基于属性优先级的空中目标威胁评估模型

第３２卷第９期　２０１０年９月　舰船科学技术　

ＳＨＩＰ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｖｏ１．３２，Ｎｏ．９　

Ｓｅｐ．，２０１０　

基于属性优先级的空中目标威胁评估模型　黄文斌　，伍之前　，陈颜辉　（１．海军潜艇学院，山东青岛２６６０７１；２．海军大连舰艇学院博士生队，辽宁大连１１６０１８；　３．中国船舶重工集团公司第七一六研究所，江苏连云港２２２００６）　

摘　要：　研究了水面舰艇编队防空作战威胁评估问题。首先介绍了直觉模糊集以及具有优先级的直觉模糊　有序加权平均（ＩＦＨＰＯＷＡ）算子的基本概念。在分析了防空作战威胁评估问题的特点与要求的基础上，建立了基于　ＩＦＨＰＯＷＡ算子的水面舰艇编队防空作战威胁评估变权模型。最后用１个实例对模型进行了检验。　关键词：　威胁评估；优先级；直觉模糊集；准则　中图分类号：Ｅ８４３，Ｅ９２５．６４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—７６４９（２０１０）０９—００５９—０４　ＤＯＩ：１０．３４０４／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—７６４９．２０１０．０９．０１４　

Ｐｒｉｏｒｉｔｉｚｅｄ　ａｔｔｒｉｂｕｔｅｓ　ｂａｓｅｄ　ｔｈｒｅａｔ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ａｅｒｉａｌ　ｔａｒｇｅｔｓ　ＨＵＡＮＧ　Ｗｅｎ—ｂｉｎ　，ＷＵ　Ｚｈｉ—ｑｉａｎ　，ＣＨＥＮ　Ｙａｎ．ｈｕｉ　（１．Ｎａｖｙ　Ｓｕｂｍａｒｉｎｅ　Ａｃａｄｅｍｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６０７　１，Ｃｈｉｎａ；　２．ＰＨＤ　Ｔｅａｍ　ｏｆ　Ｄａｌｉａｎ　Ｎａｖａｌ　Ａｃａｄｅｍｙ，Ｄａｌｉａｎ　１　１６０１８，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｔｈｅ　７１６　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ＣＳＩＣ，Ｌｉａｎｙｕｎｇａｎｇ　２２２００６，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｉｍ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅａｔ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｌｅｅｔ　ａｉｒ　ｄｅｆｅｎｓｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ　ｉｎｔｕｉｔｉｏｎｉｓｔｉｃ　ｆｕｚｚｙ　ｓｅｔ　ａｎｄ　ｉｎｔｕｉｔｉｏｎｉｓｔｉｃ　ｆｕｚｚｙ　ｈｙｂｒｉｄ　ｐｒｉｏｒｉｔｉｚｅｄ　ｏｒｄｅｒｅｄ　ｗｅｉｇｈｔｅｄ　ａｖｅｒａｇｉｎｇ（ＩＦＨＰＯＷＡ）ｏｐｅｒａｔｏｒ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｅｍａｎｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｌｅｅｔ　ａｉｒ　ｄｅｆｅｎｓｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ＩＦＨＰＯＷＡ　ｏｐｅｒａｔｏｒ　ｂａｓｅｄ　ｔｈｒｅａｔ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ａｅｒｉａｌ　ｔａｒｇｅｔｓ　ｉｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．　Ｆｉｎｎａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｓ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ａ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｅｘａｍｐｌｅ　ａｌｓｏ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｈｒｅａｔ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ；ｐｒｉｏｒｉｔｙ；ｉｎｔｕｉｔｉｏｎｉｓｔｉｃ　ｆｕｚｚｙ　ｓｅｔ；ｓｔａｎｄａｒｄ　

