基于模糊专家系统的雷达干扰资源分配模型*

牛庆功 张旭东 郑 昌

(海军航空工程学院1) 烟台 264001)(海军飞行学院2) 葫芦岛 125001)

1 引言

在现代海战中,舰艇编队所面对的敌方雷达目标很多,在同一时间需要干扰的雷达目标也有几个甚至几十个,而干扰资源往往是有限的。因此,如何合理地分配干扰资源,充分地利用干扰资源,就成为了一个迫切需要解决的问题[7]。

雷达干扰资源分配是在雷达侦察的基础上,针对敌雷达目标的数量、威胁等级、威胁时间等情报,结合现有的干扰资源以及战术要求对干扰资源进行任务分配的过程。雷达干扰资源分配是否合理是直接影响作战效果的重要因素之一。本文从一个新的角度针对不同作战对象,对舰艇编队有源压制性干扰资源的分配进行了研究,根据有源压制干扰的特点,建立一种基于模糊专家系统的编队有源压制干扰资源分配模型,提出了一种编队有源压制干扰资源分配的系统结构。

2 基于雷达干扰资源分配的模糊专家系统模型

基于模糊专家系统的雷达干扰资源分配模型如图1所示。

2.1 模糊知识库

知识库用于存储从专家那里得到的关于特定领域的专门知识和经验,知识库中知识来自于知识获取工具,它是系统获取和管理知识的主要机构,能实现知识的录入、添加、删除与修改[1]。

本系统主要通过以下几个方面获取知识:

1)从有关资料获取本舰和目标的战术、技术性能参数。

图1 雷达干扰资源分配系统结构图

2)通过与舰长、部门长及其他专家座谈,获取干扰资源分配的经验知识和启发式知识。

3)根据资料,获取相关水域的资料。

4)根据战术原理,获取相关规则知识。

2.2 综合数据库

综合数据库用来存放关于问题的事实与数据的初始状态、中间状态和目标,同时还存放着系统推理过程中,根据规则得到的结论及解释系统回答提问的运行过程记录。

2.3 模糊推理机

模糊推理机利用知识库中的知识,对经过模糊化处理后的信息进行模糊匹配、模糊推理,最终得出推理结果。它与知识库中知识表示相对应,但与其具体内容无关,故知识库的扩充不影响推理机。

2.4 解释程序

解释程序的主要目标是显示出推导活动的综合说明,能对用户提出的问题像专家一样做出通俗易懂的解释,同时领域专家可通过解释系统了解系统的运行情况。若不满足,则对判断矩阵错误元素进行调整。

2.5 雷达干扰机

执行推理机作出的干扰方案。

2.6 指挥人员

对模糊专家系统进行人工干预,以补充机器判断能力的不足。主要体现在对模糊专家系统作出的干扰方案进行人工评估和对知识库的补充和完善,在紧急情况下对系统进行干预。

3 知识表示与知识库

知己知彼是进行雷达干扰决策的前提[4]。只有充分掌握敌情、我情和友情,才能合理地进行雷达干扰决策。

影响雷达干扰效果的因素很多,但主要考虑下面4个因素或指标[3]。

3.1 干扰时机

时间上要合适,要在雷达威胁的时间里进行有效地干扰。

就干扰时机而言,用压制时间效益函数来确定干扰机对雷达的干扰效果记为μ1,表示在雷达的威胁时间里,干扰机对雷达能有效压制的时间段对整体干扰效果的影响程度。假设雷达Dt,(t=1,2,…,p)的威胁时间为时间段 Tt1～Tt2,实施有效干扰的时间为时间段 Tt3～Tt4。由于在威胁时间段Tt1～Tt2里的不同时刻,雷达Dt的威胁程度也不一样。我们可以用一个非线性分段函数来进行拟合。我们将整个雷达威胁时间段Tt1～Tt2分成若干段,确定各小段的压制时间效益值μ′1,然后综合各段的效益值来确定压制时间效益函数

