（中國洛陽電子裝備試驗(yàn)中心 洛陽 471003）

1 引言

通信對抗通常是指破壞、干擾敵方的通信傳輸同時(shí)又能夠保證己方通信暢通的作戰(zhàn)手段。一個(gè)通信對抗系統(tǒng)一般由多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，通過子系統(tǒng)間的協(xié)作共同完成所擔(dān)負(fù)的使命。一個(gè)通信對抗系統(tǒng)往往由通信偵察系統(tǒng)、通信測向系統(tǒng)和通信干擾系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。如何評判通信對抗過程中體現(xiàn)出來的作戰(zhàn)能力；如何發(fā)現(xiàn)部隊(duì)在對抗中的不足；以及以何種方式給出部隊(duì)的整體作戰(zhàn)能力等問題成為重點(diǎn)研究的課題之一。

以往的通信對抗效能評估以相對獨(dú)立系統(tǒng)效能為主，再通過綜合分系統(tǒng)效能，給出綜合效能評估，這樣對訓(xùn)練系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)分系統(tǒng)之間的相關(guān)性考慮較少。整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)分系統(tǒng)之間通常具有很強(qiáng)的因果關(guān)系，如偵察分系統(tǒng)和測向分系統(tǒng)對于干擾分系統(tǒng)具有很大的直接影響，而通過建立貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信對抗效能評估可以解決此問題。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是近年來人工智能領(lǐng)域最重要的研究成果之一，它使用概率理論來處理不同知識成分之間由于因果相關(guān)而產(chǎn)生的不確定性［1］，將知識直覺地圖解可視化，可為通信對抗效能評估提供一種科學(xué)合理方法。本文立足于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對通信對抗效能提供評估理論和依據(jù)，定量解決通信對抗部隊(duì)整體作戰(zhàn)能力的評估問題，并指出通信對抗部隊(duì)存在的問題。

2 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)及其推理機(jī)制

2.1 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是根據(jù)各個(gè)變量之間的概率關(guān)系，使用圖論方法表示變量集合的聯(lián)合概率分布的圖形模型［2］。它是一個(gè)有向無環(huán)網(wǎng)，其中結(jié)點(diǎn)代表論域中的變量，有向弧代表變量的關(guān)系，變量之間的關(guān)系強(qiáng)弱由結(jié)點(diǎn)與其父結(jié)點(diǎn)之間的條件概率來表示。通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可以準(zhǔn)確地反映實(shí)際應(yīng)用中變量之間的依賴關(guān)系。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)由兩部分組成，即B（Bs，Bp）。其中Bs為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是一個(gè)具有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的有向無環(huán)圖，圖中的節(jié)點(diǎn)為隨機(jī)變量，代表不同的軍事事件。節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)對應(yīng)于軍事事件的信度值，節(jié)點(diǎn)之間的有向邊表示軍事事件之間的因果關(guān)系。Bp是貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的條件概率表集合，每個(gè)節(jié)點(diǎn)E都有一個(gè)條件概率表，用來表示Ei同其父節(jié)點(diǎn)P（Ei）的相關(guān)關(guān)系：條件概率P（Ei／Pa（Ei）），表示父節(jié)點(diǎn)軍事事件是子節(jié)點(diǎn)軍事事件發(fā)生的直接原因。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖1所示。

圖1 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

圖1中節(jié)點(diǎn)E1、E2、E3 分別表示不同的事件，P（E3／E1）和P（E3／E2）分別表示事件E1、E2 發(fā)生的情況下，事件E3發(fā)生的概率，表明了事件E1、E2、E3之間存在著一定的因果關(guān)系。

2.2 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理機(jī)制

基于Matlab 的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)工具箱BNT 是Kevin P.Murphy基于Matlab語言開發(fā)的關(guān)于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的軟件包，提供了許多貝葉斯網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的底層基礎(chǔ)函數(shù)庫，支持多種類型的結(jié)點(diǎn)（概率分布）、精確推理和近似推理、參數(shù)學(xué)習(xí)和結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)、靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型［3］。為了提高運(yùn)算速度，使各種推理算法能夠有效應(yīng)用，BNT 工具箱采用了引擎機(jī)制，不同的引擎根據(jù)不同的算法來完成模型轉(zhuǎn)換、細(xì)化和求解。整個(gè)推理過程如圖2所示。

圖2 推理過程

貝葉斯軟件包BNT 提供了多種推理引擎，主要的有：

1）聯(lián)合樹推理引擎jtree＿inf＿engine（）；

2）全局聯(lián)合樹推理引擎global＿joint＿inf＿engine（）；

3）信念傳播推理引擎belprop＿inf＿engine（）；

4）變量消除推理引擎var＿elim＿inf＿engine（）。

3 評估模型的建立

本文以通信對抗部隊(duì)的一次對抗演練任務(wù)為例，根據(jù)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)原理，建立其對抗效能評估模型。應(yīng)用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)（先驗(yàn)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)）進(jìn)行評估一般分為四個(gè)步驟：

