張 靚

(北部戰(zhàn)區(qū)海軍保障部,山東 青島 266000)

0 引言

未來戰(zhàn)爭中,機(jī)械化作戰(zhàn)逐步向信息化體系對(duì)抗轉(zhuǎn)變,戰(zhàn)爭博弈的重點(diǎn)由硬武器為主的單平臺(tái)火力對(duì)抗向多平臺(tái)信息對(duì)抗作戰(zhàn)轉(zhuǎn)變,最終將會(huì)過渡到以網(wǎng)絡(luò)空間對(duì)抗為主的賽博空間對(duì)抗作戰(zhàn)。因此,未來戰(zhàn)場(chǎng)中的作戰(zhàn)行動(dòng)將從戰(zhàn)場(chǎng)電磁空間拉開序幕:敵我雙方進(jìn)行偵察與反偵察、干擾與反干擾、欺騙與反欺騙,雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、數(shù)據(jù)鏈、敵我識(shí)別、干擾機(jī)等用頻設(shè)備在有限的區(qū)域內(nèi)相互作用,形成復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)電磁態(tài)勢(shì)環(huán)境。若想在多方位、大縱深、高強(qiáng)度的電子對(duì)抗中贏得戰(zhàn)場(chǎng)主動(dòng)權(quán),就必須具備對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息的快速獲取、深度理解和精細(xì)化管理的能力。

1 戰(zhàn)場(chǎng)電磁態(tài)勢(shì)內(nèi)涵與外延辨析

1.1 態(tài)勢(shì)與戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知

“態(tài)勢(shì)”是由現(xiàn)實(shí)產(chǎn)生的一個(gè)局部狀態(tài)結(jié)構(gòu),“態(tài)勢(shì)感知”是人類認(rèn)識(shí)世界的思維過程。最早在二戰(zhàn)時(shí)期,Oswald Boalke提出了戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知的理念,指出要先于敵方獲得態(tài)勢(shì)感知是戰(zhàn)爭致勝的關(guān)鍵。20世紀(jì)80年代美國的心理學(xué)家M.R.Endsley進(jìn)而將態(tài)勢(shì)感知定義為“在一定時(shí)空范圍內(nèi),對(duì)環(huán)境中元素的獲取和理解,對(duì)其狀態(tài)在未來一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行預(yù)測(cè),從而形成了態(tài)勢(shì)要素獲取、態(tài)勢(shì)理解、態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)的3 層模型”,其嵌入應(yīng)用模型如圖1所示。

圖1 態(tài)勢(shì)感知模型

戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的概念為“在一定的戰(zhàn)場(chǎng)空間內(nèi)對(duì)用頻裝備產(chǎn)生影響的電磁活動(dòng)和現(xiàn)象的總和”。結(jié)合美軍對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的定義和態(tài)勢(shì)感知的相關(guān)概念,可以認(rèn)為戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境是指在特定的作戰(zhàn)時(shí)空內(nèi),一切可能影響作戰(zhàn)實(shí)體的電磁活動(dòng)和現(xiàn)象的總和。而電磁態(tài)勢(shì)要素是指在特定的作戰(zhàn)時(shí)空內(nèi),所有影響電磁環(huán)境和被電磁環(huán)境所影響的事物?；谏鲜稣J(rèn)知,給出戰(zhàn)場(chǎng)電磁態(tài)勢(shì)要素的定義:通過對(duì)電磁態(tài)勢(shì)要素的獲取、理解和預(yù)測(cè)進(jìn)而形成的一種便于作戰(zhàn)指揮員理解并能輔助其決策的電磁環(huán)境表達(dá)方式,屬于信息情報(bào)作戰(zhàn)范疇。

