基于模糊逻辑理论的弹药消耗影响因素综合评价方法.pdf

舰 船 电 子 工 程2023 年第 10 期1引言在信息化环境下，弹药保障是战争保障工作中的一项重要工作，是实现战争任务的先决条件和依据，关系到战争的胜负12。弹药消耗影响因素繁多，影响因素影响力不断增大，且大多影响因素呈现出模糊性不确定性等特点。这就对复制环境下的弹药保障工作提出了更高的要求，同时在必要的情况下，弹药保障要素保持机动，以应付各种突发情况，这就需要提高弹药的保障能力，因而科学合理的量化影响因素的影响力，进而精确地估计弹药的消耗量是十分必要的。美国在战时弹药消耗影响因素评价方面做了较深入的研究，并取得了许多成果3。其中，以CBMR（Capabilities-Based Munitions Process）评估程序为例，目的是综合考虑各种影响因素进而安排军事部门制定军火需求计划，是目前美国陆军弹药保障工作的重要依据。当前，我国对弹药消耗量预测的研究多集中在数学模型48和基于战斗任务的仿真812两个方面，但由于对历史资料的依赖程度较高，对影响因素的研究还不够深入，因此，必须改进弹药消耗消耗影响因素评价方法。仿真智能算法13能够克服以往资料的依赖性，充分考虑各种因素的影响因素，从收稿日期：2023年4月7日，修回日期：2023年5月12日作者简介：李振宇，男，硕士研究生，研究方向为装备综合保障。李保刚，男，硕士，副教授，硕士生导师，研究方向：装备综合保障。雷瑶，女，博士研究生，研究方向：装备延寿及其应用。基于模糊逻辑理论的弹药消耗影响因素综合评价方法李振宇李保刚雷瑶（海军航空大学烟台264010）摘要针对现代联合作战弹药消耗影响因素众多且大多因素具有模糊性、不确定性等特点，论文首先将将弹药消耗影响因素分为环境、作战和武器三个方面进行研究，而后建立了基于模糊逻辑理论的弹药消耗影响因素综合评价模型，通过该模型可定量研究影响因素的影响力，最后使用该模型进行了仿真计算，计算结果证明了该方法的可行性与有效性。关键词模糊逻辑理论；影响因素；综合评价中图分类号E927DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2023.10.032Comprehensive Evaluation Method of Influencing Factors ofAmmunition Consumption Based on Fuzzy Logic TheoryLI ZhenyuLI BaogangLEI Yao（Naval Aviation University，Yantai264010）AbstractIn response to the numerous factors that affect the consumption of ammunition in modern joint operations,and mostof them have characteristics such as ambiguity and uncertainty,this article first divides the factors that affect ammunition consumption into three aspects:environment,combat and weapons.Subsequently,a comprehensive evaluation model for ammunition consumption influencing factors based on fuzzy logic theory is established.Through this model,the influence of influencing factors canbe quantitatively studied.Finally,simulation calculations are conducted by using this model,and the calculation results prove thefeasibility and effectiveness of this method.Key Wordsfuzzy logic theory，influencing factors，comprehensive evaluationClass NumberE927总第 352 期2023 年第 10 期舰 船 电 子 工 程Ship Electronic EngineeringVol.43 No.10153总第352期而提高预报精度。模糊逻辑理论可以对多种模糊性因素进行综合评价，从而对其影响力进行量化。弹药消耗影响因素具有模糊性和不确定性，所以可以基于模糊逻辑理论建立评价模型，有较好的适应性与针对性。2模糊逻辑理论1965 年扎德教授提出了一种模糊集（FuzzySets）的理论，它是对传统康托尔集（Cantor Sets）的扩展与发展。模糊逻辑理论在逻辑推理、模式识别和控制等方面有着广泛的应用；目前已被广泛地用于优化、决策等领域。它的基本思路就是将一个只有1或0的属性功能推广到一个可以在 0，1 中的任何一个的从属关系，从而打破了常规思维逻辑的限制。基于其四个基本要素建立的基本结构如图 1所示。图1模糊逻辑基本结构2.1模糊化输入信息的模糊化主要通过语言变量与隶属函数来实现。首先是语言变量，模糊控制系统的输入和预设的语言变量组成了模糊输入，而最终的语言参数组成了模糊输出。每一种语言的变数都是由一套的模糊的语言名字组成的。Fuzzy的命名既可以是对称的，也可以是不均匀的，它的数量是由模糊语言数量来确定的。由于模糊划分太大，要决定较多的模糊规则，而太小的划分会影响到系统的控制效果，所以要正确地选择合适的模糊语言数目。表 1 表示了常用语言变量“NB”“NM”“NS”“ZE”“PS”“PM”“PB”等不同的意义。表1语言变量含义表语言值NBNMNSZEPSPMPB含义负方向大负方向中负方向小适中正方向小正方向中正方向大其次是隶属函数，隶属函数属于功能模糊的一种数学表达式，其性质具有客观性，但它与问题本身的性质有着紧密联系；从属于功能的角度看，它对环境的变化很敏感。但是，人们所累积的广泛领域的知识和数量庞大的信息，将会帮助我们确定隶属函数类型。