陸光宇，丁迎迎

(1.海軍裝備部電子部，北京 100841;2.江蘇自動(dòng)化研究所，江蘇 連云港 222006)

目前有關(guān)對(duì)敵作戰(zhàn)意圖識(shí)別的理論研究剛剛起步，公開發(fā)表的文獻(xiàn)中，對(duì)空中、水面目標(biāo)的意圖識(shí)別研究比較廣泛［1-6］，對(duì)水下目標(biāo)的意圖識(shí)別涉及較少［7］。從戰(zhàn)爭層次上，對(duì)敵戰(zhàn)術(shù)意圖識(shí)別更加具體，識(shí)別的實(shí)時(shí)性要求也更高，在水下作戰(zhàn)中需求更為強(qiáng)烈。因此，本文主要針對(duì)水下平臺(tái)的對(duì)敵戰(zhàn)術(shù)意圖識(shí)別進(jìn)行探討。

1 意圖識(shí)別的一般過程

意圖識(shí)別的一般過程為:根據(jù)信息源提供的信息，進(jìn)行敵作戰(zhàn)意圖特征提取，然后通過一定的識(shí)別推理機(jī)制，得到對(duì)敵作戰(zhàn)意圖的識(shí)別結(jié)果。從使用信息角度看，除利用目標(biāo)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)形成的戰(zhàn)場態(tài)勢外，還涉及多種因素，如敵我雙方采用的戰(zhàn)術(shù)、武器裝備性能、環(huán)境約束等;特征提取和意圖推理是意圖識(shí)別的核心，采用不同的推理理論和算法就構(gòu)成不同的識(shí)別方法，目前所用方法主要有:模板技術(shù)、證據(jù)理論、專家系統(tǒng)、黑板模型、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。

2 意圖識(shí)別框架建立

建立意圖識(shí)別框架是對(duì)敵意圖識(shí)別的首要任務(wù)。不同的作戰(zhàn)應(yīng)用具有不同的意圖識(shí)別層次，通常主要針對(duì)敵方作戰(zhàn)平臺(tái)承擔(dān)的作戰(zhàn)任務(wù)或即將采取的行為進(jìn)行考慮，公開文獻(xiàn)中建立的意圖識(shí)別框架主要有:{偵察、監(jiān)視、攻擊、突防}［2］;{進(jìn)攻、防守、撤退}［3］;{反艦作戰(zhàn)、護(hù)航運(yùn)輸、反潛作戰(zhàn)、掃雷作戰(zhàn)}［4］;{巡邏、防空、搜潛、攻擊、規(guī)避}［5］。文獻(xiàn)［1］還提出根據(jù)我方承擔(dān)的任務(wù)不同確定敵戰(zhàn)術(shù)意圖識(shí)別內(nèi)容，以海戰(zhàn)場為例，當(dāng)我方承擔(dān)進(jìn)攻任務(wù)時(shí)，則應(yīng)著重識(shí)別敵方的主要兵力配置是否發(fā)現(xiàn)我方的進(jìn)攻企圖等;當(dāng)我方承擔(dān)防御任務(wù)的時(shí)候，則應(yīng)著重識(shí)別敵方主攻方向，敵方的攻擊方法和發(fā)動(dòng)攻擊的時(shí)間等。

對(duì)于水下作戰(zhàn)平臺(tái)，對(duì)其構(gòu)成威脅的兵力主要有各種反潛兵力，如反潛水面艦艇(編隊(duì))、反潛潛艇、反潛直升機(jī)/反潛飛機(jī)等。由于水下作戰(zhàn)空間有限、平臺(tái)傳感器獲取信息不完備等條件制約，如果根據(jù)作戰(zhàn)平臺(tái)擔(dān)負(fù)的作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行意圖劃分，將增大意圖識(shí)別難度。因此，從敵方平臺(tái)下一步采取的行動(dòng)考慮，本文建立的水下平臺(tái)意圖識(shí)別框架是{攻擊、規(guī)避、巡邏}。

3 意圖特征提取

意圖識(shí)別通常建立在意圖特征的有效提取基礎(chǔ)之上。從水下平臺(tái)所能獲取的眾多信息中分析提煉，找到最相關(guān)的特征，是意圖識(shí)別的關(guān)鍵。通常，意圖識(shí)別主要依靠戰(zhàn)場目標(biāo)的機(jī)動(dòng)特征來識(shí)別，例如敵方艦艇用于攻擊占位的一系列機(jī)動(dòng)動(dòng)作，同時(shí)，目標(biāo)的身份、編隊(duì)組成、傳感器動(dòng)作及水文環(huán)境等信息的利用也可為意圖識(shí)別提供新的依據(jù)。通過綜合各種因素，提取出水下平臺(tái)意圖識(shí)別的依據(jù)如下。

