天基多平台探测系统效能评估方法、存储介质及电子设备

1.本发明涉及天基探测技术领域，具体涉及一种天基多平台探测系统效能评估方法、存储介质及电子设备。


背景技术：

2.由于天基多平台探测系统存在复杂性、随机性和实时性，同时人类思维存在模糊性，在对复杂的天基多平台探测系统进行效能评估的过程中，往往会出现初始决策数据不确定的情况。因此，如何有效的对其进行效能评估，进而优化该系统的顶层设计已经成为一个急需解决的问题。为了科学量化处理这些复杂多层次的评估问题，必须针对这些对象构造一个科学合理的指标体系。
3.将评估对象之间大量相互关联、相互制约的复杂因素关系层次化、条理化。并能够将其各自对评估对象影响的重要程度区分开来，以及恰当、方便的量化处理那些只能定性评估的指标。因此，如何应用适当的效能评估方法，合理的将相关性较低的主要指标量化整合，并给出综合效能评估结果，是天基多平台探测效能评估系统亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.为了有效对天基平台探测系统进行效能评估，进而优化该系统的顶层设计，本发明提出了一种天基多平台探测系统效能评估方法、存储介质及电子设备。
5.本发明的技术方案如下：一种天基多平台探测系统效能评估方法，包括如下步骤：s1、建立递阶层次结构模型：确定目标的效能指标，然后依据各个效能指标间的隶属关系确定指标的层次结构图，将天基多平台探测系统所涉及的影响因素分成不同层次；s2、建立判断矩阵a并对其进行一致性检验，所述一致性检验用于对判断矩阵a确定不一致的允许范围；s3、基于行和正规化方法计算同一层次中的第个指标相对应的上层指标的权重向量；s4、将天基多平台探测系统各层指标带入三角模糊数的隶属度模型，通过模糊归一化处理，得到第个评价指标关于总目标的权重；s5、计算每个指标对系统效能的贡献值。
6.优选地，步骤s1中所述层次结构图包括如下层次：（1）目标层：该层只有一个元素，此元素是问题所要达成的总目标，即分析决策的目标；（2）准则层：由若干层组成，包括实现目标所支配的中间环节；（3）方案层：该层包括为了实现各中间环节可供选择的方法或措施。
7.优选地，所述目标层为天基多平台探测系统效能分析，所述准则层包括可探测性
观测、低轨卫星探测以及导弹中段探测效能分析；所述可探测性观测所对应方案层的元素包括：光学探测可见性几何模型、观测平台轨道高度、观测平台轨道倾角、相机子像、相机视场角和观测时间；所述低轨卫星探测所对应方案层的元素包括：等效星等、探测照度、光学探测信噪比、成像分辨率、视场角和相对口径；所述导弹中段探测效能分析所对应方案层的元素包括：导弹红外辐射、目标特性、大气辐射特性、背景辐射特性、高层卷云红外辐射、深空背景辐射特性、红外探测信噪比和红外跟踪。
8.优选地，步骤s2中所述判断矩阵a的建立采用1~9级标度法，记为评价指标i和评价指标j的重要性之比，则，若准则层和方案层中的元素个数n，则模糊一致性判断矩阵a为：。
9.优选地，所述一致性检验是利用三角模糊数定量实现的，所述判断矩阵的一致性，式中为指标的个数，为最大特征值，当矩阵构造的完全正确时，当越大时矩阵越不合理；当判断矩阵的一致性与平均随机一致性指标之比时，认为判断矩阵满足一致性，否则认为判断矩阵的构造不合理，重新构造判断矩阵，直到一致性检验满足条件为止。
10.优选地，所述步骤s3中所述行和正规化方法为：按行求和，计算出最大特征值及对应的特征向量；再对向量m进行归一化处理得到向量，其中就是同一层次中的第i个指标相对应的上层指标的权重向量。
11.优选地，步骤s4中所述第i个评价指标关于总目标的权重的计算方法为：设相对于上层某因素的同层元素数为n，则第i个元素相对于上一层因素的三角模糊权重为：，所述指标综合权重即第k层每一个元素同其他所有元素相比较的综合重要程度值，表示为；将一个模糊数大于其他k个模糊数的可能度被定义为：
，计算，其中表示第i个元素；经归一化后，权重向量为，为第k层上各因素对第层上特定因素的单排序，合成总排序，即为第k层各因素对总目标的权重。
12.优选地，步骤s5中所述计算每个指标对系统效能贡献值；记上述计算出的效能指标权重值为，其中为第i个指标权重，通过下式计算每个指标对系统贡献值三角模糊值。
13.，其中，xi是指由评价矩转换成的评价向量；xi用三角模糊数表示为xi=（ei,fi,gi）；设，其中。由于为三角模糊数，所以对于每个指标对系统效能贡献值为。
14.本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序执行如上所述的天基多平台探测系统效能评估方法。
