高 飛，楊 玲，雷 濤，粟 勇，劉 鵬

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所，四川成都 610036）

0 引言

由于電磁頻譜及用頻裝備在軍事領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用，戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境日趨復(fù)雜，電磁空間博弈不斷加劇，在未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上誰(shuí)能掌握電磁數(shù)據(jù)和制電磁權(quán)，誰(shuí)就能獲得戰(zhàn)爭(zhēng)的主動(dòng)權(quán)，電子對(duì)抗偵察情報(bào)已經(jīng)成為戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)信息的重要組成部分。同時(shí)，面對(duì)日趨嚴(yán)峻的國(guó)家安全局勢(shì)和地緣沖突，為防止戰(zhàn)略誤判并加強(qiáng)重點(diǎn)方向的聯(lián)合情報(bào)保障效能，需要提高軍事情報(bào)分析處理水平和危機(jī)事件預(yù)測(cè)能力，實(shí)現(xiàn)情報(bào)信息從以參數(shù)表達(dá)為主的數(shù)據(jù)層向以事件描述為主的認(rèn)知層的提升。

傳統(tǒng)的電子對(duì)抗偵察情報(bào)以靜態(tài)的參數(shù)描述為主，主要包括時(shí)間、位置、信號(hào)樣式、射頻參數(shù)等，主要面向電抗部隊(duì)提供戰(zhàn)場(chǎng)電子目標(biāo)監(jiān)視和情報(bào)支援保障能力。但面對(duì)危機(jī)事件預(yù)測(cè)和聯(lián)合作戰(zhàn)指揮決策，參數(shù)化描述的電抗情報(bào)已經(jīng)不能滿(mǎn)足情報(bào)保障需求，需要將電抗情報(bào)關(guān)聯(lián)到具體的危機(jī)事件和戰(zhàn)場(chǎng)行為，實(shí)現(xiàn)危機(jī)事件的模型構(gòu)建、特征分析和檢測(cè)預(yù)警，將電子偵察的專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為聯(lián)合作戰(zhàn)指揮員能直接認(rèn)知的信息優(yōu)勢(shì)。

針對(duì)基于電子偵察數(shù)據(jù)進(jìn)行危機(jī)預(yù)測(cè)的需要，本文提出了電子對(duì)抗事件建模方法，描述了電子對(duì)抗事件模型要素以及組織關(guān)系，既能契合電子偵察數(shù)據(jù)的實(shí)際情況，完整準(zhǔn)確地表征復(fù)雜事件場(chǎng)景，又能方便后續(xù)的事件處理和危機(jī)預(yù)警，然后實(shí)現(xiàn)了一種基于復(fù)雜事件處理（CEP）理論[1]的電子對(duì)抗事件處理方法，該方法可以利用電子偵察數(shù)據(jù)和先驗(yàn)知識(shí)對(duì)危機(jī)事件進(jìn)行處理和預(yù)測(cè)。本文利用上述方法，通過(guò)模擬典型危機(jī)事件場(chǎng)景的電子偵察數(shù)據(jù)，進(jìn)行危機(jī)預(yù)測(cè)分析并取得了良好的效果。

1 電子對(duì)抗事件建模

1.1 建模過(guò)程

電子對(duì)抗事件描述為敵我雙方電子目標(biāo)、用頻設(shè)備、信號(hào)參數(shù)等在時(shí)間、空間、頻域、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境等方面的狀態(tài)、活動(dòng)、異常、任務(wù)以及關(guān)聯(lián)關(guān)系。根據(jù)CEP理論，事件可以分為簡(jiǎn)單事件和復(fù)雜事件2種：通過(guò)實(shí)體對(duì)象和簡(jiǎn)單事件規(guī)則提取出的事件稱(chēng)為簡(jiǎn)單事件，多個(gè)簡(jiǎn)單事件根據(jù)復(fù)雜事件規(guī)則相互關(guān)聯(lián)形成復(fù)雜事件。事件模型庫(kù)中多個(gè)模型組合運(yùn)用時(shí)主要采用層次網(wǎng)絡(luò)表示方法[2]和動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)組合方法[3]。電子對(duì)抗事件建模過(guò)程如圖1所示，首先根據(jù)原始電子偵察數(shù)據(jù)抽取，或先驗(yàn)知識(shí)等信息，結(jié)合簡(jiǎn)單事件規(guī)則形成簡(jiǎn)單事件，然后利用簡(jiǎn)單事件和復(fù)雜事件規(guī)則組合生成復(fù)雜事件。

