羅 樂,葛啟東,張啟鵬,黃旭東

(解放軍63893部隊,河南 洛陽 471003)

0 引 言

電子對抗效能評估是對電子裝備系統(tǒng)完成給定作戰(zhàn)任務所能達到的預期目標程度的具體估計,對電子對抗系統(tǒng)發(fā)展、完善和作戰(zhàn)運用均具有重大意義[1]。電子對抗效能評估貫穿于電子裝備系統(tǒng)發(fā)展的全壽命周期,應用于裝備發(fā)展論證、戰(zhàn)術戰(zhàn)法研究、裝備操作演練等不同領域。隨著軍事斗爭形勢的復雜多變,軍事技術發(fā)展的快速迭代,電子對抗效能評估呈現(xiàn)評估對象多樣化、評估需求多樣化、評估目的多變性等特點,針對不同的評估任務需要構建不同的評估模型和評估方案,對效能評估系統(tǒng)的可重用性、擴展性提出了迫切的需求。

針對現(xiàn)實問題提出開放式的設計思路。評估系統(tǒng)采用C/S架構,可對數(shù)據(jù)進行在線、離線采集,能夠基于評估問題和評估需求靈活構建評估指標體系和匹配評估模板,依托計算機輔助分析執(zhí)行評估任務,并能通過二次開發(fā)實現(xiàn)功能的擴展。系統(tǒng)可承擔多樣化的電子對抗效能評估任務,滿足不同模式下的評估分析需求,也能夠作為開放的技術平臺為電子對抗效能評估提供技術支撐。

1 開放式電子對抗效能評估系統(tǒng)設計思路

基于開放式電子對抗效能評估系統(tǒng)的設計要緊貼實際,瞄準發(fā)展需要,具備通用性和靈活性。其基本思路是:基于電子對抗效能評估任務進行評估系統(tǒng)的功能需求梳理,基于開放式系統(tǒng)設計理念進行評估系統(tǒng)的功能特點分析,基于組件的評估建模方法進行系統(tǒng)評估模型構建。

1.1 系統(tǒng)功能需求分析

評估系統(tǒng)建設目的是提供電子對抗效能評估的手段,隨著軍事斗爭形式的變化,效能評估需求越來越復雜,呈現(xiàn)多樣性和多變性的特點。例如作戰(zhàn)使命、裝備類型不同,評估的模型是不同的;在裝備系統(tǒng)全壽命周期,效能評估的需求不一樣;伴隨軍事斗爭形勢的變化,戰(zhàn)斗力發(fā)展方向隨之變化,評估需求也會發(fā)生變化。電子對抗效能評估系統(tǒng)重點圍繞電子對抗效能評估的多樣化現(xiàn)實需要,實現(xiàn)以下3個方面的功能需求。

1.1.1 分類分層的精細評估

為了深入分析與解決不同類別不同層次電子對抗系統(tǒng)效能評估問題,要提升評估系統(tǒng)的針對性與綜合效益,實現(xiàn)分類分層的精細評估。如圖1所示,“分類”是指區(qū)分不同電子對抗專業(yè),例如雷達對抗專業(yè)、通信對抗專業(yè)、光電對抗專業(yè)、導航對抗專業(yè)等;“分層”是指針對區(qū)分裝備單元、作戰(zhàn)單元、作戰(zhàn)體系的不同層次。效能評估系統(tǒng)面向多種任務場景,能夠區(qū)分不同類別和層次,基于評估需求構建評估模型和方案,支撐電子對抗效能評估、效能分析和效能優(yōu)化。

圖1 分類分級的精細評估

1.1.2 實時在線的快速評估

由于事后評估時效性差,為及時把握任務過程和動態(tài)導調需進行實時在線的快速評估[2]。基本過程如圖2所示[3]。采用嵌入式、便攜式的數(shù)據(jù)采集終端在線采集對抗的數(shù)據(jù),并進行實時傳輸,實時動態(tài)接收和解析數(shù)據(jù);根據(jù)建立的現(xiàn)場評估模型將這些數(shù)據(jù)在時域、空域、頻域的對抗數(shù)據(jù)進行關聯(lián);通過實時處理引擎在線驅動實時評估模型的自動運行,實現(xiàn)對戰(zhàn)場態(tài)勢的實時評估,并將分析結果實時顯示給用戶,實現(xiàn)實時記錄數(shù)據(jù)、實時評價、實時發(fā)布評估結果。

