基于不完全属性信息TODIM的预警探测威胁评估

高志扬，祝　利，李　政，李　玮

(电子工程学院，合肥 230037)



基于不完全属性信息TODIM的预警探测威胁评估

高志扬，祝利，李政，李玮

(电子工程学院，合肥 230037)

摘要：针对传统多属性评估方法的局限性，将不完全属性信息TODIM方法应用到预警探测威胁评估中，以提升决策的科学性与针对性。介绍了不完全属性信息TODIM方法的关键思路与分析步骤，结合预警探测系统的特性，建立了预警探测系统威胁评估指标体系，阐述了基于不完全属性信息TODIM评估方法的预警探测威胁评估过程，仿真结果验证了该方法的有效性与合理性。

关键词：不完全属性信息；TODIM方法；预警探测；威胁评估

0引言

预警探测威胁评估问题是一个复杂的多属性决策问题，不确定因素很多，需要选择科学合理的方法解决该问题。TODIM方法源于葡萄牙语Tomada de decisao interativa e multicritévio，意为交互式多属性决策[1]，该方法以专家经验所提供的描述为基础依据，通过计算备选目标相对于其他目标的优势度来对目标进行排序和优选，其目的是为决策提供解决方案[2]。

常规TODIM方法要求属性信息完全定量表达，但是在众多的多属性决策问题中，参与评估的专家通常难以给出目标的完全属性信息，只能将属性信息以不完全的形式提供，导致此类问题无法解决[3]。

不完全属性信息TODIM方法延伸发展了多属性决策方法，采用定性不完全属性矩阵、模糊计算优势度矩阵和目标优势度排序的方法，使得评估结论更客观且更具有实用价值，故将其应用到预警探测威胁评估中。

1不完全属性信息TODIM方法简介

不完全属性信息TODIM方法用于解决区间数表示的属性值以及专家打分确定属性权重的多属性决策问题，其主要步骤包括：(1)界定不完全属性信息，即界定该方法将要讨论的不完全属性信息范围，以区间数的形式定义不完全概念；(2)规范化决策矩阵，即将一般意义上的多属性决策问题分为成本型与效益型2种，为了便于计算需将成本型规范化为效益型，鉴于本文讨论预警探测威胁评估问题，可归类为效益型，因此本文不进行规范化步骤计算；(3)计算相对属性权重，即每一目标属性权重与所有目标属性最大值的比值；(4)计算各目标属性相对于其他目标的优势度矩阵[4]，在本文中将优势度引申为相对威胁程度；(5)计算总体优势度矩阵，即总体威胁程度矩阵；(6)构架目标函数与约束条件模型；(7)求解最优化模型；(8)利用归一函数对总体优势度排序，即对目标排序。

2预警探测威胁评估指标体系

预警探测系统的作战能力主要由预警探测系统的性能、执行的作战任务与部署以及战场生存能力所决定。为了便于后续讨论，本文界定对我方同一类目标预警探测，即预警探测系统的威胁程度仅由探测系统的作战能力所决定。根据资料情报和技术侦察情报，结合作战、演习实际，选取探测范围、探测精度、时效性、同时探测及处理目标数、探测周期及抗电子攻击能力6个要素作为威胁评估指标[5]。

2.1　探测范围

探测范围是预警探测系统的重要性能指标，是指预警探测系统在规定获取的目标特性以及规定获取概率条件下探测目标的范围。对于不同平台、任务和性能的探测系统，其探测范围不同[6]。一般认为，探测范围越大，对我方军事行动与军事目标的了解程度越详细，威胁程度越高。

2.2　探测精度

探测精度是指预警探测系统对目标测量参数的真实值与测量值之间的误差，是最大测量误差的统计平均值。一般而言，不同探测系统的探测精度有所不同，探测精度越高，对目标的分辨精度就越高。在现代化战争发现即摧毁的时代背景下，其威胁程度必然与探测精度呈正比关系。

2.3　时效性

时效性是表示预警探测系统对目标信息获取及时性的指标，预警探测系统需要尽可能地减少从探测开始到获取目标信息的所有处理和传输过程的总时间。不同预警探测系统，针对应用的层面不同，其时效性要求也不尽相同，一般意义上认为，时效性越强，威胁程度越大。

2.4　同时探测及处理目标数

同时探测及处理目标数是指预警探测系统在同一时刻对多个目标探测并处理分析的数目。同时探测及处理目标的数量越多，对同一批次的作战目标发现概率就越大；引导火力打击能力越强，对我方作战力量构成的威胁就越大。

2.5　探测周期

探测周期是指预警探测系统对同一固定目标从第1次发现到第2次探测识别的时间。一般意义上认为，第2次的探测并发现意味着该目标隐蔽性的消失，在战术运用阶段，探测周期越短威胁程度越高。

2.6　抗电子攻击能力

抗电子攻击能力是预警探测系统在电子战条件下作战效能发挥的重要的综合性指标，既是个技术问题，又是个战术问题，与电子攻击手段的性能、电子攻击的策略和预警探测系统自身的性能和作战特性都有关。预警探测系统抗电子攻击能力越强，其抗电子干扰和抗实体摧毁能力亦越强，因此其对我方目标的威胁程度越大[7]。

3预警探测系统威胁评估步骤

3.1　提供预警探测系统指标参数

敌方预警探测系统的指标参数主要来源于资料情报与技术侦察情报，其主要指标体系已在上节中阐述。由于对战技参数的量化，本文采用Delphi咨询法确定效能指标[8]。其基本程序为：确定目标，选择专家，设计评估意见征询表，专家信息反馈。

