CN112651107B - 一种对抗博弈目标毁伤策略评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种对抗博弈目标毁伤策略评估方法,属于军事测试技术领域,步骤包括:获得弹丸与目标交汇相对空间位置参数;建立坐标系,确定弹丸与目标交汇相对速度和距离;获得弹丸与目标交汇相对速度与距离在各个坐标系的表达式,通过相对速度和相对距离获得目标毁伤策略参数;建立弹丸与目标交汇相关毁伤参数策略模型。本发明利用收支函数选择合适策略进行博弈,为高能高效弹药毁伤目标提供最优决策,决策结果科学;利用博弈论从双边获得最优决策,符合实际战争需求,基于双人零和博弈模型建立弹丸与目标交汇状态下目标毁伤策略,为目标毁伤评估提供一种新方法。
Description
技术领域
本发明属于军事测试技术领域,具体涉及对抗博弈目标毁伤策略评估方法。
背景技术
目标毁伤效应评估技术是现代信息化战争中精确打击的重要技术,尤其是空间弹丸近炸破片对空间目标的毁伤效能评估。弹丸与目标交汇状态下目标毁伤策略方法是分析对抗战备与敌我战略的关键技术,由于弹丸与目标在交汇时刻的随机性,导致弹丸与目标相对姿态位置的不确定,以及破片飞散特性的差异,造成弹丸爆炸后破片对目标的毁伤效果不同。
目前主要毁伤效能评估手段,虽然能够模拟弹丸近炸的多种作战条件,但是在计算过程中对目标的毁伤结果依据经验统计而得,忽略了实际作战中的很多因素,或者在试验中目标处于静态的状态,获取的毁伤结果存在较大差异。实际目标与弹丸在交汇瞬间由多个毁伤元特征因素综合作用,使得弹丸与目标在交汇时刻的随机性,导致弹丸与目标相对姿态位置的不确定,以及破片飞散特性的差异,造成弹丸爆炸后破片对目标的毁伤效果评估困难。
为获得弹目对抗下对目标最大的毁伤效果,本发明提出一种对抗博弈目标毁伤策略评估方法。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足,本发明提供了对抗博弈目标毁伤策略评估方法。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
对抗博弈目标毁伤策略评估方法,包括以下步骤:
步骤1、利用光电探测系统的目标检测技术获得弹丸与被攻击目标之间的相对空间位置关联参数及弹丸爆炸后形成的破片穿过设备所在测试区域的破片飞散参数;
步骤2、以所述空间位置关联参数和破片飞散参数为基础,基于破片与被毁伤目标之间的空间关系,建立地面坐标系、弹体坐标系、目标坐标系、弹体与目标相对速度坐标系之间的坐标系转换关系,分析基于弹丸炸点位置的弹目交汇相关参数,确定弹丸与目标交汇相对速度和距离;计算命中被毁伤目标的破片数目、以及破片命中被毁伤目标表面时的入射角;
步骤3、根据计算出的破片数目及入射角,结合弹目交汇在空间中的关联,根据双人零和静态博弈理论,给出弹目交汇目标毁伤评估策略型博弈的局中人集合、策略集合;计算出基于弹丸炸点位置弹目交汇时刻时相关的空间参数并作为局中人策略要素,建立博弈双方支付矩阵;
步骤4、根据弹丸与目标的时空间相互参数,结合博弈双方支付矩阵计算目标毁伤概率,根据目标毁伤概率得到局中人在交汇策略下的收支函数;根据收支函数对对抗博弈毁伤策略进行评估。
优选地,基于弹目交汇时刻破片的命中数量和入射角作为策略要素,假设弹丸作为局中人1,目标作为局中人2,博弈过程中局中人1的收益,必然是局中人2的损失,博弈双方收益之和作为目标毁伤结果,所述步骤2具体包括:
步骤2.1、基于空间轴向和周向,将飞散的破片根据轴向和周向分成多个微元束,近似认为破片束内破片均匀分布且破片速度都相同,破片沿中心射线运动,根据射线的方向和目标的描述,判断微元束和构成目标基本体的交汇情况,求出破片束和目标交汇位置和交汇时刻破片的速度;对所有破片束循环,得到目标部件命中破片数为:
步骤2.2、假设破片命中目标平面的法向量为n,破片的运动方速度为v,且都是单位向量,则破片的运动速度、目标面法向矢量及入射角之间的关系为:
-v·n=cosθ (2)。
优选地,所述步骤3具体包括:
其中,xij,yij分别为二值决策变量;xij=1表示第i个弹丸攻击第j个目标;xij=0表示第i个弹丸脱靶攻击第j个目标;同样,yij=1表示防御j方防御第i个弹丸;yij=0表示防御j方没有防御第i个弹丸;