圖2 實時在線的快速評估

1.1.3 分析挖掘的數(shù)據(jù)應用

對數(shù)據(jù)規(guī)律特征、影響因素、關聯(lián)規(guī)則等深層次問題的分析和發(fā)現(xiàn)對于充分挖掘數(shù)據(jù)價值、強化數(shù)據(jù)應用有重要意義。數(shù)據(jù)的分析應用主要基于數(shù)據(jù)分析技術、數(shù)據(jù)分析方法和工具的合理運用,多角度地呈現(xiàn)訓練數(shù)據(jù)的趨勢、特征、規(guī)律,從而為效能分析提供數(shù)據(jù)參考。數(shù)據(jù)分析應用的流程如圖3所示。

圖3 訓練數(shù)據(jù)分析應用流程

1.2 開放式的電子對抗評估系統(tǒng)功能特點分析

針對電子對抗效能評估需求的多樣性、多變性,基于開放式的評估系統(tǒng)設計,建立通用性、靈活性的評估系統(tǒng),一方面可以滿足不同的評估需求,另一方面,使用人員可以根據(jù)實際需要對系統(tǒng)進行調整,以適應評估需求的變化。開放式的評估系統(tǒng)典型特征可以概括為以下幾個方面。

1.2.1 指標體系的靈活構建

評估指標體系是評估問題的表達,評估需求的多樣性和多變性要求指標體系能夠適應評估需求的變化。指標體系的重構性體現(xiàn)在評估人員可根據(jù)評估需求的變化,通過指標增減、替換等操作,實現(xiàn)評估指標體系重構。

1.2.2 算法模型的可擴展

評估模型中選擇合適的預處理算法、數(shù)據(jù)匹配規(guī)則、指標解算方法、評估算法、分析算法是保證評估結果可信的關鍵,能夠支持不同任務評估建模的需求?？紤]數(shù)據(jù)來源的廣泛性、評估對象的多樣性和評估問題的復雜性,系統(tǒng)可根據(jù)實際需求對各類算法進行二次開發(fā)實現(xiàn)插件式功能擴展,并支持多種算法擴展方式,包括R語言、Matlab、Python腳本、計算公式等,從而靈活定制出評估模型,以滿足實際的評估需求。

1.2.3 評估模板的可匹配

豐富的評估模板是評估模型靈活性的重要體現(xiàn),在評估建模過程中,通過匹配評估模板庫中已有的評估模板,在此基礎上進行擴展,可快速構建針對某具體評估對象的評估模型,從而提高評估建模效率。評估模板的可匹配,能夠通過不斷豐富評估建模工具的評估模板,進一步提升評估建模能力,滿足不斷發(fā)展變化的多樣化評估需求。

1.3 基于組件的電子對抗效能評估建模

以評估分析目的為牽引,基于組件的評估建模方法,由評估指標、評估方案、算法和評估樣本,建立計算機上可以執(zhí)行的良好擴展性、可重構性的功能結構,實現(xiàn)分類分級的精細評估、實時在線的快速評估、分析挖掘的數(shù)據(jù)應用等功能。該模型強調組件化、模板化設計,有利于模型重組和重用[4]。電子對抗效能評估建模的過程如圖4所示。

圖4 電子對抗效能評估建模

基于組件的評估建模方法,具備良好的應用性、擴展性和可重構性。以上評估模型能夠具有指標體系靈活構建、評估模板可匹配、模型可擴展的特點,一方面可以根據(jù)實際的任務評估需求靈活構建指標體系,調用相應組件建立評估任務,滿足多樣化的評估需求;另一方面,還可以根據(jù)實際需求開發(fā)相應的組件,補充到評估系統(tǒng)中,為滿足多樣化的效能評估提供一個開放的技術平臺。

2 評估系統(tǒng)組成

2.1 硬件結構

根據(jù)對電子對抗效能評估需求的綜合分析,構建一套完整的電子對抗效能評估系統(tǒng)。該系統(tǒng)的組成主要包括前端數(shù)據(jù)采集終端(N個)[5]、信息綜合處理中心(1套,含服務器及配套設備)?？紤]到野外的工作環(huán)境可能沒有網(wǎng)絡支持,采用傳統(tǒng)技術成熟的C/S架構。

