一种基于先验信息及层次分析法的电子战作战效果评估方法

1.本发明涉及电子战作战效果评估领域，具体而言，涉及一种基于先验信息及层次分析法的电子战作战效果评估方法。


背景技术：

2.近年来关于电子战作战效果评估理论和方法的研究日益受到广泛关注，而且也获得了快速发展。但是由于电子战作战过程不但涉及复杂的技术因素，同时也含有大量不确定因素、环境因素、人为因素的影响，所以效能评估的难度很大，其结果的可信度不高，客观性、可操作性等许多方面还有待完善。
3.评估目前还存在着电磁域热点聚焦能力评估、电磁域辅助决策能力评估、电磁域优势兑现能力评估等难点问题亟待解决。其一，关于电磁域热点聚焦能力评估：未来新质武器及智能化武器装备的出现，使得电磁域作战需要考虑的要素类型多、数量庞大。如何在复杂电磁环境下对聚焦我方兵力资源，实现对敌方“ooda环”作战行为的准确估计及其价值判断，以及对我方作战目标和达成目标过程中各环节获得的最终收益与敌方收益的差距的早期预警，是亟待解决的问题。其二，关于电磁域辅助决策能力评估：在电磁域热点聚焦的基础上，如何通过辅助决策能帮助指挥员在电磁域更好获悉敌方意图、抑制敌方获得我方意图是亟待解决的问题。其三，关于电磁域优势兑现能力评估：在电磁域高频次高质量决策基础上，如何评估我方逐渐积累获得对敌优势，以及如何评估我方通过电磁域获得敌方真实作战意图的理解、并通过电磁域逐渐掌握对敌方作战意图的影响能力。
4.因此，本发明采用先验信息与层次分析法相结合的方法，通过构建指标层次结构，基于先验信息建立判断矩阵确定评估指标的权重，根据各个指标的指标效能值综合计算评估结果，实现对电子战作战效果的评估。


技术实现要素：

5.本发明专利的目的就是弥补现有技术的不足，采用先验信息与层次分析法相结合的方法对电子战作战效果评估，支撑指挥员实时精准获知我方当前博弈对抗的优势积累情况，从而辅助指挥员在复杂博弈对抗环境下优化调整电子战决策策略。
6.为实现上述目的，本技术提供下述技术方案：
7.(1)对于电磁域热点聚焦能力评估，本方案通过三类指标实现对我方作战目标的热点电磁域作战高地的准确预测，并通过对敌方作战行为序列的观察预测获取其高价值电磁域关注点。该三类指标为：1)态势感知基础类指标，具体包括态势感知完整度、态势感知清晰度、毁伤评估准确度；2)态势研判支撑类指标，具体包括威胁评估准确度、意图研判准确度；3)行为分析应用类指标，具体包括敌方高价值热点研判指标、我方高价值热点研判指标。通过上述过程，采用层次分析法进行指标综合，可获得最终电磁域热点聚焦能力，从而实现对敌方作战意图的准确估计，实现对目的关注点的发现，并实现对达成我方作战目的各环节收益的预测和总收益的提前预警。
8.(2)对于电磁域辅助决策能力评估，本方案给出电磁域辅助决策能力评估指标，具体评估包括辅助决策对“更好获悉敌方作战意图”、“防止敌方获悉我方的真实作战意图”、“通过电磁域影响或操控敌方作战意图”三方面实现的得益。第一方面决策能力由探测策略辅助生成能力指标、侦察策略辅助生成能力指标表征；第二方面决策能力由干扰策略辅助生成能力指标表征；第三方面电磁决策收益评估指标用于评估电磁域决策对敌方意图的影响及控制能力。方案采用层次分析法对上述三类指标进行综合，获得电磁域辅助决策能力的评估。
9.(3)对于电磁域优势兑现能力评估，在电磁域高频次高质量决策基础上，我方逐渐积累获得对敌优势：即通过电磁域获得敌方真实作战意图的理解、并通过电磁域逐渐掌握对敌方作战意图的影响能力。配合整体作战需求，在关键时刻在电磁域对敌方发起致盲打击、电磁诱骗和断网断链，强力兑现电磁域优势，实现对敌方作战意图控制。电磁域优势兑现能力包括电子攻击能力，在敌方发起干扰情况下为持续有效压制敌方反击需要具备电子防御能力，同时配合多舰艇电磁域协同需要良好的机动响应能力。方案采用层次分析法对上述三类指标进行综合，获得电磁域辅助决策能力的评估。
附图说明
10.图1是基于先验信息及层次分析法的电子战作战效果评估方法示意框图。
11.图2是评估指标体系。
具体实施方式
12.下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步说明。电子战作战系统的基于先验信息及层次分析法的效果评估方法，包括如下步骤：