1)目標(biāo)艦艇機(jī)動(dòng)特征

對(duì)于水下平臺(tái)，在沒有偵察情報(bào)支持下，對(duì)敵艦艇機(jī)動(dòng)行為的識(shí)別是意圖識(shí)別的主要方式。如使用武器進(jìn)行攻擊或防御時(shí)，為滿足武器的發(fā)射要求必須進(jìn)行占位機(jī)動(dòng);護(hù)航艦艇為避免敵潛艇跟蹤，采取定時(shí)變向機(jī)動(dòng)等。其中敵艦艇航向、航速的變化直接反映了機(jī)動(dòng)方式，可通過分析計(jì)算得到敵水面艦艇的機(jī)動(dòng)類型。通常，選用舷角更能反映目標(biāo)的接近、遠(yuǎn)離趨勢，但是本平臺(tái)機(jī)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)舷角的突變，因此，采用航向和舷角相結(jié)合的方式判斷目標(biāo)的變向機(jī)動(dòng)行為，同時(shí)，結(jié)合目標(biāo)變速特征能更好地推斷目標(biāo)的戰(zhàn)術(shù)意圖。

海域原油經(jīng)濟(jì)剩余可采儲(chǔ)量為366億噸，占油氣當(dāng)量經(jīng)濟(jì)剩余可采儲(chǔ)量的41.6%，主要分布在波斯灣、巴西東部海域、幾內(nèi)亞灣、濱里海、墨西哥灣、北海等區(qū)域；海域天然氣經(jīng)濟(jì)剩余可采儲(chǔ)量為60.87萬億立方米，占油氣當(dāng)量經(jīng)濟(jì)剩余可采儲(chǔ)量的58.4%，主要分布在波斯灣、澳洲西北海域、莫桑比克海域、南海、地中海、幾內(nèi)亞灣等區(qū)域。波斯灣海域的油氣當(dāng)量經(jīng)濟(jì)剩余可采儲(chǔ)量在全球海域油氣資源中占比達(dá)到36%，油氣當(dāng)量產(chǎn)量占比達(dá)到65.7%。

2)目標(biāo)屬性與類型

民用目標(biāo)通常不會(huì)對(duì)我方兵力構(gòu)成威脅，而敵方任何作戰(zhàn)目標(biāo)，都對(duì)我方有潛在的威脅和攻擊意圖。因此，在屬性方面，所有敵方和不明目標(biāo)都具有攻擊意圖可能。不同類型的艦艇攜帶不同的武器裝備，其戰(zhàn)技性能有差別，適合執(zhí)行的任務(wù)也有區(qū)別。例如航空母艦和運(yùn)輸艦通常被排除在反潛兵力之外，在兵力緊張時(shí)，巡洋艦也可能被用來反潛，但通常也被排除在反潛艦艇之外，敵方在制定作戰(zhàn)計(jì)劃時(shí)，必將仔細(xì)考慮這一點(diǎn)。因此，敵艦艇的類型是識(shí)別其戰(zhàn)術(shù)意圖的重要依據(jù)。

3)目標(biāo)編隊(duì)特征

敵艦艇編隊(duì)遂行作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)都要采取相應(yīng)的隊(duì)形。如防空時(shí)和護(hù)航時(shí)采取的編隊(duì)隊(duì)形就大不一樣，多架反潛飛機(jī)搜索時(shí)通常也有一定的搜索方式，因此目標(biāo)作戰(zhàn)隊(duì)形是識(shí)別其作戰(zhàn)意圖的依據(jù)之一。水下平臺(tái)由于態(tài)勢感知能力有限，對(duì)水面艦艇編隊(duì)的成員組成及隊(duì)形識(shí)別有很大難度，主要利用自身探測的目標(biāo)方位、航向等信息進(jìn)行編隊(duì)識(shí)別，而隊(duì)形識(shí)別難度較大;在敵情通報(bào)等外部通信支持下，水下平臺(tái)可以依據(jù)目標(biāo)位置及運(yùn)動(dòng)要素進(jìn)行編隊(duì)及隊(duì)形識(shí)別，但根據(jù)識(shí)別出的敵方隊(duì)形推斷目標(biāo)的戰(zhàn)術(shù)意圖，需要敵海軍作戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)知識(shí)的支持，這類信息的獲取通常較為困難。

