信息融合技术在军事上的应用

朱　俊，张　力

(1.三峡大学 电气与新能源学院，湖北 宜昌 443002；2. 火箭军96742部队)

0　引　言

在一些大型的战争之中，对于信息的掌握权和管理将会依靠各种先进的仪器和设备。在这种宏观背景之下，一批新型的传感器装置如雨后春笋般纷纷涌现出来。在未来的战争之中，军事指挥官对于信息的获取将不会单纯依靠某一特定的传感装置，而是在同一时间接收来自多个传感设备的信息，并且以一种综合性的表现方式展示。所以，从20世纪80年代初期开始，传感器信息融合技术作为一门新兴的学科在短时间之内得到了迅猛发展。虽然这门学科的发展时间不长，但是其中所包含的C3I机制、新型的武器装置已经开始渗透到军队建设的方方面面。

1　信息融合的定义和研究范围

1.1　信息融合的定义

现阶段，在军事行业之中对于信息融合技术的理解就是充分利用当前发达的互联网设备和信息传播系统按照一定的规律性全面获取来自数个传感器装置的信息，并且严格按照相关的程序进行各个步骤的信息整理过程，最终任务就是为了保证所获取的信息具有真实性和可靠性，对于整个战争形势进行全局性的把握以及可能存在的风险和危机问题进行估测。其主要是从以下三个层面对相关内容进行分析：(1)所谓信息融合就是利用高新技术成果对信息实现自动化的管理，在此之中主要是利用信息技术来实现内部融合。(2)从全局性角度出发，信息融合就是一个综合性的信息收集和整理过程，对于信息获取、评估、关联性等方面的内容进行具体分析，本质上就是从多维度对来自各个方面的信息进行整理。(3)信息融合的实际效用不仅体现在微观层面对于实际情况的预测，还体现在宏观层面对于整个战争形势和风险问题的全面管控。

1.2　信息融合技术的研究范围

信息融合技术的初衷就是“一对多”(一系统对多传感器)和“多对多”(多系统对多传感器)的情况而诞生的，所以信息融合的重点内容就是以传感器机制为主，主要包含对于目标的识别、确认，以及实现后续追踪，包括对于战争整体情况进行全方位监控，针对后期可能存在的危机问题制定预警机制。结合现阶段的实际情况来看，信息融合技术主要是应用在一些军事战争方面。作为一个全新的学科，信息融合技术从本质上而言就是处于原始学科和当前的高科技的临界位置，也可以说是传统和现代结合的产物，信息融合技术包含计算机、信息处理、人工智能等众多学科领域的内容。所以，信息融合就是采用多样化的手段和先进的仪器装备实现信息的系统化处理，最终预测后期的发展方向。

2　信息融合的功能和算法

2.1　信息融合的功能

信息融合各方面的功能和其自身的等级划分是息息相关的，等级划分不同，所提出的功能模型中的功能模块有所不同，各模块所担负的职能也有一定的差异。从当前的实际情况来看，信息的融合过程根据数据进行具体划分，主要分为三个等级[1-5]：像素层融合、特点层融合以及决定层融合。像素层融合是利用当前发达的传感设备对于早期未经过任何加工的信息进行综合性的对比和分析；特点层融合是信息加工过程中的融合；决定层融合是不同类型的传感装置已经完成了信息的加工过程。

当前对于信息融合的手段主要有三种，信息融合技术已经实现了对于数据信息的深层次处理，能够在最短的时间之内提供真实、可靠的多样化信息。

2.2　信息融合算法

人们研究了很多信息融合算法，多假设跟踪(MHT)、Gaussian-Sum算法、Jump-Diffusion算法、联合概率数据关联(JPDA)滤波器、对称测量方程(SME)滤波器、模板法、聚类分析、模糊集和可能性理论、小波理论、支持向量机、马尔可夫随机场理论、自适应神经元网络、物理模型、专家系统、黑板模型、随机集理论、卡尔曼滤波、贝叶斯理论、非单调逻辑、基于规则的方法、经典概率推理、Dempster-Shafer推测、直接判断法、认可方法、证据收集管理法等。

