王 智

(中國人民解放軍73908部隊(duì)，江蘇 南京210037)

防空兵空情融合系統(tǒng)研究

王 智

(中國人民解放軍73908部隊(duì)，江蘇 南京210037)

介紹信息融合技術(shù)的發(fā)展歷程，構(gòu)建防空兵空情融合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型，從空情融合流程、系統(tǒng)功能等方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行研究分析，討論了影響未來系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)與重點(diǎn)領(lǐng)域。

防空兵；信息融合；系統(tǒng)研究

0 引言

信息融合是對(duì)各個(gè)傳感器所檢測的目標(biāo)數(shù)據(jù)和其它信息源傳遞來的信息做出較為整體、全面的相關(guān)、估計(jì)和組合，充分利用來自不同傳感器或信息源數(shù)據(jù)(信息)的冗余和互補(bǔ)性，來獲得關(guān)于威脅目標(biāo)體系的精確狀態(tài)矢量和識(shí)別特征，從而較大幅度地提高系統(tǒng)的可靠性和在惡劣環(huán)境下的生存能力。信息融合之前有數(shù)據(jù)融合的提法，但隨著融合技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)需要融合的不僅僅是數(shù)據(jù)，還要對(duì)知識(shí)等進(jìn)行融合推理，因此流行的名稱為信息融合[1]。本文將這兩種說法等同，不加以區(qū)分。

1 信息融合技術(shù)發(fā)展歷程

信息融合作為空情融合中最核心的技術(shù)，美、英等國對(duì)其研究起步較早。早在1973年，美國研究機(jī)構(gòu)就在國防部的資助下，開展了聲納信號(hào)理解系統(tǒng)的研究。從那以后，信息融合技術(shù)便迅速發(fā)展起來，不僅在各種C3I系統(tǒng)中盡可能采用多個(gè)傳感器來收集信息，而且在工業(yè)控制、機(jī)器人、空中交通管制、海洋檢測、綜合導(dǎo)航和管理等領(lǐng)域也朝著多傳感器的方向發(fā)展。1988年，美國國防部把信息融合技術(shù)列為重點(diǎn)研究開發(fā)的20項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一，且列為最優(yōu)先發(fā)展的A類。在學(xué)術(shù)方面，美國三軍每年召開一次信息融合學(xué)術(shù)會(huì)議。為了進(jìn)行廣泛的國際交流，1998年成立了國際信息融合學(xué)會(huì)(ISIF)，總部設(shè)在美國，每年舉行一次信息融合國際學(xué)術(shù)大會(huì)。從20世紀(jì)80年代以來，美國三軍總部對(duì)應(yīng)用信息融合的技術(shù)和戰(zhàn)略監(jiān)視系統(tǒng)一直給予高度重視。美國國防部從海灣戰(zhàn)爭中實(shí)際體會(huì)了信息融合技術(shù)的巨大潛力。因此，在海灣戰(zhàn)爭結(jié)束后，更加重視信息自動(dòng)綜合處理技術(shù)的研究，在C3I中增加了計(jì)算機(jī)，建立以信息融合中心為核心的C4I。到1999年為止的財(cái)政年度中，每年用于信息融合技術(shù)研究的費(fèi)用達(dá)一億美元之多。巨大的人力、物力和財(cái)力的投入，已在1999年科索沃戰(zhàn)爭中發(fā)揮了重大的作用。20世紀(jì)90年代，是以構(gòu)建綜合C4ISR系統(tǒng)為標(biāo)志的體系發(fā)展階段。21世紀(jì)初，是以實(shí)現(xiàn)基于GIG的陸?？仗煲惑w化偵察監(jiān)視、決策、殺傷、評(píng)估為標(biāo)志的技術(shù)創(chuàng)新階段，美軍制定了C4ISR系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略，實(shí)施以網(wǎng)絡(luò)中心化為核心內(nèi)容的“軍事轉(zhuǎn)型”計(jì)劃和GIG建設(shè)。到目前為止，美、英等西方國家已研制出上百種軍用信息融合系統(tǒng)，比較典型的有：戰(zhàn)術(shù)指揮控制(TCAC)，全源分析系統(tǒng)(ASAS)，自動(dòng)多傳感器部隊(duì)識(shí)別系統(tǒng)(AMSVI)，炮兵情報(bào)數(shù)據(jù)融合(AIDD)，海面監(jiān)視信息融合專家系統(tǒng)(OSIF)，艦艇編隊(duì)多傳感器信息融合系統(tǒng)(IKBS)等[2]。從發(fā)展方向看，美軍21世紀(jì)初 C4ISR系統(tǒng)的總體發(fā)展構(gòu)想是以《2010聯(lián)合構(gòu)想》、《2020聯(lián)合構(gòu)想》為指南，以獲取基于信息優(yōu)勢和空間優(yōu)勢的網(wǎng)絡(luò)中心化優(yōu)勢為目的，積極推進(jìn)以C4ISR系統(tǒng)建設(shè)為核心的軍事轉(zhuǎn)型進(jìn)程[2]。2014年美國提出的“國防創(chuàng)新倡議”重點(diǎn)提到了機(jī)器人、自主系統(tǒng)、微型化、大數(shù)據(jù)以及3D打印等領(lǐng)域，該計(jì)劃旨在保持并擴(kuò)大美國軍事優(yōu)勢。

