基于目标威胁规则的雷达情报按需分发

2012-09-02蒲贤亮杨瑞娟程红斌崔晓梦

指挥控制与仿真 2012年6期

蒲贤亮，杨瑞娟，程红斌，崔晓梦

(空军预警学院，湖北武汉 430019)

随着预警监视系统不断发展，雷达情报信息呈爆发式增长。情报用户所需要的信息被湮没在这些海量的信息之中。如果不加选择地将情报信息“推送”给用户，既会增加用户处理的负担，降低情报信息的使用效率，又会浪费本来就稀缺的信道传输资源。情报按需分发则是解决这一问题有效途径。情报按需分发根据情报用户的需要，有选择地将情报信息发送给用户，从而避免了用户端的信息爆炸和传输压力。

目前，所采用的情报分发方式是发布/定制式。这种方法虽然能满足情报用户的需求，但是存在定制情报的范围比较粗犷、实时性差的缺点。为了解决该问题，文献［1］提出了采用协同过滤的情报智能分发技术，文献［2］提出基于聚类的雷达数据按需分发技术。这两种基于个性化推荐技术的方法，都较好地实现了对情报的智能按需分发，但是都受到用户兴趣模型的制约。

本文考虑情报用户的作战需求，探讨基于目标威胁规则的情报按需分发技术。即针对保卫对象，估计目标威胁程度的大小，设置阈值将无关的情报信息进行过滤，然后与情报用户作战需求模型动态匹配，最终将匹配得到的情报信息推送给情报用户。如图1所示。

图1 基于目标威胁规则的情报按需分发原理

1 目标威胁估计

威胁估计是具有不确定性决策信息的多属性决策问题(MADM)。目标威胁值估计的方法主要有动态贝叶斯网络推理［3］、模糊综合决策［4-5］、灰度关联决策［7］等。这些方法各有优缺点和不同的适用环境。本文针对情报按需分发，采用模糊综合决策的方法进行目标威胁估计。其思路是:首先，确定威胁估计参数;其次，对各参数的威胁度进行估计;然后，估计目标的综合威胁值。

1.1 威胁估计参数

威胁估计参数是建立目标威胁估计模型的核心。文献［3］通过分析战场作战要素，把影响威胁估计的参数分为临近参数、能力参数、企图参数。这种分类方式较好地将威胁估计参数归类，但仍不全面，例如，该分类没有考虑保卫对象本身的重要程度的影响。而通过雷达可以得到的目标情报有方位、距离、高度、速度、时间、机型和架数。本文综合考虑雷达情报网络所能得到情报信息，将威胁估计参数划分为临近参数、能力参数、企图参数和保卫对象参数。具体如表1所示。

表1 威胁估计参数

各威胁估计参数对保卫对象的影响程度是不同的，而且部分参数之间相互制约。若要全面地考虑每个参数，难度较大。因此，对于特定的保卫对象，选择较全面而且合理的参数是非常必要的。

1.2 威胁估计参数隶属度函数

采用模糊综合决策方法对威胁估计参数进行描述并建立如下规则:若某一参数的攻击力最大时认为其目标威胁值也处于最大值，设其评判函数值为1;反之，评判函数的值为0。当威胁估计参数处于其他状态时其评判函数值介于0-1间［4］。

1)相对距离的威胁隶属度函数

相对距离是指目标与保卫对象的水平直线距离。相对距离与威胁程度之间为递减关系，当相对距离越大时威胁越小，当相对距离增大到一定范围，通常为预警距离之外时，可认为目标对保卫对象不造成威胁，设其威胁值为0;当相对距离减小到一定程度时认为威胁达到最大，设为1。因此可得出威胁度隶属函数:

式中，k1为对应的衰减参数，它反映了目标的攻击意图变化的趋势和范围。r1为保卫对象的最小警戒距离，r2为保卫对象的预警半径。

2)相对高度的威胁隶属度函数

同相对距离一样，目标离保卫对象的高度越低，对保卫对象的威胁也越大。因此同样可得出威胁度隶属函数:

式中，k2为对应的衰减参数，它反映了目标的攻击意图变化的趋势和范围。h1、h2分别表示目标威胁保卫对象的最低高度和最高高度。

3)相对速度的威胁隶属函数

与上述两种因素不同，威胁目标相对于保卫对象的速度越大，其对保卫对象的威胁度越大。将目标威胁度与威胁目标速度的关系定义为线性递增关系。其威胁度隶属函数为

式中，k3为对应的衰减参数，它反映了目标的攻击意图变化的趋势和范围。

4)航向角的威胁隶属度函数

保卫对象为固定目标时，规定威胁目标与保卫对象连线为基准线。威胁目标速度的矢量方向与基准线的夹角为 θ1。当 θ1≤90°，航向角θ= θ1;当 θ1＞ 90°，航向角θ=θ1-180°。保卫对象为移动目标时，威胁目标速度的矢量方向与基准线的夹角为θ1，保卫对象速度的矢量方向与基准线的夹角为θ2。航向角θ=θ2-θ1。当夹角在-90°～90°的区域时，对保卫对象构成威胁，夹角越接近0°时，威胁值越大。建立隶属度函数为

