基于多層次模糊算法的雷達抗干擾性能分析*

孟憲猛 蔡翠翠 張 東

(1.安徽博微長安電子有限公司 六安 237012)(2.皖西學院信息工程學院 六安 237012)

基于多層次模糊算法的雷達抗干擾性能分析*

孟憲猛1蔡翠翠2張 東1

(1.安徽博微長安電子有限公司 六安 237012)(2.皖西學院信息工程學院 六安 237012)

雷達的抗干擾效能是衡量雷達裝備性能的一項重要指標,如何進行有效地評估雷達抗干擾性能,對雷達裝備具有重要的現(xiàn)實意義。論文簡述了雷達抗干擾性能評估的概念和應(yīng)用,利用層次分析法建立一個多因素抗干擾評估指標體系,并將模糊算法用于雷達抗干擾評估中。結(jié)果表明,該評估方法可以有效地評估雷達的抗干擾效能。

雷達; 抗干擾; 多層次模糊算法; 效能

Class Number TN974

1 引言

隨著電子戰(zhàn)的不斷發(fā)展,電子干擾呈現(xiàn)出多樣化、智能化和綜合化等特點,對雷達的工作環(huán)境構(gòu)成嚴重威脅,直接影響到雷達的生存和作戰(zhàn)能力。因此,全面、客觀、有效地評價雷達系統(tǒng)的抗干擾能力,具有重要的現(xiàn)實意義。

由于雷達對抗是一個不完全信息動態(tài)博弈過程,戰(zhàn)場空間電磁環(huán)境復(fù)雜以及許多不確定因素,使得對雷達抗干擾效能具有復(fù)雜性和不確定性[1]。主要是影響雷達抗干擾效果的因素多元化；其次,

各種因素在抗干擾過程中所起的作用以及抗干擾效果本身均具有不確定性和模糊性；另外,抗干擾效果與各因素之間的關(guān)系具有模糊性[2]。近年來,新體制雷達的出現(xiàn)、雷達抗干擾措施的多樣化、雷達所處復(fù)雜電磁環(huán)境產(chǎn)生了新的變化以及新型復(fù)合干擾的出現(xiàn),使得早期的評價體系已不能滿足現(xiàn)在需要,這就需要建立一個合理的、多因素的雷達抗干擾評價體系。

本文簡述了雷達抗干擾性能評估的概念及應(yīng)用,利用層次分析模糊算法,建立了多層次模糊雷達抗干擾評估體系,并對雷達的抗干擾性能進行了分析。

2 雷達抗干擾性能評估

2.1 雷達抗干擾性能評估的概念

雷達抗干擾性能是指雷達裝備在一定時間內(nèi)和規(guī)定條件下完成作戰(zhàn)任務(wù)、滿足作戰(zhàn)需求的能力評估,是對雷達裝備的一個綜合性評估,主要從單項效能、系統(tǒng)效能和作戰(zhàn)性能三個方面進行評估。

2.2 雷達抗干擾效能評估的應(yīng)用

雷達的抗干擾性能評估主要應(yīng)用于雷達裝備的研制以及作戰(zhàn)效能評估[3]。

1) 雷達裝備研制中抗干擾能力的考慮。目前在雷達研制中,新體制雷達的出現(xiàn)和抗干擾措施的多樣化,雷達的抗干擾性能的要求還沒有一個較完善的指標系統(tǒng),也無一個可行的標準。如何建立一個全面的雷達抗干擾指標體系以及如何進行雷達抗干擾措施的選取,使雷達的抗干擾性能達到最佳,同時對雷系統(tǒng)達本身的性能影響較小。

2) 雷達裝備作戰(zhàn)效能評估。研制完成的雷達裝備,其實際作戰(zhàn)效能如何,需要進行驗證性評價。

3 雷達抗干擾性能多層次模糊評估

雷達的綜合抗干擾性能與雷達固有性能指標和抗干擾措施選取是密切相關(guān)的,為了客觀、準確地評價雷達系統(tǒng)的抗干擾性能,應(yīng)全面分析影響雷達系統(tǒng)抗干擾性能的各種因素。

層次分析法是管理運籌學中的一種重要分析手段。將決策問題按總目標、各層子目標、評價準則的順序分解為不同的層次結(jié)構(gòu),然后使用求解判斷矩陣特征向量的辦法,求得每一層次的各元素對上一層次某元素的優(yōu)先權(quán)重,最后再用加權(quán)求和的方法求得對總目標的最終權(quán)重[4]。由于判斷矩陣存在一定的人為主觀性,為了保證評估結(jié)果的客觀準確性,在層次分析的基礎(chǔ)上增加模糊算法來保證評估結(jié)果的客觀準確。

本文將多層次模糊算法應(yīng)用于雷達抗干擾性能評估中,通過對系統(tǒng)的指標體系進行分層次綜合,經(jīng)過歸一化和一致性分析,得出雷達系統(tǒng)的抗干擾性能。

