基于Vague集的TOPSIS法求解目标优先级


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VO1.37,NO.5 May,2012 火力与指挥控制 Fire Control&Command Control 第37卷第5期 2012年5月 文章编号:1002一O64O(2O12)O5—0140—04 基于Vague集的TOPSIS法求解目标优先级 童俊,单甘霖 050003) (军械工程学院,石家庄摘 要:针对传感器管理中目标一传感器配对出现的目标优先级求解问题,提出了一种基于Vague集的TOPSIS计算方 法。在分析目标优先级的主要影响因素基础上,定义了各影响因素的影响系数。同时结合Vague集的TOPSIS法给出了目标 优先级的计算步骤,为目标优先级求解提供了一种新途径。并结合仿真算例表明该方法的合理性与有效性。 关键词:传感器管理,目标优先级,影响系数,Vague集,TOPSIS 中图分类号:TP391,E917 文献标识码:A Research on TOPSIS-Based Vague Sets Used to Solve Targets Priority Levels TONG Jun.SHAN Gan—lin (Ordnance Engineering College,Shitazhuang 050003,Chifna) Abstract:TOPSIS,a solving method based on vague sets,is proposed with regard to the problem of targets priority level in target sensor selection in sensor mangement.Influence coefficient is proposed based on analyzing targets priority levels influence factors.And then the calculation steps for solving targets priority levels by using Vague sets TOPSIS method is given,which is a new method to solve targets priority levels.Finally,an application example is given and the results show that the method is reasonable and effective. Key words:sensor management,targets priority levels,influence coefficient,vague sets,TOPSIS 引 言 随着多传感器信息融合技术的发展,传感器管 理作用日益凸显。所谓传感器管理,就是利用有限的 传感器资源,满足对多个目标和扫描空间的要求,以 得到各具体特性的最优度量值,以这个最优准则对 为多目标多属性决策问题。 本文首先分析了目标优先级的主要影响因素并 将其量化,然后利用Vague集对多目标多属性决策 问题的优良特性,将基于Vague集的TOPSIS方法 应用于目标优先级求解中,最后结合仿真算例进行 验证。 传感器资源进行科学合理的分配[1]。其核心是根据 一定的最优准则,确定目标与传感器之间的配对以 l 目标优先级 目标优先级的建立一般有两种[2]。第1种是自 及该传感器的工作模式与参数。而在目标一传感器配 对中,首先必须确立目标优先级。对于地面防空武器 系统而言,其配属传感器应优先考虑与优先级高的 目标进行配对。影响目标优先级的因素众多且影响 主建立优先级,指目标由中心数据融合系统或单个 自主式多传感器平台确定;第2种是协调建立优先 级,指两个以上的多传感器平台监测同一目标集合 体时,需要考虑各平台间的协调,以统一排列目标和 分配传感器。本文的研究主要是基于第2种进行的。 目标优先级的影响因素很多,根据具体任务的 不同侧重点也会不同。针对地面防空武器系统的特 点,目标优先级主要根据上级是否指定、是否有攻击 作用不确定性强。因此,求解目标优先级问题就转化 收稿日期:2011—04—18 修回日期:2011—06—02 *基金项目:军内科研基金资助项目 作者简介:童俊(1984一),男,博士研究生,研究方向 信息融合系统中的传感器管理。 