圖1 電子對(duì)抗事件建模過(guò)程

1.2 簡(jiǎn)單事件建模

電子對(duì)抗簡(jiǎn)單事件模型由實(shí)體、謂詞、狀態(tài)三部分構(gòu)成，如圖2所示。模型可以表示為E〈B,P,T〉，其中E表示電子對(duì)抗簡(jiǎn)單事件；B表示實(shí)體，主要包括部隊(duì)、電子目標(biāo)、輻射源、信號(hào)參數(shù)等戰(zhàn)場(chǎng)主體；P表示謂詞，描述事件規(guī)則中實(shí)體需要滿(mǎn)足的條件、實(shí)體之間的相互關(guān)系以及其他戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境要求；T表示事件基本信息和狀態(tài)變化情況。

圖2 簡(jiǎn)單事件模型構(gòu)成

電子對(duì)抗簡(jiǎn)單事件模型描述了事件要素、需要滿(mǎn)足的條件和事件狀態(tài)，對(duì)照上述的實(shí)體、謂詞、模型三個(gè)組成部分，模型主要由目標(biāo)信息、事件規(guī)則、事件信息三部分構(gòu)成，其中目標(biāo)信息包括：基本信息要素、時(shí)間行為要素、空間行為要素、作戰(zhàn)知識(shí)要素、頻域行為要素和電磁環(huán)境要素等，如圖3所示。

圖3 電子對(duì)抗簡(jiǎn)單事件模型

可以將電子對(duì)抗簡(jiǎn)單事件模型定義為一個(gè)三元組：E〈Target,Stimulation,Event〉其中Target是目標(biāo)信息；Stimulation是事件規(guī)則，主要描述滿(mǎn)足特定事件觸發(fā)時(shí)的目標(biāo)和環(huán)境條件；Event是事件基本信息和狀態(tài)描述，包括事件標(biāo)識(shí)、事件名稱(chēng)、事件類(lèi)別、事件發(fā)生時(shí)刻、事件狀態(tài)等。在目標(biāo)信息中：

1）基本信息要素包括目標(biāo)名稱(chēng)、國(guó)別、型號(hào)、類(lèi)型、敵我屬性等，這類(lèi)信息一般不會(huì)隨著時(shí)間推移而改變，通常由情報(bào)渠道、公開(kāi)資料等獲得。

2）時(shí)間行為要素包括目標(biāo)的活動(dòng)時(shí)長(zhǎng)、偵察時(shí)間序列、典型活躍時(shí)段、開(kāi)關(guān)機(jī)規(guī)律、截獲次數(shù)等，這類(lèi)數(shù)據(jù)可基于現(xiàn)有的電子偵察態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)通過(guò)統(tǒng)計(jì)手段獲得。

3）空間行為要素包括目標(biāo)活動(dòng)區(qū)域、航向、位置、速度、高度、距離等，這類(lèi)信息可從具備目標(biāo)定位能力的雷達(dá)對(duì)抗系統(tǒng)中獲取，還可通過(guò)軍用雷達(dá)、民用設(shè)備等系統(tǒng)借助多源融合處理手段獲取。

4）作戰(zhàn)知識(shí)要素包括目標(biāo)戰(zhàn)術(shù)特點(diǎn)、行為特征和運(yùn)用規(guī)律等作戰(zhàn)知識(shí)，主要通過(guò)戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)研究資料獲取。

5）頻域行為要素包含雷達(dá)輻射源的工作參數(shù)、信號(hào)樣式、工作模式、技術(shù)體制等，這些信息中蘊(yùn)含著雷達(dá)的行為意圖，通?？梢曰诂F(xiàn)有的雷達(dá)對(duì)抗偵察裝備截獲數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后獲得。