中國關(guān)于信息融合技術(shù)的研究則起步于20世紀(jì)80年代初的多目標(biāo)跟蹤技術(shù)研究，之后逐漸出現(xiàn)有關(guān)多傳感器信息融合技術(shù)研究的報(bào)道，并有幾部信息融合領(lǐng)域的學(xué)術(shù)專著和譯著出版。到20世紀(jì)90年代中期，信息融合技術(shù)已發(fā)展成為多方共同關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)，許多學(xué)者致力于機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤、分布信息融合、多傳感器綜合跟蹤與定位、分布檢測融合、目標(biāo)識(shí)別與決策信息融合、態(tài)勢評(píng)估與威脅估計(jì)等領(lǐng)域的理論及應(yīng)用研究[3]。

2 防空兵空情融合系統(tǒng)

現(xiàn)代戰(zhàn)爭條件下，防空兵所處的作戰(zhàn)環(huán)境是空襲兵器大縱深、多方向、多批次的飽和攻擊，指揮員要及時(shí)掌握瞬息萬變的戰(zhàn)場態(tài)勢，以便做出合理的指揮決策，進(jìn)行有效的武器攻擊，就必須對(duì)各種有源和無源探測器在內(nèi)的各種傳感器進(jìn)行信息融合，得出全面、精確的態(tài)勢報(bào)告。為了獲得及時(shí)、全面、準(zhǔn)確的空情信息，要配置大量種類各異、功能互補(bǔ)的傳感器，融合中心應(yīng)能對(duì)來自多源傳感器的信息進(jìn)行融合處理，從而提供比單一傳感器更加準(zhǔn)確的空情信息，實(shí)現(xiàn)各級(jí)指揮所信息共享。近年來的幾次局部戰(zhàn)爭表明，沒有現(xiàn)代化的指揮控制系統(tǒng)，就不能實(shí)現(xiàn)對(duì)情報(bào)的快速匯集，也不能快速部署、快速反應(yīng)和有效打擊，也就不能贏得現(xiàn)代戰(zhàn)爭的主動(dòng)。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

防空兵空情融合系統(tǒng)是一套比較復(fù)雜的軍用信息系統(tǒng)，它的目標(biāo)是快速全面地收集情報(bào)，及時(shí)正確地傳遞、使用信息，將指揮、控制、情報(bào)、通信等連接成一個(gè)有機(jī)整體，它與空軍遠(yuǎn)方空情、友鄰部隊(duì)空情等密切協(xié)同和配合，組成一體化的防空體系，以有效抗擊現(xiàn)代空中威脅。它具有使命重大、涉及面廣、可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)來自多個(gè)傳感器或其它渠道的信息進(jìn)行多級(jí)別、多方面、多層次融合處理，以得到更為準(zhǔn)確、可信的信息。

防空兵空情融合系統(tǒng)由一個(gè)總指揮所、若干個(gè)分指揮所和若干個(gè)信息源組成。空情融合系統(tǒng)的物理組成(不包括通信及其它硬件設(shè)備) 如圖1所示[3]。

圖1 防空兵信息融合系統(tǒng)的物理組成(僅處理部分)

指揮所由情報(bào)方艙、指揮方艙和通信方艙組成，如圖2所示[3]。

圖2 系統(tǒng)基本組成圖

其中情報(bào)方艙主要完成情報(bào)的收集、數(shù)據(jù)融合處理和數(shù)據(jù)的分發(fā)，情報(bào)方艙內(nèi)的數(shù)據(jù)融合計(jì)算機(jī)通過局域網(wǎng)互連，并通過有線或無線通信設(shè)備與所有的傳感器實(shí)現(xiàn)互連。

