一种基于前景理论的多属性导弹毁伤效用评估方法

1.本发明属于导弹毁伤效用评估技术领域，具体地涉及一种基于前景理论的多属性导弹毁伤效用评估方法。


背景技术：

2.导弹对毁伤目标的毁伤是一个极为复杂的过程，评估领域往往采用较为客观的毁伤效能来作为某次导弹打击结果的评价依据，用于指导后续导弹使用与运筹。
3.但是，在不同的作战目的和作战场景中下，导弹对同类复杂目标产生的毁伤结果可能使决策者产生不同的毁伤满意度，这使得决策者做出的决策与后续作战方案可能产生巨大差异。
4.因此，如何基于导弹毁伤结果以及作战实际情况评价导弹的打击作用是摆在研究者们前面一个重要的问题。随着体系化作战的理念在信息化战争中正不断深化，导弹对复杂目标的打击已成为信息化战场中的重要组成部分。为了更有效地使用导弹、制定作战策略，快速准确地根据毁伤结果来评价导弹打击效果已经越来越受到作战指挥决策者的广泛关注。
5.为了对导弹的毁伤效能进行评估，现有技术在分析了影响定向含能动能杆战斗部毁伤效能的相关因素，建立了毁伤效能综合评估指标体系，提出了一种基于端点三角白化权函数的灰色聚类战斗部毁伤效能评估模型。评估得出的结论可以在一定程度上反映导弹战斗部的毁伤效能，但分析过程并未全面体现在不同作战条件下决策者对于毁伤结果的满意程度，且计算过程未能导弹使用者的心理状态，并不能在实战环境下全面的分析决策者对于某次毁伤任务中对于毁伤结果的满意程度。


技术实现要素：

6.本发明针对上述现有技术存在的问题，提出了一种基于前景理论的多属性导弹毁伤效用评估方法。根据行为经济学原理并以一般复杂目标的关键功能系统分析为基础，通过前景理论作为一种决策者对导弹毁伤目标的结果满意度分析理论依据，构造不同任务条件下导弹对复杂目标关键功能系统毁伤结果的转换效用函数，从而实现不同任务条件与不同对抗心理下决策者对毁伤满意程度与实际毁伤结果之间的转换，达到开发定量分析与评估导弹毁伤效用的综合流程，可用于评估各类任务场景下导弹的实际使用毁伤效用。本发明为作战指挥决策人员提供了对导弹毁伤效用的定量评价方法，可以指导实战态势下导弹的使用与运筹。
7.在本发明中，毁伤效能评估是多属性毁伤效用评估的基础，基于实践经验，根据多种复杂目标的易损性分析结果可知，复杂目标具有多个功能系统，在具体评估过程中，对于作战或毁伤价值过小的系统一般进行忽略。因此，规定参与评估的功能系统数量一般不大于8，各组件权重值为0.1～0.4；若有权重值小于0.1的功能系统，则将此功能系统(图4中u1～u4)进行忽略或者并入到其他系统当中，参与评估的功能系统数量减1。多属性效用函数
中的场景敏感性系数c表示决策者在具体作战场景中对于目标毁伤的敏感性，由于人对数字的不敏感性，当评估结果比较接近时会导致对数字表达的情况无法区分；因此，当c接近0.25时说明被毁伤目标均处于次敏感性区间，因此在实际评估时统一取0.25，而在其他区间，当0.25《c《1时，一般取0.45～1，当0《c《0.25时，一般取0～0.15；为了便于计算，参与评估的毁伤案例一般为3～5。
8.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
9.一种基于前景理论的多属性导弹毁伤效用评估方法，包括以下步骤：
10.步骤1：确定导弹毁伤效用评估信息的表示方式，定义集合及变量，并建立毁伤效能评估的原始数据矩阵；
11.步骤2：构造标准化转换函数，对步骤1的原始数据矩阵进行数据标准化；
12.步骤3：根据决策者对毁伤任务的敏感度，构造三类效用函数u＝f(x)；
13.步骤4：评估敏感性系数，并求解步骤3的效用函数的系数，获得最终使用的效用函数；
14.步骤5：根据敏感性系数将步骤2中数据矩阵中的数据按指标进行分类，并将分类后的数据代入步骤4中三类效用函数中，求解各指标的多属性效用数据u；
15.步骤6：进行信息融合，将组件毁伤效用转化为目标及各功能系统毁伤的总效用。
16.优选地，所述步骤1具体为：
17.确定导弹毁伤效用评估信息的表示方式，并定义集合及变量，设参与评估的毁伤案例集为a＝{ai|i＝1,2,
…