在此之中运用相对广泛并且发展较为成熟的信息融合方法主要包括以下几种：推测法、专家分析法、估计方法、聚类分析法、Dempster-Shafer证据推理法、品质因数法等。但是在信息计算方面所采用的手段主要包括模糊集合理论、神经网络、粗集理论、小波分析理论和支持向量机等，目前还处于初级阶段。

这些计算方法可以用于信息融合的各个等级上，但是处于不同的等级之中所偏重的内容也会有所不同。

3　信息融合技术在军事上的应用

信息融合技术不论在军事还是在民用领域，都得到了广泛的应用[6-12]。在军事领域，对于战场上的敌我形势进行准确的分析，并且有效掌握对我方发展有利的信息，针对后期战争过程中可能存在的危机和后果进行科学合理的评估，最后采用针对性的战术和手段实现整个大局面的掌控。信息融合技术在战争方面的现实意义主要体现在以下几个方面。

3.1　使多作战平台有机融合成一体

所谓作战平台就是实现武器装置和火力设备两方面有效结合的整体。结合当前的实际情况来看，军事设备主要以坦克、军舰等形式为主。鉴于现代化的作战模式和早期相比已经有了明显的改变，在海、陆、空三方作战形式方面还加入了电磁作战形式。这对于各个环节之间的交流和联系的要求更高，一定要形成各个平台之间的相互协作，从而应对复杂多变的战况。

要想实现这一目标，对于信息融合技术的充分利用就具有不可小觑的现实意义。信息融合技术可以在同一时间实现多个维度信息的收集和处理工作，这对于保持内部信息畅通，实现交流过程具有非常重要的现实意义。信息融合中心作为一个多元化的系统，对于收集各方面信息、提供作战方案、实现敌军情况侦查、加强各个平台之间的交流具有非常重要的作用。它能在最短的时间内获取真实可靠的信息，对于军事指挥官的决策制定起到参考作用；能确保各个平台发挥自身优势，充分体现出各个环节的关联性和一致性。

3.2　使高精确制导武器实现高智能化

精确制导武器是命中率高的导弹、炮弹、炸弹等武器的总和。但是精确是一个相对的概念，一般情况下认为武器直接发射命中目标就可以称之为精准性武器。但是如果要实现在第一次发射时就能够准确命中，并且能够造成直接的杀伤力，还需要不断提高精准性武器各方面的技术水平。

要想在一定时间之内实现武器的智能化建设，首先就需要在有限条件之下对于周边的环境进行侦查并且有一种随机应变的能力，在同一时间之中对于后期决策的制定有一个完善的规划，这就是精确性武器发展的最高境界。简而言之，在使用精确性武器的过程中必须要对周围的环境位置、特点识别、目标预测等方面的内容有一个直接的感知，要想达到这一效果的首要前提就是必须依靠当前的信息融合技术。当前，制导武器系统之中所采用的信息融合技术还停留在初级阶段，只能对周围事物的特征进行一个初步的取证。今后通过信息融合技术对导弹的发射方向以及最佳射击位置进行确定，这样才能充分体现出智能化建设的优越性。

3.3　使未来C3I系统的效能更佳

信息融合技术的产生是早期指引、操控、通信以及情报系统的结合体，结合当前的军事应用表现为以下几个方面的特征。

(1) 随着作战环境的变化以及范围扩大化，作战过程中所面临的信息更加多样化，并且这些信息是来源于不同的地理位置，人们需要在短时间实现多方面信息的一个整合，利用当前各种先进的仪器和传感器装置对于信息进行全面分析，最终掌握整个战争局势。

(2)作战过程中速度快，战场上的形势每秒钟都在发生翻天覆地的变化，并且所面临的外在环境多样化，如何在最短的时间之内做出准确的决策，这对于指挥官无疑是一个非常大的挑战。单纯依靠一般的信息处理系统难以实现信息的全面掌握，所以必须要充分利用信息融合技术的优越性才能在短期内获得准确的信息。

(3)新型的武器装备结构复杂多样，并且实际操作难度大。那么在这种情况下指挥员就需要充分利用C3I系统对于战场的形势进行监控，对于敌我状况进行侦查，在不远的未来，信息融合技术将会成为战争中的得力助手。