童俊,等:基于Vague集的TOPSIS法求解目标优先级 (总第37~975) ・141・ 意图、攻击地面何种目标、目标的机型、架数以及目 标突防的概率等因素综合确定的。其基本原则有: 侵略意图。定义目标航向影响系数 ( ), ( )∈E0, 1]。 (5)目标类型影响系数 ①上级指示的目标是全力击毁的目标,其优先级最 高;②具有攻击意图的目标高于无攻击意图的目标, 攻击我方重要目标的目标优先级高于攻击一般目标 不同目标类型,其用途、武器装备也不同,导致 作战能力不同,对我方防区的目标优先级也随之不 的目标;③目标机型属性不同,优先级不同;④飞行 速度大的目标,优先级高;反之,优先级低;⑤目标距 同。定义目标类型影响系数 (,D), ( )∈Eo,1]。 1.2目标优先级函数 离我方防区越远,目标优先级越低;反之越高;⑥目 标飞临我方防区时间越长,武器系统用于目标分配 目标优先级函数是反映目标优先级高低的数学 量。假设目标i的优先级函数为P ,P ∈Eo,1],其值 及射击准备的时间越充分,目标优先级越低,反之越 高。 依据以上目标优先级的求解原则,必须量化各 影响因素的影响作用,因此本文将其定义为影响系 数。 1.1 目标优先级影响因素的量化 (1)目标飞行距离影响系数 目标飞行距离是指目标与我方防区的距离,其 值越大,目标优先级越低;反之,优先级越高。定义目 标距离影响系数 (D), (D)∈Eo,1]。 (2)目标速度影响系数 空中目标飞行速度将直接影响地面防空武器系 统的杀伤力范围。同一目标飞行速度不同,其威胁程 度也不同。通常速度越大,威胁程度越大,目标优先 级也就越高,反之,优先级越低。定义目标速度影响 系数 ( ), (口)∈Eo,II。 (3)飞临时间影响系数 目标与我方防区的距离越近,速度越大,则目标 到达我方防区时间越短,目标威胁度越大,此时目标 优先级越高。目标飞临时间反映了目标与防区的两 种不同情形:临近飞行与远离飞行。 规定目标临近飞行时飞临时间为“+”,远离飞 行时为“一”,则飞临时间计算公式为: 一土 ㈣ 其中,d为目标与我方防 区中心水平距离;dj为 目标航路捷径; 为目标 速度,相应示意图如图1 所示。 定义目标飞临时间 图1 目标飞临时间计算示 影响系数为 (f),/1(£) 意图 ∈Eo,1]。 (4)目标航向影响系数 目标航向直接决定了目标对我方防区是否具有 反映目标i在所有目标中的排序位数,p 值越大,对 应目标i的排序越靠前。当有上级指示作用于目标i 时,优先级最高,应排在第一位。此时取P 一1;当没 有上级指示作用于目标时,目标优先级函数 可视 为上述几种影响系数的函数,其表达式为: 夕 =,( (D), ( ), 0), ( ),z(ID)) (2) 的取值为各目标优先级排序位数的倒数, 即: (3) 2 基于Vague集的多目标决策 2.1 Vague集基本理论 定义1 E引:令 是一个点(对象)的空间,其中的 任意一个元素用X表示, 中的一个Vague集 用 一个真隶属函数t 和一个假隶属函数 表示, £ (z)是从支持X的证据所导出的隶属度下界, (z)是从反对z的证据所导出的否定隶属度下 界, (z)和fo(z)将区间Eo,1]中的一个实数与U 中的每一个点联系起来,即: t :【,一[O,1]; : 一[O,1] 其中 )+fo(z)≤1。 定义2:设 ∈U,称闭区间 (z),1一fo(z)]为 Vague集 在点z处的Vague值。 当U连续时,将其表示为: 广 —I Et (z),1一fo(x)]/xdz (4) J 当【,离散时,将其表示为: ] = [ (z ),1一 (z )]/z (5) f一1 定义3:设Vague值 =Et ,1~ ],O≤ ≤1一 ≤1,若t 一1, 一1,即 一[1,1],则称X为 Vague值的单位元。若 一0, =1,即z—Eo,O], 则称X为Vague值的零元。 定义4:设Vague值z—Et ,l一 ], =[f ,1一 ],0≤ ≤1一 ≤1,O≤ ,≤1一 ≤1,若 一 , 