6）電磁環(huán)境要素主要包含頻譜占有度、平均功率密度譜、電磁信號(hào)密度、頻率占用度、頻率重合度、背景信號(hào)強(qiáng)度等頻譜環(huán)境要素，以及對(duì)事件有影響的其他戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境要素。

對(duì)于某事件i在t時(shí)刻的狀態(tài)可以描述為：

在時(shí)間段[T1,T2]內(nèi)，對(duì)事件i的過(guò)程可以表示為：

1.3 復(fù)雜事件建模

簡(jiǎn)單事件根據(jù)復(fù)雜事件規(guī)則相互關(guān)聯(lián)形成復(fù)雜事件，常見(jiàn)的復(fù)雜事件規(guī)則主要包括四類(lèi)：時(shí)序、因果、聚合和否定等，不同的事件規(guī)則可以進(jìn)行相互組合嵌套，描述復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)事件場(chǎng)景。

1）時(shí)序規(guī)則表明不同的簡(jiǎn)單事件按照時(shí)間順序相繼出現(xiàn)，形成完整的復(fù)雜事件過(guò)程。例如，偵察機(jī)執(zhí)行任務(wù)的完整過(guò)程由起飛、前往任務(wù)區(qū)、任務(wù)區(qū)巡邏、返航、降落等簡(jiǎn)單事件按時(shí)序前后銜接組成。

2）因果規(guī)則表明不同的簡(jiǎn)單事件之間存在明顯的因果關(guān)系，可以通過(guò)簡(jiǎn)單事件推導(dǎo)另一事件的發(fā)生，或者追溯已發(fā)生的征候事件。例如，進(jìn)行軍事演習(xí)或者武器試驗(yàn)之前，往往伴隨著兵力集結(jié)、目標(biāo)活動(dòng)異常、用頻規(guī)律異動(dòng)等征候。

3）聚合規(guī)則表明復(fù)雜事件由多個(gè)不同類(lèi)別、不同層次的簡(jiǎn)單事件組合而成，雖然簡(jiǎn)單事件彼此之間不一定有明顯的關(guān)聯(lián)關(guān)系，但都是作為復(fù)雜事件的一部分為復(fù)雜事件的發(fā)生提供相應(yīng)的信息增益。例如，一次軍事行動(dòng)由部隊(duì)人員活動(dòng)事件、武器裝備活動(dòng)事件、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境事件、支援保障事件等共同聚合而成。

4）否定規(guī)則表明常見(jiàn)的簡(jiǎn)單事件不發(fā)生或出現(xiàn)異常。例如，固定雷達(dá)站不在典型事件開(kāi)機(jī)，作戰(zhàn)艦機(jī)不在日常區(qū)域活動(dòng)等。

電子對(duì)抗復(fù)雜事件模型如圖4所示，主要包括簡(jiǎn)單事件集合、復(fù)雜事件規(guī)則、復(fù)雜事件信息。在復(fù)雜事件模型中，將簡(jiǎn)單事件定義為原子事件，簡(jiǎn)單事件集合包括形成復(fù)雜事件的原子事件集；復(fù)雜事件規(guī)則描述簡(jiǎn)單生成復(fù)雜事件的關(guān)聯(lián)關(guān)系；復(fù)雜事件信息描述事件基本信息和狀態(tài)。

圖4 電子對(duì)抗復(fù)雜事件模型

結(jié)合不同類(lèi)別的復(fù)雜事件生成規(guī)則，復(fù)雜事件可以由以下定義給出。

定義1：設(shè)E為可檢測(cè)的原子事件的有限集合，E＝{en|n＝1,2,…,n},對(duì)于?e∈E，e是屬于集合E的事件實(shí)例；

定義2：對(duì)?ei∈E，?ej∈E,ei的發(fā)生時(shí)間為ti,，ei不發(fā)生記為ei!，如果ei發(fā)生則ej也發(fā)生記為ei→ej；

