（海軍裝備部駐武漢地區(qū)第四軍事代表室 武漢 430205）

1 引言

在對陸遠程精確打擊過程中，對目標打擊效果評估占據(jù)著十分重要的作用，主要體現(xiàn)在：一是目標打擊毀傷效果評估制約著對陸打擊指揮控制系統(tǒng)傳感器資源和武器資源的分配，對被打擊后的目標毀傷情況進行一個科學的綜合評估，它決定著后續(xù)作戰(zhàn)行動的決策［1］。二是在“觀測-判斷-決策-行動”O(jiān)ODA的指揮控制流程中，毀傷效果評估占據(jù)了重要的一環(huán)。打擊效果評估結(jié)果可以輔助作戰(zhàn)指揮員決策是否對要對目標實施二次打擊，沒有毀傷評估，無法形成完整的對陸作戰(zhàn)指揮控制流程，無法形成完整的OODA指揮控制回路［2］。目前，對于毀傷評估的研究主要包括：一是從系統(tǒng)目標復(fù)雜程度的角度對武器裝備戰(zhàn)場損傷概率進行判定；二是從戰(zhàn)場獲取的各種聲光電磁信息中綜合判定。美國DARPA實施的R/TBDA項目通過雷達圖像提取目標毀傷特性，進而對目標的毀傷效果進行評估，使得對從觀測數(shù)據(jù)中進行及時、準確地毀傷效果評估成為可能。隨著戰(zhàn)場監(jiān)視傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和傳感器探測水平的提高，基于圖像、視頻、雷達信號等多種證據(jù)的毀傷效果技術(shù)成為了當前毀傷效果評估的主要方向，且被廣泛應(yīng)用在對陸遠程精確打擊過程中。國在打擊效果評估方面的發(fā)展起步較晚，一直處于研究與探索的階段，但仍存在著許多問題有待解決，基于不確定信息評估戰(zhàn)場毀傷效果的研究較少［3～9］。本文借鑒貝葉斯網(wǎng)絡(luò)在不確定性信息處理方面的優(yōu)勢，結(jié)合傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取的目標多源異類信息進行毀傷效果評估，可為對陸遠程精確打擊毀傷效果評估提供參考［10］。

2 毀傷效果評估基本問題

毀傷效果評估（Battle Damage Assessment，BDA）是指在對目標實施武器火力打擊后，通過多種偵察手段，包括雷達、光電、紅外、技偵等，依據(jù)多源信息融合后的獲得目標破壞程度的監(jiān)視信息，采用適當?shù)臄?shù)學物理模型對毀傷程度進行量化。毀傷效果評估的實時性及可信度，對戰(zhàn)場指揮控制決策有著至關(guān)重要的作用。評估時間越短，評估可信度越高，就越能提高指揮控制決策能力，越能發(fā)揮武器火力打擊能力。目標毀傷評估過程主要包括信息收集、信息處理、建模分析、決策建議等。

1）信息收集

信息收集是實施毀傷評估的首要環(huán)節(jié)。主要是明確毀傷評估對象，對與作戰(zhàn)任務(wù)相關(guān)的聲、光、電、磁等實時觀測信息和歷史軌跡、活動規(guī)律等非實時信息進行收集，供情報處理系統(tǒng)進行信息處理。

2）信息處理

信息處理是實施毀傷評估的重要環(huán)節(jié)。所收集的目標毀傷信息具有不確定性、不完整性冗余和延時等特性。必須經(jīng)過信息處理形成決策證據(jù)，才能提供給決策指揮者。因此，信息處理中心接到目標狀態(tài)觀測信息后，需要進行數(shù)據(jù)融合、證據(jù)加工等處理。

3）建模分析

建模分析是實施毀傷評估的核心環(huán)節(jié)。通過建立信息處理后的證據(jù)與毀傷效果的映射關(guān)系，實現(xiàn)由因到果的推理模型；通過實際觀測證據(jù)的模型迭代，得到實際的毀傷效果。

4）決策建議

決策建議是實施毀傷評估的主要目標。在得出目標毀傷效果分析結(jié)果后，與任務(wù)預(yù)期進行對比，根據(jù)任務(wù)執(zhí)行偏差再次進行打擊建議。