步骤3.4、由于博弈双方信息的不确定性,所求的支付矩阵中每个元素均为一个区间数,矩阵的每一个行向量对应局中人1一个纯策略,每一列对应局中人2的一个纯策略,则博弈双方支付矩阵为:
优选地,所述步骤4具体包括:
步骤4.1、对2人有限非合作博弈(双矩阵博弈):设局中人1的混合策略为χ=(χ1,χ2,…,χm),局中人2的混合策略为y=(y1,y2,…,yn);Am×n,Bm×n分别为局中人1和2的收益矩阵,则局中人1和2的期望支付分别为χAyT和χByT;博弈模型中,设非敌方在采取αi策略,而敌方采取βj策略时,非敌方的收支函数为:
其中,和/>为D-S证据理论的基本可信数表达式;和/>分别表示非敌方在采取αi策略时,能够获得的收益(攻击有效性)和将要付出的代价(攻击无效性);/>和/>则分别表示敌方在采取βj策略时,能够获得的收益(防御有效性)和将要付出的代价(防御无效性);
步骤4.3、同理,博弈模型中敌方的收支函数为:
混合策略:给定矩阵对策Γ(S1,S2;A),则m维向量为:
n维向量为:
其中,(χ,y)称为混合局势,χi是参与人1选取策略αi的概率,yj是参与人2选取策略βj的概率;
给定矩阵对策Γ(S1,S2;A),参与人1和参与人2的混合策略分别为χ=(χ1,χ2,…,χm)T和y=(y1,y2,…,yn)T,则数学期望为:
根据数学期望值对抗博弈毁伤策略进行评估。
本发明根据弹丸近炸空间位置与被毁目标相对位置的关联性,给出对抗博弈目标毁伤策略评估方法,利用目标检测技术获得的弹丸与被攻击目标之间的空间关联参数;通过地面坐标系、弹体坐标系、目标坐标系、弹体与目标相对速度坐标系,分析基于弹丸炸点位置的弹目交汇相关参数;结合弹目交汇在空间中的关联,根据双人零和静态博弈理论,给出弹目交汇目标毁伤评估策略型博弈的局中人集合、策略集合;最后,根据弹丸与目标的时空间相互参数,结合目标毁伤概率,给出局中人在交汇策略下的收支函数。利用收支函数选择合适策略进行博弈,为高能高效弹药毁伤目标提供最优决策,决策结果科学;利用博弈论从双边获得最优决策,符合实际战争需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例及其设计方案,下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例,对于本领域普通技术人员来说,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的对抗博弈目标毁伤策略评估方法的流程图;
图2是本发明涉及的破片微元束示意图;
图3是本发明涉及的破片入射角示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案并能予以实施,下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
本发明根据弹丸近炸空间位置与被毁目标相对位置的关联性,给出对抗博弈目标毁伤策略评估方法,基于弹丸与目标的空间位置,给出基于双人零和静态博弈理论的空间弹目交汇目标毁伤评估方法的流程图如图1,详细步骤如下:
包括以下步骤:
步骤1、利用光电探测系统的目标检测技术获得弹丸与被攻击目标之间的相对空间位置关联参数及弹丸爆炸后形成的破片穿过设备所在测试区域的破片飞散参数;
步骤2、以所述空间位置关联参数和破片飞散参数为基础,基于破片与被毁伤目标之间的空间关系,建立地面坐标系、弹体坐标系、目标坐标系、弹体与目标相对速度坐标系之间的坐标系转换关系,分析基于弹丸炸点位置的弹目交汇相关参数,确定弹丸与目标交汇相对速度和距离;计算命中被毁伤目标的破片数目、以及破片命中被毁伤目标表面时的入射角;
具体的,本实施例中,基于弹目交汇时刻破片的命中数量和入射角作为策略要素,假设弹丸作为局中人1,目标作为局中人2,博弈过程中局中人1的收益,必然是局中人2的损失,博弈双方收益之和作为目标毁伤结果,所述步骤2具体包括:
步骤2.1、基于空间轴向和周向,将飞散的破片根据轴向和周向分成多个微元束,如图2所示;图2中,近似认为破片束内破片均匀分布且破片速度都相同,破片沿中心射线运动,根据射线的方向和目标的描述,判断微元束和构成目标基本体的交汇情况,求出破片束和目标交汇位置和交汇时刻破片的速度;对所有破片束循环,得到目标部件命中破片数为:
步骤2.2、假设破片命中目标平面的法向量为n,破片的运动方速度为v,如图3,且都是单位向量,则破片的运动速度、目标面法向矢量及入射角之间的关系为:
-v·n=cosθ (2)。
步骤3、根据计算出的破片数目及入射角,结合弹目交汇在空间中的关联,根据双人零和静态博弈理论,给出弹目交汇目标毁伤评估策略型博弈的局中人集合、策略集合;计算出基于弹丸炸点位置弹目交汇时刻时相关的空间参数并作为局中人策略要素,建立博弈双方支付矩阵;
具体的,本实施例中,步骤3具体包括:
其中,χij,yij分别为二值决策变量;χij=1表示第i个弹丸攻击第j个目标;xij=0表示第i个弹丸脱靶攻击第j个目标;同样,yij=1表示防御j方防御第i个弹丸;yij=0表示防御j方没有防御第i个弹丸;
步骤3.4、由于博弈双方信息的不确定性,所求的支付矩阵中每个元素均为一个区间数,矩阵的每一个行向量对应局中人1一个纯策略,每一列对应局中人2的一个纯策略,则博弈双方支付矩阵为:
步骤4、根据弹丸与目标的时空间相互参数,结合博弈双方支付矩阵计算目标毁伤概率,根据目标毁伤概率得到局中人在交汇策略下的收支函数;根据收支函数对对抗博弈毁伤策略进行评估;
具体的,本实施例中,步骤4具体包括:
步骤4.1、对2人有限非合作博弈(双矩阵博弈):设局中人1的混合策略为χ=(χ1,χ2,…,χm),局中人2的混合策略为y=(y1,y2,…,yn);Am×n,Bm×n分别为局中人1和2的收益矩阵,则局中人1和2的期望支付分别为χAyT和χByT;博弈模型中,设非敌方在采取αi策略,而敌方采取βj策略时,非敌方的收支函数为:
其中,和/>为D-S证据理论的基本可信数表达式;和/>分别表示非敌方在采取αi策略时,能够获得的收益(攻击有效性)和将要付出的代价(攻击无效性);/>和/>则分别表示敌方在采取βj策略时,能够获得的收益(防御有效性)和将要付出的代价(防御无效性);
步骤4.3、同理,博弈模型中敌方的收支函数为:
混合策略:给定矩阵对策Γ(S1,S2;A),则m维向量为:
n维向量为:
其中,(χ,y)称为混合局势,χi是参与人1选取策略αi的概率,yj是参与人2选取策略βj的概率;
给定矩阵对策Γ(S1,S2;A),参与人1和参与人2的混合策略分别为χ=(χ1,χ2,…,χm)T和y=(y1,y2,…,yn)T,则数学期望为:
根据数学期望值对抗博弈毁伤策略进行评估。
本实施例提供的对抗博弈目标毁伤策略评估方法根据不确定状态弹目交汇,从弹目交汇的相对速度和相对距离角度,构建目标毁伤策略集。针对弹目交汇目标毁伤的毁伤策略的模型描述,依据双人非合作零和博弈方法论,建立弹目双人非合作毁伤策略模型,由于目标与弹丸在交汇瞬间由多个毁伤元特征因素综合作用,弹目交汇瞬间目标的毁伤往往复杂多变,大大增加了毁伤评估的难度,双人非合作毁伤策略模型可形成在有限策略空间下的博弈双方的空间策略,通过弹目交汇瞬间毁伤判定准则将目标的毁伤影响因素相对速度和相对距离同时作为博弈局中人双方的毁伤空间策略集,完善弹目非合作毁伤策略模型的收益函数;考虑目标毁伤后的毁伤程度以及目标和弹丸的价值,结合博弈双方毁伤策略集于收益函数,建立弹目毁伤博弈收益矩阵,收益矩阵包含弹目双方博弈的纳什均衡点;为明确弹目交汇在毁伤状态下同时满足最有利于博弈双方的策略空间,使用经典纳什均衡求解方法,获得该弹目非合作毁伤博弈策略纳什均衡解。建立科学的弹目双人非合作毁伤策略模型是判断目标毁伤效果的有效依据,为目标毁伤评估提供一种新型毁伤策略支持。
以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式,本发明的保护范围不限于此,任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换,均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.对抗博弈目标毁伤策略评估方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、利用光电探测系统的目标检测技术获得弹丸与被攻击目标之间的相对空间位置关联参数及弹丸爆炸后形成的破片穿过设备所在测试区域的破片飞散参数;
