基于动态博弈变权的超视距空战模拟目标威胁评估方法技术

本发明专利技术公开了基于动态博弈变权的超视距空战模拟目标威胁评估方法，包括：根据超视距空战的威胁评估模型和当前时刻的态势信息，确定每个目标针对各指标的威胁值；指标包括空战态势、空战意图、空战事件和空战能力；空战态势包括多个态势属性；利用所有目标的态势属性的威胁值构建多目标态势威胁矩阵，基于熵权法得到态势属性基础权重向量；得到态势属性变权重矩阵；得到各目标的综合态势威胁值构建多目标多指标威胁矩阵，对其通过求解灰色关联深度及基于极大熵模型求解客观指标权重向量；结合主观指标权重向量，建立博弈收益模型并求解最优指标权重向量，对其基于GRA

【技术实现步骤摘要】
基于动态博弈变权的超视距空战模拟目标威胁评估方法


[0001]本专利技术属于计算机仿真与人工智能
，具体涉及一种基于动态博弈变权的超视距空战模拟目标威胁评估方法。

技术介绍

[0002]空战模拟系统是借助于计算机仿真手段对战斗机的整个作战过程进行细致、逼真的模拟。为了有效提高用户体验的真实性以及对抗游戏和模拟系统的易操控性，需要从实际空战角度仿真设计对抗游戏和模拟系统，更为重要的是战术模拟及其便捷性交互设计，从而在还原空战真实度的同时，提高用户在对抗游戏和模拟系统中的操控水平。
[0003]针对敌方飞机等目标，在空战模拟与目标进行对抗的过程中，威胁评估作为作战流程的基础将直接影响我方的武器目标分配等战术行为，能够为智能化空战辅助决策提供支撑。威胁评估是通过分析空战机理，建立威胁评估模型，选取合适指标对威胁进行量化并进行分析得到最终威胁评估结果。而现代化空战以超视距多目标攻击为主，空战模式改变导致传统威胁评估模型与方法不再适用。评估过程需要考虑的因素增多，评估的层次与指标变得更加多样化，对威胁评估的准确性、科学性、有效性提出了更高的要求。
[0004]目前绝大多数研究是针对威胁指标分析算法和权重确定方法展开的，主要采用的方法有：多属性决策理论，其中包含TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution，逼近理想解排序法)、多准则妥协解排序法(简称VIKOR)、灰色理论、证据理论、模糊理论等。其中，《Improved TOPSIS Based on IAHP and Entropy for Threat Assessment》一文采用TOPSIS对目标威胁进行评估，针对TOPSIS自身不足从数据标准化以及权重计算两方面对算法进行改进。《Dynamic Threat Assessment of Air multi
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target Based on DBN
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TOPSIS Method》一文将贝叶斯网络与TOPSIS进行结合，通过动态贝叶斯网络获得多目标威胁级别可能性并将其映射到TOPSIS评估矩阵，有效解决了小样本威胁距离评估问题。《基于灰主成分的空战目标威胁评估》一文在主成分分析的基础上用灰色关联系数替代相关系数将PCA和灰色理论结合，同时利用灰色关联深度对主成分权重进行确定。《Multi
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domain battlefield threat assessment based on DS evidence theory and conditional probability table》一文采用D
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S证据理论、条件概率表和综合权重建立分级评估模型并将其进行整合，从而得到完整模型对目标威胁进行评估。
[0005]但经过分析，现有技术存在以下缺点：
[0006]1)部分研究中威胁评估模型所涉及指标并不全面。而随着航电武器系统发展及对现代化作战的深入研究，威胁评估考虑因素增多，变得复杂多样。现有方法面对多层次的评估模型已不适用，求解得到的权重会存在一定相关性及耦合性，无法充分利用态势信息。
[0007]2)对指标权重的求解大多基于数据自身特性，且得到的固定权重不能反映空战态势的动态变化对其自身重要性的影响，存在状态失衡的问题，忽略了态势与权重的动态联系。
[0008]3)针对不同作战场景以及不同决策者，在对威胁指标赋权时容易过度依赖专家经
验使得权重过于主观，或者仅根据数据本身进行分析，但分析方法不同其结果也存在差异，因此无法做到主观与客观的协调统一。