1.2 戰(zhàn)場(chǎng)電磁態(tài)勢(shì)生成

20世紀(jì)80年代,美國國防部提出的JDL(Joint Directors of Laboratories)模型將態(tài)勢(shì)感知引入軍事領(lǐng)域。該模型將態(tài)勢(shì)感知看作信息融合的一個(gè)層次,并將其定義為“將戰(zhàn)場(chǎng)中被觀測(cè)的實(shí)體分布與活動(dòng)情況和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、知識(shí)庫關(guān)聯(lián)起來的過程”,其目的是獲取及時(shí)、準(zhǔn)確、連續(xù)、完整、一致的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)視圖,用來支持作戰(zhàn)意圖和相應(yīng)的作戰(zhàn)活動(dòng)/行為。隨著融合系統(tǒng)由低級(jí)數(shù)據(jù)融合到高級(jí)信息融合擴(kuò)展,智能化程度逐步提升,JDL頂層3級(jí)模型逐步擴(kuò)展到當(dāng)前的5級(jí)模型,如圖2所示。

圖2 JDL的頂層數(shù)據(jù)融合模型(2004年用戶融合模型)

受美軍JDL模型的啟發(fā),本文提出電磁態(tài)勢(shì)生成的基本模型,包括電磁態(tài)勢(shì)要素獲取域、態(tài)勢(shì)理解域和態(tài)勢(shì)展現(xiàn)域,如圖3所示。

圖3 電磁態(tài)勢(shì)生成基本模型

電磁態(tài)勢(shì)應(yīng)包括敵方輻射源目標(biāo)態(tài)勢(shì)、我方輻射源主動(dòng)獲取的態(tài)勢(shì)信息、我方裝備用頻狀態(tài)、電磁環(huán)境信息以及對(duì)這些信息的分析和理解。在數(shù)據(jù)上,電磁態(tài)勢(shì)應(yīng)能為電子對(duì)抗、頻譜管控、航路規(guī)劃等指控功能提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐;在形式上,電磁態(tài)勢(shì)應(yīng)能為指揮員提供豐富且便于理解的信息表現(xiàn)形式,使其更好地認(rèn)清和理解戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境?；谝陨险J(rèn)識(shí),這里對(duì)本文題目中的“電磁態(tài)勢(shì)生成”作一個(gè)嚴(yán)格的界定:戰(zhàn)場(chǎng)電磁態(tài)勢(shì)生成應(yīng)是一個(gè)由戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境數(shù)據(jù)形成電磁態(tài)勢(shì)并將其結(jié)果展現(xiàn)出來的過程,是信息作戰(zhàn)情報(bào)支持的工作流程和實(shí)現(xiàn)形式。

1.3 影響估計(jì)、威脅估計(jì)

預(yù)測(cè)態(tài)勢(shì)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)的影響,其中對(duì)某一方不利或有害的影響稱為威脅,因此影響估計(jì)又稱為威脅估計(jì)。威脅指用武力或權(quán)勢(shì)進(jìn)行的脅迫行為,在軍事領(lǐng)域中,威脅主要指動(dòng)用軍事力量打擊、攻擊、占領(lǐng)或控制防衛(wèi)對(duì)象。威脅是意圖、能力和時(shí)機(jī)的綜合體。其中意圖是指威脅的目的,即想要對(duì)威脅對(duì)象造成的傷害;能力是指威脅實(shí)體實(shí)現(xiàn)其意圖所能夠動(dòng)用的力量和資源;時(shí)機(jī)是指威脅行動(dòng)得以成功實(shí)施需要具備的先決條件,包括時(shí)間、空間和威脅對(duì)象的脆弱點(diǎn)等。威脅估計(jì)包括威脅能力估計(jì)、威脅意圖估計(jì)和威脅時(shí)機(jī)估計(jì)。最終產(chǎn)生的威脅行為和威脅事件與結(jié)果估計(jì),以威脅等級(jí)或威脅排序等定量形式給出。威脅估計(jì)功能的逐級(jí)分解如圖4所示。

圖4 威脅估計(jì)功能分解

威脅估計(jì)使信息融合從感知域邁入作戰(zhàn)域,因此其與態(tài)勢(shì)估計(jì)既緊密聯(lián)系,又有所不同?？梢詫⑼{估計(jì)理解成不同時(shí)刻、不同場(chǎng)景下的態(tài)勢(shì)估計(jì),下面詳細(xì)闡述。