15.本发明还提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，其中处理器、存储器通过通信总线完成相互间的通信；存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行存储器上所存放的计算机程序时，实现如上所述的天基多平台探测系统效能评估方法。
16.与现有技术相比，本发明的具体有益效果为：本发明所述方法将三角模糊和层次分析进行结合，进行天基多平台的探测系统的效能评估，将复杂的评估对象之间大量相互关联、相互制约的复杂因素关系层次化、条理化，并将其各自对评估对象影响的重要程度区分开来，量化处理了只能定性评估的指标，能较好地完成对目标探测的任务，为提高探测系统优化提供了可供参考的指标，进而优化该天基多平台探测系统的顶层设计。
附图说明
17.图1为本发明提供的天基多平台探测系统效能评估方法流程图；图2为实施例3中所述的层次结构示意图；图3为评分标准和三角模糊数的对应关系。
具体实施方式
18.为使本发明的技术方案更加清楚，下面将结合本发明的说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，需要说明的是，以下实施例仅用于更好地理解本发明的技术方案，而不应理解为对本发明的限制。
19.实施例1.本实施例提供了一种天基多平台探测系统效能评估方法，包括如下步骤：s1、建立递阶层次结构模型：确定目标的效能指标，然后依据各个效能指标间的隶属关系确定指标的层次结构图，将天基多平台探测系统所涉及的影响因素分成不同层次；s2、建立判断矩阵a并对其进行一致性检验，所述一致性检验用于对判断矩阵a确定不一致的允许范围；s3、基于行和正规化方法计算同一层次中的第个指标相对应的上层指标的权重向量；s4、将天基多平台探测系统各层指标带入三角模糊数的隶属度模型，通过模糊归一化处理，得到第i个评价指标关于总目标的权重；s5、计算每个指标对系统效能的贡献值。
20.本实施例所述方法将三角模糊和层次分析进行结合，进行天基多平台的探测系统的效能评估，将复杂的评估对象之间大量相互关联、相互制约的复杂因素关系层次化、条理化，并将其各自对评估对象影响的重要程度区分开来，量化处理了只能定性评估的指标，能较好地完成对目标探测的任务。
21.实施例2.本实施例为对实施例1的进一步举例说明，其中步骤s1中所述层次结构图包括如下层次：（1）目标层：该层只有一个元素，此元素是问题所要达成的总目标，即分析决策的目标；（2）准则层：由若干层组成，包括实现目标所支配的中间环节；（3）方案层：该层包括为了实现各中间环节可供选择的方法或措施。
22.实施例3.本实施例为对实施例2的进一步举例说明，如图2所示，所述目标层为天基多平台探测系统效能分析e，所述准则层包括可探测性观测a、低轨卫星探测b以及导弹中段探测效能分析c；所述可探测性观测a所对应方案层的元素包括：光学探测可见性几何模型a1、观测平台轨道高度a2、观测平台轨道倾角a3、相机子像a4、相机视场角a5和观测时间a6；所述低轨卫星探测b所对应方案层的元素包括：等效星等b1、探测照度b2、光学探测信噪比b3、成像分辨率b4、视场角b5和相对口径b6；所述导弹中段探测效能分析c所对应方案层的元素包括：导弹红外辐射c1、目标特性c2、大气辐射特性c3、背景辐射特性c4、高层卷云红外辐射c5、深空背景辐射特性c6、红外探测信噪比c7和红外跟踪c8。
23.实施例4.本实施例为对实施例3的进一步举例说明，步骤s2中所述判断矩阵a的建立采用1~9级标度法，记为评价指标和评价指标的重要性之比，则，若准则层和方案层中的元素个数n，则模糊一致性判断矩阵a为：
。
24.在实际的复杂系统建模中，一般很难对上层指标对下层各项指标影响程度进行定量测算，此时就需要相关领域的专家结合经验给出相应的数值。模糊判断矩阵中三角模糊数中值m的取值依据 ahp 的 1~9 标度法确定，三角模糊数中值1-9的含义如表1所示;表1标度含义1表示两个指标相比具有同样的重要性3表示两个指标相比，前者比后者稍微重要5表示两个指标相比，前者比后者明显重要7表示两个指标相比，前者比后者强烈重要9表示两个指标相比，前者比后者极端重要2，4，6，8表示上述相邻判断的中间值上列标度倒数元素i元素j的标度为a
ij
，反之为1/a
ij
25.本实施例采用1~9级标度法，请三位相关专家（即p1，p2，p3）对天基多平台探测系统的效能指标给出评判语言，本实施例选择了“优秀”、“良好”、“中等”、“一般”、“差”五个评语等级，评分标准和三角模糊数的对应关系如图3所示。