[0009]4)无论是灰色关联度分析法GRA还是优劣解距离法TOPSIS均存在不足，GRA方法体现的是评价序列与参考序列的形状相似性，而TOPSIS方法计算评价序列与参考序列的形状相似性，仅采用单一方法无法得到准确合理的评估结果。
[0010]因此如何提出一种新的超视距综合目标威胁评估方法以解决上述缺陷，是本领域内一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0011]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于动态博弈变权的超视距空战模拟目标威胁评估方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0012]根据预先建立的超视距空战的威胁评估模型和当前时刻的态势信息，确定每个目标针对所述威胁评估模型中各指标的威胁值；其中，所述威胁评估模型根据影响目标威胁的多类指标建立，所述多类指标包括空战态势、空战意图、空战事件和空战能力；所述空战态势的威胁值以内部多个态势属性的威胁值表征，所述多个态势属性包括角度威胁、速度威胁、距离威胁和高度威胁；
[0013]利用所有目标的态势属性的威胁值构建多目标态势威胁矩阵，对所述多目标态势威胁矩阵基于熵权法得到态势属性基础权重向量；
[0014]基于所述态势属性基础权重向量、所述多目标态势威胁矩阵，结合变权理论以及空战对抗过程中不同态势属性对态势威胁的影响分析结果，得到态势属性变权重矩阵；并利用所述多目标态势威胁矩阵和所述态势属性变权重矩阵，得到各目标的综合态势威胁值；其中，所述态势属性变权重矩阵包含各目标针对多个态势属性的态势属性变权重；
[0015]根据各目标的综合态势威胁值以及其余指标的威胁值得到多目标多指标威胁矩阵；利用所述多目标多指标威胁矩阵，通过求解灰色关联深度以及基于极大熵模型求解客观指标权重向量；
[0016]根据所述客观指标权重向量和预先建立的主观指标权重向量，建立主观与客观的博弈收益模型并求解最优解，基于所述最优解得到最优指标权重向量；其中，所述最优指标权重向量包含针对多类指标的最优指标权重；
[0017]利用所述最优指标权重向量，基于GRA
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TOPSIS方法评估各目标的威胁大小，得到各目标的威胁大小排序结果。
[0018]本专利技术实施例为了解决传统模型针对超视距空战背景不适用的问题，预先分析超视距空战机理，建立综合考虑目标空战态势、空战意图、空战能力空战、事件的新的超视距空战的威胁评估模型。并在此基础上提供了一种基于动态博弈变权的超视距空战模拟目标威胁评估方法。该方法分析指标与内部属性之间的层级关系，为避免信息冗余，指标与属性之间出现相互耦合，提出了一种分布式的权重确定方法：先求解空战态势指标内部态势属性的权重，再计算四种指标所对应权重。同时针对空战态势失衡问题，在熵权法的基础上基于变权理论得到态势属性变权重，实现动态变权。接着为实现主观与客观的统一，提出基于博弈论的组合赋权方法，通过专家经验确定主观权重，采用基于灰色关联深度的极大熵模型确定客观指标权重。最后考虑到GRA和TOPSIS自身的局限性，将两者结合，从形状相似性
与位置相似性两个方面进行考量，基于GRA
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TOPSIS方法全面准确地评估目标威胁大小。本专利技术实施例方法为进行深度态势感知、辅助战术决策及武器目标分配提供了一种合理可行的解决方案。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于动态博弈变权的超视距空战模拟目标威胁评估方法，其特征在于，包括：根据预先建立的超视距空战的威胁评估模型和当前时刻的态势信息，确定每个目标针对所述威胁评估模型中各指标的威胁值；其中，所述威胁评估模型根据影响目标威胁的多类指标建立，所述多类指标包括空战态势、空战意图、空战事件和空战能力；所述空战态势的威胁值以内部多个态势属性的威胁值表征，所述多个态势属性包括角度威胁、速度威胁、距离威胁和高度威胁；利用所有目标的态势属性的威胁值构建多目标态势威胁矩阵，对所述多目标态势威胁矩阵基于熵权法得到态势属性基础权重向量；基于所述态势属性基础权重向量、所述多目标态势威胁矩阵，结合变权理论以及空战对抗过程中不同态势属性对态势威胁的影响分析结果，得到态势属性变权重矩阵；并利用所述多目标态势威胁矩阵和所述态势属性变权重矩阵，得到各目标的综合态势威胁值；其中，所述态势属性变权重矩阵包含各目标针对多个态势属性的态势属性变权重；根据各目标的综合态势威胁值以及其余指标的威胁值得到多目标多指标威胁矩阵；利用所述多目标多指标威胁矩阵，通过求解灰色关联深度以及基于极大熵模型求解客观指标权重向量；根据所述客观指标权重向量和预先建立的主观指标权重向量，建立主观与客观的博弈收益模型并求解最优解，基于所述最优解得到最优指标权重向量；其中，所述最优指标权重向量包含针对多类指标的最优指标权重；利用所述最优指标权重向量，基于GRA