5)航路捷径的威胁隶属度函数

目标的航路捷径是指空袭目标矢量在地面投影的延长线与被保护目标之间的距离。航向角为0°～90°时，航路捷径为正;航路角为-90°～90°时，航路捷径为负。

当在目标的威胁范围内时，如图2中目标1，p1≤r，航路捷径越小，攻击意图越明显，威胁越大。若超出目标的威胁范围，如图2中目标2，p1＞r，攻击意图可忽略。因此，可以用中间型半正态分布函数形式来描述航路捷径的攻击意图，隶属度函数为［10］

式中，k3为该威胁目标所对应的参数，它反映了目标的威胁范围，具体取值依目标杀伤范围而定。

图2 航路捷径示意图

6)目标类型的威胁隶属度函数

目标类型是目标属性和机型的组合。其中，目标属性包括敌机、我机、友机、不明、中立，而机型有很多种;通过雷达获取的，有大型机、小型机，而通过其他侦测手段，可以获得具体机型，比如歼击机、轰炸机、导弹、幻影-2000等，不同目标类型的威胁目标对保卫对象的威胁程度不同。通过专家评估，能得到不同目标类型的威胁目标相对于保卫对象的威胁隶属度函数μ(s)。

7)保卫对象重要性的威胁隶属度函数

通常，保卫对象不只一个。不同的保卫对象有重要性的差别，确定保卫对象的重要性值对于担负保卫任务的情报用户是非常必要的。同样，将保卫对象重要性的威胁度定义在0-1之间。威胁度隶属度函数为μ(e)。

1.3 基于层次分析法的目标综合威胁估计

不同威胁估计参数对保卫对象的威胁大小是不一样的，需要进行权重(加权因子 W=(w1，w2，…，wM))的分配。权重反映了所评价问题上各个参数之间相对重要性。计算权重的方法有很多种，本文采用层次分析法(analytic hierarchy process，AHP)。文献［4］研究了基于层次分析法的目标评估方法，研究表明，其在结合模糊综合决策方法的情况下，得到较好的威胁评估结果。将需要讨论的威胁参数根据要求建立层次分析法求权重，结构图见图3。

图3 层次分析法求权重结构图

采用线性加权求和的方法将威胁目标各参数的威胁度分别乘以各自的权重再求和，即得到威胁目标相对于保卫对象的综合威胁值:ω=

2 情报按需分发

2.1 情报过滤

目标对保卫对象是否有威胁，需要对目标威胁估计值经过门限判断，即与阈值α比较。当威胁值大于阈值时(ω≥α)，视为该目标对保卫对象有威胁;当威胁值小于阈值时(ω＜α)，该目标对保卫对象没有威胁。不同的保卫对象门限不同。阈值的大小由保卫对象的具体情况确定。

2.2 用户作战需求模型

情报分发的最终受用者是用户。按照用户的需求对情报进行分发，是非常重要的。担负保卫任务的情报用户有不同的作战半径。对于不在作战半径内的情报，情报用户是不需要的。因此，建立以作战半径为依据的用户作战需求模型。然后以用户作战需求模型与目标威胁估计所得到的威胁目标动态匹配，最终达到对情报按需分发的要求。具体步骤是:当威胁目标在情报用户作战半径范围内，将威胁目标信息分发给用户;当不在作战半径范围内时，不分发。情报按需分发的原理如图4所示。

图4 情报按需分发的步骤

3 仿真分析

为验证方法的有效性，现通过实例进行仿真分析。保卫对象A为某指挥所。保卫对象坐标为(800，800，0)。现有5批目标，其信息如表2所示。

表2 目标信息

情报信息提供频率为6次/min，目标威胁航迹投影如图5所示。

图5 目标威胁航迹投影

设威胁参数为相对距离(C1)、航路捷径(C2)、相对高度(C3)、相对速度(C4)、航向角(C5)、目标类型(C6)。因为是单个保卫对象，所以不考虑保卫对象重要性参数。确定威胁目标参数之间的重要性判断矩阵为

得到权重 W= ［0.24480.13240.04720.07180.30840.1955］T。CR=0.005 ＜ 0.1，满足一致性要求。

对目标威胁值进行估计，可得当前目标威胁值见图6。取阈值α=0.53。过滤后威胁目标为目标1、目标4，目标点数分别为395、130。

设担负保卫任务的作战单元为某导弹部队B，为固定情报用户。其坐标为(400，400，0)。作战半径为200km。根据用户作战需求模型，对情报进行匹配分发。最终，分发给用户的目标为目标1，分发目标点数为115。分发情况见图7。

图6 目标威胁估计值

在这里定义两个概念，情报过滤率和分发率。情报过滤率η为过滤后威胁目标数与目标总数的比值。分发率ε为分发给用户的威胁目标总点数与雷达探测的所有目标总点数之间的比值。在该仿真中，η=40%，ε=4.6%。仿真证明，随着目标数的增多，η和ε将更小。这说明基于层次分析法的目标综合威胁估计方法，适用于雷达情报的按需分发，而且可靠性、有效性较高。相比较于发布/定制式，其粗犷特点有很大改善，效率有很大提高。