CN107300907A - 结合综合评估与假设检验的飞行器控制系统性能评定方法 - Google Patents

Abstract

一种结合综合评估与假设检验的飞行器控制系统性能评定方法。首先，利用二项分布经典假设检验方法制定假设条件，并综合考虑双方风险和实际情况确定飞行器控制系统性能评定所需的样本数；其次，利用综合评估方法进行飞行器控制系统性能评估计算，得出给定样本数的性能评估分值；最后，利用二项分布经典假设检验方法对评估结果进行统计分析，根据接受或者拒绝假设情况，给出飞行器控制系统性能评定结论。本发明提出的结合综合评估与假设检验的飞行器控制系统性能评定方法实用性强，有较高的应用价值，可以为飞行器控制系统研制定型、作战性能考核等工作提供客观的评判依据。

Description

结合综合评估与假设检验的飞行器控制系统性能评定方法

技术领域

本发明涉及一种飞行器系控制统性能评定方法，尤其涉及一种综合评估与 假设检验相结合的控制系统性能评定方法。

背景技术

目前国内外关于飞行器系统性能评估的研究很多，比较常用的方法是建立 系统的多层次评估指标体系，并针对不同的体系，利用相适应的评估方法进行 评估。飞行器系统性能评估结果可以反映系统性能，为飞行器设计提供有益参 考，但是光凭评估结果无法对系统性能给出明确结论。飞行器研制定型和作战 性能考核等工作中需要对系统性能评定，因此评估分值的有效性以及如何利用 评估结果对系统性能下结论是一项难题。

发明内容

为了能够对飞行器控制系统性能进行更加全面、准确的评价，进而能够达 到性能评定的目的，本发明提出了一种结合综合评估与假设检验的飞行器控制 系统性能评定方法。利用综合评估的方法对飞行器控制系统性能进行评估，利 用假设检验的方法对评估结果进行统计分析，进而对飞行器控制系统性能进行 评定。该方法可以对飞行器控制系统的性能给出定性和定量相结合的评定结论， 为飞行器研制定型、作战性能考核等工作提供有效依据。

一种结合综合评估与假设检验的飞行器控制系统性能评定方法，步骤如下：

首先，利用二项分布经典假设检验方法制定假设条件，并综合考虑双方风 险和实际情况确定飞行器控制系统性能评定所需的样本数；

其次，利用综合评估方法进行飞行器控制系统性能评估计算，得出给定样 本数的性能评估分值；

最后，利用二项分布经典假设检验方法对评估结果进行统计分析，根据接 受或者拒绝假设情况，给出飞行器控制系统性能评定结论。

一、确定飞行器控制系统性能评定所需样本数：

(1)根据飞行器控制系统设计指标要求和使用方最低可接受指标制定假设条 件，并根据假设条件计算出不同样本数条件下的检出比、判定数及双方风险， 步骤如下：

①设定原假设：H₀＝P＝P₀和备择假设：H₁＝P＝P₁；

②利用下面公式计算检出比

③利用下面公式计算判定数

其中，N为样本数；

④利用下面公式计算生产方风险

⑤利用下面公式计算使用方风险

(2)根据双方风险、研制成本和试验条件确定飞行器控制系统性能评定所需 的样本数N；

二、利用综合评估方法得出飞行器控制系统性能评估分值：

(1)根据飞行器控制系统性能评估特点，分为制导系统、姿控系统以及综合 控制系统，根据三个系统建立性能评估指标体系；飞行器控制系统评估关键性 能指标包括制导系统的过程约束、控制量约束、指令平稳度和精度，姿控系统 的动态品质、干扰适应能力和跟踪能力，综合控制系统的时序控制、供电能力 和配电控制。

(2)性能评估指标体系内底层指标值从试验数据或仿真数据中获取，其量化 计算及标准化方法如下：

(2.1)量化计算方法

方法1：适用于成本型指标，希望数值越小越好；从飞行数据中得到数据列 P[n]，其中n为数据点个数，令指标值为x，其计算公式如下所示

x＝max{|P[i]|} (5)