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TOPSIS方法评估各目标的威胁大小，得到各目标的威胁大小排序结果。2.根据权利要求1所述的基于动态博弈变权的超视距空战模拟目标威胁评估方法，其特征在于，所述威胁评估模型包括态势威胁模型、意图威胁模型、事件威胁模型和能力威胁模型；其中，所述态势威胁模型包括角度威胁模型、速度威胁模型、距离威胁模型和高度威胁模型；相应的，所述根据预先建立的超视距空战的威胁评估模型和当前时刻的态势信息，确定每个目标针对所述威胁评估模型中各指标的威胁值，包括：根据当前时刻的态势信息中与角度、速度、距离、高度相关的参数，以及所述角度威胁模型、所述速度威胁模型、所述距离威胁模型和所述高度威胁模型，分别确定各目标的角度威胁值、速度威胁值、距离威胁值和高度威胁值；根据当前时刻的态势信息中表征各目标空战战术意图的意图信息，以及空战意图对应的意图威胁模型中预先建立的多种空战战术意图分别对应的威胁值，确定各目标的空战意图威胁值；其中，所述多种空战战术意图包括攻击、防御、探测、干扰和逃逸；根据当前时刻的态势信息中表征各目标空战事件的事件信息，以及空战事件对应的事件威胁模型中预先建立的多种空战事件分别对应的威胁值，确定各目标的空战事件威胁值；其中，所述多种空战事件包括敌雷达对我机持续扫描、敌雷达对我机持续干扰、敌雷达对我机持续跟踪、敌方导弹符合发射条件和敌方发射导弹；根据当前时刻的态势信息中与各目标空战能力相关的参数，利用空战能力对应的能力威胁模型中的能力量化公式，确定各目标的空战能力威胁值。3.根据权利要求2所述的基于动态博弈变权的超视距空战模拟目标威胁评估方法，其
特征在于，所述根据当前时刻的态势信息中与角度、速度、距离、高度相关的参数，以及所述角度威胁模型、所述速度威胁模型、所述距离威胁模型和所述高度威胁模型，分别确定各目标的角度威胁值、速度威胁值、距离威胁值和高度威胁值，包括：针对每个目标，基于当前时刻的态势信息中该目标的方位角，在所述角度威胁模型中的多个方位角威胁区间计算公式中，确定匹配的方位角威胁区间计算公式，并利用所述匹配的方位角威胁区间计算公式计算出该目标的方位角威胁值；基于当前时刻的态势信息中该目标的进入角，在所述角度威胁模型中的多个进入角威胁区间计算公式中，确定匹配的进入角威胁区间计算公式，并利用所述匹配的进入角威胁区间计算公式计算出该目标的进入角威胁值；并利用预设的方位角权重、进入角权重以及该目标的方位角威胁值、进入角威胁值，加权计算得到该目标的角度威胁值；针对每个目标，基于当前时刻的态势信息中载机的速度、该目标的速度和该目标的最佳空战速度，在所述速度威胁模型中的多个速度威胁区间计算公式中，确定匹配的速度威胁区间计算公式，并利用所述匹配的速度威胁区间计算公式计算出该目标的速度威胁值；针对每个目标，基于当前时刻的态势信息中载机与该目标的距离，在所述距离威胁模型中的多个距离威胁区间计算公式中，确定匹配的距离威胁区间计算公式，并利用所述匹配的距离威胁区间计算公式计算出该目标的距离威胁值；针对每个目标，基于当前时刻的态势信息中载机的高度、该目标的高度和该目标的最佳空战高度，在所述高度威胁模型中的多个高度威胁区间计算公式中，确定匹配的高度威胁区间计算公式，并利用所述匹配的高度威胁区间计算公式计算出该目标的高度威胁值。4.根据权利要求3所述的基于动态博弈变权的超视距空战模拟目标威胁评估方法，其特征在于，所述利用所有目标的态势属性的威胁值构建多目标态势威胁矩阵，对所述多目标态势威胁矩阵基于熵权法得到态势属性基础权重向量，包括：以行依次表示不同目标，列依次表示目标的多个态势属性的威胁值，构建多目标态势威胁矩阵；针对每个态势属性，利用所述多目标态势威胁矩阵中该态势属性对应的一列元素，采用评价指标信息熵的计算公式得到该态势属性对应的信息熵；基于该态势属性对应的信息熵，利用熵权计算公式计算出该态势属性对应的态势属性基础权重，并由各个态势属性依次得到的态势属性基础权重构成态势属性基础权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王星煜，杨振，柴仕元，何宇鹏，霍威宇，周德云，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：