄ 7000m,采用巡航速度飞行,在进入对方雷达探测 范围前下降至有利高度,当接近空降地域时按 200~800m的高度实施空降【9】。空运阶段只可能遭 受敌远程防空火力打击,临空阶段,由于机群飞行 高度降低,可能遭受敌远程、中程防空火力打击, 空降阶段,机群飞行高度进一步降低,伞降人员处 于下降过程之中,可能遭受敌远程、中程、近程防 空火力全面打击。 2.2反空降防空火力强度评估指标体系 根据上述空降作战特点,把敌反空降防空火力 强度按其射程来分较为合理。可将敌反空降防空火 力强度分为近程(步枪、高机类)、中程(高炮类)、 远程(地空导弹类)防空火力强度3个方面。空降 作战前期,可通过敌后现地侦察,空中无人机侦察, 高空卫星侦察等手段获得情报信息。由于敌防空火 力隐蔽性和侦察手段的局限性,各种侦察手段都不 可能获得准确的情报信息。这就要求决策者通过对 不同方式等到的情报和信息合理的分析和处理,分 别对近程、中程、远程防空火力强度进行评估,对 各火力强度的分析采用5级模糊语言表示法:“很 弱”、“弱”、“一般”、“强”、“很强”5个等级。 在敌反空降防空火力强度问题中,有n个专家 组{x ,x2,…,Xn J构成的群体根据n种方式得到的情 报信息对防空火力强度进行评估,根据防空火力的 射程,设敌反空降防空火力强度可划分为t个指标 {Yl’Y2,…,Y )。n个专家组对所有指标的5个等级{pl' P2,P3,P4,P5)分别进行评分得到原始评分表。如表1。 兵工自动化 武器装蕾自动化 Armament Automation O.I.Automation 2008,Vo1.27,No.10 2008年第27卷第1O期 其中, ,q ,qi,q:,q;)表示第i个专家组对第J个指 标在5级模糊语言上的评分。q 表示该专家组对该 指标为‘‘很弱”的评分;q 表示该专家组对该指标 为‘‘弱”的评分;q 表示该专家组对该指标为“一 般’’的评分;q:表示该专家组对该指标为“强”的 评分;qi表示该专家组对该指标为“很强”的评分。 表1原始评分表 征捂\ X1 Xi X \指标 y1 : ,q 。,q ,q 。,q ,j ,q ,q ,q ,q ) {q 。,q:。,q ,q 4 q J yj : ,q ,q ,q ,q J iq ,q ,q ,q:,q 5 J ,q ,,q:。,q:,,q: J y : ,q 。,q ,q ,q 。J k ,q ,q ,q:,q:J {q 。,q ,q: ,q:,q j 2.3基于证据理论的敌反空降防空火力强度评估 火力强度评估的原始评分表,利用式(8)、式(9), 得加权后的评分表。 (4)利用加权后的证据值,通过文献【4]组合规 要对敌反空降防空火力强度评估,首先要对近、 中、远程不同射程的防空火力强度进行评估,然后, 得到3种防空火力的强度和总的防空火力强度评估 等级。基于证据理论,评估步骤主要包括: (1)n个专家组根据n种侦察手段得到的情报信 息,分别对近、中、远程不同火力指标的{pl,p2,p3, P4,P5}进行评分,得到原始评分表。 (2)根据原始得分表,计算证据距离,证据相 则对各证据进行融合处理,得到各指标的最终评估 值m(pi)。 (5)根据各指标的最终评估值,按最大隶属度 原则,确定敌反空降防空火力强度等级。 3 实例分析 现有3组专家,分别通过敌后现地侦察,空中 无人机侦察,高空卫星侦察等手段获得的某空降地 域反空降防空火力的情报和信息,对其强度进行评 估得到原始评分表,如表2。 中程火力强度y2 fp1,p2,p3,p4,p5) 似程度,证据mi支持度,证据可信度,确定各证据 权重值ai。 (3)根据各证据权重值,结合对敌反空降防空 、、\指标 近程火力强度Y1 表2敌反空降防空火力强度原始评分表 远程火力强度y3 {pI'p2,p3,p4,p5l 征据\ {plp2,p3,p4,p5】 ,敌后现地侦察X1 空中无人机侦察x2 高空卫星侦察x3 0,0.1,0.2,0.6,0.1 0,0.1,0.3,0.5,0.1 0,0.6,0.2,0.2,0 0.1,0.6,0.2,0.1,0 0.1,O.15,0.25,0.5,0 O.O5,O.15, O.3, 0.5, O 0.3,0.6,0.1,0,0 0.2,0.7,0.1,0,0 O,O.1,0.8,O.1,0 根据敌反空降防空火力强度原始评分表,根据 式(2)~式(5)可以得到对应于指挥Y1、Y2、Y3的证 据支持度Sup(mi)和信任度ai。 对近程防空火力强度Y1的证据支持度Sup(mi) 分别为:{1.476,1.441,1.117),信任度为ai分别为 {1,0.976,0.757);对Y2的证据支持度Sup(mi)分别 为:{1.14,1.502,1.496),信任度ai分别为{0.759, 1,O.996);对Y3的证据支持度Sup(mi)分别为: {1.252,1.229,0.681},信任度ai分别为{1,0.982, 0.543)。 