13.步骤1、构建指标层次结构
14.对电子战作战效果评估问题进行分解，形成三个层次。具体分层方式如下：一级指标层为电子战作战效果评估指标层p。二级指标层包括电磁域热点聚焦能力p1、电磁域辅助决策能力p2和电磁域优势兑现能力p3。三级指标层中，电磁域热点聚焦能力包括态势感知完整度p
11
、态势感知清晰度p
12
、毁伤评估准确度p
13
、威胁评估准确度p
14
、意图研判准确度p
15
、敌方高价值热点研判p
16
、我方高价值热点研判p
17
；电磁域辅助决策能力包括探测策略辅助生成p
21
、侦察策略辅助生成p
22
、干扰策略辅助生成p
23
、电磁决策收益评估p
24
；电磁域优势兑现能力包括机动响应能力p
31
、电子防御能力p
32
、电子攻击能力p
33
。
15.根据以上描述，确定用于评估的指标集x，即第1级指标集为电子战作战效果评估指标层，共有1个1级指标；第2级指标集为中间层指标，共有3个2级指标；第3级指标集为底层指标，共有14个3级指标。
16.步骤2、建立判断矩阵
17.本发明采用九级标度法对指标的相对重要性进行量化，如表1所示，设定目标与评估指标集x＝[x1，x2，...，xn]，假设xi为某一评估指标，xi∈x(i＝1，2，...，n)，其中n为被评价指标的个数，令xi与xj(j＝1，2，...，n)的相对重要性变化。
[0018]
表1 相对重要性判断的九级标度
[0019][0020][0021]
由此，可以得到判断矩阵p为：
[0022][0023]
根据步骤一构建的三层评估指标结构模型，基于先验信息对指标相对重要性进行判断并构造4个相对重要性判断矩阵。包括第二层指标结构构造的1个判断矩阵用p-p1，p2，p3表示，其为3阶矩阵；第三层指标结构总共构造的3个判断矩阵，分别用p
1-p
11
，p
12
，p
13
，p
14
，p
15
，p
16
，p
17
、p
2-p
21
，p
22
，p
23
，p
24
、p
3-p
31
，p
32
，p
33
表示。
[0024]
根据上述判断矩阵计算指标权值向量，假定判断矩阵为：
[0025][0026]
[0027][0028][0029]
步骤3、计算指标权值向量
[0030]
采用和积法分别对步骤2中构造的4个判断矩阵的指标权值向量进行计算，并分别获取四个判断矩阵对应的最大特征向量w
p
、具体步骤所下所述，其中n为判断矩阵的阶数。
[0031]
步骤3.1将判断矩阵的每一列元素作归一化处理：
[0032][0033]
步骤3.2将每一列经归一化处理后判断矩阵按列相加得w
′
：
[0034][0035]
步骤3.3对向量w
′
作归一化处理得最大特征向量w
t
：
[0036][0037]
其中w
t
＝(w1，w2，...，wn)为判断矩阵所对应指标的权值向量。
[0038]
步骤4、综合求取效能值
[0039]
各项指标对电子战作战效果的影响程度不同，指标的权值也不同，指标的权值根据步骤3求得。要对整体效能进行综合评估，就需要根据各指标效能值和权重分别进行计算、统计、综合，最后综合计算评估结果。
[0040]
各个指标的值具体计算方式如下：
[0041]
步骤4.1电磁域热点聚焦能力指标
[0042]
步骤4.1.1态势感知基础类指标
[0043]
步骤4.1.1.1态势感知完整度指标
[0044]
态势感知完整度指标的效能值如下述公式所述。
[0045][0046]
其中，m和k分别为每个传感器所获得的关键信息的数量和传感器的个数；根据感知传感器是否对目标建批判断我方是否掌握目标信息，用d
ij
表征。若掌握，d
ij
记为1；若未掌握，d
ij
记为0。
[0047]
步骤4.1.1.2态势感知清晰度指标
[0048]
态势感知的清晰度与信息获取的精确程度及目标的分辨能力有关。信息获取的精确程度有以下几个影响因素：雷达测角误差δ
θ1
、雷达测速误差δ
v1
、雷达测距误差δ
r1
、侦察测角误差δ
θ2
、侦察测速误差δ
v2
，目标的分辨能力与雷达角度分辨力c
θ1
、雷达速度分辨力c
v1
、雷达距离分辨力c
r1
、侦察角度分辨力c
θ2