客戶端為嵌入式、便攜式的訓練數(shù)據(jù)采集終端,關注用戶輸入的方便性和可操作性,主要功能是按照數(shù)據(jù)采集的規(guī)范,嵌入不同的數(shù)據(jù)錄入界面,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、驗證、編輯,通過有線或無線的通信傳輸網(wǎng)絡,將采集的訓練數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫畔⒕C合處理中心,從而為電子對抗效能評估提供數(shù)據(jù)支撐。采集對象為對抗雙方各類用頻裝備,采集手段為導調員現(xiàn)場采集,支持多用戶并行使用。

信息綜合處理中心主要由服務器、大容量磁盤陣列和綜合評估軟件組成。服務器支持大數(shù)據(jù)計算,大容量磁盤陣列支持訓練過程數(shù)據(jù)、評估過程數(shù)據(jù)和評估結果數(shù)據(jù)的保存,綜合評估軟件主要支撐訓練數(shù)據(jù)的評估分析。

2.2 系統(tǒng)架構

系統(tǒng)具有標準結構的組件化模型體系,邏輯上共分為數(shù)據(jù)層、業(yè)務邏輯層和界面層[6],如圖5所示。其中數(shù)據(jù)層提供了各種數(shù)據(jù)的持久存儲支持,負責對數(shù)據(jù)源的訪問,返回最初始的數(shù)據(jù)供業(yè)務邏輯層處理;業(yè)務邏輯層提供系統(tǒng)所有功能模塊上的算法和計算過程,并與數(shù)據(jù)層和界面層進行交互;界面層提供人機交互界面,為用戶提供一個輸入和輸出交互的接口。

圖5 評估系統(tǒng)基本架構

2.3 主要功能組成

2.3.1 數(shù)據(jù)管理

能夠采用規(guī)范高效的數(shù)據(jù)管理形式對訓練相關的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理,支持對數(shù)據(jù)的批量“增刪改”,能夠支持結果數(shù)據(jù)的導出。數(shù)據(jù)管理內容分為訓練數(shù)據(jù)和算法模型庫兩大類,其中,訓練數(shù)據(jù)包括基礎數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)、結果數(shù)據(jù)等;算法模型庫包括匹配規(guī)則庫、評估方法算子庫、數(shù)據(jù)分析算子庫、指標模型庫、指標體系庫、評估模板等。

2.3.2 組件管理

對包括數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)預處理算法管理、匹配規(guī)則管理、指標模型管理、分析算法管理、評估方法算子管理、指標體系構建等在內的組件進行添加注冊、識別、加載、刪除和管理。

2.3.3 評估方案管理

通過各種組件重構實現(xiàn)評估方案的創(chuàng)建,并可進行編輯、保存和讀取,主要為評估任務做準備并提供復用功能。

2.3.4 評估任務管理

結合評估方案的內容針對具體的評估對象和評估樣本數(shù)據(jù)進行評估任務創(chuàng)建,可進行編輯、保存和讀取。

2.3.5 任務執(zhí)行管理

根據(jù)評估任務中計算流程調度算子按照順序進行執(zhí)行,滿足在線數(shù)據(jù)實時處理和離線數(shù)據(jù)處理2種情況下的評估結果解算。

2.3.6 實時顯示控制

反映圖形用戶界面以及所有的顯示邏輯,負責與用戶交互,支持評估過程數(shù)據(jù)和結果數(shù)據(jù)的可視化展示,并為用戶提供參數(shù)設置和交互控制。

3 主要技術點

3.1 電子對抗效能評估技術

效能評估技術主要在評估模型構建過程中提供評估算法和分析方法,為評估問題的解決提供理論依據(jù)和技術支撐,其中,評估方法和分析方法是評估模型的核心,也是評估問題的關鍵和難點?？茖W、合理的評估技術是開展電子對抗效能評估工作的重要支撐。效能評估技術應緊貼效能評估需求,構建電子對抗效能評估技術和方法體系框架,如圖6所示。電子對抗效能評估方法的基礎理論支撐體系包括:基于系統(tǒng)論的多指標綜合評價、基于統(tǒng)計論的數(shù)據(jù)分析、基于知識發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)挖掘以及基于機器學習的智能評估等。