2.2 空情融合處理流程

空情融合一般從接收數(shù)據(jù)開始，包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、時(shí)空校準(zhǔn)、航跡融合、航跡合成和航跡輸出等階段[4]。空情融合的流程圖如圖3所示。

圖3 空情融合流程圖

其中數(shù)據(jù)預(yù)處理是對(duì)信息源的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，對(duì)觀察哨的信息進(jìn)行模糊化，將統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)送入下一個(gè)階段進(jìn)行處理。時(shí)空對(duì)準(zhǔn)是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間搬移和時(shí)間、空間對(duì)準(zhǔn)，它是數(shù)據(jù)進(jìn)行融合的基礎(chǔ)。航跡融合與航跡合成是對(duì)各信息源形成的航跡進(jìn)行融合，得出統(tǒng)一的目標(biāo)航跡信息。

2.3 系統(tǒng)功能

空情融合系統(tǒng)的功能要求是將情報(bào)系統(tǒng)中不同傳感器或信息源的空情信息進(jìn)行分析、辨別、去偽存真、去重復(fù)等處理后，重新編批，形成全局空情?？涨槿诤舷到y(tǒng)作為防空作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)中重要的一部分，它的主要功能如下[4]：

1)能實(shí)現(xiàn)警戒雷達(dá)、火控雷達(dá)等數(shù)據(jù)的自動(dòng)分類編批功能，剔除虛假目標(biāo)信息，從而減少信息傳輸量，提高空情信息的處理速度；

2)能接收來自各哨所(人工觀察哨、變倍指揮鏡、哨所雷達(dá))的空情信息,對(duì)空情數(shù)據(jù)進(jìn)行空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，對(duì)哨所雷達(dá)信息進(jìn)行相關(guān)處理，并根據(jù)各哨所站的觀察范圍對(duì)空情進(jìn)行統(tǒng)一編批；

3)能接收外部情報(bào)源(包括遠(yuǎn)方、上級(jí)、友鄰、人防)的空情信息，對(duì)各類空情數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空轉(zhuǎn)換、航跡關(guān)聯(lián)、狀態(tài)估計(jì)，形成融合空情；

4)能將所有的空情綜合成全局空情，并統(tǒng)一編批。能識(shí)別出目標(biāo)屬性，為指揮決策提供依據(jù)。

據(jù)此，構(gòu)建防空兵空情融合系統(tǒng)功能模型如圖4所示。

圖4 空情融合系統(tǒng)功能模型

空情融合有如下幾方面的意義：

1)提高目標(biāo)的探測概率；

2)增強(qiáng)情報(bào)探測系統(tǒng)的“反隱身”能力；

3)提高空情的準(zhǔn)確性(改善定位精度)和擴(kuò)大監(jiān)視空域范圍(減少盲區(qū)范圍)；

4)增強(qiáng)系統(tǒng)信息的冗余度(時(shí)域、空域、頻域)；

5)實(shí)現(xiàn)各級(jí)指揮所情報(bào)共享；

6)增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾、抗毀能力和系統(tǒng)反突防能力。

3 關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展建設(shè)重點(diǎn)[5-15]

1)人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用包括情報(bào)收集、分析、處理和綜合；目標(biāo)識(shí)別和輻射源定位的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，威脅和告警，干擾功率管理，系統(tǒng)對(duì)抗，傳感器配置和管理等。其主要表現(xiàn)在，一是實(shí)時(shí)處理方面，雷達(dá)、聲納信號(hào)處理、智能數(shù)據(jù)收集與融合等數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)處理；二是跟蹤與識(shí)別方面，自動(dòng)目標(biāo)跟蹤與識(shí)別、語音識(shí)別、圖像處理；三是制導(dǎo)與控制方面，分配制導(dǎo)、高速運(yùn)動(dòng)控制、人機(jī)交互等戰(zhàn)場管理與控制。此外，定向武器、數(shù)字化接收和干擾技術(shù)、多波束/相控陣技術(shù)以及對(duì)抗仿真技術(shù)等都是需加以重視和發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。

2)加強(qiáng)天基信息系統(tǒng)建設(shè)