4)目標(biāo)主動(dòng)探測信號(hào)特征

敵艦艇或敵反潛直升機(jī)/反潛飛機(jī)使用主動(dòng)探測信號(hào)進(jìn)行探測時(shí)被我方平臺(tái)截獲的特征信息，也是進(jìn)行意圖識(shí)別的依據(jù)。例如艦艇上通常裝備多種不同功能的雷達(dá)、聲納，它們的工作頻率、重復(fù)頻率、脈沖寬度、天線掃描方式、脈沖幅度等都不相同，如脈沖寬度變小說明目標(biāo)距離在縮小，威脅程度不斷上升。因此，目標(biāo)使用不同的探測參數(shù)表明敵方在進(jìn)行不同階段的行動(dòng)，借此可以推斷其戰(zhàn)術(shù)意圖。

5)作戰(zhàn)海域的水文氣象條件

作戰(zhàn)海域的水文氣象條件是目標(biāo)采取作戰(zhàn)行動(dòng)必須考慮的因素。由于武器打擊對(duì)水文氣象都有相應(yīng)的要求，如風(fēng)力、海況、水深、聲梯等，在一定的水文氣象條件下，敵方只能遂行與之相適應(yīng)的作戰(zhàn)任務(wù)。因此，作戰(zhàn)海域的水文氣象條件也是判斷其作戰(zhàn)意圖的依據(jù)之一。

4 意圖識(shí)別方法

4.1 傳統(tǒng)方法

意圖識(shí)別本質(zhì)上屬于模式識(shí)別的范疇，可供使用的技術(shù)有很多，通過對(duì)軍事應(yīng)用中不同方法的概括總結(jié)，主要分為以下三大類。

1)基于模板匹配的方法 在事先有模板庫的情況下，通過將待識(shí)別的多個(gè)意圖特征與模板庫中的特征進(jìn)行匹配，最匹配的那個(gè)模板對(duì)應(yīng)的意圖即為識(shí)別結(jié)果;還可以先將模板庫中特征進(jìn)行聚類，然后將待識(shí)別特征與聚類中心進(jìn)行比較，最接近的類所代表的意圖即為識(shí)別結(jié)果。這類方法較為簡單，適合工程應(yīng)用，但意圖模板庫的建立和維護(hù)難度較大。

2)基于特征分布的方法 通過對(duì)特征分布規(guī)律進(jìn)行分析，獲得各特征轉(zhuǎn)化為各類意圖隸屬度的方法，可以是離散的取值，也可以是連續(xù)的概率分布曲線;然后采用各種加權(quán)綜合的方法進(jìn)行多特征的綜合，如加權(quán)平均、DS證據(jù)理論、模糊綜合方法等技術(shù)，得到對(duì)各類意圖總的隸屬度;最后進(jìn)行判決輸出。這類方法實(shí)現(xiàn)簡單，概率分布相對(duì)較易獲取，但當(dāng)多個(gè)特征對(duì)應(yīng)意圖相互沖突時(shí)決策結(jié)果的合理性值得商榷。

3)基于知識(shí)推理的智能方法 通過將多個(gè)意圖特征直接輸入分類系統(tǒng)，利用智能方法的推理能力直接得到意圖識(shí)別結(jié)果，目前主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、黑板模型等方法。但是這類方法需要利用大量樣本集對(duì)分類系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練，同時(shí)識(shí)別結(jié)果受分類系統(tǒng)的泛化能力影響較大，算法用于工程實(shí)踐時(shí)會(huì)面臨一些問題。

意圖識(shí)別的其它方法還有貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、基于代理的規(guī)劃識(shí)別等。其中，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種識(shí)別敵作戰(zhàn)意圖的理論上較完美的方法，但使用中需要建立各種作戰(zhàn)意圖的先驗(yàn)概率和作戰(zhàn)意圖、分意圖及觀測證據(jù)間的聯(lián)合概率表，而這種先驗(yàn)概率和聯(lián)合概率表通常戰(zhàn)術(shù)專家是很難給出的。

4.2 水下平臺(tái)意圖識(shí)別方法

本文給出一種結(jié)合事件檢測和特征參數(shù)識(shí)別的水下平臺(tái)意圖識(shí)別方法。由于在水下作戰(zhàn)過程中，目標(biāo)事件的檢測結(jié)果對(duì)意圖識(shí)別關(guān)系重大，直接決定了目標(biāo)是否發(fā)現(xiàn)我方平臺(tái)，進(jìn)而是否對(duì)我采取動(dòng)作;而利用目標(biāo)特征參數(shù)(如速度、距離、舷角等)轉(zhuǎn)化成意圖隸屬度進(jìn)行識(shí)別則能反應(yīng)目標(biāo)意圖的連續(xù)變化趨勢，與當(dāng)前作戰(zhàn)態(tài)勢緊密相關(guān)。但前者是離散數(shù)據(jù)，后者是連續(xù)數(shù)據(jù)，如何將這兩種情況綜合利用，使得意圖識(shí)別結(jié)果既反應(yīng)態(tài)勢變化又含有一定的作戰(zhàn)意義呢?

