基于二型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電子戰(zhàn)效能評(píng)估

夏軍成，李　迪，李　超

(中國船舶重工集團(tuán)公司第723研究所，揚(yáng)州 225001)

基于二型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電子戰(zhàn)效能評(píng)估

夏軍成，李迪，李超

(中國船舶重工集團(tuán)公司第723研究所，揚(yáng)州 225001)

摘要：電子戰(zhàn)系統(tǒng)效能是一個(gè)綜合指標(biāo)，其部分因素包含信息不完全和不確定性，效能評(píng)估過程也相對(duì)涉及許多難以量化的模糊因素。為了評(píng)估電子戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能，首先給出了效能評(píng)估的指標(biāo)體系，然后提出了基于二型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電子戰(zhàn)效能模型。仿真結(jié)果表明該方法簡單有效而可行。

關(guān)鍵詞：二型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；電子戰(zhàn)效能模型；效能評(píng)估

0引言

電子戰(zhàn)是現(xiàn)代戰(zhàn)爭掌握電磁權(quán)的重要乎段，也是電子戰(zhàn)領(lǐng)域的一個(gè)重要課題[1-2]。評(píng)估電子戰(zhàn)作戰(zhàn)效能對(duì)實(shí)戰(zhàn)、試驗(yàn)?zāi)酥岭娮討?zhàn)設(shè)備的研制都十分重要。作戰(zhàn)任務(wù)的效能是多元函數(shù)，其由偵察、干擾等一系列動(dòng)作構(gòu)成，并且在評(píng)估過程中發(fā)現(xiàn)，由于電子戰(zhàn)總體性能、人員情況、各設(shè)備情況等因素的影響，很難建立效能評(píng)估模型，并且模型當(dāng)中的信息存在模糊性和不完全性。所以，效能評(píng)估算法也變得相對(duì)復(fù)雜。

近年來，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[3-5]由于結(jié)合了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊理論的雙重優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域都取得了豐碩的成果。在效能評(píng)估方面，也有眾多研究學(xué)者為模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立評(píng)估模型。但所采用的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為一型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。本文將引入?yún)^(qū)間二型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[6]，其由前評(píng)和后評(píng)構(gòu)成，前評(píng)為模糊集，后評(píng)為多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以用來逼近任意非線性函數(shù)，相對(duì)于一型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其泛化能力更強(qiáng)。

1電子戰(zhàn)評(píng)估指標(biāo)體系建立

電子戰(zhàn)效能評(píng)估是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，影響因素很多。一般認(rèn)為，電子戰(zhàn)效能由電子支援、進(jìn)攻和防護(hù)能力三大部分綜合而成。電子戰(zhàn)支援能力由對(duì)無線電信號(hào)的威脅識(shí)別告警、測(cè)向定位、設(shè)備維護(hù)保障、人員操縱技術(shù)、環(huán)境適應(yīng)能力組成；電子進(jìn)攻能力主要包括電子干擾、反輻射攻擊、定向攻擊、電子欺騙能力；電子防護(hù)能力按實(shí)施防護(hù)手段和方法的不同可分為抗干擾、電磁加固、屏蔽能力等多方面。評(píng)價(jià)體系如圖1所示。

2二型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)估模型建立

效能評(píng)估系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程是由自適應(yīng)訓(xùn)練和映射組成。本文利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)電子戰(zhàn)系統(tǒng)的效能評(píng)估系統(tǒng)進(jìn)行建模，由于是多輸入，如采用單輸出，其結(jié)構(gòu)上不對(duì)稱，使訓(xùn)練學(xué)習(xí)過程容易崩潰，因此采用多輸出以滿足系統(tǒng)需求。

圖1　電子戰(zhàn)效能評(píng)估指標(biāo)體系

假設(shè)系統(tǒng)是多輸入多輸出系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有no個(gè)輸出，nu個(gè)輸入，控制輸入與輸出向量分別用u=(u1,u2,…,unu)和yp=(yp1,yp2,…,ypno)表示，其中，nu,no分別代表輸入輸出維數(shù)，二型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示，每層的數(shù)學(xué)含義如下：

圖2　二型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

第1層：該層直接將當(dāng)前狀態(tài)x(t)=(u(t),yp(t))作為輸入。

第3層:該層每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)模糊規(guī)則,以及作為空間激活強(qiáng)度Fi的函數(shù)節(jié)點(diǎn)。

第4層:該層的節(jié)點(diǎn)用來形成內(nèi)反饋回路, 遞歸節(jié)點(diǎn)與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的空間激活強(qiáng)度有關(guān)，并且依賴于前一時(shí)刻臨時(shí)激活強(qiáng)度。

