王成剛

(中國(guó)西南電子技術(shù)研究所 成都 610036)

1 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)具有突發(fā)性、快速性、大縱深、全方位、空地海一體化、持續(xù)時(shí)間短等特點(diǎn),戰(zhàn)場(chǎng)情況瞬息萬(wàn)變,這就要求指揮員在最短的時(shí)間內(nèi)對(duì)目標(biāo)的屬性做出正確的判斷,因此快速、準(zhǔn)確、可靠地識(shí)別戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)顯得十分重要。但是,目標(biāo)識(shí)別是一件非常復(fù)雜的工作,僅靠單一手段的目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)的局限性已越來(lái)越明顯,不能滿(mǎn)足現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中的任務(wù)需求。目標(biāo)綜合識(shí)別是信息融合技術(shù)在目標(biāo)識(shí)別領(lǐng)域的應(yīng)用范例,它是將在空間和時(shí)間上冗余或互補(bǔ)關(guān)于目標(biāo)屬性的多源信息進(jìn)行有機(jī)的合成,產(chǎn)生比系統(tǒng)中任一單源更有效的屬性估計(jì)和判決,同時(shí)可以提高目標(biāo)識(shí)別的靈敏度、準(zhǔn)確性、分辨率和覆蓋范圍,真正實(shí)現(xiàn)對(duì)敵、我、中立三方的正確識(shí)別。

參與綜合目標(biāo)識(shí)別的信源可以是來(lái)自協(xié)同問(wèn)答或主動(dòng)報(bào)告方式的敵我識(shí)別系統(tǒng)(IFF)信息、民用目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)信息和航管系統(tǒng)(ATC/SSR)信息等;還可以包括來(lái)自非協(xié)同方式的電子偵察情報(bào)信息、通信偵察情報(bào)信息、成像偵察的圖像情報(bào)信息、雷達(dá)偵察情報(bào)信息等。對(duì)于由多源信息獲得的多種屬性的融合,通常采用D-S證據(jù)理論來(lái)對(duì)單個(gè)屬性的判定情況進(jìn)行組合,在這方面已有不少的應(yīng)用研究成果。但是在實(shí)際用中,這些屬性信息之間往往具有一定的層次化的關(guān)系,不利于使用規(guī)則直接融合。另外,在發(fā)生高沖突情況下使用D-S組合公式會(huì)產(chǎn)生與直覺(jué)相反的結(jié)論。為此,提出了一種使用DSmT融合規(guī)則的目標(biāo)屬性信息的分層融合方法用于目標(biāo)綜合識(shí)別。

2 目標(biāo)屬性信息的層次化特征分析

廣義上,目標(biāo)的屬性信息可以包括的內(nèi)容很多,下面僅以目標(biāo)的?？?、類(lèi)型、型號(hào)、個(gè)體、隸屬建制、國(guó)別、敵我七類(lèi)屬性為例來(lái)進(jìn)行分析和研究。其中,目標(biāo)的?？諏傩允且罁?jù)目標(biāo)的高度和速度把海上的目標(biāo)劃分為海目標(biāo)和空目標(biāo),是對(duì)目標(biāo)集的一種粗略劃分。類(lèi)型是對(duì)具有相同或相似功能目標(biāo)的分類(lèi),目標(biāo)的類(lèi)型通常包括戰(zhàn)斗機(jī)、轟炸機(jī)、預(yù)警機(jī)、補(bǔ)給艦、護(hù)衛(wèi)艦、登陸艦等。型號(hào)是根據(jù)目標(biāo)的性能、規(guī)格、大小等對(duì)目標(biāo)進(jìn)行的分類(lèi),目標(biāo)的型號(hào)通常有 F-15、幻影 2000、基德、康定等。個(gè)體是對(duì)同一型號(hào)中不同目標(biāo)的分類(lèi),具有不可再分性,如型號(hào)為康定級(jí)的艦船目標(biāo)又可劃分為康定號(hào)、承德號(hào)等個(gè)體。隸屬建制是對(duì)目標(biāo)所屬作戰(zhàn)單位的劃分,國(guó)別是目標(biāo)所屬?lài)?guó)家的信息,而敵我屬性通常包括敵、我、中立三種。