０　引　言　现代水面舰艇防空作战中，由于空袭环境越来越　复杂，空中目标数量很大，且目标属性较多，既有定量　描述，也有定性描述，而且相互之间的关系复杂，编队　指挥员能获得的情报存在很大程度的不确定性、不完　整性。而防空作战归根结底是人与人之间的对抗，机　器只是起到辅助决策的功能，这就使得指挥员做出的　判断或多或少具有一定的犹豫性，造成决策结果的不　确定性。威胁评估又是典型的模糊不确定问题，直觉　模糊集的特点是同时考虑了隶属度、非隶属度和犹豫　度３方面的信息，比模糊集在处理模糊性和不确定性　等方面更具灵活性和实用性，更加适合对这些信息进　行合理描述。　舰艇编队防空作战威胁评估问题实质上可以归　属为一类典型的多属性决策问题，但其自身仍具有一　些典型特点。由于威胁评估模型有时效性要求，因此　合理确定威胁评估范围的准则是必须的，即模型只对　威胁目标进行评估。当前基于多属性决策的威胁评　估模型很多　，但建立一个符合合理确定威胁评估　范围准则的多属性决策威胁评估模型尚未多见。本　文建立的基于具有优先级的直觉模糊有序加权平均　（ＩＦＨＰＯＷＡ）算子的威胁评估模型可以在多属性决策　威胁评估模型中合理表达确定威胁评估范围准则。　

收稿１３期：２０１０一Ｏ１—２２；修回日期：２０１０—０３—１８　作者简介：黄文斌（１９６４一），男，博士生导师，教授，研究方向为海军战术基础理论与作战软件。　・６０・　舰船科学技术　第３２卷　ｌ　直觉模糊集与ＩＦＨＰＯＷＡ算子　１．１直觉模糊集基本概念　定义１　：设　为１个给定论域，则　上的１个　直觉模糊集为：　Ａ－－－ｍ｛＜　，肛＾（　），　＾（　）＞　ｌ　∈　｝。　其中，／ｚ　（　）：　一［０，１］和　（　）：　一［０，１］分别代　表Ａ的隶属函数　（　）和非隶属函数　（　），且对于　Ａ上的所有　，０≤／ｘ　（　）＋　（　）≤１成立。称　１『　（　）＝１一　（　）一　（　）为　对Ａ的犹豫度。显　然，对于每一个　∈Ｘ，０≤１Ｔ　（　）≤１。　直觉模糊集Ａ可以简记作Ａ＝＜　，　，１，ｔ　＞。显　然，每一个直觉模糊集对应于下列直觉模糊集区间数　集Ａ＝｛＜　，／ｚ　（戈），　（　）＋叮ｒ　（　）＞ｌ　Ｅ　｝，当　只有１个元素时，直觉模糊集可以简记为Ａ＝＜／ｚ　，　

＾＞ｏ　定义２Ｈ－５］：令Ａ和　为　上的直觉模糊集，Ａ≥　

０，有如下运算公式：　＋Ｂ＝｝＜　，　Ａ（　）＋　（　）一　＾（　）　（　），　

＾（　）　日（　）＞Ｉ　Ｅ　Ｘ｝，　ＡＢ＝｛＜　，　＾（　）ｔｚＢ（　），ｕ＾（　）＋ｕ　（　）一　

Ａ（　）　日（　）＞Ｉ　∈　｝，　ＡＡ＝｛＜　，１一［１一ｔｘａ（　）］　，［　＾（　）］　＞Ｉ　∈Ｘ｝，　Ａ　＝｛＜　，［　（　）］　，１一［１一　Ａ（　）］　＞Ｉ　∈Ｘ｝。　令直觉模糊集Ａ的记分函数为：　１　（Ａ）＝　＾＋÷１ＴＡ。　

则记分函数值越大的直觉模糊集越大。　１．２　ＩＦＨＰＯＷＡ算子基本概念　１．２．１　ＩＦＨＰＯＷＡ算子　定义３［６】：设ｏ　∈［０，１］（ｉ＝１，２，…，ｎ）为１组实　数，Ｐｉ为相应的优先级别，且具有优先关系Ｐ：Ｐ　＞　Ｐ２＞…＞Ｐ　；若　：［０，１］　一［０，１］，使得　（　…，ｏ　）＝∑　。　其中，’．，＝（埘。，Ｗ　，…，　）　’为与函数　相关联的权　重向量，　，∈［０，１］（　＝１，２，…，ｎ），且∑　：　＝１；　∞＝（　，　，…，　）　为口　（　＝１，２，…，ｎ）在属性无优　先级条件下得的ＯＷＡ相关联权重向量，０≤　≤１，　∑：：　∞　＝１；　为ａ，ｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）中第　大的元　素，则称函数　为优先有序加权平均（ＰＯＷＡ）算子。　定义４：设０‘＝＜ｔｘ（０　），　（口ｆ）＞（ｉ＝１，２，…，　