JDL信息融合頂層模型中,威脅估計(jì)處于信息融合的第3級(jí),屬于高級(jí)信息融合范疇,即基于共用作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)未來戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)所產(chǎn)生的影響。因此,威脅估計(jì)與態(tài)勢(shì)估計(jì)密不可分,有時(shí)合稱為態(tài)勢(shì)與威脅估計(jì),如圖5所示。可以看出,態(tài)勢(shì)的效能和影響來自態(tài)勢(shì)各成分之間或多個(gè)態(tài)勢(shì)之間的相互作用,為此可將產(chǎn)生影響或威脅的多個(gè)態(tài)勢(shì)及其相互關(guān)系定義為“場(chǎng)景”。由于3級(jí)融合是指未來某些時(shí)刻的預(yù)測(cè)態(tài)勢(shì)產(chǎn)生的影響或威脅,因此,場(chǎng)景估計(jì)既包含對(duì)當(dāng)前場(chǎng)景產(chǎn)生的影響估計(jì),又包含對(duì)未來某些時(shí)刻預(yù)測(cè)場(chǎng)景產(chǎn)生的影響估計(jì)。

圖5 信息融合的應(yīng)用

1.4 感知資源管理

資源管理是對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)感知資源綜合運(yùn)用籌劃的過程,包括感知資源的選擇、配置和運(yùn)用的控制管理,以實(shí)現(xiàn)滿足作戰(zhàn)應(yīng)用需求的最優(yōu)態(tài)勢(shì)感知狀態(tài)。因此,感知資源管理是在用戶基于作戰(zhàn)任務(wù)的戰(zhàn)場(chǎng)感知目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下,對(duì)信息獲取和信息融合各級(jí)別、各環(huán)節(jié)上的硬/軟資源,通過規(guī)劃和設(shè)置適宜的需求和控制方法,實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)感知優(yōu)化的過程。它可以為0級(jí)融合提供數(shù)據(jù)價(jià)值,使信息源收集高價(jià)值信息,摒棄低價(jià)值信息,以避免信息爆炸;為1級(jí)融合提供對(duì)象優(yōu)先級(jí),使融合節(jié)點(diǎn)首先處理優(yōu)先級(jí)高的對(duì)象,以盡快滿足應(yīng)用需求,并避免機(jī)器能力飽和;為2級(jí)融合提供周邊關(guān)系或外部信息;為3級(jí)融合提供意圖信息等,它們之間的關(guān)系如表1所示。

表1 感知資源控制與信息融合間的關(guān)系

其功能包括:

(1) 基于作戰(zhàn)需求的信息源選擇

包括傳感器資源的選擇(探測(cè)平臺(tái)及設(shè)置的傳感器類型、型號(hào)、精度、探測(cè)范圍等)、基于決策需求的偵察手段選擇(電子支援措施(ESM)數(shù)據(jù)、高靈敏度電子支援措施(HESM)數(shù)據(jù))、基于目標(biāo)識(shí)別和預(yù)警任務(wù)的探測(cè)傳感器和偵察手段綜合選擇(個(gè)體識(shí)別目標(biāo)選擇、情報(bào)數(shù)據(jù)選擇、數(shù)據(jù)庫選擇等)。

(2) 基于作戰(zhàn)任務(wù)的感知資源配置

包括偵察裝備的配置地域/平臺(tái)、型號(hào)/數(shù)量;偵察系統(tǒng)/手段信息的接入位置和接入時(shí)間;信息融合軟件產(chǎn)品的配置(配置節(jié)點(diǎn)、產(chǎn)品級(jí)別);諸作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)任務(wù)需求的分布式融合結(jié)構(gòu);基于分布式融合結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)配置(如路由、帶寬、誤碼率和抗干擾能力等)。

(3) 探測(cè)/偵察平臺(tái)和傳感器的運(yùn)行控制

工作模式(跟蹤、搜索模式和脈沖重復(fù)頻率等)控制;傳感器探測(cè)區(qū)域、跟蹤目標(biāo)控制;傳感器檢測(cè)(虛/漏警率、識(shí)別參數(shù)等)控制等;信息融合模型選擇組合控制(ESM 與HESM 融合控制)