定義3：設(shè)生成某個(gè)復(fù)雜事件的原子事件集E′＝{e1,e2,…,en},n≥1，對(duì)?ei∈E′，?ej∈E′，若對(duì)應(yīng)的ti、tj大小關(guān)系恒定，即對(duì)所有觀(guān)察樣本都有ti≥tj或ti≤tj，則復(fù)雜事件為時(shí)序規(guī)則；

定義4：對(duì)定義3中的E′，若對(duì)?ei∈E′，?ej∈E′，滿(mǎn)足ei→ej或ej→ei，則復(fù)雜事件為因果規(guī)則；

定義5：對(duì)定義3中的E′，若對(duì)所有的觀(guān)察樣本，任意原子事件ei均發(fā)生，則復(fù)雜事件為聚合規(guī)則；

定義6：對(duì)定義3中的E′，若對(duì)所有的觀(guān)察樣本，任意原子事件ei均未發(fā)生，即ei!發(fā)生，則復(fù)雜事件為否定規(guī)則；

定義7：設(shè)C為復(fù)雜事件模型，將復(fù)雜事件模型表示為三元組C＝〈B,E,R〉，其中B表示復(fù)雜事件基本信息；E表示生成復(fù)雜事件的原子事件集，用{e1,e2,…,en},n≥1來(lái)表示；R表示復(fù)雜事件規(guī)則，用簡(jiǎn)單事件之間的關(guān)系模式R(e1,e2,…,en)，n≥1來(lái)表示。

2 危機(jī)預(yù)測(cè)

應(yīng)用電子對(duì)抗事件模型及處理方法進(jìn)行危機(jī)事件預(yù)測(cè)，主要是依靠電磁偵察數(shù)據(jù)挖掘分析、公開(kāi)報(bào)道、專(zhuān)家規(guī)則和其他信息渠道，提取有關(guān)的危機(jī)事件模型，然后根據(jù)事件模型針對(duì)電磁偵察數(shù)據(jù)進(jìn)行危機(jī)事件預(yù)測(cè)，危機(jī)預(yù)測(cè)結(jié)論可以用于情報(bào)系統(tǒng)實(shí)時(shí)告警和指揮控制輔助決策。面向危機(jī)預(yù)測(cè)的電子對(duì)抗事件模型建立時(shí)主要考慮相關(guān)目標(biāo)的電磁信號(hào)特征和行為特征，通過(guò)分析目標(biāo)可測(cè)量、可提取且穩(wěn)定出現(xiàn)的信號(hào)特征、行為特征與指定危機(jī)事件的關(guān)聯(lián)關(guān)系，計(jì)算時(shí)空頻多維特征對(duì)危機(jī)事件中發(fā)生概率的貢獻(xiàn)度，建立特征規(guī)律與危機(jī)事件的關(guān)聯(lián)關(guān)系庫(kù)，運(yùn)用圖譜推理等方法進(jìn)行危機(jī)預(yù)測(cè)。

2.1 危機(jī)預(yù)測(cè)處理流程

基于電子對(duì)抗事件模型的危機(jī)預(yù)測(cè)處理主要流程如圖5所示，首先，基于先驗(yàn)知識(shí)和專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)定義電子對(duì)抗事件模型，將事件模型符號(hào)化為事件描述語(yǔ)言并加載到事件處理引擎中；而后，接入電子偵察數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，事件處理引擎根據(jù)事件模型對(duì)電子偵察數(shù)據(jù)進(jìn)行事件檢測(cè)和危機(jī)預(yù)測(cè)，然后將檢測(cè)出的危機(jī)事件等結(jié)論信息輸入，服務(wù)于作戰(zhàn)指揮決策。

圖5 基于電子對(duì)抗事件的危機(jī)預(yù)測(cè)流程

事件處理的核心在于處理引擎，即實(shí)現(xiàn)基本事件生成、事件過(guò)濾、事件關(guān)系處理的機(jī)制與方法。本文基于Esper[4]（一種開(kāi)源的復(fù)雜事件處理引擎）搭建的電子對(duì)抗事件處理引擎，不僅高速、可靠，還能直接加載EPL（事件描述語(yǔ)言）描述的事件規(guī)則，進(jìn)行電子對(duì)抗事件處理。