其中 ωl(l=1,2,…m)。为各段的权重,ωl≥0且

3.2 干扰频率

干扰机要从频率上、方向上和极化上对准雷达。频率、方向和极化上对准是干扰信号得以进入雷达接收机的必要条件。就干扰频率而言,我们用频率瞄准效益函数来评价干扰机对雷达的干扰效果,记为 μ2。假设干扰机 Aj(j=1,2,…,p)的工作频率范围为 fj1～fj2,雷达Dt(t=1,2,…,p)的工作频率范围是则

3.3 干扰功率

干扰机的干扰功率要足够大,即雷达接收到的干扰功率与回波功率之比应大于雷达对信号正常接收所必需的干扰与信号的最小功率比,干扰才能有效。

就干扰功率而言,我们用功率压制效益函数来评价干扰机对雷达的干扰效果,记为。功率压制效益函数表示干扰机A(j=1,2,…,p)对雷达Dt(t=1,2,…,p)的功率压制程度对干扰效果的影响。可以定义

3.4 干扰样式

干扰样式要合适。雷达的技术体制不同,其接收信号的处理方法,雷达的工作方式也有重大差别。因此,要提高干扰效果,应针对不同技术体制的雷达,选用不同的干扰样式。

就干扰样式而言,用干扰样式效益因子来评价干扰机对雷达的干扰效果,记为μ4。干扰样式效益因子用来表示干扰机,选择的干扰样式对干扰效果的影响程度。

对一部雷达实施干扰,即使是同一部干扰机,它所选择的干扰样式不同,干扰效果也会有很大的差异。干扰样式的选择,主要取决于雷达的技术体制,所以可以把干扰样式效益因子,看成是雷达技术体制与干扰样式的函数,即

μ4=μ(St,Mj)

其中St表示雷达的技术体制,而Mj表示干扰机选择的干扰样式。一种干扰样式对一种技术体制的雷达的干扰效益因子,没有一个精确的数值,也没有一个函数式子可以遵循,可以采用AHP法来确定。

4 模糊推理机设计

4.1 推理流程设计

在实际应用中,推理机运用知识库的知识,综合数据库的数据和实时获得各传感器的情报信息进行推理。关键步骤有:第一步,对各传感器提供的证据建立各自的基本概率赋值函数模型,以知识表达方式存储于数据库中;第二步,将数据库向知识库转换,参数表和临时工作区作为动态数据库;第三步,推理的最终结果提供给决策者,也可提供给领域专家,进行结果验证并知识求精,以此进一步完善知识库[2]。

4.2 推理策略[6]

在该系统中采用的是智能线性加权求和法(智能地确定加权系数),来推理出总的干扰效果值即:

系统根据目标类型,自动生成一系列干扰方案,智能决策过程要考虑到海战场环境的复杂性,对干扰方案进行优选评估[5]。最后可以采用不同的决策方法进行评估,如模糊综合评判、非确定性辅助决策(悲观法、乐观法、折衷法、最小遗憾法、平均法)等。

5 结语

上述舰艇雷达干扰系统体现了定性和定量分析的优点,在理论和技术上是可以实现的,同时,它提供了指挥人员在回路的支持,避免了智能的盲目性。存在的问题是:系统定量模型的建立比较复杂,需要建立与完善舰艇智能干扰分配的相关理论、规则及算法模型等,在一般情况下计算量大,所以在实践中还需对一些细节问题进行完善。

[1]刘有才,刘增良.模糊专家系统原理与设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,1995

[2]陈东锋,雷英杰.基于黑板模型的空袭目标识别专家系统[J].火力与指挥控制,2006,31(3):54～57

[3]姜宁.电子对抗仿真系统中的多属性决策理论模型与方法研究[D].大连:大连理工大学博士学位论文,2000

[4]何友,等.多传感器信息融合及应用[M].北京:电子工业出版社,2000

[5]王奕,曾芬芳,白英彩.海战模拟中舰艇战术决策系统的研究[J].系统仿真学报,2002,14(1):88～91

[6]岳韶华,李松,刘进忙.基于专家系统的目标威胁判断模型[J].计算机工程与应用,2003(11):71～73

[7]陆永红,钟生新.水面舰艇防御反舰导弹的技术途径[J].现代防御技术,2001,29(6):38～42