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数据立方体关联挖掘在红外抗干扰中的应用

吴鑫 伍友利 牛得清 蔡宇轩 徐洋 陈鞭

吴鑫, 伍友利, 牛得清, 等 . 数据立方体关联挖掘在红外抗干扰中的应用[J]. 北京航空航天大学学报, 2022, 48(11): 2304-2313. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0096
引用本文: 吴鑫, 伍友利, 牛得清, 等 . 数据立方体关联挖掘在红外抗干扰中的应用[J]. 北京航空航天大学学报, 2022, 48(11): 2304-2313. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0096
WU Xin, WU Youli, NIU Deqing, et al. Application of data cube association mining in infrared anti-jamming[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2022, 48(11): 2304-2313. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0096(in Chinese)
Citation: WU Xin, WU Youli, NIU Deqing, et al. Application of data cube association mining in infrared anti-jamming[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2022, 48(11): 2304-2313. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0096(in Chinese)

数据立方体关联挖掘在红外抗干扰中的应用

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0096
基金项目: 

国家自然科学基金 61973253

详细信息
    通讯作者:

    伍友利, E-mail: 18359943663@163.com

  • 中图分类号: TN216

Application of data cube association mining in infrared anti-jamming

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 61973253

More Information
  • 摘要:

    为了分析空空导弹在红外抗干扰过程中, 各干扰量与脱靶量之间的耦合关系, 利用红外抗干扰试验仿真平台, 通过设置干扰量获得海量数据, 构建数据立方体对海量数据进行数据预处理, 同时统计出数据集中各事务的支持度计数, 将处理后的数据利用FP-Growth关联规则算法挖掘干扰量与脱靶量之间的关联规则。通过对关联规则的分析得到:导弹进入角与弹目距离是影响导弹脱靶量大小的主要因素, 各个干扰量之间不能随意组合, 应该根据导弹来袭方向、目标机动方式选择诱饵投掷策略, 否则干扰效果会大大下降。同时设置一组对比试验, 验证基于数据立方体的FP-Growth算法处理高维数的脱靶量数据, 拥有较高的挖掘效率。

     

  • 图 1  红外对抗仿真流程

    Figure 1.  Simulation process of infrared countermeasure model

    图 2  四维数据立方体

    Figure 2.  Four-dimensional data cube

    图 3  按MD降维后数据立方体示意图

    Figure 3.  Diagram of data cube after dimension reduction by MD

    图 4  参数频数统计及数据中参数重新排序

    Figure 4.  Parameter frequency statistics and parameter reordering in each piece of data

    图 5  读入数据生成FP树

    Figure 5.  Data reading to generate FP tree

    图 6  各末节点对应的条件FP树

    Figure 6.  Conditional FP tree for each final node

    表  1  干扰量参数设定范围

    Table  1.   Range of disturbance variable parameters

    干扰量 参数 取值设定
    诱饵投掷参数 投掷总数Ns/个 12, 24, 36, 48
    每次投掷个数Ne/个 1, 2
    每组投掷个数Nf/个 4, 6, 12
    投掷时机Tl/s 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5
    投掷组内间隔Ti/s 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5
    投掷组间间隔Te/s 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0
    投掷速度Vf/(m·s-1) 10, 20, 30, 40
    水平投掷角度θl/(°) 0, 30, 60, 90, 120, 150
    垂直投掷角度θv/(°) -90, -60, 0,30,60, 90
    弹目相对态势 进入角θm/(°) 10, 20, 30, 70, 80, 90, 130, 140, 150
    弹目距离Dr/km (0, 3], (3, 4], (4, 5], (5, 6], (6, 7], (7, 8], (8, 9], (9, 10]
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    表  2  MD1立方体的1-D关系

    Table  2.   1-D relation table of MD1 cube

    PIB MTRP TMM 数目
    Ns1 * * 10 656
    * θm1 * 5 556
    * * 1 9 878
    注:*代表可取任意参数。
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    表  3  MD1立方体的2-D关系

    Table  3.   2-D relation table of MD1 cube

    PIB MTRP TMM 数目
    Ns1 θm1 * 3 078
    * θm1 1 2 043
    Ns1 * 1 4 028
    注:*代表可取任意参数。
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    表  4  MD1立方体的3-D关系

    Table  4.   3-D relation table of MD1 cube

    PIB MTRP TMM 数目
    Ns1 θm1 1 1 059
    注:*代表可取任意参数。
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    表  5  干扰量参量编号