1）確定變量集和變量域，即分析評估因素；

2）確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；

3）確定局部概率分布；

4）選擇合適的推理引擎，進(jìn)行推理。

3.1 評估因素分析

通信對抗系統(tǒng)一般由多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，通過子系統(tǒng)間的協(xié)作共同完成所擔(dān)負(fù)的使命。如一個(gè)通信對抗系統(tǒng)往往由通信偵察系統(tǒng)、通信測向系統(tǒng)和通信干擾系統(tǒng)等子系統(tǒng)構(gòu)成。通過對通信對抗系統(tǒng)效能評估可考察對抗部隊(duì)有效運(yùn)用裝備的能力，使通信對抗部（分）隊(duì)通過對抗提高自身對抗水平和作戰(zhàn)能力，同時(shí)指出部隊(duì)日后對抗時(shí)應(yīng)注意的方面。因此，可通過測試對抗中某些裝備技術(shù)參數(shù)，得知部隊(duì)的系統(tǒng)效能。本文著重從偵察、測向和干擾方面來介紹通信對抗中涉及的技術(shù)指標(biāo)。

偵察系統(tǒng)指標(biāo)包括偵察頻率范圍、偵察信號體制、偵察信號種類、靈敏度、偵察動(dòng)態(tài)范圍、選擇性、中頻抗拒比（SI）、鏡頻抗拒比（SJ）、頻率測量精度、頻率分辨率、電平測量精度、可判別調(diào)制信號的種類、半功率角等；測向系統(tǒng)指標(biāo)包括測向頻率范圍、測向體制、測向靈敏度、測向時(shí)間、取向時(shí)間、方位分辨力、抗擾性、測向精度等；干擾系統(tǒng)指標(biāo)包括干擾頻率范圍、干擾信號體制、干擾樣式、干擾方式、干擾帶寬、同時(shí)干擾目標(biāo)數(shù)、頻率瞄準(zhǔn)精度（瞄準(zhǔn)式干擾機(jī)）、干擾反應(yīng)時(shí)間、諧波抑制能力、雜散抑制能力、掃頻速率、天線增益、干擾輸出功率、半功率角等［4］。

這些指標(biāo)指的是通信對抗裝備的技術(shù)指標(biāo)，但是在對抗中有些指標(biāo)并不適合作為評估指標(biāo)，如干擾系統(tǒng)的“干擾頻率范圍”指標(biāo)，它雖然是裝備的重要指標(biāo)，但裝備一旦研制完畢，這個(gè)指標(biāo)就不會(huì)再改變，如果以此作為評估指標(biāo)，意義不大。事實(shí)上，通信對抗系統(tǒng)中技術(shù)評估指標(biāo)主要指的是那些在對抗中隨操作員的發(fā)揮水平而變化的指標(biāo)［5］。因此選取表1中技術(shù)指標(biāo)作為通信對抗系統(tǒng)效能評估因素。

表1 通信對抗系統(tǒng)系效能評估因素

3.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建立［6］

在通信對抗演練中，通信偵察系統(tǒng)對通信信號進(jìn)行搜索、截獲、初步分析、記錄與顯示。通信測向?qū)νㄐ泡椛湓催M(jìn)行測向和定位，使偵察數(shù)據(jù)除了頻率、時(shí)間等屬性外，增加了地理位置信息。通信干擾是在通信偵察和通信測向定位的基礎(chǔ)上，對重點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行干擾。所以根據(jù)分析各分系統(tǒng)之間的關(guān)系和選取的評估因素，可建立如圖3所示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖3 通信對抗系統(tǒng)效能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)實(shí)際情況，各因素的狀態(tài)集合可設(shè)為：A＝｛綜合效能好，綜合效能差｝；a1＝｛偵察效能好，偵察效能差｝；a2＝｛測向效能好，測向效能差｝；a3＝｛干擾效能好，干擾效能差｝；b11＝b12＝b13＝b14＝b21＝b22＝b23＝b31＝b32＝｛好、一般、差｝。

在本文中對各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)劃分為三個(gè)灰類：好、一般、差類［7］。相應(yīng)地對技術(shù)指標(biāo)的取值范圍也劃分為三個(gè)灰類，如將指標(biāo)j的取值范圍［a1，a4］劃分為［a1，a2］、［a2，a3］、［a3，a4］等分別對應(yīng)好、一般、差。閾值ak的值可根據(jù)實(shí)際問題的要求或定性研究結(jié)果確定，根據(jù)具體情況指標(biāo)的閾值向左、向右延拓至a0，a5。本文對于測向時(shí)間、信號截獲時(shí)間等指標(biāo)的灰類閾值確定，采用的是“專家”打分法，這里的“專家”是指參試參訓(xùn)經(jīng)驗(yàn)豐富的某一類裝備的操作手和負(fù)責(zé)人。比如信號截獲時(shí)間指標(biāo)，嚴(yán)格按照裝備操作規(guī)程實(shí)施，則發(fā)現(xiàn)信號和分析信號時(shí)間27s為合格，因此，這里規(guī)定［35，45］為較差類，［25，35］為一般類，［15，25］為較好類，延拓值分別為50s和10s。其他指標(biāo)的灰類閾值劃分類似，不再贅述。

