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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, xxxx, x(x): x-xx 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, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0121
LIU Shuwei, CHENG Jianqing, LIU kai. UUV threat assessment method based on EBM[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0121
Citation: LIU Shuwei, CHENG Jianqing, LIU kai. UUV threat assessment method based on EBM[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. 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, 硕士研究生, 主要研究方向为信息传输与处理技术

  • 中图分类号: E919; TP391.9

UUV threat assessment method based on EBM

  • 摘要: 针对传统的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, 文中提出了一种创新的解决方案: 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, 巧妙地融合了梯度提升与广义加性模型(GAM), 实现了线性模型的高可解释性与梯度提升算法的准确性的完美结合。文中对EBM模型的性能进行了全面评估, 并与其他几种主流机器学习方法进行了比较, 包括分类提升、自适应提升以及深度学习。通过仿真实验, 发现EBM模型在保持高可解释性的同时, 还展现出了卓越的准确率, 在威胁等级的识别上, EBM模型的准确度达到了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

    Figure  1.  The relative angle of the enemy and the enemy is indicated

    图  2  机器学习算法的可解释性与准确率

    Figure  2.  Explainability and accuracy of 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.  EBM algorithm pseudocode

    图  5  样本数据产生过程

    Figure  5.  Sample data generation process

    图  6  EBM模型的全局解释

    Figure  6.  Global interpretation of the EBM model

    图  7  距离对结果影响和距离分布

    Figure  7.  Distance affects the results and distance distribution

    图  8  速度对结果影响和速度分布

    Figure  8.  Velocity affects the results and velocity distribution

    图  9  角度对结果影响和角度分布

    Figure  9.  Angular affects the results and angular distribution

    图  10  目标类型对结果影响和目标类型分布

    Figure  10.  target types affects the results and target types distribution

    图  11  毁伤能力对结果影响和毁伤能力分布

    Figure  11.  damage capabilities affects the results and damage capabilities distribution

    图  12  探测能力可视化和探测能力分布

    Figure  12.  12 detection capabilities affects the results and detection capabilities distribution

    图  13  模型对比实验的准确率

    Figure  13.  Accuracy of model comparison experiments

    图  14  模型对比实验的交叉熵损失

    Figure  14.  Cross-entropy loss of model comparison experiments

    图  15  模型对比实验的执行时间

    Figure  15.  Execution time of model comparison experiments

    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
    REMUS 600
    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 enemy damage capability

    目标类型巡逻艇USVUUV鱼雷
    毁伤能力0.80.60.40.2
    下载: 导出CSV

    表  3  目标探测能力威胁度量化表

    Table  3.   Quantification of the threat of enemy detection capabilities

    目标类型巡逻艇USVUUV鱼雷
    探测能力0.80.40.60.2
    下载: 导出CSV

    表  4  部分样本数据

    Table  4.   partially includes 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
    USV0.60.60.10.410.421
    巡逻艇0.80.80.830.950.323
    UUV0.40.40.10.10.240
    鱼雷0.20.20.560.170.934
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    表  5  EBM模型参数设置

    Table  5.   EBM model parameter settings

    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 $soft\max $
    下载: 导出CSV
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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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