肖紅江,郭三學(xué),王明用
(1.武警工程大學(xué)裝備管理與保障學(xué)院,西安 710000;2.廣州市聲訊電子科技股份有限公司,廣州 510000)
艦船、潛艇、港口設(shè)施經(jīng)常受到來(lái)自蛙人等水中目標(biāo)的威脅。面對(duì)這種威脅,防御體系設(shè)計(jì)采取基于聲波驅(qū)散的非致命拒止策略,技術(shù)方案如圖1 所示,目標(biāo)的預(yù)定距離50 m、200 m、500 m 設(shè)置拒止區(qū)、預(yù)警區(qū)和發(fā)現(xiàn)區(qū)3 個(gè)區(qū)域,拒止方式采取聲波陣實(shí)施驅(qū)散。對(duì)于水中目標(biāo)的威脅評(píng)估是實(shí)現(xiàn)技術(shù)防御的基礎(chǔ)。威脅評(píng)估是依據(jù)信息源測(cè)得的目標(biāo)屬性和狀態(tài)進(jìn)行推理、判斷和預(yù)測(cè)的一種信息融合技術(shù)。威脅程度是一個(gè)模糊性的概念,可以運(yùn)用模糊理論進(jìn)行處理。勾股模糊集限定范圍寬廣,能夠有效克服直覺(jué)模糊集的局限性。本文采用勾股模糊集理論對(duì)水中目標(biāo)進(jìn)行威脅評(píng)估,通過(guò)離差法確定動(dòng)態(tài)屬性權(quán)重,結(jié)合TOPSIS 理論,通過(guò)勾股模糊集距離測(cè)度進(jìn)行威脅度排序,設(shè)計(jì)了非致命主動(dòng)拒止防御系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)、預(yù)警、拒止的時(shí)機(jī)。該方法能夠綜合考慮入侵目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì),優(yōu)先選取威脅度較大的目標(biāo),合理分配系統(tǒng)資源,使系統(tǒng)決策更加科學(xué)。
圖1 防御體系技術(shù)方案
影響水中目標(biāo)威脅評(píng)估的屬性有很多,通常有目標(biāo)類(lèi)型、數(shù)量、距離、速度、加速度、航向角等多個(gè)方面。威脅評(píng)估并不是基于所有屬性進(jìn)行,而是依據(jù)特定評(píng)估環(huán)境,從全面性、實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性要求出發(fā),選取適當(dāng)數(shù)量的主要屬性。近岸水下主要防御對(duì)象為蛙人,目標(biāo)類(lèi)型是固定的。結(jié)合非致命主動(dòng)拒止防御系統(tǒng)的性能和防御特點(diǎn),選取目標(biāo)距離、深度、速度和航向角作為主要威脅評(píng)估屬性。目標(biāo)速度越小,威脅度越小,為效益型屬性;目標(biāo)距離、深度、航向角越小,目標(biāo)威脅度越大,為成本型屬性。
屬性的權(quán)重是屬性值對(duì)威脅度的影響程度,反映了各屬性之間的相對(duì)重要性,合理地確定權(quán)重是威脅評(píng)估的關(guān)鍵。離差法確定動(dòng)態(tài)屬性權(quán)重,能夠綜合考慮目標(biāo)運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì),使評(píng)估結(jié)果更加準(zhǔn)確。屬性值之間的差異程度可以用勾股模糊理論的距離測(cè)度來(lái)確定。具體步驟如下:
TOPSIS 理論被廣泛應(yīng)用于在多屬性決策問(wèn)題中,它通過(guò)對(duì)比評(píng)價(jià)目標(biāo)與“正理想解”和“負(fù)理想解”之間的差異程度,來(lái)進(jìn)行綜合評(píng)判。結(jié)合TOPSIS理論,采用勾股模糊集距離測(cè)度確定目標(biāo)威脅度。具體步驟如下:
當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入防御區(qū)域后,非致命主動(dòng)拒止防御系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行威脅評(píng)估,根據(jù)評(píng)估結(jié)果與臨界威脅度進(jìn)行對(duì)比。當(dāng)目標(biāo)威脅度大于等于相應(yīng)臨界威脅度時(shí),系統(tǒng)根據(jù)比對(duì)結(jié)果快速?zèng)Q策,具體的動(dòng)態(tài)流程如圖2 所示。
圖2 主動(dòng)拒止防御系統(tǒng)決策流程圖
表1 臨界屬性值矩陣
臨界威脅度隨著目標(biāo)運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)動(dòng)態(tài)變化。當(dāng)多個(gè)目標(biāo)入侵時(shí),由目標(biāo)屬性值矩陣確定屬性權(quán)重;當(dāng)單個(gè)目標(biāo)入侵時(shí),可由目標(biāo)屬性值和臨界屬性值構(gòu)成評(píng)估矩陣,確定臨界威脅度。
假設(shè)某時(shí)刻t,主動(dòng)拒止防御系統(tǒng)探測(cè)到6 個(gè)蛙人目標(biāo),分別為A、A、A、A、A和A,獲取目標(biāo)屬性值矩陣Y 如表2 所示。