2 電磁態(tài)勢(shì)生成體系架構(gòu)及主要實(shí)現(xiàn)方式

2.1 態(tài)勢(shì)生成體系架構(gòu)

通過第1章的敘述可知態(tài)勢(shì)生成(系統(tǒng))主要提供深層次戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知與信息融合服務(wù)、情報(bào)綜合整編與數(shù)據(jù)庫管理服務(wù)、數(shù)據(jù)可視化與多視角顯示服務(wù)等。

(1) 戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知與信息融合服務(wù)

主要實(shí)現(xiàn)感知信息的3 級(jí)估計(jì)與多源信息融合、感知資源的管理和控制,包括:1級(jí)數(shù)據(jù)融合,包含多源數(shù)據(jù)時(shí)空配準(zhǔn)、關(guān)聯(lián)相關(guān)、定位識(shí)別;2級(jí)態(tài)勢(shì)融合,包含實(shí)體關(guān)系估計(jì)、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)生成、未來態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè);3級(jí)威脅排序,包含威脅意圖估計(jì)、威脅能力估計(jì)、威脅實(shí)際估計(jì);感知資源的管理,包含資源配置管理、資源響應(yīng)管理和資源效能管理。

(2) 情報(bào)綜合整編與數(shù)據(jù)庫管理服務(wù)

主要實(shí)現(xiàn)對(duì)各類偵察數(shù)據(jù)樣本(全脈沖數(shù)據(jù)、中頻樣本數(shù)據(jù)、處理結(jié)果以及輻射源目標(biāo)型號(hào)/個(gè)體)的關(guān)聯(lián)、分類與有效的存儲(chǔ);標(biāo)記信號(hào)樣式數(shù)據(jù)等處理結(jié)果變化,更新雷達(dá)目標(biāo)型號(hào)/個(gè)體情報(bào)數(shù)據(jù)庫;具備對(duì)雷達(dá)目標(biāo)情報(bào)、電子戰(zhàn)斗序列、原始偵察數(shù)據(jù)、偵察數(shù)據(jù)處理結(jié)果的數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)和管理能力,實(shí)現(xiàn)上級(jí)下發(fā)情報(bào)產(chǎn)品的入庫和增刪改查管理,建立國別/地區(qū)、區(qū)域、部隊(duì)編制序列、武器平臺(tái)裝備和電子對(duì)抗情報(bào)成果關(guān)聯(lián)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)外軍情報(bào)數(shù)據(jù)快速關(guān)聯(lián)檢索;對(duì)我方部隊(duì)編制部署、武器平臺(tái)、電子戰(zhàn)裝備、輻射源情報(bào)以及國內(nèi)外民用輻射源情報(bào)進(jìn)行管理等。

(3) 數(shù)據(jù)可視化與多視角顯示服務(wù)

主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化服務(wù),完成對(duì)原始數(shù)據(jù)的全景圖形化顯示、標(biāo)注和未標(biāo)注數(shù)據(jù)的分流顯示以及人工輔助標(biāo)注功能。提供目標(biāo)特征及態(tài)勢(shì)多視角顯示服務(wù),提供多尺度多層次的目標(biāo)及態(tài)勢(shì)顯示功能,全方位多視角地展示目標(biāo)特性及關(guān)聯(lián)特性。

