模糊专家理论在炮兵指挥控制系统中的运用

孙凌峰+李献军+柯宝弟

摘  要：针对炮兵指挥控制系统在作战训练中遇到的问题，在科学地分析了影响效果和相关因素的基础上，依据模糊专家理论的方法和原理，设计了相关的运用决策框架，并提出了运用规则。

关键词：模糊专家理论;指挥控制系统;运用规则;炮兵

中图分类号：E917                 文献标识码：A               DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.027

在未来战争中，炮兵作战的对象会越来越多，其地位也会越来越重要。指挥控制系统具有活动空间广阔、信息量大、时效性突出的特点。要想实施精确指挥来应对多变的战场环境，手工作业的传统方式已经无法适应现代战争快节奏的要求。这就要求炮兵作战指挥系统要有较高的自适应处理能力和自动化分析、决策能力，让指挥员和其他人员可以从冗繁的事务中抽出更多的时间和精力去完成其他任务。炮兵指挥控制系统向人机结合的自动化系统转变是现代战争发展的必然趋势，尤其是在高技术条件下的局部战争中，它显得尤为重要，比如伊拉克战争中的美军炮兵指挥控制系统的成功运用。模糊专家系统是解决带有模糊信息的重要手段之一，也是必然选择。由于炮兵作战训练中收到的部分信息是模糊、不清晰、不完善的，因此，炮兵指挥控制系统在作战训练等辅助决策中具有广阔的运用前景和重要的现实意义。所以，设计、研究炮兵决策模糊专家系统是为了适应信息化战争的需要，不断完善炮兵作战指挥体系。

1  系统结构设计

炮兵指挥控制系统中的模糊专家系统模块包括前端侦察信息获取和模糊专家系统两大部分，这两部分相辅相成、相互融合。

在模糊专家系统结构中，信息获取工具是系统结构收发和管理信息的主要模块，它可以实现炮兵战场、训练场等信息的侦收、添加、删除、修改、更新、排序和比较等功能。目前的初级指挥系统仅能实现信息的获取和并入，其他都是由人工完成的，无法实现全程自动化。综合数据库用于存放炮兵战场和训练场等态势信息，包含数量、型号、状态、部署位置、性能指标、人员和天气等信息。这些信息状态会随着事态的发展不断变化、更新，以适应战场的需求，而这些变化本该由系统自动完成。同时，还可以根据规则得到相关的结论和解释，由系统回答运行过程记录等。模糊推理机利用信息库中的信息，依据一定的规则，模糊推理经过模糊化处理后的信息，然后执行模糊匹配、筛选、更新和删除等操作。它的结论有固定格式，与信息库中的信息表示相对应，但是，与其具体内容无关，因此，信息库的扩展不影响推理的实现。人机接口是系统与外界交流信息的专用通道，包括系统与用户、专家的信息沟通和交换。

2  系统表示形式

炮兵指挥控制系统中的模糊专家系统采用的是目前应用最广泛的产生式信息表示法。该方法的表示方式与人类思维方式相似，具有信息维护简单、更新速度快、操作灵活等特点，同时，还具有很强的扩展能力并向下兼容。其模糊规则表示为：

Rule;e1（W1）Λe2（W2）…Λen（Wn）.     （1）

式（1）中：e1，e2，…en为规则中各模糊前提条件，例如，攻击目标的参数信息，主要包括目标数量、平台属性、运动速度、运动方向和人员装备等信息;W1，W2，Wn为各信息参数在筹划过程中所占的权重，这既是参数重要程度的度量指标，也是平台威胁度判定的重要参考。

各信息参数的取值范围为0≤Wi≤1，i=1，2，…n，并且满足以下条件：

.                  （2）

在实际运用的过程中，用表示ei的获取测量值，真值往往无法获取，用T（ei）表示，0≤T（ei）≤1 . 当T（ei）=0时，表示ei为假;T（ei）=1时，表示为真。一般情况下，T（ei）处于0和1之间。用H表示情况分析的中间结果或最终结果的结论，CF（H，e）表示规则的置信度，本质是一条件假设，意义为当前提条件ei为真时，结论H真实情况的可信程度。0≤CF（H，e）≤1，CF（H，e）的值越大，表示条件ei为真时的可信程度越高，反之越低。在系统中设置一阈值λ，当真值T（ei）≥λ时，规则被激活，系统正常运行。

上述方案的关键是建立决策与目标状况之间的隶属关系。设二者向量为Q=（q1，q2，…qn）和E=（e1，e2，…en），根据专家系统模型确定Q到E的模糊关系，即：

R=（υij）m×n.               （3）

式（3）中：R为决策关系矩阵;υij为第i种决策方案对第j类目标状况的隶属度。

Q=EoR.                  （4）

式（4）中：o为算子。

3  系统运用规则

针对信息的模糊表示，该系统用计算归一化相关系数的方法来衡量2个模糊概念的相似程度。相关系数越小，表示越不相似，反之则越大。当其大于设定的阈值λ时，可以认为二者是匹配的，可以应用文献3计算归一化相关系数的公式。设E和E'分别表示U={u1，u2，un}论域上的对应模糊集合，用式（5）计算匹配度δmatch（E，E'）∶1-d（E，E '）.

综合匹配度计算公式为：

.           （5）

则E和E'的匹配度为：δmatch（E，E '）：=min{δmatch（E1，E '1），δmatch（E2，E '2），δmatch（E3，E '3），…δmatch（En，E 'n）}.

如果匹配度大于阈值 ，则认为其是匹配的，并将该方案放入综合数据库中。否则，要继续调整参数，让系统继续运行。在推理过程中，应依据经验，剔除明显的、不符合常规的情况，避免错判和漏判，从而减少运行时间，选择最优的方案。

4  结束语

将专家判断系统与模糊理论相结合，应用设计炮兵指挥控制系统是信息化战争的一个重要趋势，它能很好地解决信息的模糊和不确定、不完善的问题，对炮兵部队快速反应能力的建设具有重要的意义和使用价值。

参考文献

[1]盖宗源，程国建.模糊专家系统在钻井风险评估中的应用[J].计算机技术与发展，2009，19（1）：225-227.

[2]何新贵.模糊知识处理的理论与技术[M].北京：国防工业出版社，1994.

[3]王昭，徐海峰，张旭东.模糊理论在舰艇防空指挥系统中的应用[J].火力与智慧控制，2012，37（6）：77-79.

[4]何新贵.知识处理与专家系统[M].北京：国防工业出版社，1990.

〔编辑：白洁〕

Fuzzy Expert Theory Artillery Command and Control Systems in Use

Sun Lingfeng， Li Xianjun， Ke Baodi

Abstract： For questions artillery command and control systems encountered in combat training in the scientific analysis of the impact and effectiveness on the basis of relevant factors， based on the theory of fuzzy expert and principles， design decisions related to the use of the framework， and proposed use rules.

Key words： fuzzy expert theory; command and control systems; use rules; artillery