・142・ (总第37—9"/6) 火力与指挥控制 2012年第5期 一 ,则称Vague值X和Y相等。 定义5Ⅲ:设z,Y是 中两个Vague值,z一 [ ,1一 ], 一[f ,1一 ]。z和Y之间的距离测度 d 为: )=业 盟 丛 (6) 式中,a, 和 分别表示真隶属度和假隶属度函数 以及未知部分的权值,且有Ot, ,y≥0。d 的值越 大,z和Y之间的相近度就越小。 2.2基于Vague集的多目标决策问题描述 所谓多目标决策是指在具有相互冲突、不可公 度的多目标情况下进行决策,从中选择最满意的方 案供决策者使用,目前已有很多方法,如极大极小 法、极大极大法、理想点法、最大(小)隶属度偏差法 等 引。 假设 是决策目标集,A一{A ,A。,…, ),C 是约束条件(属性)集,C一{C。,C。,…,c ),决策目 标A在约束条件CJ下的特征由Vague集表示如 下: A 一{(cI,Itf1,1一 ]),…,(C ,Et 1一 ])) (7) 其中f 表示决策目标A满足约束条件C 的程度, 且O≤幻+ ≤1,1≤ ≤ ,1≤_『≤n。 令1一^=tZ,A 可改写为: A ={(C1,[f¨ ]),…,(C ,[t ])) (8) 用矩阵表示为: 厂[f11 ^] Et 。,t;d [fh M—l E ] Et22,t;d [f孙 LEt ,: ] [£m2, 2] 假设决策者要在决策目标集A中选择一个目 标,使其同时满足约束条件C』,C ,…,C 或满足约 束条件C 即决策者的要求为C』andCkand… andC orC 。 3 基于Vague集TOPSIS法求解目 标优先级 1981年Hwang和Yoon[6 提出逼近理想解的 排序方法(TOPSIS)来求解多目标决策问题。其思 想是借助多目标问题的正理想解(PIS)和负理想解 (NIS)给方案集A中各方案排序。PIS是方案集A 中不一定存在的虚拟最佳方案,它的每个属性都是 决策矩阵中该属性的最好值;而NIS则是虚拟的最 差方案,它的每个属性都是决策矩阵中该属性的最 差值。在Ⅳ维空间中,将方案集A中的各备选方案 A 与PIS和NIS的距离进行比较,即靠近PIS又远 离NIS的方案就是最佳方案,并据此排定方案集中 各方案的优先顺序。 本文中研究的空中目标优先级求解,正是在各 种影响因素的作用下,对多目标先后次序地一种排 列,是一种多目标多属性决策问题。 根据文献E7-]提出的方法,本文利用一个评估函 数S( )来估计目标对于我方防御阵地的威胁程度。 它的定义是:设z是U中的一个Vague值,z=Ft , 1一 ],则S(z)一 一 。显然,S(z)∈[一1,13。 利用S( ),构造一个威胁度矩阵SM一 ( ) ,其中 一 (Et f ])。进而确定正理想解 A 和负理想解A一: A+一(rt,r ,…,r ) (1O) A一一(rl一,,. ,…,r2) (11) 其中,rt:argfmax( lJ),r 一argfmin(sf ),且¥ij—S (Et玎,tlj]),1≤ ≤ ,1≤ ≤ 。这里的正理想解对应  的是对我方防御阵地目标优先级最高的虚拟目标, 负理想解对应的是对我方防御阵地目标优先级最低 的虚拟目标。 根据Vague值间的距离测度式(6),每个目标 与Vague正理想解A 和Vague负理想解A一的距 离分别计算如下: 砧一∑dw(Et ,to。],,.产),i-1,2,…, (12) 一1 d ̄--∑ (Etu,tij ], ),i=1,2,…, (13) J篁l 因此各目标与理想解的贴近度R为: R 一 _1'2,…朋 (14) 这里O≤R ≤1,R的值越大,目标优先级就越 高。所以可以按照R的大小来对目标集进行排序。 由此得出基于Vague集TOPSIS法求解目标 优先级的步骤: Step1:构造Vague集决策矩阵M; Step2:利用S( )计算每个目标对于我方防御 的威胁程度; Step3:根据S(z)的结果,建立威胁度矩阵SM; Step4:根据SM确定Vague集正理想解A+和 负理想解A~; Step5:根据式(12)和式(13),计算每个目标与 A 和 一之间的距离 , ; Step6:根据式(14)计算每个目标与理想解的贴 近度R‘; 

