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基于深度置信网络的近距空战态势评估

张彬超 寇雅楠 邬蒙 左家亮

张彬超, 寇雅楠, 邬蒙, 等 . 基于深度置信网络的近距空战态势评估[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(7): 1450-1459. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0956
引用本文: 张彬超, 寇雅楠, 邬蒙, 等 . 基于深度置信网络的近距空战态势评估[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(7): 1450-1459. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0956
ZHANG Binchao, KOU Yanan, WU Meng, et al. Close-range air combat situation assessment using deep belief network[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(7): 1450-1459. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0956(in Chinese)
Citation: ZHANG Binchao, KOU Yanan, WU Meng, et al. Close-range air combat situation assessment using deep belief network[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(7): 1450-1459. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0956(in Chinese)

基于深度置信网络的近距空战态势评估

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0956
基金项目: 

航空科学基金 20155896026

详细信息
    作者简介:

    张彬超  男, 硕士研究生。主要研究方向:机器学习与智能空战

    寇雅楠  女, 博士, 副教授, 硕士生导师。主要研究方向:航空兵作战训练与效能评估

    通讯作者:

    寇雅楠, E-mail:49841256@qq.com

  • 中图分类号: V271;TP391.4

Close-range air combat situation assessment using deep belief network

Funds: 

Aeronautical Science Foundation of China 20155896026

More Information
  • 摘要:

    针对传统态势评估方法权值确定困难、大规模数据处理和特征提取能力不足的问题,结合当前空战数据特征,将深度置信网络(DBN)应用于近距空战态势评估。通过密度峰值算法对空战特征数据进行聚类分析,并结合态势函数和专家判读进行修正,建立标准空战态势样本库;以重构误差和测试错误率为基础,建立网络拓扑结构和最优参数确定方法,提高模型的训练效率,并通过样本数据,对模型进行训练和验证。实验表明,模型态势分类正确率达到92.7%,模型运行时间满足应用需求,实例评估结果与客观态势一致性强。

     

  • 图 1  空战双方位置关系

    Figure 1.  Position relationship between two sides in air combat

    图 2  4种典型空战态势

    Figure 2.  Four kinds of typical air combat situations

    图 3  样本库构建流程图

    Figure 3.  Flowchart for constructing sample library

    图 4  密度峰值算法结果

    Figure 4.  Results of density peaks algorithm

    图 5  4类空战态势聚类结果

    Figure 5.  Clustering results of four kinds of air combat situations

    图 6  2种方法结果对比

    Figure 6.  Result comparison of two algorithms

    图 7  DBN结构

    Figure 7.  Structure of DBN

    图 8  RBM网络结构图

    Figure 8.  Structure of RBM network

    图 9  DBN深度确定流程图

    Figure 9.  Flowchart for determining depth of DBN

    图 10  不同深度DBN重构误差

    Figure 10.  Reconstruction error of different depth of DBN

    图 11  最后一层隐含层训练重构误差

    Figure 11.  Training reconstruction error of last hidden layer

    图 12  最后一层隐含层测试错误率

    Figure 12.  Test error rate of last hidden layer

    图 13  微调次数与测试错误率

    Figure 13.  Fine-tuning times and test error rate

    图 14  4类空战态势逐层特征提取线

    Figure 14.  Feature extraction lines per layer of four kinds of air combat situations

    图 15  两机空战对抗实例

    Figure 15.  Example of 1 versus 1 in air combat

    表  1  空战参数

    Table  1.   Parameters of air combat

    参数 值域
    目标方位角λ/rad [0, π]
    目标进入角ψ/rad [0, π]
    速度矢量夹角η/rad [0, π]
    两机距离r/km [0, 10]
    两机速度平方差Δv2
    我机速度vR
    两机高度差Δh/m [0, 18 000]
    我机高度h/m [0, 18 000]
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    表  2  不同深度训练结果

    Table  2.   Training result of different depth

    网络深度 测试错误率/% 训练时间/s
    1 10.12 266.758 7
    2 9.46 431.971 7
    3 8.72 578.341 0
    4 8.40 933.181 1
    5 9.88 1 269.745 0
    下载: 导出CSV

    表  3  3种算法效果对比

    Table  3.   Effect comparison of three algorithms

    算法 训练集正确率/%(正确样本/训练样本) 测试集正确率/%(正确样本/测试样本) 运行总时间/s 单组数据运行时间/s 内存占用率峰值/%
    BP神经网络 87.88 86.5 21.553 7 0.010 4 1.62
    支持向量机 89.50 89.1 15.482 9 0.004 1 0.82
    DBN 93.01 92.7 23.105 9 0.011 5 1.99
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-12-20
  • 录用日期:  2017-02-15
  • 网络出版日期:  2017-07-20

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