步骤2、以所述空间位置关联参数和破片飞散参数为基础,基于破片与被毁伤目标之间的空间关系,建立地面坐标系、弹体坐标系、目标坐标系、弹体与目标相对速度坐标系之间的坐标系转换关系,分析基于弹丸炸点位置的弹目交汇相关参数,确定弹丸与目标交汇相对速度和距离;计算命中被毁伤目标的破片数目、以及破片命中被毁伤目标表面时的入射角;
步骤3、根据计算出的破片数目及入射角,结合弹目交汇在空间中的关联,根据双人零和静态博弈理论,给出弹目交汇目标毁伤评估策略型博弈的局中人集合、策略集合;计算出基于弹丸炸点位置弹目交汇时刻时相关的空间参数并作为局中人策略要素,建立博弈双方支付矩阵;
步骤4、根据弹丸与目标的时空间相互参数,结合博弈双方支付矩阵计算目标毁伤概率,根据目标毁伤概率得到局中人在交汇策略下的收支函数;根据收支函数对对抗博弈毁伤策略进行评估。
2.根据权利要求1所述的对抗博弈目标毁伤策略评估方法,其特征在于,基于弹目交汇时刻破片的命中数量和入射角作为策略要素,假设弹丸作为局中人1,目标作为局中人2,博弈过程中局中人1的收益,必然是局中人2的损失,博弈双方收益之和作为目标毁伤结果,所述步骤2具体包括:
步骤2.1、基于空间轴向和周向,将飞散的破片根据轴向和周向分成多个微元束,近似认为破片束内破片均匀分布且破片速度都相同,破片沿中心射线运动,根据射线的方向和目标的描述,判断微元束和构成目标基本体的交汇情况,求出破片束和目标交汇位置和交汇时刻破片的速度;对所有破片束循环,得到目标部件命中破片数为:
步骤2.2、假设破片命中目标平面的法向量为n,破片的运动方速度为v,且都是单位向量,则破片的运动速度、目标面法向矢量及入射角之间的关系为:
-v/n=cosθ (2)。
3.根据权利要求2所述的对抗博弈目标毁伤策略评估方法,其特征在于,所述步骤3具体包括:
步骤3.1、假设局中人1的价值信息矩阵为其中/>为第i个局中人1的价值信息,i∈1、2...n;第i个局中人1的弹丸对所有目标的毁伤概率信息为其中/>为局中人1第i个弹丸对局中人2第j个目标的毁伤区间概率,j∈1、2...m;
步骤3.2、局中人2的第j个目标防御局中人1所有弹丸的概率区间信息为n为局中人1的总数量;其中/>为局中人2第j个目标对局中人1第i个弹丸的防御区间概率,i∈1、2...n;局中人2的价值信息为其中/>为局中人2第j个目标价值的区间信息,j∈1、2...m;
其中,xij,yij分别为二值决策变量;xij=1表示第i个弹丸攻击第j个目标;xij=0表示第i个弹丸脱靶攻击第j个目标;同样,yij=1表示防御j方防御第i个弹丸;yij=0表示防御j方没有防御第i个弹丸;
步骤3.4、由于博弈双方信息的不确定性,所求的支付矩阵中每个元素均为一个区间数,矩阵的每一个行向量对应局中人1一个纯策略,每一列对应局中人2的一个纯策略,则博弈双方支付矩阵为:
4.根据权利要求3所述的对抗博弈目标毁伤策略评估方法,其特征在于,所述步骤4具体包括:
步骤4.1、对2人有限非合作博弈:设局中人1的混合策略为x=(x1,x2,…,xm),局中人2的混合策略为y=(y1,y2,…,yn);Am×n,Bm×n分别为局中人1和2的收益矩阵,则局中人1和2的期望支付分别为xAyT和xByT;博弈模型中,设非敌方在采取αi策略,而敌方采取βj策略时,非敌方的收支函数为:
步骤4.3、同理,博弈模型中敌方的收支函数为:
混合策略:给定矩阵对策Γ(S1,S2;A),则m维向量为:
n维向量为:
其中,(x,y)称为混合局势,xi是局中人1选取策略αi的概率,yj是局中人2选取策略βj的概率;
给定矩阵对策Γ(S1,S2;A),局中人1和局中人2的混合策略分别为x=(x1,x2,…,xm)T和y=(y1,y2,…,yn)T,则数学期望为:
根据数学期望值对抗博弈毁伤策略进行评估。
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CN112651107A (zh) | 2021-04-13 |
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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