总而言之，信息融合地位的关键性和重要地位不言而喻。如图1所示，它能够在短时间之内实现来自多层面信息的整合，并且通过其他设备在最短的时间传递到指挥员手中，这对于及时把握战争局势做出科学可靠的决定提供了依据。除此之外，通过数据的整理对后期作战方案的制定也奠定了坚实的基础。

4　信息融合技术的主要问题和发展

4.1　信息融合技术的主要问题

信息融合作为一门新兴学科，经过三十多年的发展，虽然在诸多领域尤其是军事领域得到了广泛的应用，但仍不够成熟，主要表现在：学科概念尚不统一[5]，学科理论还有待完善，学科模型也不健全。很多关于信息融合的研究，都是针对特定的对象、特定的层次，在此基础上形成的融合模型和推理准则，目前为止还没有形成健全的知识体系和能得到广泛运用的模型。

图1　信息融合技术在C3I系统中的地位和作用示意图

4.2　信息融合技术的发展

建立完善的信息融合基础理论是该学科发展的重要前提。目前信息融合尚未形成基本的理论框架。要进一步完善比较经典的、成熟的信息融合理论和算法。信息融合的处理对象即信息源具有以下特征：时间跨度大，覆盖面广，形式、类型多种多样，信源数据精度不一样，对目标的描述存在不同程度的模糊性，随时间变化，随事件而变，而且各种新的信息源会不断出现，也会出现很多新环境、新情况，现有的信息融合理论和信息融合算法必然不能满足需要，有必要研究新的有效的针对新环境新形势新情况的理论和算法。

现代大容量信息处理中运用人工智能和专家系统越来越多，这就需要强大的数据库和知识库作为储备在信息融合系统内部的信息，在信息融合过程中参与融合。要使数据库和知识库更加完备，不仅要使数据库和知识库在信息量上更加充实，而且要合理地对其进行组织，其目的是使得在信息融合过程中能够对数据库和知识库高速检索。所以数据库和知识库的完备表现在两个方面：信息容量和组织机制。

目前，还没有形成一套成熟的、完善的信息融合系统性能评估标准，要研究信息融合系统评估方法和信息融合算法性能评估标准，发挥信息融合系统的强大功能，还必须努力克服和解决其他诸多实际问题。传感器的探测机制和性能对信息融合的结果有直接影响，这是信息融合的源头，传感器测量的不精确性、不完整性、模糊性、冲突和干扰会引起信息融合中的关联二义性，传感器功能应该向并行结构方向发展。对信息融合应用的具体方法的研究还处于初步阶段，需要研究系统的工程化设计方法，在具体的设计过程中需要结合当前的传感器、数据处理、人工智能、信息收集等多方面的技术，并且在计算过程中需要健全的硬件和软件作为前提条件。

参考文献：

[1]何友,彭应宁,陆大铨.多传感器数据融合模型评述[J].清华大学学报,1996，(9):68-70.

[2]赵杰,崔智社,徐明进,等.信息融合的实质及其核心技术[J].情报指挥控制系统与仿真技术,2003,(8):38-42.

[3]王耀南,李树涛.多传感器信息融合及其应用综述[J].控制与决策,2001,16(5):50-54.

[4]钟志勇,陈鹰.多源信息融合中小波变换的应用研究[J].测绘学报，2002，(5):56-60.

[5]张明路,戈新良,唐智强,等.多传感器信息融合技术研究现状和发展趋势[ J].河北工业大学学报,2003,(2):30-35.

[6]Varshney P K. Multisensordatafusion[ J].Eclec Commu Eng,1997,9(6):245-253.

[7]王耀南.计算智能数据处理技术及其应用 [M].长沙:湖南大学出版社,1999.

[8]徐凌宇.基于信源选择与序列提取的动态特征级信息融合模型计算法的研究[D].长春:东北大学,2002.

[9]何友,王国宏.多传感器信息融合及应用 [M].北京:电子工业出版社.2000.

[10] 张崇猛,陈超英,庄良杰,等.信息融合理论及其在INS/GPS/Doppler组合导航系统中的应用[J].中国惯性技术学报，1999,(4):22-26.

[11] HallD L, Llinas J. Anintroductionto multisensordatafusion [J]. Proc IEEE,1997,8 5(1):6-23.

[12] 王明辉.多传感器数据融合中几个关键技术的研究[D].西安:西北工业大学，2000.