目標(biāo)的?？諏傩酝ǔ？梢杂赡繕?biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息獲得,如可根據(jù)目標(biāo)的高度和速度綜合判斷其?？諏傩?目標(biāo)的海空屬性還可以由目標(biāo)的其它屬性獲得,如可根據(jù)目標(biāo)的類(lèi)型、型號(hào)或個(gè)體信息推出目標(biāo)的?？諏傩浴Ｄ繕?biāo)的類(lèi)型屬性通常由其型號(hào)屬性推出,類(lèi)型屬性也可以由某些偵察信息直接獲取。目標(biāo)的型號(hào)屬性是目標(biāo)綜合識(shí)別系統(tǒng)中最重要待識(shí)別屬性之一,通常的目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)都是針對(duì)型號(hào)的識(shí)別而設(shè)計(jì)的。某些具有唯一性的型號(hào)屬性可以用來(lái)區(qū)分目標(biāo)的國(guó)別和敵我,但是如果是很多國(guó)家都裝備了的目標(biāo)型號(hào)則無(wú)此功能。目標(biāo)的個(gè)體屬性通常由其指紋特征來(lái)識(shí)別的,由目標(biāo)的個(gè)體屬性可以推出目標(biāo)的型號(hào)、類(lèi)型、?？?、隸屬建制、國(guó)別和敵我屬性。因此可以將目標(biāo)上述幾種屬性按圖1結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分。

如圖1,將上述7種目標(biāo)屬性劃分為兩類(lèi),第1類(lèi)包括個(gè)體、型號(hào)、類(lèi)型和?？?第2類(lèi)包括個(gè)體、隸屬建制、國(guó)別和敵我。在第1類(lèi)屬性中,?？諏傩允亲畲致缘囊环N劃分,其次是類(lèi)型、型號(hào)和個(gè)體;在第2類(lèi)屬性中,敵我屬性是最粗略的一種劃分,其次是國(guó)別、隸屬建制和個(gè)體。因此,由個(gè)體屬性可以推出型號(hào)屬性、由型號(hào)屬性可以推出類(lèi)型屬性、由類(lèi)型屬性可以推出?？諏傩?由個(gè)體屬性可以推出隸屬建制、由隸屬建制可以推出國(guó)別屬性、由國(guó)別屬性可以推出敵我屬性。

圖1 目標(biāo)屬性信息的層次化特征結(jié)構(gòu)分析

3 多級(jí)分層屬性信息融合的方法

在目標(biāo)綜合識(shí)別系統(tǒng)中,由各種信源獲取的屬性信息很多,且各屬性之間還有種類(lèi)、層次之分,這就需要對(duì)目標(biāo)的屬性信息進(jìn)行預(yù)處理,然后對(duì)每一類(lèi)的屬性信息進(jìn)行分層融合,最后再對(duì)目標(biāo)的整體屬性信息進(jìn)行綜合評(píng)判。

3.1 屬性信息的預(yù)處理

對(duì)于大多數(shù)由單一信源來(lái)進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別的系統(tǒng)都只給出目標(biāo)的部分屬性信息,如由電子偵察情報(bào)信息來(lái)識(shí)別目標(biāo)時(shí),通常直接給出目標(biāo)的個(gè)體或型號(hào),這取決于系統(tǒng)的識(shí)別能力,而紅外或光電系統(tǒng)通常給出目標(biāo)的類(lèi)型。

在進(jìn)行目標(biāo)屬性信息融合之前,根據(jù)由目標(biāo)的高級(jí)屬性信息可以推導(dǎo)其低級(jí)屬性信息的原理對(duì)目標(biāo)的屬性信息列表進(jìn)行預(yù)處理。如:由電子偵察系統(tǒng)識(shí)別出目標(biāo)的型號(hào)是F-15,置信度為1,則應(yīng)將其類(lèi)型屬性和海空屬性分別補(bǔ)全為戰(zhàn)斗機(jī)和空目標(biāo),置信度同為1;若由電子偵察系統(tǒng)識(shí)別出目標(biāo)的型號(hào)是F-15或E-2,置信度為0.7和0.3;則目標(biāo)類(lèi)型為戰(zhàn)斗機(jī)或預(yù)警機(jī),置信度為0.7和0.3;?？諏傩詾榭漳繕?biāo),置信度為1。

3.2 同級(jí)屬性融合的規(guī)則

在證據(jù)具有強(qiáng)沖突的條件下,由于很難判別沖突是由哪些焦元引起,傳統(tǒng)的DS理論及其改進(jìn)組合公式在處理證據(jù)的強(qiáng)沖突時(shí)經(jīng)常得到不符合常理的結(jié)論,在使用過(guò)程中具有較大的局限性。DSmT提出將證據(jù)沖突的焦元選項(xiàng)看作有用信息一律保留來(lái)進(jìn)行融合,這樣從根本上解決了證據(jù)理論不能解決證據(jù)強(qiáng)沖突的問(wèn)題。下面使用基于DSmT融合規(guī)則完成目標(biāo)同級(jí)屬性信息的融合。

假設(shè)辨識(shí)框架U上性質(zhì)不同的證據(jù)A和B,其焦元分別是 Ai和Bj,基本概率賦值分別是m1(Ai)和 m2(Bj),則DSmT組合規(guī)則如下:

對(duì)于由多信源得來(lái)的多證據(jù)的組合需求,可以采用組合規(guī)則對(duì)證據(jù)進(jìn)行兩兩組合。

3.3 多級(jí)分層屬性融合方法

如圖2所示,將平面劃分為四個(gè)象限,將融合結(jié)果中的個(gè)體、型號(hào)、類(lèi)型和?？諏傩苑旁诘?象限中;將融合結(jié)果中的個(gè)體、隸屬建制、國(guó)別和敵我屬性放在第2象限中;將信源中的個(gè)體、型號(hào)、類(lèi)型和?？諏傩苑旁诘?象限中;將信源中的個(gè)體、隸屬建制、國(guó)別和敵我屬性放在第4象限中。

圖2 屬性信息的融合方法

在上述7類(lèi)屬性信息中,按照所包含信息量的大小進(jìn)行排序依次是個(gè)體、型號(hào)、類(lèi)型、海空和個(gè)體、隸屬建制、國(guó)別、敵我。所以,對(duì)于第 4象限中屬性信息,按照從個(gè)體→型號(hào)→類(lèi)型→?？盏捻樞蛞来芜M(jìn)行融合,并將融合結(jié)果保存在第1象限的相應(yīng)屬性?xún)?nèi);對(duì)于第3象限中屬性信息,按照從個(gè)體→隸屬建制→國(guó)別→敵我的順序依次進(jìn)行融合,并將融合結(jié)果保存在第2象限的相應(yīng)屬性?xún)?nèi)。

4 計(jì)算示例

假設(shè)敵A國(guó)B戰(zhàn)斗機(jī)中隊(duì)的一架型號(hào)為C、編號(hào)為D的戰(zhàn)斗機(jī)從100km外向我陣地飛來(lái),我方對(duì)此目標(biāo)進(jìn)行偵察和跟蹤并詢(xún)問(wèn)的傳感器有:電子偵察傳感器、雷達(dá)傳感器和敵我識(shí)別器。雷達(dá)傳感器根據(jù)目標(biāo)的飛行速度和高度判斷目標(biāo)為戰(zhàn)斗機(jī)的置信度為0.8,為轟炸機(jī)的置信度為0.2。電子偵察傳感器的識(shí)別結(jié)果為目標(biāo)是編號(hào)為D的置信度為0.7,目標(biāo)編號(hào)為D′的置信度為0.3。敵我識(shí)別器的識(shí)別結(jié)果為目標(biāo)為敵的置信度為0.95。

則目標(biāo)屬性信息的想定如表1所示。

表1 屬性信息的想定

表2 目標(biāo)屬性信息的識(shí)別結(jié)果

經(jīng)過(guò)預(yù)處理后,目標(biāo)的屬性信息列表如表3。

表3 預(yù)處理后的目標(biāo)屬性信息

使用DSmT證據(jù)組合規(guī)則首先對(duì)目標(biāo)的類(lèi)型屬性進(jìn)行融合,結(jié)果如表4所示。

表4 類(lèi)型屬性信息的融合

目標(biāo)的屬性信息融合結(jié)果如表5所示。

由表5可見(jiàn),雖然雷達(dá)傳感器給出的目標(biāo)類(lèi)型屬性錯(cuò)誤,但是從屬性信息融合結(jié)果仍可以顯著的區(qū)分正確屬性和錯(cuò)誤屬性。

表5 目標(biāo)屬性信息的融合結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

在進(jìn)行目標(biāo)屬性識(shí)別時(shí),根據(jù)傳感器檢測(cè)到的信息、或者前面一級(jí)匯報(bào)的信息以及先驗(yàn)知識(shí)對(duì)目標(biāo)身份進(jìn)行估計(jì)和判決,應(yīng)該盡可能地給出最詳盡的識(shí)別結(jié)果。但是如果信息不足,則根據(jù)所提供信息的多少識(shí)別到相應(yīng)的層次,當(dāng)有新的證據(jù)出現(xiàn)時(shí)再進(jìn)行更精確的識(shí)別;或者是根據(jù)具體地作戰(zhàn)空間的環(huán)境而定,如根據(jù)目標(biāo)的遠(yuǎn)、中、近來(lái)定。對(duì)距離較遠(yuǎn)的目標(biāo),所要求的識(shí)別程度僅是迅速區(qū)分目標(biāo)的類(lèi)型,其可信度應(yīng)足夠高;對(duì)距離中等遠(yuǎn)的目標(biāo)則要求識(shí)別目標(biāo)的型號(hào)(如是幻影2000還是F16),以便選擇正確的防御或進(jìn)攻戰(zhàn)術(shù)武器進(jìn)行反應(yīng);對(duì)距離較近的目標(biāo)則要求識(shí)別平臺(tái)工作狀態(tài)(如是巡航還是攻擊),以便選擇最佳防御對(duì)策。

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