基于层次分析法和熵值法的目标多属性威胁评估*

张延风，刘建书，张士峰

(1 国防科技大学， 长沙 410073； 2 西安现代控制技术研究所， 西安 710065)

0 引言

现代战争离不开指挥平台和作战平台，攻防过程是大规模武器系统的动态对抗[1]，其中多传感器信息系统独立的直接为相关基本作战单元提供信息融合服务，通过多传感器信息融合系统进行威胁判断研究具有现实意义。

在指挥决策过程中，判断目标的威胁程度是进行火力分配的基础。战场环境的复杂性使得有诸多因素影响威胁评估，难以建立可信度较高的通用威胁评估体系。目前常用的威胁评估方法有贝叶斯网络[2]、TOPSIS法[3]、熵值法[4]、模糊理论[5]、灰色理论[6]和神经网络[7]。文中提出了一种基于层次分析法(AHP)和熵值法的目标多属性威胁评估方法，利用AHP法由专家主观确定权重，利用熵值法由客观信息数据确定权重，将主观确定权重和客观确定权重组合确定最终权重。根据目标的多属性特征对其进行威胁评估，最后给出仿真示例表明该方法的有效性。

1 多传感器信息融合系统

多种传感器构成的多传感器系统作战指挥中心为武器系统提供实时的战场态势信息，使得获取战场情报及火力打击后的评估变得容易。

作战指挥时，武器系统可选择威胁值大者进行先行攻击，并可合理分配运用火力。武器系统接收到新目标信息，多传感器信息融合系统对目标威胁评估。威胁评估是根据目标的各种属性特点，对目标的威胁程度进行量化，计算出目标的威胁值。

2 目标属性及其权重

现代战争中，根据武器系统的作战任务、地域和目标性质估计目标威胁程度。通过分析导弹武器系统特点和目标属性，确定目标的5个主要威胁因素。

2.1 目标属性确定

2.1.1 目标类型

目标类型可以通过雷达等传感器进行确定，不同类型的目标对武器系统的威胁程度不同。对目标属性值进行量化，采用G.A.Miller 的9级量化方法，按威胁程度由大到小量化如下：直升机为9，坦克为6，装甲车为4。威胁程度越高的目标，目标属性值越大，目标属性值是高优指标。

2.1.2 目标速度

目标的速度影响火力单元的杀伤概率，同一类型目标，速度越大，目标威胁程度大，对目标进行射击准备和实施的时间短，目标速度是高优指标。

2.1.3 目标航向角

目标航向角是目标运动方向与武器系统载体的夹角，夹角越大，目标的威胁程度越大，目标航向角属于高优指标。

2.1.4 目标距离

目标距离指目标相对于武器系统的距离，距离越小，目标的攻击威胁越大，对我方的毁伤概率越大，目标距离威胁程度越大，目标距离属于低优指标。

2.1.5 目标当前毁伤情况

根据目标是否受到损坏，可将目标毁伤情况划分为未毁伤、中等毁伤和报废三种级别。目标毁伤情况是定性因素，将未毁伤量化为最大值，则目标毁伤情况属于高优指标。

(1)

(2)

2.2 目标属性权重

利用AHP法由专家主观确定权重，利用熵值法由客观信息数据确定权重，将主观确定权重和客观确定权重组合确定最终权重：

(3)

其中，αj和βj分别为AHP法和熵值法求得第j个属性的权重。

2.2.1 AHP计算权重

AHP法是计算权重的常用方法，通过AHP求得各专家的权重，归一化得到各属性权重αj。

2.2.2 熵值法计算权重

第j个属性的决策信息可用熵值ej表示：

3 基于AHP和熵值法的目标多属性威胁评估

基于AHP和熵值法的目标多属性威胁评估步骤如下：

1)确定属性高优、低优指标

由目标属性确定属性中的高优指标(值越大，威胁度越高)和低优指标(值越小，威胁度越高)。

2)量化、规格化各属性

目标属性采用G.A.Miller的9级量化理论进行量化。9级量化理论中1～9分别表示最差、很差、差、较差、相当、较好、好、很好以及最好9个定性等级，其中满分为9分，表示威胁程度最大，其余依次类推。然后对其按式(1)、式(2)进行规格化处理。定量属性直接按式(1)、式(2)进行规格化处理，规格化处理的目标属性表示为fj(xi)，即指xi目标的第j项属性。

3)确定各属性权值

按式(3)采用AHP和熵值法确定属性权重。

4)计算威胁值

采用简单加性加权法：

(4)

根据ai值的大小即得到各目标威胁程度的排序。

4 示例

某武器系统接收到的目标信息如表1所示。

表1 目标属性值

1)确定属性高优、低优指标

高优指标：目标类型、速度、航向角、目标当前毁伤程度；

低优指标：距离。

2)属性的量化

属性量化准则为:①目标类型。按武器性能将直升机、坦克、装甲车依次量化为9，6，4。②目标当前毁伤程度。按未毁伤、中等毁伤、报废依次量化为9，5，1。

属性量化后由式(1)、式(2)进行规格化处理(见表2)。

表2 目标属性量化规格化结果

3)各属性权值的确定

由式(3)得到属性权值如表3所示。

表3 属性权值

4)目标的威胁值

由式(4)得到目标威胁值见表4。

表4 目标威胁值

则目标威胁排序为：目标5—目标1—目标3—目标2—目标4。

5 结束语

现代战争的攻防过程是大规模武器系统的动态对抗。在指挥决策过程中，判断目标的威胁程度是进行火力分配的基础。提出一种基于层次分析法(AHP)和熵值法的目标多属性威胁评估方法，仿真示例表明该方法有效。该方法在武器系统的威胁评估中是一种普适性方法。