第5層:該層節(jié)點(diǎn)又稱為后評(píng)節(jié)點(diǎn)，其作用在于將時(shí)間延遲算子與外部輸入兩者構(gòu)造成一個(gè)線性模型。

(1)

2.1　模糊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)

通過在線學(xué)習(xí)產(chǎn)生規(guī)則，修正二型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)過程中，二型模糊規(guī)則的產(chǎn)生由空間激活強(qiáng)度算子來決定，而其又具有區(qū)間界限，所以，這里取其中心值為：

(2)

(3)

每個(gè)新二型模糊集的中心值預(yù)先設(shè)定(設(shè)置σj=0.5)，新數(shù)據(jù)x(t)以后的每塊輸入表示為：

(4)

當(dāng)新的模糊規(guī)則產(chǎn)生之后，其對(duì)應(yīng)的二型模糊集的寬度及不確定均值可表示為：

(5)

(6)

在上面的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)過程中，其隸屬函數(shù)共享一個(gè)范圍，而每個(gè)隸屬函數(shù)的不確定均值范圍可以通過下面的參考學(xué)習(xí)算法來調(diào)整。

2.2　參數(shù)學(xué)習(xí)算法

二型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)過程與參數(shù)學(xué)習(xí)過程同時(shí)進(jìn)行。對(duì)任意一個(gè)新輸入，不論其是否產(chǎn)生新的模糊規(guī)則，該網(wǎng)絡(luò)中的所有參數(shù)都需重新調(diào)整，所以參數(shù)學(xué)習(xí)過程的最終目的是為了減少誤差：

(7)

前件參數(shù)的信區(qū)這里采用梯度下降法：

(8)

式中:η為學(xué)習(xí)變量，本文中取值η=0.03，則：

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

式中:Pl，gl，pr，gr分別為L維、M-L維、R維、M-R維單位列向量;E1，E2，E3，E4分別為L維、M-L維、R維、M-R維誤差列向量。

(15)

3仿真實(shí)例

在電子戰(zhàn)效能評(píng)估中，其效能評(píng)估指標(biāo)大部分采取定性描述。數(shù)值評(píng)估指標(biāo)體系如表1所示，同時(shí)選取電子戰(zhàn)效能資料為學(xué)習(xí)樣本，如表2所示。以表2訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)為樣本輸入，對(duì)二型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，結(jié)果見表3。

表1　數(shù)值評(píng)估指標(biāo)體系

表2　訓(xùn)練樣本

表3　網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)果

為了驗(yàn)證二型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的效能評(píng)估能力，隨機(jī)選取指標(biāo)值分別為5.3，4.6，4.4，3.8，5.2，7.8，3.2，6.7，4.2，6.8，3.6，4.6，5.5，6.3，5.5，4.3。通過數(shù)值對(duì)比和專家評(píng)估打分，可以判斷該電子戰(zhàn)的作戰(zhàn)效能為一般，而二型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出值為0.067 5,0 .997 1, 0.071 3, 0.084 3，其效能評(píng)估為一般。可見專家的定性判斷結(jié)果與二型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的效能評(píng)估結(jié)果兩者基本一致。

4結(jié)束語

本文針對(duì)電子戰(zhàn)作戰(zhàn)系統(tǒng)的效能評(píng)估特點(diǎn)，提出符合電子戰(zhàn)作戰(zhàn)系統(tǒng)特點(diǎn)的自適應(yīng)作戰(zhàn)效能評(píng)估模型：從電子支援能力、電子干擾能力及電子防護(hù)能力3個(gè)方面對(duì)電子戰(zhàn)的作戰(zhàn)效能作出綜合評(píng)估。利用二型模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)電子戰(zhàn)作戰(zhàn)效能進(jìn)行評(píng)估，將定性分析與定量分析相結(jié)合。仿真實(shí)例表明該方法是有效的和可行的。

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Efficiency Evaluation of EW Based on Type ⅡFuzzy Nerve Network

XIA Jun-cheng,LI Di,LI Chao

(The 723 Institute of CSIC,Yangzhou 225001,China)

Abstract:The efficiency of electronic warfare (EW) system is a compositive index,and the information involved in part factors is incomplete and uncertain,so the process of efficiency evaluation may relate to many fuzzy factors that are difficult to be quantified.In order to evaluate the campaign efficiency of EW system,this paper firstly presents the index system of efficiency evaluation,then brings forward the EW efficiency model based on type Ⅱ fuzzy nerve network.The simulation result shows that the method is simple,effective and feasible.

Key words:type Ⅱ fuzzy nerve network;electronic warfare efficiency model;efficiency evaluation

收稿日期:2014-11-11

DOI:10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.03.020

中圖分類號(hào)：TN97

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：CN32-1413(2015)03-0074-03