ｎ）为１组直觉模糊集，Ｐ　为相应的优先级别，具有线　性优先关系：Ｐ１＞Ｐ２＞…＞Ｐ　。Ｆ（　，ｐ）：０　＿＋＠，使　

得　

Ｆ（＾ｌ　）（　…，０　）＝∑　ｉ＝１　州）＝　Ｗｌ口　（１）＋　２０　（２）＋…＋　０　（　）。　（１）　其中，’．，＝（　，　，…，　）　为与函数Ｆ（　算子相　

关联的权重向量，满足０≤Ｗ　≤１，∑　：。Ｗ　＝１；口　）　为（ｎＡ　０，，ｎＡ２０　，…，ｎＡ　０　）中第ｉ大的元素，ｎ为平　衡因子，Ａ＝（Ａ１，Ａ　２，…，Ａ　）　为口　（ｉ＝１，２，…，ｎ）　的确定性权重向量，０≤Ａ　≤１，∑　ｉ＝１　Ａ　＝１；∞＝　（∞　，　：，…，　）　为ｎ　（ｉ＝１，２，…，ｎ）在无优先级条　件下的ＯＷＡ相关联权重向量，０≤∞　≤１，∑　ｉ＝１∞　＝１，则称函数Ｆ（　为直觉模糊优先有序加权平均　（ＩＦＨＰＯＷＡ）算子。　若ｏ　（ｉ＝１，２，…，ｎ）为１组属性Ｃ　的直觉模糊　集属性值，Ｐ　（ｊ｝＝１，２，…，ｍ）为属性Ｃ　相应的优先　级别，具有线性优先关系：Ｐ　＞Ｐ：＞…＞Ｐ　，在优　先级别　中包含ｚ个属性，即：　：｛　，　，…，　｝。　由于具有相同的优先级，因此采用属性ｃＪ１，　，…，　中的最小属性值作为　优先级的属性值，即：　

瓦ｆ＝ｒａｉｎ（ｎ∞　０　）。　（２）　其中，ｏ　ｏ口，…，ｏ　为属性　，，　，…，　的对应属性　值；∞　为属性　。，　，…，　的对应属性权重；ｎ为平　衡因子。　１．２．２　ＩＦＨＰＯＷＡ算子优先级权重确定方法　ＩＦＨＰＯＷＡ算子优先级权重向量计算步骤如下　所示：　①令直觉模糊信息的记分函数　表示其大小，　即：　

＝　＋丢盯　；　

②令　表示各个优先级别直觉模糊信息相对　重要程度的度量，其中　Ｔ。＝１，且　＝兀　。（　）＝Ｔ　（Ｖｉ—ｔ）；　③令Ｆｉ＝　／∑“ｉ＝１　Ｔｉ　Ｒ　＝∑　．１ｒ　，，Ｒ。＝　０，其中，　（　为与　（　）相对应的优先次序权重；　④选择ＢＵＭ方程为：　ｚ）：ｚ　；　⑤令优先级权重向量’．，＝（　。，　：，…，　）　，　则：Ｗ　＝，（Ｒ　）一，（Ｒｊ一。）。　第９期　黄文斌，等：基于属性优先级的空中目标威胁评估模型　・６ｌ・　２　基于ＩＦＨＰＯＷＡ算子的空中目标威胁评估　模型　

２．１　威胁评估问题各属性优先级关系分析　威胁评估问题要求对所有空中目标时刻关注，但　只对威胁目标进行威胁评估，所谓威胁目标即同时具　有威胁意图与威胁能力的目标。当处于不同的空中　作战态势时，攻击的目标舰艇具有不同价值，对目标　舰艇攻击需要达成的时间也不尽相同，因此即使威胁　意图与威胁能力相同的目标对编队的威胁程度也不　

一定相同。对空中目标的威胁程度进行评估，不仅要　关注空中目标的威胁意图与威胁能力，对空中目标所　攻击舰艇的价值以及威胁紧迫程度也必须综合评估。　根据威胁评估的准则要求，首先必须判断空中目　标是否为威胁目标，其次才是针对威胁目标进行威胁　评估。因此，从优先级角度来看，威胁评估模型的４　个属性应该具有３个等级，第１级包括攻击意图与威　胁能力；第２级包括威胁紧迫度；第３级包括舰艇价　值。在相同优先级内的属性优先程度是相同的，不同　优先级内的属性优先程度相差较大。当前１级属性　的属性值为０时，无论其后所有等级属性的属性值多　少，威胁评估结果都无须对其加以考虑。　２．２威胁评估模型评估步骤　设威胁评估模型对空中目标集Ｔ＝｛　，　，…，　｝进行威胁排序，所有目标可通过４个属性（Ａ，为　威胁意图；Ａ　为威胁能力；Ａ，为威胁紧迫度，Ａ　为　舰艇价值）进行评估，记属性集为Ａ＝｛Ａ　，Ａ　一，　Ａ　｝。设４个属性具有３个优先级Ｐ　（尼＝１，２，３），优　

