張 琦，郭三學(xué)，王明用

（1.武警工程大學(xué)，西安 710000；2.廣州市聲訊電子科技股份有限公司，廣州 510000）

0 引言

執(zhí)勤目標(biāo)守護(hù)越來越多的技術(shù)方案采用了非致命主動(dòng)防御系統(tǒng)，主要由探測(cè)、警告、拒止等模塊組成，目標(biāo)威脅評(píng)估是智能化決策的重要技術(shù)基礎(chǔ)工作。目前，目標(biāo)威脅評(píng)估的方法主要有TOPSIS法、多屬性決策法、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、粗糙集理論法等。這些方法雖然能夠綜合考慮各類威脅信息，但存在一定的缺陷：TOPSIS 法評(píng)估結(jié)果不穩(wěn)定，多屬性決策法需要和其他方法結(jié)合使用，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法主觀權(quán)重對(duì)屬性權(quán)重影響較大，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的推理依據(jù)和過程無法科學(xué)描述，粗糙集理論法的邏輯方法和屬性約簡方法有待進(jìn)一步確定和優(yōu)化。勾股模糊集理論能夠有效地表示和處理目標(biāo)的模糊性和不確定性，更能夠適用于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析，彌補(bǔ)了其他方法時(shí)間維度的缺陷，使得評(píng)估結(jié)果更加連續(xù)、完整、準(zhǔn)確，為指揮決策提供可靠依據(jù)，能有效應(yīng)用于非致命主動(dòng)防御系統(tǒng)威脅評(píng)估。

1 勾股模糊集理論

勾股模糊集理論能夠有效地表示和處理各類目標(biāo)信息中存在的模糊性和不確定性，主要通過構(gòu)建模糊集、各類算子和科學(xué)排序方法得出評(píng)估結(jié)論。

1.1 勾股模糊集

1.2 PFWA 算子

1.3 排序函數(shù)

2 威脅評(píng)估模型構(gòu)建

2.1 評(píng)估模型

圖1 目標(biāo)威脅評(píng)估模型

2.2 評(píng)估指標(biāo)

本文選用高斯型隸屬函數(shù)對(duì)屬性值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，屬性分為效益性、成本型等。

若x∈［0，f］，f 是x所取最大值，高斯型隸屬函數(shù)表示如下：

對(duì)于效益型屬性，

對(duì)于成本型屬性，

目標(biāo)類型c可以通過探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行確定，不同的目標(biāo)類型威脅程度不同。對(duì)類型屬性的量化采用G.A.Miller 的9 級(jí)量化法，分別是最大、大、一般、小、最小，通過標(biāo)尺量化法將目標(biāo)類型映射為定量的數(shù)值，具體的量化標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值如表1 所示。數(shù)字越大威脅程度越大，為效益型屬性。由式（3）得目標(biāo)類型隸屬函數(shù)為：

表1 量化標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)值

本文主要對(duì)有生目標(biāo)（人）、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)（車輛）兩種類型進(jìn)行分析。

目標(biāo)距離c是目標(biāo)到守衛(wèi)對(duì)象的距離，距離越小，威脅越大，其取值范圍根據(jù)守衛(wèi)對(duì)象地形特點(diǎn)確定，一般確定取值為［0 m，100 m］，為成本型屬性。由式（4）得目標(biāo)距離隸屬函數(shù)為：

目標(biāo)速度c是威脅評(píng)估的關(guān)鍵指標(biāo)，速度越大，威脅越大，處置準(zhǔn)備時(shí)間越短，運(yùn)動(dòng)體取值范圍為［0 km/h，80 km/h］，有生體瞬時(shí)速度可以達(dá)到40 km/h，取值范圍為［0 km/h，40 km/h］，為效益型屬性。由式（3）得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)、有生目標(biāo)高斯型隸屬函數(shù)分別定為：

行進(jìn)角度c是以目標(biāo)和防御體連線為基線，與目標(biāo)行進(jìn)方向形成的夾角。當(dāng)其取值在［0°，180°］范圍內(nèi)，行進(jìn)角越小，威脅越大，為成本型屬性。由式（4）得行進(jìn)角度隸屬函數(shù)為：

2.3 屬性權(quán)重

設(shè)A={＜x，u（x），v（x）＞|x∈X}為論域X={x，x，…，x}上的勾股模糊集，則A 的勾股模糊熵為

對(duì)于勾股模糊屬性值，計(jì)算屬性c的模糊熵E：

屬性c的客觀權(quán)重計(jì)算為

利用AHP 法確定主觀權(quán)重w，式（11）確定客觀權(quán)重w，將主觀權(quán)重和客觀權(quán)重進(jìn)行組合，最終權(quán)重為：

