目标特征研究

南建设 ,张 芹

(中国西南电子技术研究所,成都610036)

1 引 言

“目标”可以指一个实体,例如一座桥梁,也可以指一个虚拟的概念,例如“四个现代化”。本文所指的目标应用于军事领域,它可以是一个用几何尺寸、质量来描述的物理存在,例如飞机,也可以是一个仅能用时域、空域、频域描述的辐射源;可以是单一实体如单兵、桥梁,也可以是一个组合的集群如航母编队(“目标”中还有“目标”),等等。由于目标的复杂程度不一、类型繁多,再加之对目标的不同观察角度所导致的认知差异,因此对“目标”的定义会产生不同的描述,而当它们汇聚在一起的时候,就可能产生冲突和歧义。由于缺失相应的标准规范,目标的定义、目标的识别要素、目标数据的存储格式等没有统一规范,使得目标数据采集不全、目标识别率低、目标数据应用困难,因此,迫切需要加强对目标的研究,以支撑相应信息系统的建设。

本文通过研究目标固有的能力及在各类传感器中显示的特征参数集,分析目标外溢的特征参数与内敛的威慑能力之间的关联关系,构建统一的目标特征体系,使不同部门、不同侦察传感器对同一目标的属性和目标的威胁程度具有同一判决认知准则,为目标数据的有效采集、比对、应用奠定基础。

2 国内外对目标的研究

2.1 国外研究情况

美国国防部军事术语词典关于“目标”的定义为[1]:

(1)进行交战或者采取行动时需要考虑的实体(或者物体);

(2)遂行情报活动时,一个国家、区域、设施、机构或者人员;

(3)为未来射击所指示并标有编号的区域;

(4)在支援火力打击时,击中目标的弹着点。

2007年4月13日,美军参联会主席修订发布的《联合目标选定》关于“目标”的定义为[2]:进行交战或者采取行动时需要考虑的一个实体或者一个物体。它可以是为支持指挥员作战目标与作战意图所采取行动而识别出的地区、复合体、设施、部队、装备、能力、功能、个人、人群、系统、实体或者行为。

1998年2月1日,美空军部部长授权发布的《美空军情报目标选定指南》中确定“目标特征”的定义[3]有“固有特征”、“被获取到的特征”、“功能特征”、“物理特征”、“环境特征”和“机动性特征”等6类。2006年6月8日,其修订的条令文件给出了4类目标特征,即“物理特征”、“环境特征”、“功能特征”和“认知特征”。

2007年4月,美军参联会修订《联合目标选定》关于“目标特征”的定义:每一目标都有不同的固有特征或者被采集到的特征。

总结美军目标特征的描述和发展不难看出:时代变迁使美军的认识水平不断变化,对目标的描述基本分为三部分:一是目标本身固有的,二是可探测/侦测/监测/观测的,三是和环境有关的。这些目标特征构成了开展目标侦察、探测、定位、识别、行为预测、威胁评估等活动进行分离、聚类等分析的基础。

2.2 国内研究情况

国内文献[4-5]中相关定义:所谓“目标”是指一个待探测、定位、识别和确认的物体。

目标特征是把目标从背景中区别出来的空间、光谱和强度的形貌。

“目标特征”就是目标特点的征象和标志等,它是区分目标类别的独特信号表征集。具体来说,目标所产生的声、光、电、磁、热、力等信号中含有目标的特征信息,根据特征的差异就可以区分目标了。

国内对目标特征的分类存在许多值得商榷的地方:大部分研究都局限在对传感器特征的研究上,其目的也局限在对目标的身份、个体识别上,而为什么要研究目标、目标对我们构成了什么威胁、如何判断这些威胁往往被忽视。

3 目标特征模型

我们之所以对目标感兴趣,要开展研究,是因为这个目标可能对我们构成了威胁,这种威胁可以用该目标所具备的某些能力来描述,这些能力又可由目标所具备的某些特征参数来衡量,这些能力在战场环境中的使用就形成了威胁。

目标威胁由目标的基本战技性能和入役后的编成及协同关系等形成。目标的部分性能特征和状态散布在战场空间中,被侦察传感器捕获,并通过分离聚类、推理融合、外延内插、关联比对等技术处理方法进行反演。恢复目标的属性及威胁,与其固有特征、动态特征以及侦察传感器特征集之间存在着密切的关系。

本文定义目标特征为:一组可用以表征目标属性和能力的特征量(一种或者多种),由目标自身所固有的内部性能(包括“固有特征”和“动态特征”)以及由侦察监视传感器所获取的目标外部特征参数所构成。

和美军比较,我们增加了动态特征,这样的模式更准确、更全面、更实用。

(1)固有特征

目标固有特征是目标在研制生产定型后所具有的技术性能和状态,是目标自身固化、捆绑的特性,它不会因侦察监视传感器性能的差异而改变。其要素主要包括功能、物理表征、机动性能和武器装备性能等。目标具有的独特固有特征量构成了“固态特征集”,它描述目标固有属性,可据此分析判断目标的类型、用途等。目标固有特征集的构成如图1所示。

图1 目标固有特征集构成图Fig.1 Block diagram of target′s intrinsic feature

(2)动态特征

目标动态特征是指目标投入使用并形成战斗力后所具有的与集群和作战相关联的特征,其要素主要包括行为状态、指挥协同、隶属关系、作战环境等。

目标进入作战序列后即有了隶属指挥关系,其行为遵循战术条例的各种操作使用规程。在具体的作战行动中,目标还会与友邻部队形成协同作战的关系,且会针对不同的作战环境、作战对象和作战进程临时改变操作、使用规程,这些动态特征量构成了“动态特征集”,它描述目标当前的行为状态,可据此分析判断目标的集群属性和威胁程度等。目标动态特征集构成如图2所示。