26.通过专家评分情况构建天基多平台探测系统的效能指标的三角模糊判断矩阵，假设三位专家的能力水平相当，赋予他们的评分权重相同，由此得到天基多平台探测系统的e的三角模糊判断矩阵，评价矩阵如表2所示;表2eabca(1,1,1)(2,3,4)(1,2.6,3)b(4,5,6)(1,1,1)(2.3,3,5)c(0.2,0.3,1)(0.25,0.3,0.4)(1,1,1)e的模糊判断矩阵为：。
27.实施例5.本实施例为对实施例4的进一步举例说明，所述一致性检验是利用三角模糊数定量实现的，所述判断矩阵的一致性，式中为指标的个数，为最大特征值，当矩阵构造的完全正确时，当越大时矩阵越不合理；当判断矩阵的一致性与平均随机一致性指标之比时，认为判断矩阵满足一致性，否则认为判断矩阵的构造不合理，重新构造判断矩阵，直到一致性检验满足条件为止。
28.所述三角模糊数的下界l和上界u可根据模糊程度加以确定，越大，表示判断越模糊；u-l越小，表示判断越清楚；当u-l=0时，判断是非模糊的，这时l=m=n与一般意义下的判断标度值相同。
29.实施例6.本实施例为对实施例5的进一步举例说明，所述步骤s3中所述行和正规化方法为：按行求和，计算出最大特征值及对应的特征向量；再对向量进行归一化处理得到向量，其中就是同一层次中的第i个指标相对应的上层指标的权重向量。
30.根据行和正规化公式，得到最大特征值及对应的特征向量，由于计算复杂且计算量大，本实施例采用matlab来辅助计算；计算出天基多平台探测系统的e的最大特征值,对应的特征向量为。由于,所以构建出的矩阵满足一致性。
31.在可探测性观测a作用下，专家对光学探测可见性几何模型a1、观测平台轨道高度a2、观测平台轨道倾角a3、相机子像a4、相机视场角a5、观测时间a6进行评价，并对其进行两两比较得到模糊矩阵sa：。
32.计算出可探测性观测a作用下的最大特征值,对应的特征向量为。由于,所以构建出的矩阵满足一致性。
33.同理，在导弹中段探测效能分析c作用下，导弹红外辐射c1、目标特性c2、大气辐射特性c3、背景辐射特性c4、高层卷云红外辐射c5、深空背景辐射特性c6、红外探测信噪比c7、红外跟踪c8分别比较得到模糊矩阵sc：。
34.计算出在导弹中段探测效能分析c作用下的最大特征值计算出在导弹中段探测效能分析c作用下的最大特征值,对应的特征向量为
。由于,所以构建出的矩阵满足一致性。
35.实施例7.本实施例为对实施例6的进一步举例说明，步骤s4中所述第i个评价指标关于总目标的权重wi的计算方法为：设相对于上层某因素的同层元素数为n，则第i个元素相对于上一层因素的三角模糊权重为：，指标综合权重即第层每一个元素同其他所有元素相比较的综合重要程度值，表示为；将一个模糊数大于其他k个模糊数的可能度被定义为：，计算，其中表示第i个元素；经归一化后，权重向量为，w为第k层上各因素对第k-1层上特定因素的单排序，合成总排序wi，即为第k层各因素对总目标的权重。
36.根据上述计算天基多平台探测系统的e、可探测性观测a、低轨卫星探测b、导弹中段探测效能分析c的权重分别为：；；；；；。
37.实施例8.本实施例为对实施例7的进一步举例说明，步骤s5中所述每个指标对系统效能贡献值的计算方法为：记所述效能指标权重值为，其中为第i个指标权重，计算每个指标对系统贡献值的三角模糊数：，其中，xi是指由评价矩转换成的评价向量；xi用三角模糊数表示为xi=（ei,fi,gi）；设，其中，每个指标对系统效能
贡献值为：。
38.本实施例按上述方法计算每个指标对系统效能的贡献值，结果见表3;表3
指标指标效能贡献值指标指标效能贡献值光学探测可见性几何模型0.157光学探测信噪比0.154观测平台轨道高度0.0519成像分辨率0.124观测平台轨道倾角0.0213相对口径0.0825相机子像0.0156背景辐射特性0.0678相机视场角0.0319视场角0.0264观测时间0.164导弹红外辐射0.0641数据预处理能力0.0649目标特性0.0605等效星等0.0174大气辐射特性0.1172探测照度0.0726深空背景辐射特性0.1578高层卷云红外辐射0.0374红外探测信噪比0.152红外跟踪0.143
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由上表可知，此系统能较好的完成对目标探测的任务，深空背景辐射特性、光学探测可见性几何模型、观测时间、光学探测信噪比、红外跟踪以及大气辐射特性对天基多平台探测系统影响较大，说明了指标权重大小对系统效能综合评估结果的影响。因此，当需要提高探测系统综合效能时可以优先考虑权重大的指标作为系统优化设计的指标。