,m}，ai表示待评估的第i个毁伤案例；参与评估的毁伤目标功能系统集合为e＝{ej|j＝1,2,
…
,n}，ej表示毁伤目标的第j个系统；组件权重集为w＝{wj|j＝1,2,
…
,n}，wj表示第j个组件的权重；导弹对于各功能组件的毁伤结果形成的毁伤效能评估原始数据矩阵为：
[0018][0019]
(1)式中，x
ij
表示在第ai个毁伤案例里功能系统ej的毁伤效能数据。
[0020]
优选地，所述步骤2具体为：
[0021]
构造标准化转换函数，对步骤1的原始数据矩阵(1)进行数据标准化，如(2)式：
[0022][0023]
最终得到用于评估的标准化的评估数据矩阵(3)式
[0024][0025]
优选地，所述步骤3包括：
[0026]
(1)次敏感性效用场景，次敏感型效用函数是线性的，其效用函数构造如下：
[0027]
u(x)＝x
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)；
[0028]
(2)不敏感型效用场景，不敏感型效用函数是凸函数，有(2)不敏感型效用场景，不敏感型效用函数是凸函数，有其效用函数构造如下：
[0029][0030]
(3)敏感型效用场景，敏感型效用函数是凹函数，有其效用函数构造如下：
[0031][0032]
其中，(4)～(6)式中，x表示各组件经标准化的毁伤结果评估数据，u表示经转换后的毁伤效用；(5)式与(6)式中，a、b为待求参数，根据c值进行具体求解；c称为场景敏感性系数，0《c《1；c值越大，指标的敏感型越强；c值越小，敏感型越弱；当0.25《c《1时，指标所对应的效用函数为敏感型；当0《c《0.25时，指标所对应的效用函数为不敏感型；当c＝0.25时，指标所对应的效用函数为次敏感型。
[0033]
优选地，所述步骤4的具体步骤包括：
[0034]
步骤4.1：根据线性拟合，令u
min
(ai)＝0、u
max
(ai)＝1，效用曲线过(0,0)与(1,1)两个点，因此求得系数a、b与敏感性系数c之间的关系如下(7)-(10)式所示：
[0035]
(1)敏感型效用场景：
[0036][0037][0038]
(2)不敏感型效用场景：
[0039][0040][0041]
步骤4.2：将步骤4.1的(7)-(10)式代入步骤3的(4)式和(5)式，可获得最终的效用函数如(11)与(12)所示，效用函数仅与敏感度系数c相关，
[0042]
敏感型效用场景：
[0043][0044]
不敏感型效用场景：
[0045][0046]
优选地，所述步骤6具体步骤包括：
[0047]
步骤6.1：以各毁伤案例中组件的毁伤效用u
i1
,u
i2
,
…
,u
ij
,
…
,u
in
为坐标构建n维坐标系，则对目标的毁伤总效用对应着n维坐标系中的点；u
min
(ai)对应点与u(ai)对应点的距离d(ai)可用于度量从无毁伤效用到达到目标毁伤效用所需要增长的效用值，u
min
(ai)对应点与u
max
(ai)对应点的距离d
max
可用于度量从无毁伤效用到对目标可以产生的最大毁伤效用所需要增长的效用值，则可用于度量对目标产生的效用值，则在某次作战任务中导弹产生的对目标的多属性毁伤效用为：
[0048][0049]
步骤6.2：在步骤6.1的基础上，则对于敏感型效用场景有：
[0050][0051]
利用(14)式与(15)式可以计算出导弹多属性毁伤效用的最终综合得分，实现对多属性导弹毁伤效用的评估。
[0052]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0053]
1.本发明在毁伤效能评估的基础上进一步考虑了作战实际情况下，武器使用者的心理因素影响。基于行为经济学中的前景理论，提出了一种的多属性导弹毁伤效用的评估方法，可以实现不同任务条件与不同对抗心理下决策者对毁伤满意程度与实际毁伤结果之间的转换，能更有效地根据毁伤结果来协助制定作战策略；
[0054]
2.本发明可用于评估不同任务场景下导弹的实际使用毁伤效用，为作战指挥人员提供了对导弹毁伤效用的定量评价方法，能满足各种决策条件下指挥人员的评估需求，为实战态势下导弹的使用与运筹进行辅助指导。