表2 目標(biāo)屬性值矩陣Y
將目標(biāo)屬性值矩陣Y 轉(zhuǎn)換勾股模糊屬性值矩陣P,如表3 所示。
表3 目標(biāo)勾股模糊屬性值矩陣P
離差法確定目標(biāo)屬性權(quán)重為
計(jì)算蛙人目標(biāo)勾股模糊屬性值與正、負(fù)理想解之間的加權(quán)距離,并計(jì)算蛙人目標(biāo)威脅度綜合評(píng)價(jià)指數(shù),威脅度排序結(jié)果如下頁(yè)表4 所示。
表4 蛙人目標(biāo)威脅度排序
計(jì)算結(jié)果表明,目標(biāo)A距離防御區(qū)域點(diǎn)最近,且持續(xù)抵近運(yùn)動(dòng),威脅度最高;目標(biāo)A雖然比目標(biāo)A距離防御區(qū)域點(diǎn)近,但因其速度較慢,且航向角較大,有游離的趨勢(shì),因此,威脅度排序在目標(biāo)A之后;目標(biāo)A距離防御區(qū)域點(diǎn)最遠(yuǎn)、航向角較大,威脅度最低。
目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)如圖3 所示,通過(guò)圖3 和表4綜合分析,目標(biāo)A雖然距離防御區(qū)域點(diǎn)僅有232 m,遠(yuǎn)小于目標(biāo)A,但其正以0.7 m/s 的速度游離。隨著時(shí)間的推移,目標(biāo)A威脅度將越來(lái)越小,而目標(biāo)A的航向角僅有10°,正向防御區(qū)域點(diǎn)做抵近運(yùn)動(dòng),因此,目標(biāo)A的威脅度大于目標(biāo)A的威脅度。最終排序結(jié)果為C(A)>C(A)>C(A)>C(A)>C(A)>C(A)?;诠垂赡:碚撏{評(píng)估的方法,能夠綜合考慮目標(biāo)態(tài)勢(shì)變化對(duì)威脅度的影響,使得評(píng)估結(jié)果更加準(zhǔn)確。
圖3 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)
根據(jù)主動(dòng)拒止防御系統(tǒng)設(shè)定的臨界屬性值,計(jì)算臨界威脅度,如表5 所示。
表5 臨界威脅度
將目標(biāo)威脅度與系統(tǒng)臨界威脅度進(jìn)行對(duì)比,得出系統(tǒng)決策結(jié)果如表6 所示。
通過(guò)表6 和圖3 綜合分析,目標(biāo)A雖然已進(jìn)入發(fā)現(xiàn)區(qū),但其航向角較大,威脅度低,未達(dá)到發(fā)現(xiàn)臨界威脅度;目標(biāo)A雖然距防御區(qū)域點(diǎn)已達(dá)到232 m,但其航向角為105°,正以0.7 m/s 的速度游離防御區(qū)域點(diǎn),因此,對(duì)防御目標(biāo)不構(gòu)成威脅,系統(tǒng)未采取處置措施;目標(biāo)A雖然在預(yù)警區(qū)外,但其速度較大,正以1.3 m/s 的速度向防御區(qū)域點(diǎn)做抵近運(yùn)動(dòng),威脅度超過(guò)了預(yù)警臨界威脅度,系統(tǒng)實(shí)施預(yù)警。
表6 系統(tǒng)決策處置
傳統(tǒng)的防御區(qū)域劃分通常由距離來(lái)界定,在系統(tǒng)決策過(guò)程中很難實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源的合理優(yōu)化。通過(guò)實(shí)例分析可以得出,本文所提出的非致命主動(dòng)拒止防御系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)、預(yù)警和拒止時(shí)機(jī)的設(shè)定方法,能夠綜合考慮入侵目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì),使系統(tǒng)決策更加科學(xué)。尤其是多個(gè)目標(biāo)入侵時(shí),通過(guò)威脅度對(duì)比,優(yōu)先選取威脅度較大的目標(biāo),忽略威脅度較小的目標(biāo),使系統(tǒng)資源分配更加合理,從而達(dá)到系統(tǒng)效能的最大化。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,可以根據(jù)所擔(dān)負(fù)的任務(wù),科學(xué)設(shè)置臨界屬性值,使系統(tǒng)決策處置符合防御目標(biāo)的需要。
蛙人由于其目標(biāo)小、隱蔽性強(qiáng)、恐怖襲擊代價(jià)小等特點(diǎn),是近岸水下防御的重點(diǎn)目標(biāo)。本文構(gòu)建的勾股模糊評(píng)估方法,設(shè)計(jì)的非致命防御體系技術(shù)方案以及決策流程,能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)威脅目標(biāo)的防御;提出的系統(tǒng)處置時(shí)機(jī)的設(shè)定方法,為非致命主動(dòng)拒止防御系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支持。