童俊,等 基于Vague集的TOPSIS法求解目标优先级 (总第37--977) ・143・ Step7:依据贴近度R对目标从大到小进行排 源,必须确定各批次目标的优先级别。根据我方的作 序,确定目标的优先级顺序。 战经验得出各影响因素对各批次目标影响以及不影 4 算例仿真 响的程度,用Vague值表示,如表1所示。各影响因 素的影响系数的Vague值权值如表2所示。 战术任务设定:假设我方为一地面防空武器系 根据基于Vague集的TOPSIS法求解目标优 统单元,在某一时刻通过警戒雷达探测到空中有8 先级的步骤有: 批次目标与我方阵地防御任务相关,且此时没有接 Stepl:构造Vague集决策矩阵 : 到上级指定目标优先级。为了合理分配多传感器资 表1影响因素对目标影响与不影响程度Vague集表示 表2各影响系数权值 0.83,Eo.7,0.9]) 影响系数 权值 A一=([O.15,0.z53,[o.1,0.53,Co.2,0.43,Eo.2, tI(D) (1。1,O) 0.33,Eo.2,0.3]) ( ) (2。1。O) Step4:根据式(12)、式(13)和式(14)分别计算 (1) (1.5,0.5,1) 每个目标与A+和A一的距离砧、 以及贴近度R, ( ) (3。1.5,1) 结果如表3所示; (JD) (2.5。0.5) 表3各目标与正、负理想解的距离及贴近度 M:= [O.5,0.8] [0.1,0.5] [O.2,1.o3 [0.5,0.7] [O.h0.6] [0.2,0.4] [0.3,0.4] [0.35,0.75] [0.2,1.0] [O.4,0.8] [0.6,0.8] [0.5,0.6] [0.7,0.9] [O.05,0.85] [0.2,0.4] [0.4,0.9] [0.5,0.8] [0.h0.9] [0.2,O.3] [0.5,0.8] [0.8,0.9] [0.25,0.45] [0.6,0.9] [0.35,0.45] [0.5,0.7] [0.6.0.7] [0.0,0.9] [0.55,0.95] [0.6,0.8] [0.2,0.3] [0.15,0.25] [0.9,1.0] [0.2,0.4] [0.35,0.65] [0.7,0.9] [0.0,1.0] [0.7,0.8] [0.O,0.9] [0.2,0.6] [O.2,0.4] Step2:计算S ),并构造威胁度矩阵SM: Step5:依据每个目标贴近度尺l大小对优先级 0.3 —0.4 0.2 0.2 —0. 从高到低进行排序为: 一0.4 —0.3 0.1 0.2 0.2 7> 5>T3> 4> 6> 8> 1>丁2 0.4 0.1 0.6 ~O.1 一O. Step6:各目标对应的目标优先级函数值为: = ——0.3——0.3 0.0——0.5 0.3 0.7 —0.3 0.5 ~O.2 0.2 户。一号,p。一吉,户。一号,P 一÷,p 一号,P =吉, O.3 —0.1 0.5 0.4 一O. P7-1,P。一丢 一0.6 0.5 —0.1 一O.2 —0. 根据结果目标7对我方防区优先级最高,目标 Step3:根据式(1O)和式(11)求解正理想解A+ 5次之,而目标2的优先级最低。因此在传感器分配 和负理想解A一: 时,应重点将量测精度高,探测概率高的传感器分配 A十一(Eo.8,0.9],[O.9,1.O],[O.7,0.9],Eo.6, 给目标7和目标5。 (下转第147页) 

李卉,等:区间数与灰决策的作战效能评估模型 (总第37—981) ・147・ 294 1 0.294 1][0 211 8,0.211 258 8 0.235 3] [o 8] [O —...........................................................................258 243 264 31O 363 234 4 0.234 4][0 263 0.253 2][O L[[● [● [● [● [● ●  263 7] 352 9] 243 4 [0 174 1 [O  O O  0 2 O 2 0 O 149 3 0.235 3][O 248 0.329 4][O 2 2 2R= l 3 5 7 O 5 3 3 O 3 2 7 6 O 3 220 3 0.332 4][O 19O 0.297 1][O 255 3 0.454 5][O 1O6 0.363 6][O 41O 4 0.279 1][O 21O 0.418 6][O 279 3] 242 4] 208 2 [O 170 2 [O 14O 4 [O 6 9 2 2 348 8] 279 由专家咨询法(Delphi法)可以确定主观权重, 间数和语言类模糊数的作战效能评估问题,提出了 一得命中精度的主观权重∞ =[0.15,0.z53,弹头载荷 的主观权重 =[O.15,0.252,机动性能的主观权重 种基于区间数与灰决策的作战效能评估模型,并 用实际算例验证了该模型的有效性。