其中i＝1,2…n；

方法2：适用于平稳度类指标，首先提取数据列P[n]，其中n为数据点个数， 令指标值为x，其计算公式如下所示

其中i＝1,2…n；

(2.2)指标标准化方法

评估指标体系中的各指标类别不一，计算所得到的指标值相差很大，量纲 也各不相同，需要对指标值进行处理，得到统一的指标分值，然后对指标分值 按照一定标准进行综合。具体方法是：首先对每个指标值x设置最高值b和最 低值a，对评估分值y设置相应的最高值M＝100分和最低值L＝0分，然后根据 指标的评估细则，利用标准化计算方法把x转化为评价分值y，即将不同的底层 指标值映射到统一格式的评估分值[0，100]，指标标准化方法有线性递减形式和 线性递增形式两种，其计算公式如下：

①线性递减形式对应计算表达式为：

②线性递增形式对应计算表达式为：

通过上述方法得出指标分值向量Y＝[y₁,y₂,…,y_n]；

(3)利用层次分析法(AHP)和属性层次模型(AHM)法确定各层指标间的 权重，步骤如下：

(3.1)AHP评判模型

AHP方法一般应用于非结构化决策，它的权重确定方法基于一种重量模型， 通过重量比较来得到权重值。设元素u₁,u₂…,u_n为n个石头，它们的重量分别为 g₁,g₂…,g_n。我们不知道物体的重量，但知两两之间的重量比a_ij＝g_i/g_j，则比较判断 矩阵A＝(a_ij)_n×n满足

满足上述条件的矩阵称为正互反矩阵。那么如何来确定a_ij的值，AHP方法 中用数字1～9及其倒数作为标度，如下表所示：

(3.2)AHM评判模型

AHM基于一种称为球赛模型的方法来进行两两重要性比较。设元素u₁,u₂…,u_n为n个球队，每两个球队进行1场比赛，每场比赛为1分；u_i和u_j比赛(i≠j)，u_i得分μ_ij，u_j得分μ_ji，准则C为得分；问题：已知U＝(μ_ij)_n×n,1≤i,j≤n，在准则C下 对元素进行排序，即按得分多少对元素进行排序；

上述模型中，μ_ij满足

μ_ij≥0,μ_ji≥0,μ_ij+μ_ji＝1,i≠j,μ_ii＝0 (10)

满足上式的μ_ij称为相对属性测度，矩阵U称为属性判断矩阵；如果μ_ij＞μ_ji， 则称μ_ij比μ_ji强，记为μ_i＞μ_j；所属性判断矩阵U满足当μ_i＞μ_j，μ_j＞μ_k时，有μi＞μk， 则称U具有一致性；对属性判断矩阵一致性检验方法如下：

令I_i＝{j:g(μ_ij)＝1,1≤j≤n}，属性判断矩阵U＝(μ_ij)_n×n具有一致性的必 要充分条件是：对任何i，当I_i非空时有

I_i非空是指对给定的i，至少存在一个j使μ_ij＞0.5，即i比j强；所以I_i非空是 指u_i不是最小者；

u_i的得分为(f₁,f₂…,f_n)^T为属性排序向量。我们注意，属性排序向量 是判断矩阵中所有列向量之和。从式(10)可得出对属性排序向量 进行归一化可得出权重向量。

w_i＝2f_i/n(n-1) (12)

W＝(w₁,w₂…,w_n)^T (13)

AHM中的属性判断矩阵U＝(μ_ij)_n×n由AHP中的比较判断矩阵A＝(a_ij)_n×n中导出， 转换公式为

其中k为大于2的正整数，β通常取1或2。

(4)利用上述方法计算得到指标分值向量和权重向量，自下而上一层一层进 行加权评估计算，最终得出系统性能评估分值R，其公式为

R＝Y·W (15)

利用以上描述的综合评估方法，对给定样本数的飞行器控制系统进行性能 评估计算，得出评估分值。

三、利用二项分布经典假设检验方法对飞行器控制系统性能进行评定的方 法描述如下：

(1)对飞行器控制系统性能评定结果进行统计分析，确定满足原假设的样本 数S。

(2)若满足原假设的样本数S≤K，则拒绝原假设，判定系统性能不达标；否 则接受原假设，判定系统性能达标。

本发明的有益效果：本发明提出的结合综合评估与假设检验的飞行器控制 系统性能评定方法实用性强，有较高的应用价值，可以为飞行器控制系统研制 定型、作战性能考核等工作提供客观的评判依据。