隶属函数在模糊逻辑理论中十分重要，因此，函数的选取是其核心问题。最常见的是高斯型、三角形和梯形；二项分布、正态分布等。2.2模糊控制规则在规则库中模糊控制规则是关键。在进行决策时，采用的是一种以语义为主的方法，而不是以数字来表示，而在这种方法中，模糊控制是最好的方法来进行判断。模糊控制原则是以专家和工作人员的实际工作经验为基础，结合性能指标与各种性能的需求，但这些指标常常相互约束，相互冲突；但是，不能使模糊控制发生冲突。通过试验和调试，可以得到更好的控制律。本文模糊控制规则使用的句型运用if-then的句式，其基本形式为“if V0and A0 then U”。3基于模糊逻辑理论的弹药消耗影响因素综合评价模型在现代作战中各种影响因素对于弹药消耗预测工作产生的影响不可忽视，本文将弹药消耗影响因素分为环境、作战和武器三个方面进行研究，主要包括：作战规模、作战类型、作战时间和作战任务；自然环境、社会环境和军事环境；弹药种类和弹药毁伤效能，如图2所示。图2模糊逻辑基本结构由于影响弹药消耗影响因素众多且大多具有模糊性，这里提出一种基于模糊逻辑理论的多因素输入的弹药消耗因素综合评价模型，此模型可以量化多种不确定因素的影响，为下一步精确计算弹药消耗打下坚实基础。在图3中显示了模型基本结构。4仿真计算在各种作战类型中，联合防空反导作战影响因素多、代表性强，故本文以防空反导作战为背景进李振宇等：基于模糊逻辑理论的弹药消耗影响因素综合评价方法154舰 船 电 子 工 程2023 年第 10 期行影响因素综合评价。防空导弹虽然普遍具有较高的命中率，但是它也容易受到多种因素的影响，尤其是在日益复杂的战场条件下，它的作用受到越来越大的限制。对防空弹药消耗进行精确的预测，必须对其影响因素进行全面的分析与计算。根据联合防空作战的特点，本部分着重对地形、气象、电磁环境、弹药类型等四个方面对其进行了分析。图3弹药影响因素综合评价模型为优化模型输入，本文选取盆地、平原、丘陵三种地形条件，晴天、多云、雨天三种气候条件，轻、中、重度三种电磁环境、红外、无线电指令制导、半主动雷达制导三种导航模式。从地理条件看，平原和丘陵的关系存在模糊，具有重叠的特征，但丘陵与盆地间区别明显。隶属度函数的区间长度代表了各个影响因素的精密度，可以通过模糊规则和研究问题来决定。在隶属函数的选取上，本文选取适应性较好的三角函数，语言变量的选取上采用NB、ZE、PB （具体含义见表1）的词汇值，考虑到南海气候环境恶劣电磁环境复杂，将其投影到 0，6，将地形因素和弹药种类映射到 0，3。将综合分析的结果映射到 0，1 的值范围内，利用NB、NS、ZE、PS、PB 语言变量，其综合隶属函数分布情况如图4所示。NBNSZEPSPB00.20.40.60.810.80.60.40.20图4综合隶属函数图在模糊控制中模糊控制规则是关键。当前模糊规则分为状态评估和目标评估两大类，本文模糊控制规则使用状态评估，其句型运用“if V0 and A0then U”的形式。按照此方式确定的模糊规则。通过对各影响因素进行了分析，并建立了相应的模糊准则的基础上，得出了各影响因素的影响因子的数值，如图5所示。图5仿真计算结果如图，当地形环境为2.39，气象环境为4.48，电磁环境为4.41，制导方式为2.52时，所确定的影响因子数值为0.485，这就意味着，在丘陵、雨天、介于中度和重度电磁环境下，对无线电指令制导防空导弹的影响系数为0.485。得出的影响后，可带入式（1）中，将影响因子影响力量化。其中，k修为防空弹药修正后的毁伤概率，k原为防空弹药在不考虑影响因素情况下的毁伤概率，a为综合影响因子。k修=k原()1-a（1）5结语本文首先从从环境、作战和武器装备三个个角度出发分析了弹药消耗的影响因素，为量化因素的影响，提出模糊逻辑原理建立了弹药消耗影响因素的综合评价模型，为研究弹药精确消耗预计打下了坚实的基础。参 考 文 献1AHMED K I，TABASSUM H，HOSSAIN E.Deep learningfor radio resource allocation in multicell networksJ.IEEE Network，2019，33（6）：188-195.2DAVIS M T，ROBBINS M J，LUNDAY B J.Approximatedynamic programming for missile defense interceptor firecontrolJ.European Journal of Operational Research，2017，259（3）：873-886.3 沈寿林.美军弹药保障研究 M.北京：军事科学出版，2010：78-79.4李建华，黄韬，于洪亮，等.基于模糊逻辑理论的弹药消耗预计模型 J.兵器装备工程学报，2019，24（09）：36-40.（下转第175页）155舰 船 电 子 工 程2023 年第 10 期5结语本文提出一种基于武器装备可靠性、使用场景，以备品备件充足率和利用率从战斗力保持和经济性两个角度评价备品备件储备策略的方法，可指导新型武器装备备品备件储备策略的制定，也可对现役装备策略的合理性进行检验。参 考 文 献1徐廷学，赵江堂.导弹武器系统的保障性试验和评价研究 J.飞航导弹，2001（3）：11-13.2林茜，罗建军，张秀山，等.舰船装备备品备件管理系统设计 J.微计算机信息，2006（18）：154-155，53.3王鼎，焦自平，于霖.基于DHGF算法的舰炮武器系统保障性评价 J.火炮发射与控制学报，2008（2）：89-92.4衡辉，魏勇，王新华，等.基于任务的潜用导弹武器系统保障性仿真评价J舰船科学技术，2013，35（2）：110-114.5张颖，王建业，王海龙，等.基于泊松分布的集成电路寿命计算 J 弹箭与制导学报，2018（2）：71-74.6程彬，陈宇，杨小虎，等.维修规则可靠性指标制定原则和方法 J 核动力工程，2019，40（05）：170-174.7程杨，胡冰，董伟.雷达装备保障资源规划要求分析 J.舰船电子工程，2018，38（08）：1-4，20.8刘功龙，申卫民，杨毅钧，等.武器装备保障信息系统集成与应用研究 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