基于層次分析法和熵值法的目標多屬性威脅評估*

張延風，劉建書，張士峰

(1 國防科技大學， 長沙 410073； 2 西安現代控制技術研究所， 西安 710065)

0 引言

現代戰爭離不開指揮平臺和作戰平臺，攻防過程是大規模武器系統的動態對抗[1]，其中多傳感器信息系統獨立的直接為相關基本作戰單元提供信息融合服務，通過多傳感器信息融合系統進行威脅判斷研究具有現實意義。

在指揮決策過程中，判斷目標的威脅程度是進行火力分配的基礎。戰場環境的復雜性使得有諸多因素影響威脅評估，難以建立可信度較高的通用威脅評估體系。目前常用的威脅評估方法有貝葉斯網絡[2]、TOPSIS法[3]、熵值法[4]、模糊理論[5]、灰色理論[6]和神經網絡[7]。文中提出了一種基于層次分析法(AHP)和熵值法的目標多屬性威脅評估方法，利用AHP法由專家主觀確定權重，利用熵值法由客觀信息數據確定權重，將主觀確定權重和客觀確定權重組合確定最終權重。根據目標的多屬性特征對其進行威脅評估，最后給出仿真示例表明該方法的有效性。

1 多傳感器信息融合系統

多種傳感器構成的多傳感器系統作戰指揮中心為武器系統提供實時的戰場態勢信息，使得獲取戰場情報及火力打擊后的評估變得容易。

作戰指揮時，武器系統可選擇威脅值大者進行先行攻擊，并可合理分配運用火力。武器系統接收到新目標信息，多傳感器信息融合系統對目標威脅評估。威脅評估是根據目標的各種屬性特點，對目標的威脅程度進行量化，計算出目標的威脅值。

2 目標屬性及其權重

現代戰爭中，根據武器系統的作戰任務、地域和目標性質估計目標威脅程度。通過分析導彈武器系統特點和目標屬性，確定目標的5個主要威脅因素。

2.1 目標屬性確定

2.1.1 目標類型

目標類型可以通過雷達等傳感器進行確定，不同類型的目標對武器系統的威脅程度不同。對目標屬性值進行量化，采用G.A.Miller 的9級量化方法，按威脅程度由大到小量化如下：直升機為9，坦克為6，裝甲車為4。威脅程度越高的目標，目標屬性值越大，目標屬性值是高優指標。

2.1.2 目標速度

目標的速度影響火力單元的殺傷概率，同一類型目標，速度越大，目標威脅程度大，對目標進行射擊準備和實施的時間短，目標速度是高優指標。

2.1.3 目標航向角

目標航向角是目標運動方向與武器系統載體的夾角，夾角越大，目標的威脅程度越大，目標航向角屬于高優指標。

2.1.4 目標距離

目標距離指目標相對于武器系統的距離，距離越小，目標的攻擊威脅越大，對我方的毀傷概率越大，目標距離威脅程度越大，目標距離屬于低優指標。

2.1.5 目標當前毀傷情況

根據目標是否受到損壞，可將目標毀傷情況劃分為未毀傷、中等毀傷和報廢三種級別。目標毀傷情況是定性因素，將未毀傷量化為最大值，則目標毀傷情況屬于高優指標。

(1)

(2)

2.2 目標屬性權重

利用AHP法由專家主觀確定權重，利用熵值法由客觀信息數據確定權重，將主觀確定權重和客觀確定權重組合確定最終權重：

(3)

其中，αj和βj分別為AHP法和熵值法求得第j個屬性的權重。

2.2.1 AHP計算權重

AHP法是計算權重的常用方法，通過AHP求得各專家的權重，歸一化得到各屬性權重αj。

2.2.2 熵值法計算權重

第j個屬性的決策信息可用熵值ej表示：

3 基于AHP和熵值法的目標多屬性威脅評估

基于AHP和熵值法的目標多屬性威脅評估步驟如下：

1)確定屬性高優、低優指標

由目標屬性確定屬性中的高優指標(值越大，威脅度越高)和低優指標(值越小，威脅度越高)。

2)量化、規格化各屬性

目標屬性采用G.A.Miller的9級量化理論進行量化。9級量化理論中1～9分別表示最差、很差、差、較差、相當、較好、好、很好以及最好9個定性等級，其中滿分為9分，表示威脅程度最大，其余依次類推。然后對其按式(1)、式(2)進行規格化處理。定量屬性直接按式(1)、式(2)進行規格化處理，規格化處理的目標屬性表示為fj(xi)，即指xi目標的第j項屬性。

3)確定各屬性權值

按式(3)采用AHP和熵值法確定屬性權重。

4)計算威脅值

采用簡單加性加權法：

(4)

根據ai值的大小即得到各目標威脅程度的排序。

4 示例

某武器系統接收到的目標信息如表1所示。

表1 目標屬性值

1)確定屬性高優、低優指標

高優指標：目標類型、速度、航向角、目標當前毀傷程度；

低優指標：距離。

2)屬性的量化

屬性量化準則為:①目標類型。按武器性能將直升機、坦克、裝甲車依次量化為9，6，4。②目標當前毀傷程度。按未毀傷、中等毀傷、報廢依次量化為9，5，1。

屬性量化后由式(1)、式(2)進行規格化處理(見表2)。

表2 目標屬性量化規格化結果

3)各屬性權值的確定

由式(3)得到屬性權值如表3所示。

表3 屬性權值

4)目標的威脅值

由式(4)得到目標威脅值見表4。

表4 目標威脅值

則目標威脅排序為：目標5—目標1—目標3—目標2—目標4。

5 結束語

現代戰爭的攻防過程是大規模武器系統的動態對抗。在指揮決策過程中，判斷目標的威脅程度是進行火力分配的基礎。提出一種基于層次分析法(AHP)和熵值法的目標多屬性威脅評估方法，仿真示例表明該方法有效。該方法在武器系統的威脅評估中是一種普適性方法。