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融合多属性决策和深度Q值网络的反导火力分配方法

谢俊伟 方峰 彭冬亮 任金磊 王昌平

谢俊伟, 方峰, 彭冬亮, 任金磊, 王昌平. 融合多属性决策和深度Q值网络的反导火力分配方法[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(11): 3833-3841. doi: 10.11999/JEIT211136
引用本文: 谢俊伟, 方峰, 彭冬亮, 任金磊, 王昌平. 融合多属性决策和深度Q值网络的反导火力分配方法[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(11): 3833-3841. doi: 10.11999/JEIT211136
XIE Junwei, FANG Feng, PENG Dongliang, REN Jinlei, WANG Changping. Weapon-Target Assignment Optimization Based on Multi-attribute Decision-making and Deep Q-Network for Missile Defense System[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(11): 3833-3841. doi: 10.11999/JEIT211136
Citation: XIE Junwei, FANG Feng, PENG Dongliang, REN Jinlei, WANG Changping. Weapon-Target Assignment Optimization Based on Multi-attribute Decision-making and Deep Q-Network for Missile Defense System[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(11): 3833-3841. doi: 10.11999/JEIT211136

融合多属性决策和深度Q值网络的反导火力分配方法

doi: 10.11999/JEIT211136
基金项目: 国家自然科学基金 (61673146),浙江省属高校科研基金(GK209907299001-021)
详细信息
    作者简介:

    谢俊伟:男,博士生,研究方向为智能决策与控制

    方峰:男,讲师,博士,研究方向为飞行器协同制导与控制、智能决策

    彭冬亮:男,教授,博士,博士生导师,研究方向为信息融合、检测与估计

    任金磊:男,工程师,硕士,研究方向为飞行器设计、弹道导航制导控制、智能控制

    王昌平:男,硕士生,研究方向为导弹协同制导

    通讯作者:

    方峰 fangf@hdu.edu.cn

  • 中图分类号: TP183; TJ761.7

Weapon-Target Assignment Optimization Based on Multi-attribute Decision-making and Deep Q-Network for Missile Defense System

Funds: The National Natural Science Foundation of China(61673146), Zhejiang Provincial University Research Foundation (GK209907299001-021)
  • 摘要: 针对中大规模武器-目标分配(WTA)决策空间复杂度高、求解效率低的问题,该文提出一种基于多属性决策和深度Q网络(DQN)的WTA优化方法。建立基于层次分析法(AHP)的导弹威胁评估模型,引入熵值法表征目标属性差异,提升威胁评估客观性。根据最大毁伤概率准则,建立基于DQN的WTA分段决策模型,引入经验池均匀采样策略,确保各类目标分配经验的等概率抽取;设计综合局部和全局收益的奖励函数,兼顾DQN火力分配模型的训练效率和决策准确性。仿真结果表明,相较于传统启发式方法,该方法具备在线快速求解大规模WTA问题的优势,且对于WTA场景要素变化具有较好的鲁棒性。
  • 图  1  改进AHP法框架示意图

    图  2  基于DQN的WTA决策模型

    图  3  固定场景下DQN训练效果

    图  4  固定场景下DQN火力分配方案

    图  5  固定场景下仅考虑全局收益的DQN训练效果

    图  6  1000次蒙特卡罗仿真训练

    表  1  目标属性值

    编号攻击地
    重要度
    剩余飞行
    时间(s)
    最大高度
    (km)
    关机点
    速度(km/s)
    RCS
    (m2)
    142202602.30.007
    292502252.10.005
    345306304.20.012
    425506804.80.013
    562402352.20.010
    626107105.10.015
    71120016006.80.017
    80112014506.60.016
    921400757.40.006
    1031500787.10.007
    下载: 导出CSV

    表  2  传统和改进AHP方法的评估指标权重计算结果对比

    攻击地
    重要度
    剩余飞行
    时间(s)
    最大高度
    (km)
    关机点
    速度(km/s)
    RCS
    (m2)
    传统AHP0.340.270.080.120.19
    改进AHP0.440.170.160.130.10
    下载: 导出CSV

    表  3  改进AHP与传统AHP法的目标威胁度评估结果

    编号
    87946
    改进AHP法0.1250.1190.1110.1070.106
    传统AHP法0.1150.1100.1040.1070.106
    编号
    103152
    改进AHP法0.1040.0950.0910.0780.060
    传统AHP法0.0990.0970.0970.0880.075
    下载: 导出CSV

    表  4  测试用例参数

    测试用例编号目标数量比拦截弹数量比
    #15:5:3:212:8:5
    #210:8:5:218:15:12
    #312:9:9:525:15:10
    下载: 导出CSV

    表  5  3种场景测试结果

    指标测试用例编号分配方案求解方法
    DQNPSO随机法
    整体毁伤概率#10.9210.9820.620
    #20.9180.9070.590
    #30.8560.7580.540
    运行时间(s)#10.05022.0010.001
    #20.17062.0210.003
    #30.220137.0000.019
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-10-15
  • 修回日期:  2022-01-10
  • 录用日期:  2022-01-14
  • 网络出版日期:  2022-02-02
  • 刊出日期:  2022-11-14

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