    Table  5.   Disturbance variable numbering

    干扰量 参数 取值设定
    诱饵投掷参量 Ns/个 12(4), 24(5), 36(6), 48(7)
    Ne/个 1(8), 2(9)
    Nf/个 4(10), 6(11), 12(12)
    Tl/s 0.5(13), 1(14), 1.5(15), 2(16), 2.5(17)
    Ti/s 0.1(18), 0.2(19), 0.3(20), 0.4(21), 0.5(28.2)
    Te/s 0.2(23), 0.4(24), 0.6(25), 0.8(26), 1(27)
    Vf/(m·s-1) 10(28), 20(29), 30(30), 40(31)
    θl/(°) 0(32), 30(33), 60(34), 90(35), 120(36), 150(37)
    θv/(°) -90(38), -60(39), 0(40), 30(41), 60(42), 90(43)
      弹目相对态势 θm/(°) 10(44), 20(45), 30(46), 70(47), 80(48), 90(49), 130(50), 140(51), 150(52)
    Dr/km (0, 3](53), (3, 4](54), (4, 5](55), (5, 6](56), (6, 7](57), (7, 8](58), (8, 9](59), (9, 10](60)
    目标机动 TMM 无机动(61), 左转弯(62), 右转弯(63), 跃升(64)
    脱靶量 MD/m MD1(1), MD1(2), MD1(3)
    注: 括号内数字为编号。
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    表  6  MD1部分内部关联规则(MD1 < 12 m)

    Table  6.   Inner association rules of MD1 (MD1 < 12 m)

    序号 Conf Sup Kulc IR 规则
    1 0.989 0.011 0.571 0.968 13, 52, 59→23, 1
    2 0.976 0.006 0.538 0.925 37, 47, 53→17, 1
    3 0.972 0.007 0.549 0.901 21, 37, 53→17, 1
    4 0.966 0.005 0.533 0.935 5, 43, 53→17, 1
    5 0.961 0.009 0.559 0.933 9, 36, 53→17, 1
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    表  7  MD2部分内部关联规则(12 m≤MD2 < 16 m)

    Table  7.   Inner association rules of MD2 (12 m≤MD2 < 16 m)

    序号 Conf Sup Kulc IR 规则
    1 0.996 0.005 0.513 0.975 34, 53→61, 2
    2 0.988 0.006 0.512 0.975 44, 56→8, 2
    3 0.975 0.008 0.517 0.967 6, 32→8, 2
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    表  8  MD3部分内部关联规则(MD3≥16 m)

    Table  8.   Inner association rules of MD3 (MD3≥16 m)

    序号 Conf Sup Kulc IR 规则
    1 0.986 0.006 0.555 0.918 17, 60, 62→27, 3
    2 0.977 0.006 0.706 0.588 17, 60, 62→22, 3
    3 0.984 0.006 0.511 0.978 10, 13, 53→9, 3
    4 0.965 0.005 0.543 0.988 13, 24, 53→10, 3
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    表  9  部分方体间外联关联规则

    Table  9.   Part of outer association rules

    序号 Conf Sup Kulc IR 规则
    1 0.986 0.010 0.508 0.984 17, 26, 53→1
    2 0.983 0.006 0.505 0.990 52, 53, 63→1
    3 0.980 0.006 0.505 0.991 32, 44, 64→1
    4 0.973 0.006 0.505 0.990 11, 52, 64→1
    5 0.972 0.007 0.506 0.988 37, 49, 59, 64→1
    6 0.992 0.005 0.510 0.979 17, 34, 63→2
    7 0.987 0.005 0.511 0.978 52, 55, 61→2
    8 0.977 0.006 0.512 0.977 35, 52, 61→2
    9 0.975 0.007 0.514 0.973 44, 58, 64→2
    10 0.971 0.006 0.513 0.974 33, 48, 63→2
    11 0.996 0.009 0.537 0.927 50, 58, 61→3
    12 0.987 0.008 0.531 0.937 9, 52, 58, 62→3
    13 0.978 0.009 0.537 0.927 8, 51, 58→3
    14 0.974 0.009 0.534 0.932 35, 51, 58→3
    15 0.972 0.007 0.527 0.946 52, 60, 63→3
    16 0.967 0.009 0.537 0.927 49, 54, 64→3
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    表  10  不同数据量下算法效率对比

    Table  10.   Comparison of algorithm efficiency with different data volumes

    数据量 TFP/s TDC_FP/s
    1 000 56.4 55.9
    5 000 534.6 108.7
    10 000 5 063.7 305.3
    15 000 9 886.2 502.9
    20 000 20 043.2 745.8
    50 000 * 1 034.9
    注:*代表数据量过大,结果未获得。
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  • [1] 李立坤. 精确制导技术现状及发展方向[J]. 航空兵器, 2004(1): 1-4. doi: 10.3969/j.issn.1673-5048.2004.01.001

    LI L K. Present situation and development direction of precision guidance technology[J]. Aero Weaponry, 2004(1): 1-4(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1673-5048.2004.01.001
    [2] 王晓铭, 王玫. 防空导弹武器抗干扰试验技术[J]. 上海航天, 2013, 30(2): 34-38. doi: 10.3969/j.issn.1006-1630.2013.02.008

    WANG X M, WANG M. ECCM test technology for antiaircraft missile weapon system[J]. Aerospace Shanghai, 2013, 30(2): 34-38(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1006-1630.2013.02.008
    [3] 胡朝晖, 闫杰. 红外空空导弹抗干扰性能评估方法研究[J]. 空军工程大学学报(自然科学版), 2008, 25(3): 45-52. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KJGC200804012.htm