3 毀傷效果評估模型

3.1 證據(jù)處理

對陸遠程精確打擊的觀測信息主要包括天基/空基等大范圍情報、導(dǎo)彈狀態(tài)信息和導(dǎo)彈回傳圖像等，通過研究不同尺度的天基、空基目標偵察圖像和導(dǎo)彈回傳圖像等圖像信息在毀傷效果評估中的應(yīng)用方法，可實現(xiàn)天基、空基監(jiān)視信息和導(dǎo)彈回傳圖像信息的證據(jù)化。通過研究多枚導(dǎo)彈對同一目標進行攻擊時導(dǎo)彈監(jiān)控狀態(tài)信息評估應(yīng)用方法，可建立導(dǎo)彈監(jiān)控信息的證據(jù)模型，實現(xiàn)導(dǎo)彈監(jiān)控信息證據(jù)化。

1）圖像信息證據(jù)化

針對陸上機場、防空陣地、雷達站、觀通站、指揮所等）以及時敏目標（坦克分隊、軍車）等典型目標，通過建立圖像處理基本框架，包括圖像多尺度變換、圖像時空配準等，對每個尺度的目標毀傷前后圖像信息采用SIFT變換算法進行圖像變換，然后進行特征比對，對差異進行檢測，根據(jù)不同尺度的差異情況建立毀傷概率模型，可以得到偵察圖像提供的毀傷證據(jù)。

2）回傳信息證據(jù)化

利用導(dǎo)彈回傳的狀態(tài)信息進行對陸遠程打擊毀傷效果評估，分析子母彈戰(zhàn)斗部戰(zhàn)術(shù)性能，建立子母彈落點分布模型，結(jié)合導(dǎo)彈的狀態(tài)監(jiān)控信息能夠預(yù)測出彈著點的位置，再根據(jù)導(dǎo)彈殺傷概率圓和預(yù)測的彈著點位置構(gòu)建多枚導(dǎo)彈對目標的殺傷概率模型，以得到導(dǎo)彈監(jiān)控信息提供的毀傷證據(jù)。

3.2 模型構(gòu)建

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)又成置信網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)的形式將目標狀態(tài)與眾多信息之間的關(guān)系連接起來，節(jié)點之間的條件概率反映了節(jié)點的關(guān)聯(lián)關(guān)系及相互影響程度，并且條件概率中蘊含了先驗信息、專家知識、樣本數(shù)據(jù)內(nèi)在的聯(lián)系，因此，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)非常適合于證據(jù)不完整或者證據(jù)較多情況下的決策建模，本文綜合利用多源證據(jù)信息包括空基、天基遙感情報證據(jù)、導(dǎo)彈回傳圖像證據(jù)、導(dǎo)彈監(jiān)控信息證據(jù)、彈藥量等多種證據(jù)構(gòu)建毀傷評估動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，如圖1所示，首先對遠程精確打擊問題進行詳細的分析，確定多種證據(jù)信息的相關(guān)變量及每個變量的狀態(tài)空間，然后建立目標毀傷的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，并確定節(jié)點間相互關(guān)聯(lián)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，確定節(jié)點間的先驗概率分布，最后通過對模型進行仿真實驗，從而測試模型的有效性［10］。

圖1 多證據(jù)毀傷效果評估模型構(gòu)建流程

1）網(wǎng)絡(luò)要素分析

在遠程對陸精確打擊過程中，可用于評估目標毀傷等級要素主要包括：彈丸威力、彈著點位置、彈藥消耗量、目標圖像的變化差異、目標火力、目標機動性、目標防護等因素。可以上述因素作為基礎(chǔ)構(gòu)建目標毀傷等級貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型。本文選取彈丸威力、彈著點位置、彈藥消耗量、目標圖像的變化差異四個因素進行建模分析。

（1）彈丸威力：彈丸威力因種類而異，彈丸的長度、直徑、裝藥量、彈藥類型等都決定了彈丸的打擊能力。

（2）彈著點位置：彈著點位置一般指彈藥炸點與目標中心之間的直線距離，一般來說，炸點離目標越近，殺傷作用越大。

（3）彈藥消耗量：彈藥消耗量是指對目標打擊所消耗的彈藥量。一般來說，彈藥消耗量越大，毀傷能力越強。

（4）目標圖像的變化差異：目標圖像的變化差異通過天基圖像、空基圖像和導(dǎo)彈回傳圖像來確定。

2）網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

基于專家知識和經(jīng)驗構(gòu)建目標毀傷等級評估貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型如圖2所示，父節(jié)點為目標毀傷等級，子節(jié)點為彈藥威力、彈著點位置、彈藥消耗量、圖像變化差異，確定好網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)后就可以對各節(jié)點進行狀態(tài)離散化，對條件概率進行分配。

