一种解决属性权重和时间权重复杂性的动态决策方法与流程

1.本发明涉及空战威胁评估技术领域，具体涉及一种解决属性权重 和时间权重复杂性的动态决策方法。


背景技术：

2.在空战中由于决策过程的时变性，以及战机飞行速度，角度等属 性的不断变化，使得在决策过程中涉及大量不确定的信息。为得到较 为准确的评估结果，国内外学者在动态多目标决策方面进行了大量研 究，从最开始根据单一时刻的目标信息发展到根据一段时间内各个目 标的数据变化而进行决策。现有大多数决策算子都是基于属性间静态 关系的表示，难以表达不同时刻决策数据之间的相关性。同时，在时 间权重求解方面，现有方法大多依赖于主观设置，忽略了客观因素， 时间权重设置的合理性较差；且忽略了决策者的主观偏好，难以反映 不同时刻的偏好信息。


技术实现要素：

3.针对空战威胁评估问题，本技术提供一种解决属性权重和时间权 重复杂性的动态决策方法，其提高了决策结果的可靠性，有效地降低 了算法的时间复杂度，能更精确的对空战目标进行威胁评估。
4.为实现上述目的，本技术的技术方案为：一种解决属性权重和时 间权重复杂性的动态决策方法，包括：
5.根据战场环境，提取每个目标战机的决策信息；
6.将所述目标战机属性信息转换为不同时刻tk的区间直觉模糊矩 阵，得到决策矩阵
7.使用离差最大化方法获取每个所述目标战机的属性权重w(t)；
8.利用数据聚合算子ivifpwga将不同时刻tk决策矩阵中的 元素进行聚合，得到各敌方战机ti在不同时刻tk的综合区间直觉 模糊值
9.通过优劣解距离法topsis得到时间权重向量λ(t)；
10.利用数据聚合算子divifpwga将不同时刻tk的综合区间直觉模 糊值进行聚合，得到各敌方战机ti在每个时刻tk的综合区间直觉 模糊值
11.获取综合区间直觉模糊值的得分函数和准确度函数
[0012][0013]
对所述得分函数进行排序，得到决策结果。
[0014]
进一步的，将所述目标战机属性信息转换为不同时刻tk的区间直 觉模糊矩阵，得
到决策矩阵具体为：
[0015]
设目标战机集t＝{t1,t2,...,tn}，速度、角度等属性集 g＝{g1,g2,...,gm}，通过收集各目标战机在各时刻tk的属性信息，得到 决策矩阵设时间向量为：λ(tk)＝(λ(t1),λ(t2),...,λ(t
p
))
t
，满足 属性权重为 ω(tk)＝(ω1(tk),ω2(tk),...,ωm(tk))
t
，且满足ωj(tk)∈[0,1]和 [0016]
进一步的，所述数据聚合算子ivifpwga将目标战机信息转换 成决策矩阵中的元素进行聚合，得到各敌方战机在不同时刻的综合区 间直觉模糊值：设为一组敌方战机的属性 区间值直觉模糊数，数据聚合算子ivifpwga的定义如下：
[0017][0018][0019]
是两个区间值直觉模糊数的归一化汉明距离。
[0020]
进一步的，所述数据聚合算子divifpwga利用幂加权几何平均 算子的非线性性质来连接聚合数据的相互关系：设置敌方战机有速 度、角度、距离等m个属性，为t1,t2,...,t
p
时刻的 第j(j＝1,2,...,m)个属性的属性值，其中由区间直觉模糊数表示， 同时λ(t)＝(λ(t1),λ(t2),...,λ(t
p
))
t
为各个时期的时间权重向量，且满足 λ(tk)≥0，和k＝1,2,...,p；则数据聚合算子divifpwga 为：
[0021][0022]
在现有算法中集结算子处理动态决策问题时，难以描述决策信息 的模糊特征；同时，现有加权平均算子不考虑聚合空战数据之间的关 系。为此，提出了divifpwga算子，可用于处理具有相互关系的动 态区间值直觉模糊多属性决策问题。
[0023]
进一步的，目标战机属性主要包括空战能力、距离、速度和角度， 其权重与属性本身的重要程度密切相关。利用模糊距离来度量空战目 标属性与其他属性之间的偏差，偏差值越小，决策过程中属性的贡献 值就越小，相应的权重应该越小；反之，偏差值较大，决策
过程中属 性贡献值较大，相应权重较大。根据上述描述，当目标战机属性权重 完全未知时，最大偏差模型如下：
[0024][0025]
其中，d(ω)表示所有目标战机和其他战机之间的所有属性总偏 差值，表示任意两个属性下的两个空战目标之间汉明距离；由 于目标战机属性值为区间直觉模糊的形式，因此选择了常用的汉明距 离来测量区间直觉模糊数之间的距离。
[0026][0027]
为求解所述最大偏差模型，构造拉格朗日函数为：
[0028][0029]
对式(5)求偏导，得到目标战机的属性权重：
[0030][0031]
进一步的，通过优劣解距离法topsis得到时间权重向量λ(t)， 一方面，该方法整合了决策者对时间信息的偏好；另一方面，由于时 间权重的向量特征是比较明显的，采用dice相似系数代替欧式距离， 以确定实际时间权重与正负理想解的接近程度。具体为：
[0032]
设λ(tk)＝(λ(t1),λ(t2),...,λ(t
p
))
t
时间序列权值向量，表示不同时间 点的重要性，并满足λ(tk)∈[0,1]，令其中 θ∈[0,1]，表示我方战机驾驶员即决策者对时间序列的偏好程度，其值 根据决策者的经验和偏好设定；θ越趋向0，表示决策者越偏好当前 时刻；θ越趋向1，表示决策者越偏好历史信息，利用信息熵最大化 原则建立(m-1)非线性模型：
[0033][0034]
当λ(tk)＝(0,0,....,1)
t
时，θ＝0，表明决策者完全偏好于近期决策信 息，记时间权值的正理想解为：λ(tk)