图2 目标动态特征集构成图Fig.2 Block diagram of target′s dynamic feature

(3)传感器特征

传感器特征是可由多种探测、侦测、监测、观测传感器获得的可表征目标特性的参数,其要素会根据探测、侦测、监测、观测传感器的不同而不同。

由于目标在多维空间的存在,使其具有多种可探测、侦测、监测、观测的特征参数,这些被传感器获得用于检测、验证目标的特征量构成了“传感器特征集”,它描述判证目标属性的基本特征,可据此分析判断目标的属性及当前状态。目标传感器特征集构成如图3所示。

图3 目标传感器特征集构成图Fig.3 Block diagram of target′s sensor feature

集合目标的各种特征集即可建立目标特征概念模型,如图4所示。

图4 目标特征概念模型图Fig.4 Conceptual model of target feature

4 目标特征的应用

4.1 目标识别

利用同源、异源侦察传感器获取的目标传感器特征参数,可以构建一体化的联合识别模板,从而提高识别概率,缩短识别时间。应用工作频率、调制样式、传输协议、细微特征、信息内涵等传感器特征建立的某目标识别模板示意如图5所示。

图5 目标识别模板示意图Fig.5 Sketch map of target identification′s template

如果一类传感器要完成对目标的属性识别需要非常高昂的代价的话(时间、设备、人员的占用及可能获得的效果比较),联合识别模板或许会用较少的资源完成同样的任务。

4.2 目标行为规则提取

利用侦察传感器所获取的准确、真实、完备的信息,通过统计、聚类、分离 、排序、关联、印证等步骤,提取目标行为习惯及活动规律,利用其他侦察手段进行验证,得到目标行为规则。例如利用信号侦察获得的信号群电磁态势和工作模式情报,加上雷达和图像侦察获得的位置、属性、行为、动向等信息,相互关联印证后,提取作战规则,预测下一步的威胁。

4.3 目标威胁能力预测

辨识和预测目标威胁是开展目标研究的目的。

利用积累的目标固有特征参量以及当前获取的目标动态特征参量及战场实际环境参量等,可以组合形成目标能力描述模型。例如:固有特征与动态特征的某些特征量结合可以描述或表征目标的“机动投送能力”、“信息支援能力”、“打击毁伤能力”、“自卫生存能力”、“后勤保障能力”等,从而形成对目标威慑的认知模型。目标威胁能力建模如图6所示。

图6 目标威胁能力模型Fig.6Model of target threat capacity estimation

例如,一架飞机有运载能力,该能力可以用来载油,使飞机的航程产生变化,而一旦载油量确定,其升空后的实际航程会随着时间的推移而缩短。这个运载能力也可以用来载物,这就是它的投送能力,如果“物”是弹药,会演变成打击毁伤能力,如果是货物就是其运输能力,但运输能力又和货物的装卸及场站准备工作有关,这超出了我们的讨论范围。载机对货物品类运载量的分配使该飞机的作战效能发生变化,这就是以色列企图利用F-16轰炸伊朗核设施,但受飞机投放能力影响而纠结的原因。掌握这个变化对评估该机的威胁意义重大。

又例如:信息支援能力,既包含信息传输能力(指挥链、情报链、保障链、武协链等),也包含信息获取及处理能力(雷达、信号、图像、电子、声磁等)、航行安全保障(导航、气象等)能力等,它们之间相互补充、验证,使该平台在外部和自身构建的透明战场上的安全球保护中遂行作战任务。

其他如打击毁伤能力、自卫生存能力、后勤保障能力、指挥控制能力等都是战场目标的重要能力,具体到某目标,允许有能力缺省。在大部分目标研究中,涉及到的这些能力基本够用。

将该目标威胁能力与特征参数具体关联起来,并用数学模型固化下来形成模板,逐步完善、验证,其预测结果可供指挥决策参考。威胁能力与特征参数具体关联如表1所示。

表1 威胁能力与特征参数关联表Table 1 Relation form of threat capacity to feature parameter

5 结束语

本文研究的目标对象仅仅适用于军事目的,如对我们构成威胁的作战平台或作战单元。广义的目标也可以具备类似的目标特征,但需要作映射对应。

国内外有众多单位在开展对目标的研究,但由于缺乏统一的认知标准,也没有可供参考的共同语言,使我们对目标的认识难以统一。通过研究目标的基本能力,我们认为可以从这个角度完成对目标的描述,且可以开展目标的威胁能力预测与评估,这无疑是情报领域值得做但还没有做好的工作,期待引起国内同行专家们的重视,使我们对目标的研究更加透彻,使目标保障工作更加准确。

[1]US Department of Defense.JP 1-02 Department of Defense Dictionary of Military andAssociated Terms[M].Washington:DoD,2001.

[2]US Department of Defense.JP 3-60 Joint Targeting[M].Washington:DoD,2007.

[3]US Air Force.US.Air Force Pampphlet 14-210 Intelligence[M].Washington:Air Force,1998.

[4]周立伟.目标探测与识别[M].北京:北京理工大学出版社,2008.ZHOU Li-wei.Object Detection and Identification[M].Beijing:Beijing University of Technology Press,2008.(in Chinese)

[5]雷厉.侦察与监视[M].北京:国防工业出版社,2008.LEI Li.Reconnaissance and surveillance[M].Beijing:National Defense Industry Press,2008.(in Chinese)