具体实施方式

本发明的目的在于提出一种结合综合评估与假设检验的飞行器控制系统性 能评定方法，能够为飞行器控制系统性能给出明确结论，为飞行器研制定型、 作战性能考核等工作提供支持。

下面结合飞行器控制系统制导分系统性能评定算例，对本发明作进一步详 细描述。

一、首先需要确定制导系统性能评定所需的样本数，具体步骤描述如下：

1、根据制导系统特点制定性能评估等级，如下表所示。

评估结果分值	性能等级
		90-100	优秀
80-90	良好
		70-80	一般
60-70	较差
		0-60	不合格

2、根据制导系统设计要求和作战性能要求制定假设条件，并根据假设条件 计算出不同样本数条件下的检出比、判定数及双方风险。例如按照制导系统设 计要求，系统性能必须满足“良好”以上，且最低可接受值为性能满足“一般”以上：

原假设：H₀＝P＝P₀，其中

备择假设：H₁＝P＝P₁，其中

计算检出比和判定数

计算生产方和使用方风险

计算结果如下表所示。

样本数N	判定数K	研制方风险α	使用方风险β
				3	2	0.488	0.343
4	3	0.5904	0.2401
				5	3	0.2627	0.5282
6	4	0.3446	0.4202
				7	5	0.4232	0.3294

3、考虑试验条件、研制成本及双方风险等情况，确定制导系统性能评定所 需的样本数N＝6。

二、按照给定样本数，利用综合评估方法计算制导系统性能评估分值，具 体步骤描述如下：

1、首先需要建立层次化制导系统性能评估指标体系，如下表所示：

2、对底层指标进行指标值计算和标准化，并进行指标权重确定，具体步骤 为：

①利用下述公式得出指标分值向量Y＝[y₁,y₂,…,y_n]。

X＝max{|P[i]|} (16)

计算结果如下表所示：

②对每层指标进行两两比较，得出比较判断矩阵A＝(a_ij)_n×n，如下表所示:

③利用下述公式把比较判断矩阵转换为属性判断矩阵U＝(μ_ij)_n×n，并对属性判断矩阵进行一致性检验及归一化，求出每一层指标的权重向量W＝[w₁,w₂…,w_n]^T。

w_i＝2f_i/n(n-1) (20)

底层指标权重计算结果如下表所示：

3、根据底层指标分值和权重，自下而上一层一层进行加权评估计算，最终 得出系统性能评估分值R，其公式为。

R＝Y·W (21)

制导系统性能评估计算结果如下表所示：

指标名称	权重	评估分值
			过程约束	0.241	81.06
控制量约束	0.241	81.34
			指令平稳度	0.059	95.94
精度约束	0.459	77.30
			制导系统性能评估	——	81.24

利用上述方法，对6个样本的飞行器制导系统性能进行综合评估计算，结 果如下表所示：

三、利用二项分布经典假设检验方法，对制导系统性能进行评定的方法描 述如下：

1、对制导系统性能评定结果进行统计分析，确定满足原假设的样本数S。 统计结果如下表所示。

2、从统计结果看，总样本数N＝6时，满足原假设的样本数S＝5，大于判定 数K＝4，接受原假设，因此制导系统性能评定结论为：达标。

Claims (1)

1.一种结合综合评估与假设检验的飞行器控制系统性能评定方法，其特征在于，步骤如下：

一、确定飞行器控制系统性能评定所需样本数：

(1)根据飞行器控制系统设计指标要求和使用方最低可接受指标制定假设条件，并根据假设条件计算出不同样本数条件下的检出比、判定数及双方风险，步骤如下：

①设定原假设：H₀＝P＝P₀和备择假设：H₁＝P＝P₁；

②利用下面公式计算检出比

③利用下面公式计算判定数

其中，N为样本数；

④利用下面公式计算生产方风险

⑤利用下面公式计算使用方风险

(2)根据双方风险、研制成本和试验条件确定飞行器控制系统性能评定所需的样本数N；

二、利用综合评估方法得出飞行器控制系统性能评估分值：

(1)根据飞行器控制系统性能评估特点，分为制导系统、姿控系统以及综合控制系统，根据三个系统建立性能评估指标体系；飞行器控制系统评估关键性能指标包括制导系统的过程约束、控制量约束、指令平稳度和精度，姿控系统的动态品质、干扰适应能力和跟踪能力，综合控制系统的时序控制、供电能力和配电控制；