＝(0,0,....,1)
t
；当λ(tk)＝(1,0,....,0)
t
时，θ＝1，表明决策者完全偏好前期数据，记时间权值的负理想解为： λ(tk)-＝(1,0,....,0)
t
；时间权重向量与正负理想解的相似程度为：
[0035][0036][0037]
则时间权向量与理想解的相关系数c为：
[0038][0039]
其中，s＝s(λ(tk),λ(tk)

) s(λ(tk),λ(tk)-)
[0040]
更进一步的，建立(m-2)非线性模型：
[0041][0042]
为使时间权重值既包含主观偏好，又包含客观实际，结合(m-1)、 (m-2)给出(m-3)非线性模型：
[0043][0044]
通过求解式(12)得到时间权值向量；其中q是两种非线性模型 的平衡系数，满足q∈[0,1]，由不同的决策者决定；q越靠近1，表明 决策者设置的时间权重越倾向于主观偏好；q越靠近0，表明决策者 设置的时间权重越倾向于客观实际。
[0045]
更进一步的，各敌方战机ti在不同时刻tk的综合区间直觉模糊值 为：
[0046][0047]
作为更进一步的，各敌方战机ti在每个时刻tk的综合区间直觉模 糊值
[0048][0049]
作为更进一步的，获取综合区间直觉模糊值的得分函数和 准确度函数具体为：对于任何区间值的直觉模糊数 都有：
[0050][0051]
[0052]
其中，
[0053]
对于任意两个区间直觉模糊数和满足：
[0054][0055]
当增大时，相应的区间直觉模糊数就越大。
[0056]
本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：本发 明利用ivifpwga算子与divifpwga算子来解决不同时刻决策数 据的相关性问题，同时设计基于时间序列偏好的topsis时间权值求 解方法，既考虑了空战目标的模糊不确定性又考虑了敌方战机信息的 动态特征，通过提出的动态决策方法，解决了属性权重和时间权重复 杂性，提高了决策结果的可靠性，有效地降低了算法的时间复杂度， 能更精确的对空战目标进行威胁评估，满足了战场环境下对于威胁评 估和动态决策的要求。
附图说明
[0057]
图1为基于属性权重和时间权重的动态决策过程图；
[0058]
图2为各目标在t1～t4时间内的排序结果比较图；
[0059]
图3为速度的灵敏度分析图；
[0060]
图4为角度的灵敏度分析图；
[0061]
图5为距离的灵敏度分析图。
具体实施方式
[0062]
本发明的实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施的，给 出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于 下述实施例。
[0063]
如图1所示，本实施例提供解决属性权重和时间权重复杂性的动 态决策方法，为验证本发明的可行性和有效性，进行了空战目标的威 胁评估、时间因素对决策结果的影响分析、属性参数的敏感度分析实 验。
[0064]
(1)空战目标的威胁评估实验
[0065]
以空战目标的威胁评估为例，目标属性主要包括空战能力、距离、 速度和角度，与空战能力威胁度、距离威胁度、速度威胁度和角度威 胁度相对应。
[0066]
空战能力威胁度。空战能力可分为从强到弱的5个层次，并通过 区间直觉模糊形式来表示目标空战能力威胁水平，如表1所示。
[0067]
表1
[0068][0069]
距离威胁度。通过目标距离我方的远近，判断敌方的攻击意图和 攻击成功的概率。当然，目标离的越近，对我方的威胁就越大；反之， 威胁越小。距离威胁度的区间直觉模糊形式为：
[0070][0071]
速度威胁度。目标速度与武器系统反应时间的长短和毁伤概率的 大小有直接关联。目标速度越快，对我方的冲击越大，威胁也越大。 速度威胁度的区间直觉模糊形式为：
[0072][0073]
角度威胁度。目标攻击角度可以是我方受保护区域到空袭目标瞬 时速度在水平平面上的投影延长的线的垂直距离的大小，更大的攻击 角度意味着威胁更小。角度威胁度的区间直观模糊形式为：
[0074][0075]
式中，ki，li，ai，βi，和γi的值由各属性数据信息的准确度 和交战环境确定，满足0≤ki li≤1，0≤ai βi≤1，
[0076]
经过以上过程处理，可将各目标的威胁评估转化为区间直觉模糊 条件下的目标威胁评估。实例有4架战机t＝{t1,t2,t3,t4}，距离威胁度 参数k＝0.7、l＝0.2，速度威胁度参数α＝0.7、β＝0.3，角度威胁度参 数γ＝0.2，数据如表2所示。t