具體架構(gòu)如圖6所示。

圖6 態(tài)勢(shì)生成體系架構(gòu)圖

2.2 態(tài)勢(shì)估計(jì)模型與方法介紹

由上文可知,態(tài)勢(shì)估計(jì)分為態(tài)勢(shì)要素獲取、態(tài)勢(shì)理解、態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)的3層模型。態(tài)勢(shì)要素獲取屬于估計(jì)的實(shí)體聚集,此處定義為1級(jí)關(guān)系,它是態(tài)勢(shì)估計(jì)的基礎(chǔ),也是傳統(tǒng)偵察設(shè)備的基本能力。態(tài)勢(shì)理解是1級(jí)關(guān)系向下延伸,以估計(jì)/發(fā)掘意圖、方案/計(jì)劃、活動(dòng)/行為等態(tài)勢(shì)知識(shí)的深層次關(guān)系,稱為2級(jí)關(guān)系,2 級(jí)關(guān)系又稱為態(tài)勢(shì)知識(shí),是態(tài)勢(shì)估計(jì)的核心。已有1、2級(jí)關(guān)系的時(shí)空擴(kuò)展,以進(jìn)行態(tài)勢(shì)規(guī)劃和預(yù)測(cè),該擴(kuò)展稱為3級(jí)關(guān)系,包含實(shí)體身份/屬性的深化與精煉,通過關(guān)系感知發(fā)現(xiàn)與所論態(tài)勢(shì)關(guān)聯(lián)的新的實(shí)體和其它態(tài)勢(shì)。當(dāng)前常用的態(tài)勢(shì)估計(jì)方法為邏輯推理法。邏輯推理法又分成以下3類:

(1) 確定性態(tài)勢(shì)邏輯表示

確定性態(tài)勢(shì)邏輯表示是按照確定性推理得到相應(yīng)推論的過程,比如“敵方飛機(jī)火控雷達(dá)鎖定我方目標(biāo)”推論出“敵方飛機(jī)即將對(duì)我方目標(biāo)產(chǎn)生威脅,可能會(huì)發(fā)射導(dǎo)彈”。因此在態(tài)勢(shì)生成過程中,確定性邏輯表示應(yīng)當(dāng)以數(shù)據(jù)庫的形式告知態(tài)勢(shì)生成系統(tǒng),構(gòu)建先驗(yàn)信息是研究的核心。

(2) 不確定性推理邏輯

不確定性包括隨機(jī)性、模糊性、信賴性,態(tài)勢(shì)估計(jì)中的不確定性邏輯主要指基于不確定性變換的態(tài)勢(shì)推理方法,主要有:

后驗(yàn)(貝葉斯)推理方法:以概率表示不確定性,結(jié)論未知。采用貝葉斯公式基于證據(jù)將先驗(yàn)概率變換為后驗(yàn)概率。只能逐漸接近結(jié)論,可能永遠(yuǎn)不知道精確結(jié)果。

模糊推理方法:以隸屬函數(shù)(隸屬度)表示不確定性。通過對(duì)模糊證據(jù)的綜合(合取或析取)獲得模糊命題及其綜合隸屬度。

D-S證據(jù)合成方法:以可信度表示不確定性。通過對(duì)證據(jù)集合的合成運(yùn)算,產(chǎn)生合成命題及其可信度,不支持相悖證據(jù)的合成。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù):構(gòu)造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)態(tài)勢(shì)估計(jì)隱含層,采用向后傳播訓(xùn)練來聚集情報(bào)分析員在態(tài)勢(shì)識(shí)別中的數(shù)據(jù)圖——模板圖成對(duì)選擇結(jié)果,沖突的輸出結(jié)果采用擴(kuò)展的D-S證據(jù)合成予以解決。

(3) 仿生動(dòng)態(tài)推理算法

如遺傳算法、蟻群算法、粒子群算法等,這些算法從生物進(jìn)化或動(dòng)態(tài)行為上反映了相關(guān)生物的行動(dòng)推斷邏輯,已在態(tài)勢(shì)估計(jì)推斷中得到一定程度的應(yīng)用。例如,遺傳算法已應(yīng)用于態(tài)勢(shì)分析和作戰(zhàn)計(jì)劃支持工具中,該算法能基于可能態(tài)勢(shì)集合快速生成和評(píng)估態(tài)勢(shì),基于預(yù)案集合快速生成和評(píng)估作戰(zhàn)方案。

3 結(jié)束語

本文首先闡述了態(tài)勢(shì)與戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知的內(nèi)涵、戰(zhàn)場(chǎng)電磁態(tài)勢(shì)生成的概念與流程、威脅估計(jì)的概念與作用、感知資源管理的內(nèi)涵、功能與方法。在此基礎(chǔ)上,提出了一種態(tài)勢(shì)生成體系的流程架構(gòu),最后給出了態(tài)勢(shì)估計(jì)的模型和方法。