2.2 仿真試驗(yàn)

根據(jù)上述電子對(duì)抗事件建模和危機(jī)預(yù)測(cè)處理方法，采用仿真數(shù)據(jù)模擬一種典型的危機(jī)場(chǎng)景和對(duì)應(yīng)的電子偵察數(shù)據(jù)。根據(jù)危機(jī)場(chǎng)景中的目標(biāo)活動(dòng)情況、電磁特征規(guī)律以及環(huán)境數(shù)據(jù)建立對(duì)應(yīng)的事件模型，進(jìn)行危機(jī)預(yù)測(cè)仿真試驗(yàn)。

仿真的危機(jī)場(chǎng)景為：某國(guó)對(duì)敵對(duì)目標(biāo)抵近偵察并意圖進(jìn)行軍事襲擾，分別定義為危機(jī)事件A（抵近偵察）、B（軍事襲擾）。對(duì)應(yīng)的仿真電子偵察數(shù)據(jù)主要包括危機(jī)事件過(guò)程中的目標(biāo)、位置、時(shí)間、信號(hào)參數(shù)和電磁環(huán)境等。結(jié)合危機(jī)場(chǎng)景、偵察數(shù)據(jù)和戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用等先驗(yàn)知識(shí)，構(gòu)建電子對(duì)抗事件模型：模型中主要以大型艦船、飛機(jī)和雷達(dá)站等目標(biāo)為實(shí)體，以危機(jī)事件描述為狀態(tài)，事件規(guī)則主要包括相關(guān)目標(biāo)的電磁活動(dòng)特征、時(shí)空關(guān)系、偵察概率變化、參數(shù)變化、開(kāi)關(guān)機(jī)情況、工作模式變化等。仿真試驗(yàn)的結(jié)果如表1所示。

表1 危機(jī)預(yù)測(cè)結(jié)果

危機(jī)預(yù)測(cè)結(jié)果中給出了預(yù)測(cè)出的危機(jī)開(kāi)始、結(jié)束時(shí)間和危機(jī)類(lèi)別，并根據(jù)數(shù)據(jù)關(guān)系置信度和截獲次數(shù)支持度等計(jì)算出預(yù)測(cè)概率，將預(yù)測(cè)出的結(jié)果與仿真數(shù)據(jù)中的危機(jī)事件進(jìn)行比對(duì)，得到危機(jī)預(yù)測(cè)的時(shí)間窗口。該方法平均預(yù)測(cè)率達(dá)82.9%，能夠在仿真數(shù)據(jù)中找到相互印證的危機(jī)事件占81.2%，平均預(yù)測(cè)時(shí)間窗為4天。

3 結(jié)束語(yǔ)

面向危機(jī)預(yù)測(cè)的電子對(duì)抗事件建模方法綜合考慮了電子偵察數(shù)據(jù)、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息和專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了基于知識(shí)和數(shù)據(jù)的雙驅(qū)動(dòng)模式，既能契合電子偵察數(shù)據(jù)的實(shí)際情況，完整準(zhǔn)確地表征復(fù)雜事件場(chǎng)景，又能方便后續(xù)的危機(jī)事件預(yù)測(cè)。基于目標(biāo)的電磁活動(dòng)特征，利用電子對(duì)抗事件模型和危機(jī)預(yù)測(cè)處理方法實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)危機(jī)事件預(yù)測(cè)，能顯著提高情報(bào)分析水平和危機(jī)事件預(yù)警能力。事件建模和危機(jī)預(yù)測(cè)的過(guò)程將數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為信息優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了情報(bào)信息從以參數(shù)描述為主的數(shù)據(jù)層到以事件描述為主的認(rèn)識(shí)層的提升。該方法可運(yùn)用于網(wǎng)電情報(bào)系統(tǒng)，提高網(wǎng)電情報(bào)對(duì)聯(lián)合作戰(zhàn)的支援保障能力?！?/p>