圖2 毀傷評估貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

本文考慮的影響毀傷效果評估的因素主要為目標毀傷等級、彈藥威力、彈著點位置、彈藥消耗量、圖像變化差異。五個節(jié)點離散化的狀態(tài)如下。

（1）目標毀傷等級A：1弱（三級）、2中（二級）、3強（一級）；

（2）彈藥威力B：1中、2強；

（3）彈著點位置C：1近、2中、3遠；

（4）彈藥消耗量D：1少、2中、3多；

（5）圖像變化差異E：1小、2中、3大。

3）節(jié)點概率

毀傷的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點的條件概率如表1～4所示，分別給出了上述模型中需要的條件概率P（A/B）、P（A/C）、P（D/A）和 P（A/E）。

表1 目標毀傷等級貝葉斯網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點的條件概率表一

表2 目標毀傷等級貝葉斯網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點的條件概率表二

表3 目標毀傷等級貝葉斯網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點的條件概率表三

表4 目標毀傷等級貝葉斯網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點的條件概率表四

3.3 模型求解

確定好網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和概率分布后，就可以利用觀測證據(jù)信息進行貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理，用于遠程精確打擊毀傷效果評估的基本推理過程主要包括以下步驟。

1）網(wǎng)絡(luò)初始化：對目標毀傷評估貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進行初始化，包括先驗概率和條件概率的初始化；

2）證據(jù)生成：從衛(wèi)星、雷達等多源傳感器獲取戰(zhàn)場觀測信息，并進行信息融合，形成圖像差異、彈著點位置等證據(jù)信息；

3）網(wǎng)絡(luò)推理：基于觀測證據(jù)利用貝葉斯公式進行后驗概率計算，從葉子節(jié)點開始逐層計算后驗概率，直至所有節(jié)點概率都更新；

4）結(jié)論生成：根據(jù)父節(jié)點的概率分布情況對毀傷等級進行判別，得到目標毀傷等級。

4 仿真分析

為了驗證本文模型和方法的有效性，將設(shè)計仿真試驗進行毀傷效果評估驗證。假設(shè)我水面艦艇發(fā)射對陸導(dǎo)彈對兩處陸上目標進行遠程精確打擊，分別為陸上指揮所和軍用機場，收集到衛(wèi)星、無人機偵察及導(dǎo)彈回傳信息，經(jīng)過多源信息融合后，我方艦艇指控系統(tǒng)加工后的兩個目標的證據(jù)信息分別如下所示。

目標1岸上指揮所：彈藥威力強，消耗彈藥多，彈著點位置近，圖像變化差異大，即B=2，C=1，D=3，E=3。

目標2軍用機場：彈藥威力中，消耗彈藥多，彈著點位置中，圖像變化差異中，即B=1，C=1，D=2，E=2。

在Windows XP下的Matlab R2008a軟件中構(gòu)建仿真驗證環(huán)境，在進行仿真推理時，采用消息傳遞算法進行網(wǎng)絡(luò)推理，通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的消息傳遞實現(xiàn)各節(jié)點后驗概率的計算，可以得到不同場景下的后驗概率。表5給出了根據(jù)觀測證據(jù)信息對探測到的兩個目標的識別推理結(jié)果，對于目標1岸上指揮所，毀傷效果為弱、中、強的概率分別是0.0004、0.0271、0.9725，因此，該目標為毀傷效果為一級的可能性大；對于目標2軍用機場，毀傷效果為弱、中、強的概率分別是0.2090、0.5380、0.2530，因此目標2毀傷程度為中，即二級的可能性較大，可進一步供指揮員決策。圖3給出了毀傷效果評估后驗概率分布圖。

圖3 目標毀傷效果推理后驗概率分布圖

表5 兩個目標毀傷效果評估推理結(jié)果

5 結(jié)語

針對復(fù)雜的陸上遠程精確打擊目標毀傷效果評估問題，文中引入了基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的不確定性知識表達方法進行毀傷建模，對貝葉斯網(wǎng)絡(luò)在目標毀傷效果評估中的使用和實例仿真都進行了詳細分析，效果良好，本文的研究將為水面艦艇編隊對陸作戰(zhàn)輔助決策提供理論和技術(shù)支撐。