39.实施例9.本实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序执行如实施例1-8中任意一项所述的天基多平台探测系统效能评估方法。
40.实施例10.本实施例提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，其中处理器、存储器通过通信总线完成相互间的通信；存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行存储器上所存放的计算机程序时，实现如实施例1-8中任意一项所述的天基多平台探测系统效能评估方法。
41.本技术实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器（read only memory，rom）、可编程只读存储器（programmable rom，prom）、可擦除可编程只读存储器（erasable prom，eprom）、电可擦除可编程只读存储器（electrically eprom，eeprom）或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器（random access memory，ram），其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的ram 可用，例如静态随机存取存储器（static ram，sram）、动态随机存取存储器（dynamic ram，dram）、同步动态随机存取存储器（synchronous dram，sdram）、双倍数据速率同步动态随机存取存储器（double data rate sdram，ddr sdram）、增强型同步动态随机存取存储器（enhanced sdram，esdram）、同步连接动态随机存
取存储器（synchlink dram，sldram）和直接内存总线随机存取存储器（direct rambus ram，dr ram）。应注意，本发明描述的方法的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
42.在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机指令时，全部或部分地产生按照本技术实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线（例如同轴电缆、光纤、数字用户线（digital subscriber line，dsl））或无线（例如红外、无线、微波等）方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质（例如，软盘、硬盘、磁带）、光介质（例如，高密度数字视频光盘（digital video disc，dvd））、或者半导体介质（例如，固态硬盘（solid state disc，ssd））等。
43.在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。结合本技术实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
44.应注意，本技术实施例中的处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器（dsp）、专用集成电路（asic）、现场可编程门阵列（fpga）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本技术实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本技术实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
45.以上所述仅为本发明的个别实施例，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，此实施例并不用于限制本发明，凡不脱离本发明的方法构思、实质精神之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。