(2)性能评估指标体系内底层指标值从试验数据或仿真数据中获取，其量化计算及标准化方法如下：

(2.1)量化计算方法

方法1：适用于成本型指标，希望数值越小越好；从飞行数据中得到数据列P[n]，其中n为数据点个数，令指标值为x，其计算公式如下所示

x＝max{|P[i]|} (5)

其中i＝1,2…n；

方法2：适用于平稳度类指标，首先提取数据列P[n]，其中n为数据点个数，令指标值为x，其计算公式如下所示

其中i＝1,2…n；

(2.2)指标标准化方法

首先对每个指标值x设置最高值b和最低值a，对评估分值y设置相应的最高值M＝100分和最低值L＝0分，然后根据指标的评估细则，利用标准化计算方法把x转化为评价分值y，即将不同的底层指标值映射到统一格式的评估分值[0，100]，指标标准化方法有线性递减形式和线性递增形式两种，其计算公式如下：

①线性递减形式对应计算表达式为：

②线性递增形式对应计算表达式为：

通过上述方法得出指标分值向量Y＝[y₁,y₂,…,y_n]；

(3)利用层次分析法AHP和属性层次模型AHM法确定各层指标间的权重，步骤如下：

(3.1)AHP评判模型

设元素u₁,u₂…,u_n为n个石头，它们的重量分别为g₁,g₂…,g_n；不知道物体的重量，但知两两之间的重量比a_ij＝g_i/g_j，则比较判断矩阵A＝(a_ij)_n×n满足

满足上述条件的矩阵称为正互反矩阵；AHP方法中用数字1～9及其倒数作为标度，来确定a_ij的值，如下表所示：

(3.2)AHM评判模型

设元素u₁,u₂…,u_n为n个球队，每两个球队进行1场比赛，每场比赛为1分；u_i和u_j比赛(i≠j)，u_i得分μ_ij，u_j得分μ_ji，准则C为得分；问题：已知U＝(μ_ij)_n×n,1≤i,j≤n，在准则C下对元素进行排序，即按得分多少对元素进行排序；

上述模型中，μ_ij满足

μ_ij≥0,μ_ji≥0,μ_ij+μ_ji＝1,i≠j,μ_ii＝0 (10)

满足上式的μ_ij称为相对属性测度，矩阵U称为属性判断矩阵；如果μ_ij＞μ_ji，则称μ_ij比μ_ji强，记为μ_i＞μ_j；所属性判断矩阵U满足当μ_i＞μ_j，μ_j＞μ_k时，有μ_i＞μ_k，则称U具有一致性；对属性判断矩阵一致性检验方法如下：

令属性判断矩阵U＝(μ_ij)_n×n具有一致性的必要充分条件是：对任何i，当I_i非空时有

I_i非空是指对给定的i，至少存在一个j使μ_ij＞0.5，即i比j强；所以I_i非空是指u_i不是最小者；

u_i的得分为(f₁,f₂…,f_n)^T为属性排序向量；属性排序向量是判断矩阵中所有列向量之和；从式(10)得出对属性排序向量进行归一化得出权重向量；

w_i＝2f_i/n(n-1) (12)

W＝(w₁,w₂…,w_n)^T (13)

AHM中的属性判断矩阵U＝(μ_ij)_n×n由AHP中的比较判断矩阵A＝(a_ij)_n×n中导出，转换公式为

其中k为大于2的正整数，β取1或2；

(4)利用上述方法计算得到指标分值向量和权重向量，自下而上一层一层进行加权评估计算，最终得出系统性能评估分值R，其公式为

R＝Y·W (15)

利用以上描述的综合评估方法，对给定样本数的飞行器控制系统进行性能评估计算，得出评估分值；

三、利用二项分布经典假设检验方法对飞行器控制系统性能进行评定的方法描述如下：

(1)对飞行器控制系统性能评定结果进行统计分析，确定满足原假设的样本数S；

(2)若满足原假设的样本数S≤K，则拒绝原假设，判定系统性能不达标；否则接受原假设，判定系统性能达标。