附图说明
[0055]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
[0056]
在附图中：
[0057]
图1为本发明的方法流程图；
[0058]
图2为本发明中构造的三类敏感性效用函数的特征；
[0059]
图3为本发明实施例中展示了一个对三种功能系统的复杂目标毁伤效用的融合几何关系；
[0060]
图4为本发明实施例中复杂目标的系统组成。
具体实施方式
[0061]
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0062]
实施例：
[0063]
参照附图1-4所示，为了给实现导弹战斗部设计人员和作战指挥决策人员提供对导弹战斗部毁伤能力的评价，指导导弹战斗部对相应目标的毁伤能力。
[0064]
本发明提出了基于得失优势支配综合分析的基于前景理论的多属性导弹毁伤效用评估方法，在本发明中，毁伤效能评估是多属性毁伤效用评估的基础，基于实践经验，根据多种复杂目标的易损性分析结果可知，复杂目标具有多个功能系统，在具体评估过程中，对于作战或毁伤价值过小的系统一般进行忽略。因此，规定参与评估的功能系统数量一般不大于8，各组件权重值为0.1～0.4；若有权重值小于0.1的组件，则将此功能系统进行忽略或者并入到其他系统当中，参与评估的功能系统数量减1。多属性效用函数中的场景性c表示决策者在具体作战场景中对于目标毁伤的敏感性，由于人对数字的不敏感性，当评估结果比较接近时会导致对数字表达的情况无法区分。
[0065]
因此，当c接近0.25时，说明被毁伤目标均处于次敏感性区间，因此在实际评估时统一取0.25，而在其他区间，一般取0.45～1，一般取0～0.15为了便于计算，参与评估的毁伤案例一般为3～5。
[0066]
一种基于前景理论的多属性导弹毁伤效用评估方法，包括以下步骤：
[0067]
步骤1：确定导弹毁伤效用评估信息的表示方式，定义集合及变量，并建立毁伤效能评估的原始数据矩阵，具体为：
[0068]
确定导弹毁伤效用评估信息的表示方式，并定义集合及变量，设参与评估的毁伤案例集为a＝{ai|i＝1,2,
…
,m}，m一般为3～5的自然数，ai表示待评估的第i个毁伤案例；参与评估的毁伤目标功能系统集合为e＝{ej|j＝1,2,
…
,n}，，n一般为3～8的自然数，ej表示毁伤目标的第j个系统；组件权重集为w＝{wj|j＝1,2,
…
,n}，wj表示第j个组件的权重，wj为0.1～0.4；导弹对于各功能组件的毁伤结果形成的毁伤效能评估原始数据矩阵为：
[0069][0070]
(1)式中，x
ij
表示在第ai个毁伤案例里功能系统ej的毁伤效能数据。
[0071]
步骤2：构造标准化转换函数，对步骤1的原始数据矩阵(1)进行数据标准化，如(2)式：
[0072][0073]
最终得到用于评估的标准化的评估数据矩阵(3)式
[0074][0075]
步骤3：根据决策者对毁伤任务的敏感度，构造三类效用函数u＝f(x)，具体包括：
[0076]
(1)次敏感性效用场景，次敏感型效用函数是线性的，在对抗情况或任务场景中，导弹对于复杂目标系统的毁伤结果与决策者的满意程度一一对应，其效用函数构造如下：
[0077]
u(x)＝x
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)；
[0078]
(2)不敏感型效用场景，不敏感型效用函数是凸函数，有(2)不敏感型效用场景，不敏感型效用函数是凸函数，有指以非剧烈破坏性为作战目的的毁伤任务，对于毁伤结果决策者很容易感到满意，这种作战任务
下，容易达到对目标的毁伤目的，其效用函数构造如下：
[0079][0080]
(3)敏感型效用场景，敏感型效用函数是凹函数，有只有对目标产生剧烈的破坏决策者才能产生较好的满意度，在这种作战场景中，达到决策者满意度较高需要对目标产生较高程度的毁伤，因此往往较难使决策者产生很高的满意度，其效用函数构造如下：
[0081][0082]