、侦察速度分辨力c
v2
有关。各个因素通过查询产品说明书获得。
[0049]
根据公式z
ij
＝(1/y
ij
)/(σ(1/y
ij
)2)
1/2
(其中，i指当前指标，j指多个影响因素的实际取值)对信息获取的精确程度进行规范化处理，再根据同等权重得到态势感知的清晰度的效能值g
21
。
[0050]
根据公式(其中，i指当前指标，j指其多个影响因素的实际取值)对目标的分辨能力进行规范化处理，再根据同等权重得到态势感知的清晰度的效能值g
22
。
[0051]
故，态势感知清晰度指标的效能值用表达式表示。
[0052]
步骤4.1.1.3毁伤评估准确度指标
[0053]
将目标分为运动目标和静止目标对毁伤效果进行评估。对于运动目标，依据受到打击后以航迹是否去批为标准进行评估，若航迹消失则属于高效打击；若航迹依然存在，则综合考虑航迹变化程度和辐射源信号变化情况进行评估。对于静止目标，只考虑辐射源信号的变化进行评估。
[0054]
航迹变化程度的公式如下式所述。
[0055][0056]
式中，v1和v2分别为在t1时刻的速度和在t2时刻的速度，θ
a1
和θ
a2
分别为在t1时刻的方位角和在t2时刻的方位角，θ
p1
和θ
p2
分别为在t1时刻的俯仰角和在t2时刻的俯仰角，并对其进行归一化处理。
[0057]
辐射源信号变化通过考虑信号的有无来判断，如下式所述。
[0058][0059]
故，毁伤评估准确度的效能值如下式所述。
[0060][0061]
步骤4.1.2态势研判支撑类指标
[0062]
步骤4.1.2.1威胁评估准确度指标
[0063]
根据传感器识别结果type，查表获得其威胁意图。不同识别结果type对应的意图威胁查询产品说明书获得。
[0064]
威胁评估准确度指标的效能值计算公式为其中wi为根据专家打分确定的不同意图威胁对应的权重；ai＝1/(l/v)，l为目标与我方的距离，v为目标速度。
[0065]
步骤4.1.2.2意图研判准确度指标
[0066]
在预判敌方意图的基础上，配合我方的作战实体兵力单元以及侦干探通策略去打断、更改、影响敌方的意图，从而获得电磁控制权，有利于我方抢夺作战先机。在测试过程中，记录敌方对重点目标的选择情况，选择动作包括侦察、干扰、探测、通信、打击等动作，与我方的判断进行比较。意图研判准确度指标的效能值计算方式如下述公式所述。
[0067][0068]
其中，n为重点目标选择的数量，根据我方是否对敌方重点目标选择的意图研判正确，用bi表征。若正确，bi记为1；若不正确，bi记为0。用根据我方是否对敌方行为意图研判正确。根据我方是否对敌方重点目标的动作意图研判正确，用dj表征。若正确，dj记为1；若不正确，dj记为0。
[0069]
步骤4.1.3行为分析应用类指标
[0070]
步骤4.1.3.1敌方高价值热点研判指标
[0071]
敌方高价值热点研判是指双方对战时，我方所研判出的敌方高价值热点。综合上述指标，热点研判威胁度以及意图研判有关。重点关注敌方威胁度高、意图致命的高价值热点。综合考虑敌方作战意图、敌方威胁程度以及我方打击手段对敌方高价值热点进行研判。我方若针对敌方作战意图及目标特性有有效打击的手段，则对敌方目标的高价值研判效能值就会降低。敌方高价值热点研判指标的效能值如下式所述。
[0072][0073]
其中，xi和yi表示我方是否有有效打击的手段，如下式所述。
[0074][0075]
步骤4.1.3.2我方高价值热点研判指标
[0076]
我方高价值热点研判是指双方对战时，我方所选择的高价值热点。综合考虑我方作战意图、我方威胁程度以及我方对于高价值热点的保护措施对我方高价值热点进行研判。我方若针对高价值热点无有效保护措施，则我方高价值热点的研判效能值就会降低。我方高价值热点研判指标的效能值如下式所述。
[0077][0078]
其中，qi和qi表示我方是否有有效保护措施，如下式所述。
[0079][0080]
综上，电磁域辅助决策能力可以用表达式表示，其中为二级指
标p1下属子指标对应的权值，为二级指标p1下属子指标对应的指标效能值。
[0081]
步骤4.2对于电磁域辅助决策能力指标
[0082]
步骤4.2.1探测策略辅助生成能力指标