3.3 網(wǎng)絡(luò)局部概率分布

網(wǎng)絡(luò)中各因素均采用概率形式描述［8］。在完成對各因素和指標(biāo)的劃分后，還要進(jìn)一步確定指標(biāo)間的概率聯(lián)系［9］。根據(jù)裝備操作手和負(fù)責(zé)人的經(jīng)驗(yàn)，確定局部概率分布如表1～12所示。

表1 偵察效果a1的條件概率

表2 測向效果a2 的條件概率

表3 干擾效果a3 的條件概率

表4 頻率測量誤差b11的條件概率

表5 信號截獲時(shí)間b12的條件概率

表6 精識別時(shí)間b13的條件概率

表7 頻率測量誤差b14的條件概率

表8 測向時(shí)間b21的條件概率

表9 測向方位誤差b22的條件概率

表10 平均交匯定位時(shí)間b23的條件概率

表11 干擾等級b31的條件概率

表12 干擾反應(yīng)時(shí)間b32的條件概率

3.4 推理

通過建立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和確定網(wǎng)絡(luò)局部概率分布，即可建立基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的通信對抗系統(tǒng)效能評估模型［11］，這樣就可以按照圖2所示流程進(jìn)行推理了，本文采用的是聯(lián)合樹推理引擎。

4 運(yùn)用實(shí)例

通信對抗系統(tǒng)演練任務(wù)開始后，采集各參加演練部隊(duì)的偵察、測向和干擾數(shù)據(jù)，在每個(gè)科目的（如：短波、超短波、定頻、跳頻等）演練中將多個(gè)工作周期獲取的訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行概率計(jì)算，將結(jié)果作為評估模型輸入，評估某科目演練的綜合效能。該評估系統(tǒng)工作過程如下：初始化完成以后，評估系統(tǒng)進(jìn)入等待狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)得到新的情報(bào)信息，即網(wǎng)絡(luò)的子節(jié)點(diǎn)信息更新，則觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)推理，更新整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的概率分布，最終獲取節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的概率分布情況，完成對參加演練部隊(duì)演練效果的一次評估，得到的結(jié)果為該項(xiàng)目演練的通信系統(tǒng)綜合效果。演練中有如下一組因素概率輸入：λ（b11）＝（0.7 0.2 0.1），λ（b12）＝（0.6 0.2 0.2），λ（b13）＝（0.8 0.1 0.1），λ（b14）＝（0.6 0.1 0.3），λ（b21）＝（0.8 0.2 0.0），λ（b22）＝（0.6 0.3 0.1），λ（b23）＝（0.7 0.2 0.1），λ（b31）＝（0.6 0.3 0.1），λ（b32）＝（0.8 0.2 0.0）。根據(jù)建立的貝葉斯模型及推理機(jī)制，可通過仿真得到初步的評估結(jié)果：綜合效果＝（0.7987 0.2013），即此次參加演練部隊(duì)體現(xiàn)的作戰(zhàn)能力綜合效果得分為79.87分，該部隊(duì)作戰(zhàn)效果較好。

采用本文建立的評估模型，通過比較不同參加演練部隊(duì)相同演練科目的作戰(zhàn)綜合效能得分，可以發(fā)現(xiàn)哪支部隊(duì)作戰(zhàn)能力較高；通過比較相同參加演練部隊(duì)不同操作手相同演練科目的作戰(zhàn)綜合效能得分，可以發(fā)現(xiàn)哪些人員作戰(zhàn)能力較高；通過比較相同操作手在不同演練科目下的作戰(zhàn)綜合效能得分，可以發(fā)現(xiàn)參加演練的裝備系統(tǒng)在哪種工作方式或工作頻率上更具有優(yōu)勢。演練評估結(jié)果與專家的評估結(jié)果也十分吻合，具有較高的可信度。

5 結(jié)語

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)作為目前不確定知識表達(dá)和推理領(lǐng)域最有效的模型之一，近年來得到了廣泛的應(yīng)用。本文通過對通信對抗系統(tǒng)進(jìn)行研究，確定了影響其綜合效能的各項(xiàng)因素，并對各因素涉及的相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行了選取和灰類劃分，同時(shí)通過分析確定該網(wǎng)絡(luò)的局部概率分布，建立基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的通信對抗效能評估模型，采用聯(lián)合樹推理引擎，得出參加演練部隊(duì)作戰(zhàn)能力綜合效能，定量解決通信對抗部隊(duì)整體作戰(zhàn)能力的評估問題，并指出通信對抗部隊(duì)存在的問題，可以提高部隊(duì)的對抗水平和作戰(zhàn)能力。

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