其中，(4)～(6)式中，x表示各组件经标准化的毁伤结果评估数据，u表示经转换后的毁伤效用；(5)式与(6)式中，a、b为待求参数，根据c值进行具体求解；c称为场景敏感性系数，0《c《1；c值越大，指标的敏感型越强；c值越小，敏感型越弱；当0.25《c《1时，指标所对应的效用函数为敏感型；当0《c《0.25时，指标所对应的效用函数为不敏感型；当c＝0.25时，指标所对应的效用函数为次敏感型。
[0083]
步骤4：邀请专家组评估敏感性系数，并求解步骤3的效用函数的系数，获得最终使用的效用函数，具体步骤包括：
[0084]
步骤4.1：根据线性拟合，令u
min
(ai)＝0、u
max
(ai)＝1，效用曲线过(0,0)与(1,1)两个点，因此求得系数a、b与敏感性系数c之间的关系如下(7)-(10)式所示：
[0085]
(1)敏感型效用场景：
[0086][0087][0088]
(2)不敏感型效用场景：
[0089][0090][0091]
步骤4.2：将步骤4.1的(7)-(10)式代入步骤3的(4)式和(5)式，可获得最终的效用函数如(11)与(12)所示，效用函数仅与敏感度系数c相关，
[0092]
敏感型效用场景，0.25《c《1，一般取0.45～1：
[0093][0094]
不敏感型效用场景，0《c《0.25，一般取0～0.15：
[0095][0096]
步骤5：根据敏感性系数将步骤2中数据矩阵中的数据按指标进行分类，并将分类后的数据代入步骤4中三类效用函数中，求解各指标的多属性效用数据u；
[0097]
步骤6：进行信息融合，将组件毁伤效用转化为目标及各功能系统毁伤的总效用，具体步骤包括：
[0098]
步骤6.1：设导弹对某个系统的毁伤效用为u
ij
，则有0≤u
ij
≤1，以各毁伤案例中组件的毁伤效用u
i1
,u
i2
,
…
,u
ij
,
…
,u
in
为坐标构建n维坐标系，则对目标的毁伤总效用对应着n维坐标系中的点，这些点构成了描述导弹毁伤效用的效用空间[0,1]n；
[0099]umin
(ai)对应点与u(ai)对应点的距离d(ai)可用于度量从无毁伤效用到达到目标毁伤效用所需要增长的效用值，u
min
(ai)对应点与u
max
(ai)对应点的距离d
max
可用于度量从无毁伤效用到对目标可以产生的最大毁伤效用所需要增长的效用值，则可用于度量对目标产生的效用值，则在某次作战任务中导弹产生的对目标的多属性毁伤效用为：
[0100][0101]
步骤6.2：在步骤6.1的基础上，则对于敏感型效用场景有：
[0102][0103]
对于不敏感型效用场景有：
[0104][0105]
利用(14)式与(15)式可以计算出导弹多属性毁伤效用的最终综合得分，实现对多属性导弹毁伤效用的评估。从上述过程可以看出，综合得分同时考虑了“全部功能系统的毁伤效用”和“在作战场景中决策者的决策心理”，由此可以对导弹的多属性毁伤效用进行精确评价，用于指导下一步的作战运筹。
[0106]
表1所示的各功能系统权重值wj，反映各系统的相对重要性。
[0107]
表1被毁伤目标的功能系统权重
[0108][0109]
按照案例所处作战情况，由专家对各个功能系统进行分类并评估表示敏感性的c值。将各系统毁伤效能数据的归一化数据代入对应的效用函数(4)式、(11)式或(12)式，可得到目标的各个功能系统的毁伤效用值如表2所示。
[0110]
表2各功能系统的毁伤效用值
[0111][0112]
根据图4以及各组件类型，将代入相应数据对上述各功能系统的毁伤效用值利用(14)式或(15)式进行聚合，可得到该目标一级系统的毁伤效用值如表3所示。
[0113]
表3各一级指标效用值表
[0114][0115]
对上述各一级功能系统的毁伤效用值进行聚合，可得到对该目标的总毁伤效用值为0.4182。毁伤效用值是决策者满意度的体现，也是在此次打击中导弹价值的体现，在后期的对比分析及其他计算中，用总毁伤效用值代替毁伤效能值可以更好地服务于作战辅助决策。
[0116]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。