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基于EBM的UUV对目标威胁评估方法

刘书伟 程健庆 刘凯

刘书伟, 程健庆, 刘凯. 基于EBM的UUV对目标威胁评估方法[J]. 水下无人系统学报, 2025, 33(1): 164-172 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0121
引用本文: 刘书伟, 程健庆, 刘凯. 基于EBM的UUV对目标威胁评估方法[J]. 水下无人系统学报, 2025, 33(1): 164-172 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0121
LIU Shuwei, CHENG Jianqing, LIU Kai. Target Threat Assessment Method for UUVs Based on EBM[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2025, 33(1): 164-172. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0121
Citation: LIU Shuwei, CHENG Jianqing, LIU Kai. Target Threat Assessment Method for UUVs Based on EBM[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2025, 33(1): 164-172. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0121

基于EBM的UUV对目标威胁评估方法

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0121
详细信息
    作者简介:

    刘书伟(1997-), 男, 硕士, 主要研究方向为信息传输与处理技术

  • 中图分类号: TJ630; U663

Target Threat Assessment Method for UUVs Based on EBM

  • 摘要: 针对传统的目标威胁评估方法处理复杂战场态势数据时, 缺乏数据挖掘能力和神经网络算法解释性不足等问题, 提出基于可解释增强机(EBM)的无人水下航行器(UUV)对目标威胁评估模型。EBM作为一种先进的机器学习技术, 巧妙融合了梯度提升与广义加性模型, 实现了线性模型的高可解释性与梯度提升算法准确性的完美结合。文中对EBM模型的性能进行了全面评估, 并与分类提升、自适应提升以及深度学习等几种主流机器学习方法进行了比较。通过仿真实验发现, EBM模型在保持高可解释性的同时, 对威胁等级识别的准确度也高达98.10%。这一结果不仅验证了EBM模型在复杂战场态势分析中的有效性, 也为UUV的自主决策提供了坚实的理论基础和技术支持。

     

  • 图  1  敌我双方相对角度示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of the relative angle between the enemy and our side

    图  2  不同机器学习算法的可解释性与准确率

    Figure  2.  Explainability and accuracy of different machine learning algorithms

    图  3  EBM模型训练过程

    Figure  3.  Training process of EBM model

    图  4  EBM算法伪代码

    Figure  4.  Pseudocode of the EBM algorithm

    图  5  样本数据产生过程

    Figure  5.  Process of sample data generation

    图  6  EBM模型全局解释

    Figure  6.  Global interpretation of the EBM model

    图  7  不同特征局部可视化分析

    Figure  7.  Local visualization analysis of different features

    图  8  不同模型准确率对比

    Figure  8.  Comparison of accuracy of different models

    图  9  不同模型交叉熵损失对比

    Figure  9.  Comparison of cross-entropy loss of different models

    图  10  不同模型实验执行时间对比

    Figure  10.  Comparison of execution time of different models

    表  1  目标类型特点及威胁度量化表

    Table  1.   Characteristics of target types and threat quantification

    目标类型 特点 威胁
    隶属度
    巡逻艇 探测能力强、携带武器多、隐蔽性弱 0.5
    鱼雷 航速大、体积小、杀伤力强、隐蔽性较强 0.9
    USV 航速较大、隐蔽性较弱 0.4
    中型UUV 航速小、隐蔽性强 0.2
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    表  2  目标毁伤能力威胁度量化表

    Table  2.   Quantification of the threat of target damage capability

    目标类型巡逻艇USVUUV鱼雷
    毁伤能力0.80.60.40.2
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    表  3  目标探测能力威胁度量化表

    Table  3.   Quantification of the threat of target detection capabilities

    目标类型巡逻艇USVUUV鱼雷
    探测能力0.80.40.60.2
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    表  4  部分样本数据

    Table  4.   Partial sample data

    目标
    类型
    毁伤
    能力
    探测
    能力
    距离
    量化
    速度
    量化
    角度
    量化
    威胁
    等级
    USV 0.6 0.6 0.1 0.41 0.42 1
    巡逻艇 0.8 0.8 0.83 0.95 0.32 3
    UUV 0.4 0.4 0.1 0.1 0.24 0
    鱼雷 0.2 0.2 0.56 0.17 0.93 4
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    表  5  EBM模型参数设置

    Table  5.   Parameter settings of the EBM model

    参数 参数
    输入特征个数 6 学习率 0.35
    输出节点个数 5 最大分箱数 35
    最大叶子数 2 外袋数量 1
    最小海森值 0.5 链接函数 $ \mathrm{Soft}\max $
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-07-09
  • 修回日期:  2024-09-21
  • 录用日期:  2024-09-25
  • 网络出版日期:  2024-10-28

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