CN106650250A - 基于等效评价因子的红外多目标威胁排序方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于等效评价因子的红外多目标威胁排序方法，包括以下步骤：a、选取目标在红外系统中的威胁指标并计算模糊隶属度，b、分析针对单个目标，构造多等效评价因子的对比矩阵，c、依据最小二乘的最优约束规划原则，求取针对单个目标的n个等效评价因子的评估值，d、利用熵值法最终确定、计算各等效评价因子在评估体系中的熵权，e、计算、评估目标在红外系统的威胁评估体系中的威胁度，并进行排序，重点关注威胁程度高的目标。本发明可通过红外系统获取的实际参数直接进行评估，提高了目标威胁评估的快速性；根据目标运动状态调整威胁指标权重，降低了主观判断所带来的不准确性，进一步加深了红外系统在重点目标提取与判别等方面的应用。

Description

基于等效评价因子的红外多目标威胁排序方法

技术领域

本发明涉及一种基于红外系统实际参数的数据处理方法，具体地说是一种基于等效评价因子的红外多目标威胁排序方法。

背景技术

目前，威胁评估技术多以雷达为载体开展研究，以雷达获取的多种空中飞行参数为参考，包括飞行速度、航向、目标类型等，以对被测目标进行威胁评估，具有较好的效果。其中，多属性决策方法、模糊逻辑方法、贝叶斯网络等方法、层次分析法等具有良好的评估效果。

上述方法在实际应用时，难以保证能够获取所有要求的威胁指标，故需要考虑信息的模糊性。而传统层次分析法中人为对比赋权具有一定的主观性和片面性，故需要进行一致性检验。同时，雷达侦测属于主动探测方式，在使用时易被“反制”，即敌方目标可根据雷达波逆向追踪雷达位置，从而对我方雷达造成威胁。

红外系统作为一种被动测距方式，隐蔽性更好、系统体积较小、可在雷达盲区等情况下代替雷达工作，应用价值也很高。为进一步提高红外系统在敌我目标识别、重点威胁目标提取等方面的作用效果，引入雷达探测中威胁评估排序的解决思路。但是，目前针对红外系统中的目标威胁评估研究较少，而且大部分研究都是基于目标实际运动状态来分析的。而在实际使用中，目标实际运动参数的获取并非易事，同时，图像中目标信息转换为实际参数的过程中不仅消耗了时间，而且转换过程中的精度也不易保证。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于等效评价因子的红外多目标威胁排序方法，以解决红外系统中多目标不易识别和识别不准的问题，由此提高红外系统在重点目标识别和提取等军事应用中的作用效果。

本发明是这样实现的：一种基于等效评价因子的红外多目标威胁排序方法，包括以下步骤：

a、选取目标在红外系统中的威胁指标并计算模糊隶属度：

a-1、按下式计算距离等效因子隶属度：

式中，H为目标在探测像面上的灰度平均值，a＝-6×10^-5。

目标与系统距离表征了目标的辐射强度及攻击时间，距离越短，威胁程度越大。在红外系统中利用目标的灰度值来等效目标与系统的距离，灰度值越高，目标距离越近或目标辐射较强，说明目标的威胁程度越高；灰度值越低，目标距离越远或目标辐射较弱，说明目标的威胁程度越低。

a-2、按下式计算径向速度等效因子隶属度：

y₂(dH)＝1-e^bdH

式中，dH为目标的灰度变化率大小，b＝-0.1。

目标径向速度表征了目标距离红外系统远近的快慢，其逼近速度越大，威胁程度越大，远离速度越大，威胁程度越小。在此利用红外图像中目标灰度变化率来等效目标径向速度，灰度变化率为正值，说明目标逼近，数值越大，逼近速度越大，威胁程度越高；灰度变化率为负值，说明目标远离，数值越大，远离速度越大，威胁程度越低。

a-3、按下式计算切向速度等效因子隶属度：

式中，v₀为目标在像面上的横掠速度，c＝-0.2。

目标切向速度表征了目标横掠红外系统的快慢，横掠速度越大，对系统的攻击可能性越大，威胁程度越大。在此利用红外系统中目标的像面速度来等效目标的切向速度，切向速度越大，说明目标横掠系统的速度越大，威胁程度越高。