基于系統(tǒng)論的多指標綜合方法是以系統(tǒng)評估理論為基礎,通過采用合適的方法對指標進行聚合,以便從整體上對評估對象進行評價。常見的有多屬性的評估方法、不確定性評估方法等;基于統(tǒng)計理論的數(shù)據(jù)分析以數(shù)理統(tǒng)計學為理論基礎,研究數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計和各種變量之間的關系。常見的方法主要有描述性統(tǒng)計分析、相關分析、方差分析、回歸分析、因子分析等?；谥R發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)挖掘用于從歷史數(shù)據(jù)中挖掘發(fā)現(xiàn)存在的規(guī)則,并根據(jù)規(guī)則進行判斷評價,常見的方法有聚類分析、關聯(lián)規(guī)則等;基于機器學習的智能評估是通過對歷史數(shù)據(jù)的學習實現(xiàn)自動預測功能,常見的評估方法主要有人工神經(jīng)網(wǎng)絡法、支持向量機法、貝葉斯網(wǎng)絡法等。

3.2 基于組件開發(fā)的軟件重構技術

基于組件開發(fā)的軟件重構技術是實現(xiàn)評估系統(tǒng)開放式架構設計的核心[7]。可重構軟件系統(tǒng)組成形式如圖7。一方面平臺通過加載不同的組件組合可改進和重新組織軟件內部結構,從而提高軟件的復用;另一方面平臺具備開發(fā)相對獨立、可重構組件的功能,通過組件的二次開發(fā)能夠使框架更好地嵌入更多的功能模塊,從而實現(xiàn)插件式功能擴展。

根據(jù)系統(tǒng)功能需求開發(fā)組件,將數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)預處理算法管理、匹配規(guī)則管理、指標模型管理、分析算法管理、評估方法算子管理、指標體系構建等各個邏輯功能模塊建模為可重構組件,可在軟件平臺上加載、組合調用和二次開發(fā),可進行指標體系的靈活構建、評估模板的匹配和算法模型的擴展,滿足多樣化評估需求。

3.3 訓練數(shù)據(jù)實時傳輸技術

實現(xiàn)電子對抗數(shù)據(jù)實時傳輸是實時評估的一項基礎性工作。數(shù)據(jù)的實時傳輸主要將數(shù)據(jù)采集終端采集得到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡實時發(fā)送評估席,以供后續(xù)的數(shù)據(jù)評估以及數(shù)據(jù)展示。數(shù)據(jù)實時傳輸采用C/S架構直接將數(shù)據(jù)寫入遠端數(shù)據(jù)庫的方式,其中遠端數(shù)據(jù)庫服務器設在實時評估端,客戶端設在數(shù)據(jù)采集端?？蛻舳送ㄟ^局域網(wǎng)與數(shù)據(jù)庫服務器相連,通過網(wǎng)絡向服務器提供請求,在一條訓練數(shù)據(jù)采集完成后,將數(shù)據(jù)寫在遠端數(shù)據(jù)庫中。遠端數(shù)據(jù)庫允許多個數(shù)據(jù)采集終端同時訪問。圖8為采用C/S架構訓練數(shù)據(jù)實時傳輸結構示意圖。

圖8 基于C/S架構的訓練數(shù)據(jù)實時傳輸結構示意圖

電子對抗數(shù)據(jù)實時傳輸流程如下:首先采集終端管理系統(tǒng)對使用的采集終端進行協(xié)議配置和模板下發(fā);采集終端通過串口、網(wǎng)口或手動錄入的方式,采集裝備工作狀態(tài)、工作參數(shù)等數(shù)據(jù),過程中采集終端管理系統(tǒng)可以對各個終端進行采集狀態(tài)監(jiān)控;在進行數(shù)據(jù)采集過程中,采集終端同步進行接口、協(xié)議轉換,通過傳輸網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳輸給采集終端數(shù)據(jù)存儲服務器;采集終端管理系統(tǒng)可對采集數(shù)據(jù)進行存儲和顯示。

4 結束語

本文聚焦系統(tǒng)預期能力,提出了一種開放式的電子對抗效能評估系統(tǒng)的設計方法。系統(tǒng)基于開放式架構設計,具有應用可擴展、模型可重用、指標可定制、過程可交互、結果可顯示的特點,可以對各類數(shù)據(jù)進行在線、離線采集,作為評估應用平臺實現(xiàn)分類分級的精細評估、實時在線的快速評估和分析挖掘的數(shù)據(jù)應用,也可以作為開發(fā)平臺為滿足電子對抗效能評估的多樣化評估需求提供技術支撐。