具体做法是在对所要评估的问题征得专家的意见之后，进行整理、归纳、统计，再匿名反馈给各专家；再次征求意见，再集中，再反馈，直至得到收敛、基本一致的结果，其流程图如图1所示[9]。

预警探测系统参数以规范表格的形式提供，如表1所示。专家根据系统指标参数，根据自身经验以及系统作战能力采取上述介绍的Delphi咨询法对其指标参数进行量化，根据TODIM评估方法对应比较，将属性信息等值替换为威胁程度。

图1　Delphi咨询法流程图

3.2　量化预警探测系统指标参数

表1　指标参数表格

表2　属性信息描述图

而由于专家知识与能力的局限性或任务的时间局限性，导致专家无法对所有指标参数进行量化打分，因此部分威胁程度axy的值将以式(1)、式(2)或式(3)的形式表达[10]：

axy≥λazy,x,z∈I,x≠z,y∈J,λ∈R+

(1)

α-≤axy≤α+,x∈I,y∈J,α-,α+∈R+

(2)

u-azy≤axy≤u+azy,x,z∈I,x≠z,y∈J,u-,u+∈R+

(3)

3.3　确定预警探测系统相对威胁程度权重

3.4　计算各预警探测系统属性相对威胁程度与总体相对威胁程度

在常规不完全属性信息TODIM方法中，用优势度表示方案的优劣程度，本文借助该方法对预警探测系统威胁程度进行评估。因此，优势度在本文理解为相对威胁程度概念，相对威胁程度越高,对我方威胁越大。根据公式(3)可得出系统Mx相对于系统Mz关于属性Ny的相对威胁程度sy(Mx,Mz)：

(4)

(5)

系统Mx的总体相对威胁程度为：

(6)

3.5　构建预警探测系统最大相对威胁程度择定模型

预警探测系统总体相对威胁程度越大，意味着探测能力越强，对我方威胁程度越大，因此应从多个目标中比较出威胁最大目标，并及时采取防护与对抗措施。因此根据公式建立最大威胁程度模型，根据公式(7)建立约束条件，利用MATLAB2013a对模型求解[12]:

(7)

3.6　预警探测系统相对威胁程度排序

作战过程中，需要对敌方预警探测系统总体相对威胁程度进行排序，以便确定我方火力打击与电子进攻的目标，因此根据总体威胁程度对预警探测系统排序显得尤为重要。根据公式(8)规范化已求出的总体威胁程度，按照F(Mx)的值从大到小的顺序进行排序，依序列对应排序各参评预警探测系统，则：

(8)

F(Mx)的值越大，相应的目标Mx优势度越高。因此，根据F(Mx)值的大小，对目标进行排序。

4案例模拟仿真

某次联合登陆进攻作战中，根据我方预先侦察与资料情报所收集的敌方预警探测系统战技术性能参数，我方指挥员需对已掌握的6种预警探测系统对我方威胁程度进行排序，以便进一步决策择定首轮打击对象，具体系统参数如表3所示。

为了提高决策的可靠性，使决策结果具有充分可靠的依据，在作战时间允许范围内，采用Delphi咨询法进行评估打分。由于时间的紧迫性与专家的知识经验局限性，专家给出了部分不完全属性值，具体内容如表4所示。

表3　预警探测系统参数表

表4　预警探测系统评估数值表

其次，根据公式(7)建立优化模型和确定约束条件：

用MATLAB 2013a求解上述优化模型，得到决策矩阵

根据公式(3)计算出每2类系统的相对威胁程度矩阵：

根据公式(6)将相对威胁程度规范化为排序矩阵，以便对预警探测系统进行排序比较：

F=[F(M1),F(M2),F(M3),F(M4),F(M5),F(M6)]=[0.116 9,1,0.969 3,0.651 2,0,0.667 4],因此案例中的预警探测系统对我方造成的威胁程度排序为如图2所示。

图2　预警探测系统威胁程度排序

因此，对我方造成威胁的预警探测系统由高到低排序依次为M2>M3>M6>M4>M1>M5，我方指挥员可以此为依据适时采取火力打击或电磁攻击手段，增强对电磁频谱的控制能力。

参考文献

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[5]苏锦海，张传富．军事信息系统[M].北京:电子工业出版社，2010.

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[13]栾颖.TLAB R2013a工具箱手册大全[M].北京：清华大学出版社,2014.

Threat Evaluation of Early Warning Detection Based on

Incomplete Attribute Information TODIM

GAO Zhi-yang,ZHU Li,LI Zheng,LI Wei

(Electronic Engineering Institute,Hefei 230037,China)

Abstract:Aiming at the localization of traditional multi-attribute evaluation methods,the incomplete attribute information TODIM method is applied to the threat evaluation of early warning detection to enhance the scientificity and pertinency of decision-making.This article introduces the critical thinking and analysis steps of incomplete attribute information TODIM method,combining with the characteristics of early warning detection system,establishes the index system of threat evaluation for early warning detection system,expatiates the threat evaluation process of early warning detection based on incomplete attribute information TODIM method.The simulation results verify the validity and rationality of this method.

Key words:incomplete attribute information;TODIM method;early warning detection;threat evaluation

收稿日期:2015-07-31

DOI:10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.05.013

中图分类号：TN971.1

文献标识码：A

文章编号：CN32-1413(2015)05-0058-05