１　Ｄ　＝Ｔ３　

１　Ｄ。＝Ｔ３　

Ｏ１　＜０．８１１．０．０１３＞　＜０．７５６．０．１４３＞　＜０．２０９．０．５６１＞　＜０．１４０．０．２４１＞　＜０．３９０．０．３４１＞　Ｏｌ　＜０．７１０．０．０６４＞　＜０．１＞　＜０．０７６．０．８２６＞　＜０．２０８．０．３８６＞　＜０．５１６．０．０７２＞　Ｏｌ　Ｏ２　＜０．１０２．０．０５７＞　＜０．６８４．０．２１６＞　＜０．４６０．０．０１６＞　＜０．３９６．０．３６５＞　＜０．２３８．０．３７９＞　Ｏ２　＜０．２７６．０．３０１＞　＜０．１＞　＜０．５５０．０．３２４＞　＜０．６２７．０．１６９＞　＜０．０８２．０．４３２＞　Ｏ２　先级程度为：Ｐ　＞Ｐ：＞Ｐ，，各优先级包含的属性为：　Ｐ１：｛Ａｌ，Ａ２｝；Ｐ２：｛Ａ３｝；Ｐ３：｛Ａ４｝。设ｒ　＝＜　，　＞　（ｉ＝１，２，…，ｍ；－『＝１，２，…，４）为直觉模糊集，表示　目标ＴｉＥ　Ｔ关于属性Ａ　∈Ａ的属性评价值，属性权重　向量为　＝（　】，∞２，…，　４）　。　１）综合具有相同优先级的属性值了　利用式　（２），获得３个优先级的综合属性值　２）获取优先级权重值Ｗ　。按照１．２．２节描述的　方法，获取ＩＦＨＰＯＷＡ算子的优先级权重值　。　３）获取各空中目标的威胁评估值。由各空中目　标ＩＦＨＰＯＷＡ算子的优先级权重值　、各属性权重　值　以及各综合属性值７¨利用式（１），对各属性值　进行集结，获得各空中目标相对编队中各舰艇的威胁　评估值。按照１．１节的方法对空中目标相对各舰艇　的威胁评估值进行排序，以最大威胁评估值作为各空　中目标的威胁评估值，并对各空中目标进行威胁排　序。　３　实例分析　设４艘驱护舰Ｏ　（ｉ＝１，２，３，４）构成机动编队，　以队列角１２０（。）、队列间距２５（Ｃａｂ）的方位队航渡　接敌过程中，遭遇敌空中兵力的突击。驱护舰的价值　为：Ｖｌ＝＜０．４３５，０．２１８＞，　＝＜０．６５８，０．１７４＞，　＝＜０．７３２，０．０３２＞，　＝＜０．４７８，０．２２３＞。ｔ时　刻出现５批空中目标　（＿『＝１，２，…，５），根据对空中　目标攻击意图评估、威胁能力评估和威胁紧迫度的分　析结果，得到式（３）～式（５）描述的空中目标对驱护　舰编队攻击意图和威胁能力的直觉模糊评估矩阵：　Ｏ３　＜０．３２４．０．１７８＞　＜０．７１９．０．１６８＞　＜０．４３３．０．４６４＞　＜０．３５０．０．６１８＞　＜０．２０９．０．５４９＞　Ｏ３　＜０．３９４．０．１１６＞　＜０．１＞　＜０．２１５．０．１２８＞　＜０．４５９．０．２０１＞　＜０．４８８．０．０６９＞　Ｏ３　Ｄ　＜０．２４０．０．７３３＞　＜０．６９３．０．２６４＞　＜０．１２３．０．４２０＞　＜０．４３８．０．１６２＞　＜０．０３７．０．２５３＞　Ｏ４　＜０．３４４．０．０７２＞　＜０，１＞　＜０．３１４．０．４２８＞　＜０．２５０．０．５０４＞　＜０．１４１．０．２９７＞