根据计算得到的信任度值,由式(7)、式(8)得 加权后的敌反空降防空火力强度加权评分如表3。 表3 敌反空降防空火力强度加权评分表 近程火力强度y1 pl,P2,P3,P4,P5,@ 0,0.1,0.2,0.6,0.1,0 0,0.098,0.293,0.448,0.098,0.063 0,0.454,0.151,0.151,0,0.244 中程火力强度Y2 Pl,P2,P3,P4,p5,o 0.076,0.455,0.152,0.076,0,0.241 0.1,O.15,0.25,0.5,0,0 0.O5,O.15,O.3,O.5,O,0 远程火力强度y3 Pl P2,P3,P4,P5,O 0.3,0.6,0.1,0,0,0 0.196,0.687,0.098,0,0,0.O19 0,0.054,0.434,0.054,0,0.458 (下转第33页) ・23・ 兵工自动化 先溢嗣值与簟理 Advanced Manufacture and Management 0。I.Automation 2008年第27卷第l0期 2008,Vo1.27,No.10 以某型空舰导弹武器系统为例,选择lO位专 家对指标打分,根据专家对各指标的评价,得到各 因素对应于很好、较好、中等、较差、很差5个等 级的单因素评价矩阵为: 0.50-3O.20.00.0 0.4O.30.30.00.0 RI= 0_30.40.20.10.0 O.4O.3O.2 0.10.0 R2= 级赋值,如表1。 表1 评语等级的分值 0.50.20.30.00.0 0-3O_30.20.20.0 0.40_30.2 0.00.1 0.2 0.5 0.20.10。0 形成等级化向量CT,cT=(0.95,0.8,0.7,0.5,0.2)T。 然后计算B =BC =(0.340,0.342,0.223,0.09l, 0.004).(0.95,0.8,0.7,0.5,0.2) =O.8161。 0.40.50.10.00.0 即某型空舰导弹武器系统作战效能的总评分为 0.30-30.30.10.0 0I3O.30.20.20.0 R3= 0.8161。由此可见,该型空舰导弹武器系统作战能 力较好。 0.4O.20_30.10.0 O.2 0.5 0_2O.1 0.0 3 结语 该方法解决了作战效能指标难以量化的难点, 2.5模糊综合评估 先做一级评估: B1:A1・R1=(0.41,0.35,0.20,0.04,0.00) B2=A2・R2=(0.31,0.36,0.22,0.10,0.O1) B3=A3・R3:(0.31,0.31,O.25,0.13,0.00) 取得较好评估效果。该方法简单实用,可操作性强, 可推广到其它类型武器系统的作战效能评估中。 参考文献: f1】王青,杨彦明,吴为团.模糊综合评判在航空工程中的 应用【J】.海军航空工程学院学报,2004,19(4):477—478. 【2】秦洪亮,张广苏,杨庆榜,等.基于层次分析法的自行火 炮作战效能模糊综合评价【J】.兵工自动化,2006,25(7): 12一l3. 故可得到: I B1  lI 0.41o.350.200.04 0.00 I R=l B 2 I=J 0.31o.360.22o.100.01 l lB3J l0.31 0.31 0.25 o.13 0.00 J 再作二级评估B=A・R=(0.340,0.342,0.223, 0.091,0.004)。 【3]姜智睿,姜青山,付爱辰,等.利用优度评价法评估导 弹武器系统作战效能【J】.海军航空工程学院学报,2006, 21(4):467—470. 2.6总评分的计算 最后模糊向量单值化得到总评分:将各评语等 【4】冯昌林,田福庆,刘骏.舰炮武器系统效能的模糊综合 评价【J].火炮发射与控制学报,2007,(1):12—15. 半车幸枣木木 木 幸幸木半 丰木串半木木车幸木幸木木木术半水书半木术木车幸幸木木木水水木幸丰 枣 木半串术术枣木水牛木宰丰丰 木牛木木水拳木木枣木牛书唪木木术枣木 木 木木枣木木冰 木丰枣半木木丰半木半牛水牛 (上接第23页) 利用加权后的证据值,通过式(2)对各证据进 行组合,得到对于指标Yl、Y2、Y3的最终评估值为: {0,0.21,0.212,0.419,0.062,0.097} {0.073,0.251,0.236,0.363,0,0.077} {0.161,0.457,0.209,0.0l8,0,0.155l 参考文献: 【1】胡涛,魏军,狄鹏,等.基于证据理论的潜艇损伤等级 评估模型【J】.中国修船,2004,(6):22—24. 【2】孙全,叶秀清,顾伟康.一种新的基于证据理论的合成 公式[J].电子学报,2000,28(8):117—119. 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