天基信息系統(tǒng)提供天基信息資源的指揮控制與協(xié)同，信息獲取、處理、分發(fā)，作戰(zhàn)效能評(píng)估，資源綜合管理等保障，是綜合電子信息系統(tǒng)在體系對(duì)抗中獲取全球信息態(tài)勢、奪取制信息權(quán)的空間基礎(chǔ)設(shè)施，是保障國家全球利益的重要信息對(duì)抗系統(tǒng)。首先天基通信系統(tǒng)以轉(zhuǎn)型通信衛(wèi)星星座為主干，構(gòu)造寬帶、大容量、安全的空間通信體系，滿足軍隊(duì)日益增長的對(duì)大量信息傳遞的需求，可提供覆蓋面廣的安全通信，傳輸話音、數(shù)據(jù)、圖像和視頻會(huì)議信息，為運(yùn)動(dòng)中的作戰(zhàn)人員提供網(wǎng)絡(luò)化、多用戶和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)窄帶網(wǎng)絡(luò)鏈接服務(wù)。其次天基偵察監(jiān)視系統(tǒng)是戰(zhàn)略情報(bào)偵察的重要手段，衛(wèi)星與各種預(yù)警機(jī)、有人和無人偵察機(jī)配合，構(gòu)成地面和空中目標(biāo)全天候、立體的監(jiān)視偵察體系，并通過“地-空-星”鏈路等傳輸手段，將星上數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳送給戰(zhàn)區(qū)各級(jí)指揮官乃至單兵，形成強(qiáng)大態(tài)勢感知能力，保障各種作戰(zhàn)行動(dòng)實(shí)施，充分發(fā)揮軍用衛(wèi)星在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中戰(zhàn)斗力倍增作用。

3)加強(qiáng)數(shù)據(jù)鏈建設(shè)

數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)切畔⑾到y(tǒng)與主戰(zhàn)武器無縫鏈接的重要紐帶，是實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)與武器系統(tǒng)一體化的重要手段和有效途徑，已成為提高武器系統(tǒng)信息化水平和整體作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵。數(shù)據(jù)鏈可用于形成傳感器-指控-射手(武器)的一體化，還可廣泛應(yīng)用于指揮所和不同作戰(zhàn)平臺(tái)的信息分發(fā)、指揮控制和武器協(xié)同等方面。作為“現(xiàn)代戰(zhàn)爭作戰(zhàn)指揮的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，數(shù)據(jù)鏈在各軍兵種的不同作戰(zhàn)平臺(tái)間，建立緊密的戰(zhàn)術(shù)鏈接關(guān)系，變革傳統(tǒng)的“煙囪”式信息傳輸模式為“扁平”化傳輸，使各軍兵種的各級(jí)指戰(zhàn)員能在第一時(shí)間共享各種戰(zhàn)術(shù)信息。數(shù)據(jù)鏈的應(yīng)用將使信息傳遞進(jìn)程加快，戰(zhàn)場控制范圍加大，戰(zhàn)術(shù)協(xié)同能力增強(qiáng)，將是新一代綜合電子信息系統(tǒng)基礎(chǔ)性設(shè)施，也是增強(qiáng)綜合電子信息系統(tǒng)整體應(yīng)對(duì)多樣性任務(wù)能力的重要手段。

4 結(jié)束語

在現(xiàn)代高技術(shù)條件下的防空作戰(zhàn)中，以空襲和反空襲為主導(dǎo)的戰(zhàn)爭手段已成為局部戰(zhàn)爭的主要作戰(zhàn)樣式。為了掌握反空襲作戰(zhàn)中的制信息權(quán)和在戰(zhàn)爭中爭取主動(dòng)，必須建立適合國情的新體制防空體系。本文對(duì)防空兵空情融合系統(tǒng)中的多傳感器數(shù)據(jù)融合問題做了理論和應(yīng)用探討，提供了一些具體問題的研究思路，有利于推動(dòng)空情融合系統(tǒng)的更進(jìn)一步的研究。■

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Research on aerial defense force information fusion system

Wang Zhi

(Unit 73908 of PLA,Nanjing 210037,Jiangsu,China)

The development course of information fusion technology is expatiated, the contents of aerial defense information fusion system is constructed, includes the basic composing, the framework, the model of function and the flow of information processing. At last the key techniques and fields which influence the future development of the system are discussed。

aerial defense force; information fusion; system research

2014-12-01

王智(1981-)，男，工程師，碩士研究生，主要從事雷達(dá)裝備維修與研究。

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