[0083]
探测策略辅助生成能力指标评估由以下五个影响因素：最大发现距离r
a max
、目标发现概率pd、目标识别概率ps、跟踪目标能力m、跟踪目标数量n。其中，r
a max
、pd、ps、m、n可以通过查询产品说明书获得。
[0084]
根据(其中，i为次数，j为某一个具体因素值)对上述具体值进行规范化处理，再根据同等权重加权得到探测策略辅助生成能力指标的效能值
[0085]
步骤4.2.2侦察策略辅助生成能力指标
[0086]
侦察作用距离记为rr，雷达作用距离记为ra，侦察直视距记为r
sr
，雷达直视距离记为r
sa
。对雷达信号的侦察在同时满足能量和直视距离的条件的基础上，实际的侦察作用距离r
′r＝min{rr，r
sr
}，实际的雷达作用距离r
′a＝min{ta，r
sa
}。
[0087]
截获时间表示为侦察到信号的时间，记为t；侦察对雷达作用距离的优势表现为：r
′r＞r
′a。故在r
′r＞r
′a条件下，侦察策略辅助生成能力的效能值如下式所示。
[0088][0089]
步骤4.2.3干扰策略辅助生成能力指标
[0090]
干扰策略辅助生成能力主要包括通信干扰系统的有效干扰作用距离以有效干扰时间。利用发射干扰性电磁波的有效范围r(单位：km)，以及在有效干扰作用距离及有效干扰时间t(单位：s)对干扰策略辅助生成能力进行评估，其效能值记为
[0091]
r∈[450，∞)时，效能值如下式所示。
[0092][0093]
r∈[100，450)时，效能值如下式所示。
[0094]
[0095]
r∈[0，100)时，效能值如下式所示。
[0096][0097]
步骤4.2.4电磁决策收益评估指标
[0098]
电磁决策收益具体表现为我方行为对敌方行为完成程度的影响，强调在我方策略生成之后，是否会加大敌方完成作战目标的难度。作战时，按照己方意图不被打断的情况下，维持一段时间的操作频次在频域、空间域、速度域等的变化是相对稳定的。我方进行干扰后再观察敌方动作频率的改变，即观察敌方受我方影响的情况。统计我方开始决策的时间点t1，到停止决策的时间点t2，再到下一个时间间隔内，对方决策操作的总频次(f1)，与同等时间内稳定频次(f)相对比来表示指标电磁决策收益评估能力的效能值如下式所示。
[0099][0100]
综上，电磁域辅助决策能力用表达式表示，其中为二级指标p2下属子指标对应的权值，为二级指标p2下属子指标对应的指标效能值。
[0101]
步骤4.3对于电磁域优势兑现能力指标
[0102]
步骤4.3.1电子攻击能力指标
[0103]
电子攻击指利用电磁频谱或定向能对敌方进行主动打击，目的是降低、抵消或者摧毁敌方的作战能力。电子攻击行为包含有非摧毁性和摧毁性两个方面。用敌方被有效干扰的干扰机个数m1与敌方干扰机总数估计值m2进行比较对非摧毁性行动进行评估，敌方被击毁的电子战个数n1与敌方电子战总数估计值n2进行比较对摧毁性行动进行评估。故电子攻击能力的指标效能值用下述表达式来表示。
[0104][0105]
步骤4.3.2电子防御能力指标
[0106]
雷达电子防护是指尽量避免己方遭受到恶意电磁波的破坏的影响，并且控制己方信号源辐射，以避免被敌方发现而造成大规模电子攻击的的防御电子战行动。电子攻击能力的指标效能值用下述表达式来表示。
[0107][0108]
其中x1为我方被有效干扰的干扰机个数，x2为我方干扰机总数，y1为我方被击毁的电子战个数，y2为我方电子战总数。
[0109]
步骤4.3.3机动响应能力指标
[0110]
机动响应能力是营造有利作战态势、夺取战场主动权的关键所在。在电磁域作战背景下，大大不同于以往单一方向的机动，不能完全照搬过去的经验，必须围绕电磁域快速机动的特点和要求，科学精细准备，依情隐蔽企图，依势快速反应，以最短时间和最快速度前推到位，抢占先机，夺取战场主动权。机动响应能力的指标效能值用下述表达式来表示。
[0111][0112]
式中，tm为真正达成战略目标所用的时间，tm为达成战略所期望的时间。
[0113]
综上，电磁域优势兑现能力用表达式表示，其中为二级指标p3下属子指标对应的权值，分别为二级指标p3下属子指标对应的指标效能值。