3.1 多層次評估指標體系

根據(jù)層次分析法的原理,本文建立的抗干擾性能評估指標體系層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。本指標體系由兩個一級指標構(gòu)成：雷達固有的性能、雷達抗干擾能力。其中固有的性能力包括兩個二級指標,分別為發(fā)射信號和天線；雷達抗干擾能力包括四個二級指標,分別為反偵察能力、信號處理能力、目標識別能力和數(shù)據(jù)處理能力。每個二級指標下又具有若干個三級指標。

3.2 構(gòu)造判斷矩陣

判斷矩陣是根據(jù)選定的標度,通過分析兩兩元素之間的重要程度得到的。本文采用了1～9標度。依照層次分析法,根據(jù)多位專家意見,建立層次分析模型后,就可以在各層元素中進行兩兩比較,構(gòu)造出比較判斷矩陣[5]。判斷矩陣是層次分析方法的基本信息,也是計算相對重要度的重要依據(jù)。對于n個元素來說,可以得到兩兩比較的判斷矩陣：

A=(aij)n×n

(1)

其中,aij表示因素i和因素j相對于目標重要性1～9標度量化值。

3.3 權(quán)重計算及一致性檢驗

本文采用“和法”來計算其最大特征值及其對應(yīng)的特征向量。對判斷矩陣A按列進行歸一化處理,按行取總和并進行歸一化處理得到權(quán)重系數(shù)1,最后求最大特征值評估指標的權(quán)重向量。

在構(gòu)造判斷矩陣時,由于雷達系統(tǒng)的復(fù)雜性,主體認識的局限性以及主體之間認識的多樣性,所以判斷會產(chǎn)生誤差,指標間的判斷矩陣不可能具有完全一致性。需進行一致性檢驗,主要步驟如下[6～7]：

1) 計算一致性指標C.I(Consistence Index)

C.I=(λmax-n)/(n-1)

(2)

2) 從表中查找相應(yīng)的平均隨機一致性指標R.I(Random Index)

表1 平均隨機一致性指標

3) 計算一致性比例C.R(Consistency Ratio)

C.R=C.I/R.I

(3)

當C.R<0.1時,認為判斷的一致性是可以接受的。反之,當C.R≥0.1時,需要對判斷矩陣作適當修正,以保持一定程度的一致性。對于1階和2階矩陣,總是完全一致的,此時C.R=0。

3.4 計算評估的模糊矩陣

由于每個因素的度量尺度不同,每個因素都有相應(yīng)的評價標準,所以需要對每個因素進行評價,確定相應(yīng)的隸屬函數(shù),求出隸屬度。隸屬函數(shù)的確定有多種方法,在評估體系中可根據(jù)各因素對雷達抗干擾性能影響的原理,結(jié)合實際情況,選取適當?shù)暮瘮?shù),常選用的函數(shù)有梯形隸屬度函數(shù)、S型隸屬度函數(shù)和降半齡形分布函數(shù)等[8～9]。

利用模糊隸屬度函數(shù)可以得到模糊矩陣R,如下所示：

(4)

其中,rij為指標集中第i個指標對評價集中第j個指標的隸屬度。

3.5 建立評價集

利用“好、良好、中等、差、很差”的一組模糊語言對抗干擾效果的等級進行評價,可采用將[0,1]區(qū)間分段的方法,建立評價集,如表2所示。

模糊評估的目的就是在綜合考慮所有影響因素的基礎(chǔ)上,從評價集中得出最佳評價結(jié)果。

表2 評價集

3.6 模糊綜合算法

根據(jù)歸一化指標向量以及計算得到的權(quán)重向量,進行綜合評價。采用的模糊綜合評判集如下所示：

B=A°R

(5)

式中：A為權(quán)重向量；°為模糊算子；R為模糊矩陣。

常見的模糊算子有乘積取大型、均衡平均型、加權(quán)平均型、幾何平均型等[3,10]。本文采用加權(quán)平均法對評判指標進行處理,取以為權(quán)數(shù),對各個評價元素進行加權(quán)平均計算,即：

(6)

式中,bj(j=1,2,…,p)表示雷達綜合抗干擾效能從整體上看對模糊評價等級的隸屬程度。

對于多個層次的評估體系,采用從低層到高層逐層計算的方法即可求出最終的評價結(jié)果。

4 實例分析

4.1 權(quán)重計算

根據(jù)雷達固有性能指標和雷達抗干擾能力指標的相對重要性,它們對總準則的權(quán)重設(shè)為[0.4 0.6]。

雷達固有特性所支配的下一層次的指標為C1和C2,根據(jù)這些指標的相對重要性,構(gòu)成相應(yīng)的判斷矩陣。按照層次分析法的計算方法,得到的權(quán)重為[0.67 0.33],對上述的各層權(quán)重進行一致性檢驗,計算的一致性比例C.R=0<0.1,判斷矩陣滿足一致性要求。