该方法评价结 13一[O.05,0.15],价格的主观权重 14一[0.05, 果较为客观,易于在计算机上实现,便于实际应用。 0.15],可靠性的主观权重 一[0.15,0.253,可维 1 参考文献: 修性的主观权重 。=[o.15,0.253。本文取 一告 [1] 樊治平,张全.具有区间数的多属性决策问题的分 ( + U)作为专家调查法的权重,则 =0.2, 。一 析方法[J].东北大学学报,1998,19(4):374—377. 0.2, 13—0.1,∞14—0.1,∞15—0.2, 16=0.2。 [23 邓聚龙.灰系统基本方法[M].武汉:华中科技大 由信息熵法可以确定客观权重得命中精度的客 学出版社,2004. 观权重叫 =0.066 7,弹头载荷的客观权重 船= [3] 郭辉,徐浩军,刘 凌.基于区问数的预警机作战 0.008 8,机动性能的客观权重叫 。一0.197 5,价格的 效能评估EJ].系统工程与电子技术,2010,32(5): 客观权重∞ 一0.015 1,可靠性的客观权重cc, 一 1007—1O1O. 0.311 9,可维修性的客观权重叫。。一0.400 0。 [4] 邓聚龙.灰预测与灰决策[M].武汉:华中科技大学 最终权重由组合赋权法计算得叫 一0.146 7, 出版社,2000. Es] 樊治平,宫贤斌,张全.区间数多属性决策中决策 2—0.123 5, 3—0.139 0, 一0.066 0, 5—0.244 矩阵的规范化方法[刀.东北大学学报(自然科学 8, 6=0.288 0。 版),1999,20(3):326—329. 令其与效果测度矩阵 相乘,由综合效果测度 [6] 徐泽水,达庆利.多属性决策的组合赋权方法研究 序列公式得作战效能决策向量yJ( 一1,2,3,4)为 口].中国管理科学,2002,10(2):84—88. ::=( 1, 2, 3, }={[O.232 4,0.918 8],[O.613 7, 1-73 刘靖旭,谭跃进,蔡怀平.多属性决策中的线性组合 0.316 1],[O.195 8,0.288 1],[O.186 9,0.292 5]} 赋权方法研究[J].国防科学技术大学学报,2005,27 经计算得missile1的作战效能最大。 (4):23—26. [8] 党耀国,刘思峰,刘斌,等.多指标区间数关联决策 4 结 论 模型的研究[J].南京航空航天大学学报,2004,36 本文研究了作战效能指标同时存在精确数、区 (3):403—406. (上接第143页) [2] 刘先省.传感器管理方法研究[D].西安:西北工业 大学,2000. 5 结束语 [3] 周晓光,谭春桥,张强.基于Vague集的决策理 目标优先级的确定是传感器管理中目标——传 论与方法[M].北京:科学出版社,2009. 感器分配的基础,对优化整个地面防空武器系统中 [4] 王珏.粗糙集理论及其应用研究[D].西安:西安 电子科技大学,2005. 的多传感器资源起着重要作用。本文提出的基于 [5] 李登峰.模糊多目标多人决策与对策[M].北京: Vague集的TOPSIS法求解目标优先级,考虑实际 国防工业出版社,2003. 情况中导致目标优先级不确定性的主要因素,得到 [6] Hwang C L,Yoon K.MuhipleAttributes Decision 的目标优先级函数值是建立目标——传感器资源分 Making Methods and Applications[M].Berlin 配一般模型的重要组成部分。 Heidelberg:Springer,1981. [7] Chen S M,Tan J M.Handling Muhicriteria Fuzzy 参考文献: Decision-making Problems Based on Vague Set [1] 刘先省,申石磊,潘泉.传感器管理及方法综述 Theory口].Fuzzy Sets and Systems,1994,67(3): [J].电子学报,2002,30(3):394.398. 】63.】72. 


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