a-4、按下式计算高低角等效因子隶属度：

式中，θ为目标相对红外系统的高低角，d＝-5×10^-4。

高低角表征了目标相对于系统的“站位优势”，在0-90°范围内，高低角越大，越容易对红外系统进行攻击，其威胁程度越高。在此利用红外系统中目标在像面上的位置信息来等效目标相对于系统的高低角，目标位置越靠近像面上方，说明目标相对系统的实际高低角越大，威胁程度越高；反之，目标位置越靠近像面下方，说明目标相对系统的实际高低角越小，威胁程度越低。

b、分析针对单个目标，构造多等效评价因子的对比矩阵A＝(a_ij)_n×n：

对单目标的等效因子对比矩阵进行一致化处理，令且构造模糊一致矩阵：

式中，k＝2(n-1)。

c、依据最小二乘的最优约束规划原则，求取针对单个目标的n个等效评价因子的评估值，表示为：式中，1≤i≤n；在此基础上，将m个目标、n个等效评价因子的评估值进行组合并归一化处理，得到威胁评估矩阵：w＝(w_ij)_m×n。

d、利用熵值法最终确定、计算各等效评价因子在评估体系中的熵权，表示为：

式中，1≤j≤n。

e、计算、评估目标在红外系统的威胁评估体系中的威胁度，并进行排序，重点关注威胁程度高的目标，并予以跟踪测量；威胁度评估可表示为：

本发明通过计算红外系统中等效评价因子的模糊隶属度，并利用模糊矩阵的矩阵变换代替了复杂的一致性调整过程；同时，利用最小二乘原则和熵权的方法求取了各等效评价因子的威胁权重，最终实现了目标的威胁度计算和评估。

本发明是一种红外系统中有效、快速的多目标威胁评估和排序的方法，可通过红外系统获取的实际参数直接进行评估，省去了获取参数与目标实际参数的转换过程，提高了目标威胁评估的快速性；根据目标运动状态调整威胁指标权重，降低了主观判断所带来的不准确性，进一步加深了红外系统在重点目标提取与判别等方面的应用。基于模糊隶属度、最小二乘及熵权相结合的红外目标威胁评估、排序方法，可应用于地基或机载红外系统中的重点目标提取及威胁预警。

本发明针对红外系统获取的目标参数，构造了等效评价因子及其隶属度函数；针对单目标构造了等效评价因子对比矩阵；根据最小二乘原则，构造了多目标威胁评估矩阵；根据熵权的定义，最终确定了各等效评价因子的威胁权重，并对目标的威胁程度进行了排序。本发明是基于红外系统实际获取的参数来评估的，评估的实时性较好；同时，本发明确定威胁权重的方法更具客观性，能较好地适应目标的状态变化。

附图说明

图1是红外多目标飞行态势示意图。

图2是本发明威胁排序方法的工作流程图。

具体实施方式

本发明所选取的等效评价因子主要是红外系统中能够直接获取的表征目标飞行状态的参数，例如距离等效因子可用红外系统中目标的灰度值来表征，径向速度等效因子可用红外系统中目标的灰度变化率来表征，切向速度可用红外系统中目标在像面上的运动速度来表征，高低角等效因子可用红外系统中目标在像面的位置信息来表征。同时，为能够较好地区分各目标，不同等效评价因子的威胁隶属度函数不同，而根据等效评价因子的差异性，利用最小二乘原则和熵权确定各指标的权重，提高了本发明方法在目标运动状态连续变化情况下的适用性。

如图2所示，本发明的威胁排序过程主要包括以下步骤：

(1)选取红外系统中目标的等效评价因子；(2)根据不同等效评价因子确定其隶属度函数；(3)构造等效评价因子对比矩阵，并作一致性矩阵变换；(4)利用最小二乘原则和熵权确定各等效评价因子的权重；(5)根据隶属度和威胁权重计算、评估各目标的威胁度，并做出排序。

图1给出了红外系统中一种多目标飞行态势图，图中四个目标的飞行指标设定如表1：

表1：图1中四个目标的飞行指标

通过分析可知，在四个目标中，目标1距离较远，速度一般，占位具有一定的攻击优势；目标2距离最近，速度最大，但运动与系统相背离，且占位优势不明显；目标3距离较远，速度较小，占位也具有一定的攻击优势；目标4距离较近，速度一般，占位优势最明显，但运动方向与系统背离。根据以上分析，各目标对系统既存在一定的攻击优势，也有一定的攻击不足，仅仅依靠人来判断具有很大的主观性，不具有客观性，容易失准。