3 系統(tǒng)預(yù)警值的確定

3.1 非致命主動(dòng)防御系統(tǒng)工作模式

非致命主動(dòng)防御系統(tǒng)采用探測(cè)- 警告- 主動(dòng)拒止的工作模式，如圖2 所示。

圖2 非致命主動(dòng)防御系統(tǒng)工作模式

探測(cè)：通過雷達(dá)探測(cè)、目標(biāo)識(shí)別及時(shí)發(fā)現(xiàn)入侵行為，快速鎖定目標(biāo)。

警告：對(duì)進(jìn)入防衛(wèi)邊界的目標(biāo)，激發(fā)警告防御單元，采用高音喇叭實(shí)施警告。

主動(dòng)拒止：對(duì)無視警告而繼續(xù)深入防衛(wèi)范圍的目標(biāo)，防御系統(tǒng)主動(dòng)采取非致命手段拒止驅(qū)離。對(duì)有生目標(biāo)主要采用聲光、刺激劑、動(dòng)能等非致命手段驅(qū)離。聲光非致命武器將強(qiáng)聲驅(qū)散和強(qiáng)光驅(qū)散綜合成一體，具有拒止范圍大、能量可控、非致命拒止效應(yīng)顯著等特征，是非致命主動(dòng)防御系統(tǒng)最佳選擇。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)主要采用電子破胎器、翻板路障機(jī)、升降柱等技術(shù)措施拒止。翻板路障機(jī)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，承載負(fù)荷大，動(dòng)作平穩(wěn)，適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，具有很高的實(shí)用性、可靠性及安全性，能夠滿足主動(dòng)防御需求。

3.2 預(yù)警值設(shè)計(jì)

根據(jù)防御體要求及地形特點(diǎn)確定探測(cè)、警告、拒止的預(yù)警值。

目標(biāo)類型c：設(shè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)類型預(yù)警值為8，有生目標(biāo)類型預(yù)警值為3。

目標(biāo)距離c：車速在40 km/h 以下時(shí)，安全距離不低于40 m；翻板路障機(jī)全部升起時(shí)間為3.5 s。當(dāng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)以20 km/h 速度行駛時(shí)，反應(yīng)距離至少為20 m。拒止裝備布設(shè)于防御體之外5 m 位置，因此，設(shè)置運(yùn)動(dòng)目標(biāo)警告預(yù)警距離設(shè)定為40 m，拒止預(yù)警距離為25 m。對(duì)于有生目標(biāo)，強(qiáng)光爆閃頻率在6 Hz～13 Hz，50 處光源中心照度不小于200 Lux，強(qiáng)聲驅(qū)散器在1 m 處聲壓能達(dá)到145 dB 以上，聲波傳播規(guī)律，在距離為10 m 處能達(dá)到110 dB 以上，從而達(dá)到驅(qū)散效果，因此，設(shè)置有生目標(biāo)警告預(yù)警距離為15 m，拒止預(yù)警距離為10 m。

目標(biāo)速度c：一般道路上車輛行駛速度不大于40 km/h，正常營院內(nèi)車輛行駛速度20 km/h，因此，設(shè)置運(yùn)動(dòng)目標(biāo)警告預(yù)警速度為40 km/h，拒止預(yù)警速度為20 km/h。有生目標(biāo)沖刺速度能夠達(dá)到20 km/h，正常行走速度為6 km/h，因此，設(shè)有生目標(biāo)警告預(yù)警速度為20 km/h，拒止預(yù)警速度為6 km/h。

行進(jìn)角c：設(shè)定警告預(yù)警值為20°，拒止預(yù)警角為10°。各屬性預(yù)警值設(shè)計(jì)如表2 所示。

表2 預(yù)警屬性值xij

3.3 預(yù)警威脅值

1）目標(biāo)模糊屬性值

采用高斯型隸屬函數(shù)將屬性值轉(zhuǎn)換成勾股模糊屬性值，如表3 所示。

表3 目標(biāo)模糊屬性值

構(gòu)建模糊屬性值矩陣：

2）計(jì)算目標(biāo)組合權(quán)重

設(shè)w=（0.1，0.4，0.3，0.2）。利用式（11）計(jì)算屬性客觀權(quán)重w如表4 所示。式（12）計(jì)算其組合權(quán)重為w如表5 所示。

表4 屬性客觀權(quán)重wk

表5 屬性組合權(quán)重wj

3）目標(biāo)屬性集成

利用式（1）對(duì)目標(biāo)屬性進(jìn)行集成得結(jié)果PFWA如表6 所示。

表6 目標(biāo)屬性集成PFWA

4）計(jì)算目標(biāo)威脅值

從式（2），得出警告預(yù)警威脅值o、拒止預(yù)警威脅值為o如表7 所示。

表7 目標(biāo)預(yù)警威脅值

4 實(shí)例分析

4.1 目標(biāo)威脅值

設(shè)主動(dòng)防御系統(tǒng)探測(cè)到兩個(gè)目標(biāo)在t，t，t時(shí)刻屬性值，如表8 所示。

表8 目標(biāo)屬性值xij

采用上述方法計(jì)算出目標(biāo)威脅值如表9 所示。

表9 目標(biāo)威脅值o（t）

4.2 數(shù)據(jù)分析

當(dāng)o（t）

由以上計(jì)算可看出，t時(shí)刻，o（t）＜o(jì)，目標(biāo)正處于防御系統(tǒng)探測(cè)監(jiān)控區(qū)域；t時(shí)刻，o＜o(jì)（t）＜o(jì)，目標(biāo)進(jìn)入警告區(qū)域，防御系統(tǒng)立即展開警告驅(qū)離；t時(shí)刻，o（t）＞o，目標(biāo)繼續(xù)向前行進(jìn)，構(gòu)成較大威脅，進(jìn)入拒止區(qū)域，防御系統(tǒng)立即聯(lián)動(dòng)拒止裝備對(duì)目標(biāo)驅(qū)離。

5 結(jié)論

本文將勾股模糊集理論威脅評(píng)估方法運(yùn)用到非致命主動(dòng)防御系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了有效的技術(shù)手段，通過實(shí)例計(jì)算分析，結(jié)果具有客觀性，勾股模糊集理論是比較有效的一種評(píng)估方法。