    HU Z H, YAN J. An evaluation method of infrared missile countermeasures performance[J]. Journal of Air Force Engineering University(Natural Science Edition), 2008, 25(3): 45-52(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KJGC200804012.htm
    [4] 王涛, 王祥. 红外导弹抗干扰能力多维度评估方法[J]. 红外技术, 2014, 36(7): 573-576. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWJS201407011.htm

    WANG T, WANG X. An evaluation method with five dimensions for infrared missile anti-jamming[J]. Infrared Technology, 2014, 36(7): 573-576(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWJS201407011.htm
    [5] 李慎波, 李韬锐, 童中翔, 等. 导弹战术参数对面源红外诱饵干扰效能影响[J]. 红外与激光工程, 2018, 47(7): 1-10. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ201807019.htm

    LI S B, LI T R, TONG Z X, et al. Influence of tactical parameters of missile on jamming effectiveness of surface source infrared decoy[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(7): 1-10(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ201807019.htm
    [6] 牛得清, 伍友利, 徐洋, 等. 点源红外诱饵干扰下环境复杂度量化建模[J]. 红外与激光工程, 2020, 49(2): 211-219. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ202002028.htm

    NIU D Q, WU Y L, XU Y, et al. Quantification modeling for environmental complexity under point source infrared decoy interference[J]. Infrared and Laser Engineering, 2020, 49(2): 211-219(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ202002028.htm
    [7] 马潮, 陆志沣, 余海鸣, 等. 红外成像导引头抗干扰性能评估方法研究[J]. 空天防御, 2018, 1(4): 44-47. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KTFY201804007.htm

    MA C, LU Z F, YU H M, et al. Research on evaluation method of anti-interference performance of infrared seeker[J]. Air & Space Defense, 2018, 1(4): 44-47(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KTFY201804007.htm
    [8] 葛辰杰, 陆志沣, 洪泽华, 等. 基于支持向量回归与多核集成的红外成像导引头抗干扰性能评估方法[J]. 上海航天, 2019, 36(5): 94-98. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SHHT201905011.htm

    GE C J, LU Z F, HONG Z H, et al. Anti-interference capability evaluation based on SVM regression and multi-kernel boosting[J]. Aerospace Shanghai, 2019, 36(5): 94-98(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SHHT201905011.htm
    [9] 杨开, 李少毅, 张凯, 等. 基于朴素贝叶斯分类器的空中红外目标抗干扰识别方法研究[J]. 飞控与探测, 2019, 2(4): 62-70. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-FKTC201904007.htm

    YANG K, LI S Y, ZHANG K, et al. Research on anti-jamming recognition method of aerial infrared target based on naive Bayes classifier[J]. Flight Control & Detection, 2019, 2(4): 62-70(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-FKTC201904007.htm
    [10] 周卫文, 康美玲, 周泽强. 红外诱饵对成像制导导弹影响规律研究[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(12): 118-124. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ201912015.htm

    ZHOU W W, KANG M L, ZHOU Z Q. Research of infrared flares influence mechanism on the imaging guidance missile[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(12): 118-124(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ201912015.htm
    [11] 张志波, 童中翔, 王超哲, 等. 视线方向飞机红外辐射特性建模与仿真[J]. 激光与红外, 2013, 43(8): 890-895. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JGHW201308011.htm

    ZHANG Z B, TONG Z X, WANG C Z, et al. Modeling and simulation of airplane infrared characteristic along the sightline[J]. Laser & Infrared, 2013, 43(8): 890-895(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JGHW201308011.htm
    [12] LI S, ZHANG K, YIN J, et al. A study on IR target recognition approach in aerial jamming environment based on Bayesian probabilistic model[J]. IEEE Access, 2019, 7: 50300-50316.
    [13] XU Y, FANG Y W, WU Y L, et al. Association rule mining for the infrared countermeasure by the PF-Growth algorithm[C]//Proceedings of the 37th China Control Conference, 2018: 8043-8048.
    [14] FREDERIC G, LAKSHMANAN L V S. nD-SQL: A multi-dimensional language for interoperability and OLAP[C]//International Conference on VLDB, 1998: 134-145.
    [15] 冯玉才, 向隆刚. 维上带层次数据立方的自底向上计算[J]. 小型微型计算机系统, 2004(8): 1477-1481. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XXWX200408015.htm

    FENG Y C, XIANG L G. Bottom-up computation of data cube with hierarchy along dimension[J]. Journal of Chinese Computer Systems, 2004(8): 1477-1481(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XXWX200408015.htm
    [16] TAN P N, STEINBACH M, KUMAR V. Association analysis: Basic concepts and algorithms[M]. 3rd ed. Beijing: Posts and Telecom Press, 2011: 200-240.
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-01
  • 录用日期:  2021-06-01
  • 网络出版日期:  2021-07-06
  • 整期出版日期:  2022-11-20

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