本发明的威胁排序过程按以下步骤进行：

1、选取目标等效评价因子并建立模糊隶属度函数。

(1)距离等效因子：

式中，H为目标在探测像面上的灰度平均值，a＝-6×10^-5。

(2)径向速度等效因子：

y₂(dH)＝1-e^bdH

式中，dH为目标的灰度变化率大小，b＝-0.1。

(3)切向速度等效因子：

式中，v₀为目标在像面上的横掠速度，c＝-0.2。

(4)高低角等效因子：

式中，θ为目标相对红外系统的高低角，d＝-5×10^-4。

2、分析针对单个目标，构造多等效评价因子的对比矩阵A＝(a_ij)_n×n：

对单目标的等效评价因子对比矩阵进行一致化处理，令且构造模糊一致矩阵：

式中，k＝2(n-1)。

3、依据最小二乘的最优约束规划原则，求取针对单个目标的n个等效评价因子的评估值，表示为：

将m个目标、n个等效评价因子的权重进行组合并对各指标下的目标进行归一化处理，得到威胁评估矩阵：

w＝(w_ij)_m×n

根据表1中的各目标的飞行指标得到威胁评估矩阵为：

4、利用熵值法最终确定、计算各等效评价因子在评估体系中的熵权，表示为：

根据图1示例中各目标成像参数，得到四个指标的威胁权重为：

δ＝[0.2802 0.2544 0.2370 0.2283]

5、计算、评估目标在红外系统的威胁评估体系中的威胁度，并进行排序，重点关注威胁程度高的目标，威胁度评估可表示为：

则四个目标的威胁度结果分别为：

z＝[0.2521 0.2509 0.2497 0.2474]

根据上述计算，四个目标的威胁度排序结果为目标1＞目标2＞目标3＞目标4，则目标1的威胁程度最高，系统应重点关注目标1，并予以跟踪测量。

Claims (1)

1.一种基于等效评价因子的红外多目标威胁排序方法，其特征是，包括以下步骤：

a、选取目标在红外系统中的威胁指标并计算模糊隶属度：

a-1、按下式计算距离等效因子隶属度：

$y_1\left(H\right)=1-e^{a\·H^2}$

式中，H为目标在探测像面上的灰度平均值，a＝-6×10^-5；

a-2、按下式计算径向速度等效因子隶属度：

y₂(dH)＝1-e^bdH

式中，dH为目标的灰度变化率大小，b＝-0.1；

a-3、按下式计算切向速度等效因子隶属度：

$y_3\left(v_0\right)=1-e^{{\mathrm{cv}}_0}$

式中，v₀为目标在像面上的横掠速度，c＝-0.2；

a-4、按下式计算高低角等效因子隶属度：

$y_4\left(\mathrm{\θ}\right)=1-e^{{\mathrm{d\θ}}^2}$

式中，θ为目标相对红外系统的高低角，d＝-5×10^-4；

b、分析针对单个目标，构造多等效评价因子的对比矩阵A＝(a_ij)_n×n：

对单目标的等效因子对比矩阵进行一致化处理，令且构造模糊一致矩阵：

$R={\left(r_{ij}\right)}_{n\×n}={(\frac{r_i-r_j}{k}+0.5)}_{n\×n}$

式中，k＝2(n-1)；

c、依据最小二乘的最优约束规划原则，求取针对单个目标的n个等效评价因子的评估值，表示为：式中，1≤i≤n；在此基础上，将m个目标、n个等效评价因子的评估值进行组合并归一化处理，得到威胁评估矩阵：w＝(w_ij)_m×n；

d、利用熵值法最终确定、计算各等效评价因子在评估体系中的熵权，表示为：

$E_j=-\frac{1}{lnm}\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{w}_{ij}ln{w}_{ij}$

${\mathrm{\δ}}_j=\frac{1-E_j}{\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}(1-E_j)}$

式中，1≤j≤n；

e、计算、评估目标在红外系统的威胁评估体系中的威胁度，并进行排序，重点关注威胁程度高的目标，并予以跟踪测量，威胁度评估可表示为：