抗干擾能力所支配的下一層次的指標為C3、C4、C5和C6,根據(jù)這些指標的相對重要性,構(gòu)成相應(yīng)的判斷矩陣。按照層次分析法的計算方法,得到的權(quán)重為 [0.20 0.35 0.10 0.35],一致性比例C.R=0.02<0.1,判斷矩陣滿足一致性要求。得到第三層指標體系的權(quán)重為[0.268 0.132 0.12 0.21 0.06 0.21]。

按照上述方法,對發(fā)射信號、天線、反偵察、信號處理、目標識別和數(shù)據(jù)處理的下一層次指標進行權(quán)重計算和一致性檢驗,得到第四層指標體系的權(quán)重分別為

[0.1126 0.0322 0.0616 0.0616 0.0330 0.0554 0.0185 0.0264 0.0052 0.0052 0.0252 0.0252 0.0252 0.0840 0.0525 0.0420 0.0315 0.0330 0.0126 0.0144 0.0672 0.0567 0.0315 0.0252 0.0294]。

4.2 模糊矩陣計算

綜合考慮雷達技術(shù)特點和指標參數(shù)的可測試性,以某型地面雷達為例,通過對評估指標體系中的性能指標的測量以及其它一些指標的仿真計算,并對這些指標參數(shù)進行模糊化處理,可得到模糊矩陣為

R= [0.82 0.66 0.68 0.56 0.72 0.53 0.76 0.66 0.6986 0.6192 0.6188 0.8242 0.6697 0.6067 0.6232 0.5444 0.5937 0.5253 0.6144 0.7626 0.5486 0.5692 0.4988 0.4158 0.5242]

利用上式(6),可以計算雷達的抗干擾綜合評判結(jié)果B=0.60671,根據(jù)評價集可知,該型雷達具有良好的抗干擾性能。

5 結(jié)語

本文對雷達抗干擾性能評估的概念和應(yīng)用進行介紹,針對新體制雷達的出現(xiàn),抗干擾措施的多樣化,綜合考慮各因素的影響,構(gòu)建了多層次雷達抗干擾性能評估指標體系,建立了判斷矩陣,計算出了評估指標的權(quán)重系數(shù),選用合適的模糊隸屬度函數(shù)建立了模糊矩陣。最后,利用模糊算法對雷達的抗干擾性能進行評估。該方法在多種因素的影響下,可以有效地對雷達抗干擾效果進行評估。

[1] 王國玉,汪連棟.雷達電子戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)學仿真與評估[M].北京: 國防工業(yè)出版社,2004:36-37.

[2] 周萬幸.雷達抗干擾效能評估模型與指標體系研究[J].現(xiàn)代雷達,2013,35(11):1-5.

[3] 劉曉東.雷達抗干擾效能評估指標體系及方法研究[D].成都:電子科技大學,2008.

[4] 余力, 岳振軍.基于模糊層次分析法的戰(zhàn)役情報效能評估[J].指揮控制與仿真,2011,33(1):58-60.

[5] 龐艷靜. 基于層次分析法的某種紅外導(dǎo)彈的抗干擾性能評估[J]. 紅外技術(shù), 2014, 36(3): 234-237.

[6] 李浩,邱超凡,趙小亮.雷達抗干擾效能的多層次模糊評估方法[J].雷達科學與技術(shù),2012,2:143-149.

[7] 楊秉喜.雷達綜合技術(shù)保障工程[M].北京: 中國標準出版社,2002:341-348.

[8] 郭晉媛,黃俊.模糊層次法評估機載雷達抗干擾效能[J].電光與控制,2007,14(4):151-153.

[9] 李凡,耿旭,董效杰,等.多層次模糊算法在光電抗干擾性能綜合評估中的應(yīng)用[J].系統(tǒng)仿真學報,2015,27(9):2176-2180.

[10] 涂巖,劉飛.基于層次分析法的雷達導(dǎo)引頭抗干擾評估方法[J].電子設(shè)計工程,2014,22(6):127-129.

Radar Anti-Jamming Performance Analysis Based on Multi-Level Fuzzy Algorithm

MENG Xianmeng1CAI Cuicui2ZHANG Dong1

(1. Anhui Brainwave Chang’an Electronics Co., Ltd., Lu’an 237012)(2. School of Information Engineering, West Anhui University, Lu’an 237012)

The anti-jamming performance of radar is an important index to judge the performance of radar equipment, and how to effectively evaluate the anti-jamming performance of radar is of great significance to the radar equipment. In this paper, the concept and application of radar anti-jamming performance evaluation are described, and a multi factor anti-jamming evaluation index system is established by using analytic hierarchy process, and the fuzzy algorithm is used in the evaluation of radar anti-jamming. The result shows that the evaluation method can effectively evaluate the anti-jamming performance of radar.

radar, anti-jamming, multi-level fuzzy algorithm, effectiveness

2016年10月8日,

2016年11月18日

孟憲猛,男,碩士,工程師,研究方向：雷達系統(tǒng)設(shè)計。

TN974

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.04.016