對(duì)于水下平臺(tái)，目前檢測到的事件主要包括目標(biāo)聲納有無主動(dòng)探測脈沖，目標(biāo)有無機(jī)動(dòng)(變向、變速)等。當(dāng)檢測到這些事件后，根據(jù)事件檢測結(jié)果利用模糊理論計(jì)算其對(duì)特征參數(shù)識(shí)別結(jié)果的可信度，然后計(jì)算各特征參數(shù)對(duì)意圖的隸屬度，最后將多個(gè)特征參數(shù)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行綜合，并對(duì)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行可信度加權(quán)，得到最終的意圖識(shí)別結(jié)果。

具體的可信度計(jì)算方法為:針對(duì)意圖框架中的類別，如攻擊意圖，根據(jù)模糊理論，利用軍事專家經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出多條模糊推理“If-Then”規(guī)則，這些模糊推理規(guī)則實(shí)現(xiàn)了把事件檢測結(jié)果和專家經(jīng)驗(yàn)信息映射為識(shí)別結(jié)果的可信度。本文針對(duì)意圖識(shí)別問題總結(jié)出的模糊推理規(guī)則如表1所示。

表1 識(shí)別結(jié)果可信度的模糊推理規(guī)則

表1主要使用了3個(gè)事件，在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)所在系統(tǒng)的事件檢測能力進(jìn)行補(bǔ)充，同時(shí)每個(gè)事件的檢測結(jié)果可以根據(jù)事件檢測能力進(jìn)行細(xì)分，如加速事件還可再細(xì)分為緩慢加速、突然加速等，從而使得獲取的識(shí)別可信度準(zhǔn)確反映目標(biāo)行為所包含的意圖。

使用該方法針對(duì)典型態(tài)勢仿真得到的目標(biāo)攻擊意圖曲線如圖1所示。系統(tǒng)在第12分鐘多時(shí)檢測到目標(biāo)機(jī)動(dòng)并向我平臺(tái)接近，利用表1推理得到的可信度增大，計(jì)算得到的目標(biāo)攻擊意圖隸屬度明顯增強(qiáng)，之后其值隨著態(tài)勢變化實(shí)時(shí)改變，較好反映了整個(gè)過程目標(biāo)攻擊意圖的變化趨勢。

圖1 目標(biāo)意圖識(shí)別仿真結(jié)果

5 結(jié)束語

本文針對(duì)水下平臺(tái)意圖特征的識(shí)別問題，應(yīng)結(jié)合具體戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用構(gòu)建相應(yīng)的意圖模板庫、特征分布曲線或樣本集，只有意圖識(shí)別賴以使用的戰(zhàn)術(shù)知識(shí)建立得較為完備，才能提高意圖識(shí)別的準(zhǔn)確度，從而為水下作戰(zhàn)提供有用的戰(zhàn)術(shù)指導(dǎo)。

［1］王端龍，吳曉鋒，冷畫屏.對(duì)敵戰(zhàn)場意圖識(shí)別的若干問題［J］.艦船電子工程，2004，24(6):4-9.

［2］張肅，程啟月，解瑤，等.不確定空情信息條件下的意圖識(shí)別方法［J］.空軍工程大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，9(3):50-53.

［3］馬靜.貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)場作戰(zhàn)意圖評(píng)估方法［J］.西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，30(4):397-401.

［4］冷畫屏，吳曉鋒，胡劍光，等.海上目標(biāo)戰(zhàn)術(shù)意圖序貫識(shí)別技術(shù)研究［J］.系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2008，30(3):462-465.

［5］牛曉博，趙虎，張玉冊.基于決策樹的海戰(zhàn)場艦艇意圖識(shí)別［J］.兵工自動(dòng)化，2010，29(6):44-46.

［6］孫亮，于雷，鄒德鵬.Dempster-Shafer證據(jù)理論在目標(biāo)意圖預(yù)測中的應(yīng)用［J］.電光與控制，2008，15(3):33-36.

［7］吳文龍，黃文斌，劉劍.潛艇對(duì)水面艦艇編隊(duì)攻擊意圖推理研究［J］.火力與指揮控制，2010，35(9):101-105.

［8］N.Hatakeya，K.Furuta.Bayesian Network Modeling of Operator's Intent Inference［J］.IEEE 7thHuman Factors Meeting，2002:55-60.