1-t4是四个相邻时间的数据信 息，t4是最新数据。利用本发明的动态决策方法完成目标威胁排序分 析。首先，参照表1和表2计算每个对应目标的区间直觉模糊矩阵， 如表3所示，根据上述公式得到属性权重θ＝0.3和时间权重q＝0.5。 然后，使用ivifpwga算子重新组织中的元素。接下来， 利用divifpwga算子聚合不同时间的综合区间直觉模糊，得到每个 目标的直觉模糊综合区间。最后，计算4架战机的得分函数与准确度 函数，基于上述的函数值，得到评估结果为：target2＞target 3＞target 4＞target 1。
[0077]
表2
[0078][0079]
表3
[0080][0081][0082]
(2)时间因素对决策结果的影响分析实验
[0083]
图2为各目标在t
1-t4时间内的排序结果比较分析。从图2可以看 出，同一目标威胁在一段时间内不断变化，且目标在不同时间的顺序 相同，但威胁的大小可能会有所不同。仅考虑单个时间的静态评估方 法可能不会理想地表现出动态特性。例如，只考虑时间t4得到的威胁 评估结果是：target 2＞target 1＞target 3＞target 4，而本发明方法得 到的动态评估结果是：target 2＞target 3＞target 4＞target 1。这是由 于此发明所提出的方法不仅考虑了目标4在整个评估过程中速度、角 度和距离威胁的降低趋势，又考虑了
目标3速度、角度和距离威胁的 突然增加的变化。因此，得到的威胁评估结果更加可靠。
[0084]
为说明本发明所提方法的优点，对动态评价结果在时间t4处进行 了比较，并与[文献：y.zhang,q.feng,d.zhou,dynamicmulti-attribute threat assessment forair combat based on intuitionisticfuzzy set.electronics optics&control.2015.]中的结果进行了比较。 本发明达到的威胁最高目标与他法达到的目标一致，说明了本文方法 的正确性。从整体上来看，三种方法得到的排序结果有所区别，只处 理t4时刻各目标的威胁信息，得到的目标威胁评估结果具有瞬时性。 其它方法中对各目标进行威胁评估设置为动态进行，可以反映每个目 标的时间和战场态势变化，但是并没有在信息处理中考虑数据之间的 关系，同时只给出了权重的简单解。此发明通过反映目标的动态特性， 利用幂加权几何平均算子连接数据之间的相关性，同时考虑权重的准 确性。因此，获得的威胁评估结果可以变得更加可靠；同时与他法相 比，处理时间略有优势，运行时间也减少了3.01％。
[0085]
(3)属性参数的敏感度分析实验
[0086]
为分析区间直觉模糊集对各属性下每个目标决策过程中模糊不 确定度的影响程度，下面进行属性参数的敏感性分析。通过对具有相 应属性的每个目标的直觉模糊数的隶属度和非隶属度范围进行微调， 调整公式为：
[0087][0088]
其中，q＝-δσ
l
/h,...,-1,0,1,...,δσ
l
/h，h作为步长，四个属性的隶 属度和非隶属度的变化区间为这里选取隶属度和 非隶属度的变化区间为依次改变目标的速度、角度、距 离，其敏感性分析分别对应图3、图4和图5所示。
[0089]
总的来看，不同属性下区间直觉模糊值小幅度改变时，虽然对于 最终的排序并未产生很大的影响，但4个目标对于不同属性变化的反 应程度不同，可以通过不同目标对于各个属性变化的反应程度分析针 对不同目标的应对策略。
[0090]
由图3可知，各目标对于速度的变化，整体趋于稳定；说明在速 度上，各目标势均力敌，随着隶属度和非隶属度的改变对我方的威胁 程度变化不大。由图4可知，目标4对于航向的变化比较敏感，并随 着航向区间直觉模糊值中隶属度的增大，其得分函数值下降；说明在 目标4对我方的威胁程度随着航向隶属度的增加呈现下降趋势。由图 5可知，目标4对于距离的变化比较敏感，目标4随着距离区间直觉 模糊值的变化，得分函数值呈现一种先小幅度上升，整体下降的趋势； 说明目标4在距离上的改变对于我方的威胁程度相对较小。
[0091]
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证 的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很 显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进 行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而 使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性 实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求 书及其等同形式所限定。