[0114]
对实际电子作战电子设备的各指标效能值进行评估，结合步骤3计算得到的指标权值向量，计算电子作战效果评估指标效能值e
p
，计算公式如下：
[0115][0116]
其中，分别为w
p
、里面的元素值，里面的元素值，分别为三级指标的指标效能值。
[0117]
最后计算不同方案下的指标效能值e
p
，并通过比较不同方案指标效能值e
p
的大小，最终实现方案优选，从而辅助指挥员在复杂博弈对抗环境下优化调整电子战决策策略和方案。

技术特征：
1.一种基于先验信息及层次分析法的电子战作战效果评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、构建指标层次结构将电子战作战效果评估问题进行分解，构建三层指标评估结构。具体分层方式如下：一级指标层为电子战作战效果评估指标层p。二级指标层包括电磁域热点聚焦能力p1、电磁域辅助决策能力p2和电磁域优势兑现能力p3。三级指标层中，电磁域热点聚焦能力包括态势感知完整度p
11
、态势感知清晰度p
12
、毁伤评估准确度p
13
、威胁评估准确度p
14
、意图研判准确度p
15
、敌方高价值热点研判p
16
、我方高价值热点研判p
17
；电磁域辅助决策能力包括探测策略辅助生成p
21
、侦察策略辅助生成p
22
、干扰策略辅助生成p
23
、电磁决策收益评估p
24
；电磁域优势兑现能力包括机动响应能力p
31
、电子防御能力p
32
、电子攻击能力p
33
。根据以上描述，确定用于评估的指标集x，即第1级指标集为电子战作战效果评估指标层，共有1个1级指标；第2级指标集为中间层指标，共有3个2级指标；第3级指标集为底层指标，共有14个3级指标。步骤2、建立判断矩阵本发明采用九级标度法对指标的相对重要性进行量化，如表1所示，设定目标与评估指标集x＝[x1，x2，...，x
n
]，假设x
i
为某一评估指标，x
i
∈x(i＝1，2，...，n)，其中n为被评价指标的个数，令x
i
与x
j
(j＝1，2，...，n)的相对重要性变化。表1 相对重要性判断的九级标度相对重要性判断的九级标度由此，可以得到判断矩阵p为：根据步骤一构建的三层评估指标结构模型，基于先验信息对指标相对重要性进行判断
并构造4个相对重要性判断矩阵。包括第二层指标结构构造的1个判断矩阵用p-p1，p2，p3表示，其为3阶矩阵；第三层指标结构总共构造的3个判断矩阵，分别用p
1-p
11
，p
12
，p
13
，p
14
，p
15
，p
16
，p
17
、p
2-p
21
，p
22
，p
23
，p
24
、p
3-p
31
，p
32
，p
33
表示。步骤3、计算指标权值向量采用和积法分别对步骤2中构造的4个判断矩阵的指标权值向量进行计算，并分别获取四个判断矩阵对应的最大特征向量w
p
、即为判断矩阵所对应指标的权值向量。步骤4、综合求取效能值根据电子战系统各单元信号接收情况结合电子战环境感知结果对实际电子作战电子设备的各指标效能值进行评估，结合步骤3计算得到的指标权值向量，计算电子作战效果评估指标效能值e
p
，计算公式如下：其中，分别为w
p
、里面的元素值，里面的元素值，分别为三级指标的指标效能值，指标效能值求解方法详见说明书。最后计算不同方案下的指标效能值e
p
，并通过比较不同方案指标效能值e
p
的大小，最终实现方案优选，从而辅助指挥员在复杂博弈对抗环境下优化调整电子战决策策略和方案。

技术总结
针对目前电子战作战效果评估中存在的电磁域热点聚焦能力评估、电磁域辅助决策能力评估、电磁域优势兑现能力评估等难点问题，本发明采用先验信息与层次分析法相结合的方法，通过构建指标层次结构，基于先验信息建立判断矩阵确定评估指标的权重，根据各个指标的指标效能值，综合计算评估结果。本发明中涉及的电子战作战效果评估方法可为指挥员在复杂博弈对抗环境下优化电子战决策质量提供支撑。抗环境下优化电子战决策质量提供支撑。抗环境下优化电子战决策质量提供支撑。


技术研发人员：沈明威 王文婧 周文静
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2022.03.09
技术公布日：2023/9/23