（計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)論文）數(shù)據(jù)融合中態(tài)勢估計(jì)技術(shù)研究.pdf

摘要 摘要 態(tài)勢估計(jì)屬于數(shù)據(jù)融合中的二級融合，它主要在一級融合的藎礎(chǔ)上，通過劉 數(shù)據(jù)的分析推理，識(shí)別敵軍的行為模式，推斷敵軍意圖，并對臨近時(shí)刻的憊勢變 化作出預(yù)測。本論文主要對平臺(tái)事件行為的檢測及在此基礎(chǔ)l ：的軍事計(jì)劃識(shí)別的 實(shí)現(xiàn)技術(shù)做，深入的研究。 奉文首先提出了態(tài)勢覺察、態(tài)勢理解及未來態(tài)勢預(yù)測三級態(tài)勢功能模型，然 后具體描述了各個(gè)部分要實(shí)現(xiàn)的功能，接著討論了態(tài)勢估計(jì)問題的特點(diǎn)及一些川 于態(tài)勢估計(jì)的推理框架，其中重點(diǎn)研究了基于規(guī)劃識(shí)別理論的態(tài)勢估計(jì)模型。其 次在對態(tài)勢覺察技術(shù)的研究中，進(jìn)一步完善事件分類及其檢測算法，對機(jī)動(dòng)事件 及平臺(tái)狀態(tài)進(jìn)行模糊化處理，對分群技術(shù)也做了一個(gè)基本的描述，并用面向?qū)ο?技術(shù)對態(tài)勢覺察模塊進(jìn)行了建模；在對態(tài)勢理解及未來態(tài)勢預(yù)測技術(shù)的研究中， 詳細(xì)定義了模糊時(shí)間關(guān)系、模糊空間關(guān)系，深入研究了基于模板的軍事計(jì)劃表爪 及基于模板匹配的推理算法，并在嵌入了專家系統(tǒng)工具c l i p s 以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)計(jì)劃的 識(shí)別；最后想定了一個(gè)場景，對事件檢測及平臺(tái)計(jì)劃識(shí)別算法進(jìn)行廠測試。 關(guān)鍵字：態(tài)勢估計(jì)規(guī)劃識(shí)別模板技術(shù)專家系統(tǒng) a b s t r a c t a b s t r a c t a st h el e v e l2p r o c e s s i n go fd a t af u s i o n ，s i t u a t i o na s s e s s m e n ti st or e c o g n i z et h e a c t i v i t yp a t t e r n s ，c o n c l u d e t h ei n t e n t i o n so fe n e m ya n df o r e c a s tt h e c h a n g e s o fn e a l f u t u r es i t u a t i o nb ya n a l y s i n gt h ed a t af r a m e sp r o c e s s e db yt h el e v e l 1f u s i o nt h e p a p c l m a i n l y d e a l sw i t ht h ed e t e c t i o no fe v e n t s a c t i o n s o f p l a t e s a n dt h e i m p l e m e n t t e c h n o l o g i e so fm i l i t a r yp l a nr e c o g n i t i o n i nt i l ef i r s t p a r t o ft h i s p a p e r , a t h r e e l e v e ls i t u a t i o na s s e s s m e n tf u n c t i o n a l m o d e l ，w h i c h c o n s i s t so fs i t u a t i o n p e r c e p t i o n ，s i t u a t i o nr e c o g n i t i o n a n ds i t u a t i o n p r o j e c t i o n ，i sp r o p o s e da n d i tl e a d su st oaf u n c t i o n a l d e c o m p o s i t i o no fa m u l t i l e v e l s i t u a t i o na s s e s s m e n tp r o c e s s ，t h e nt h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dr e a s o n i n gm o d e so fs i t u a t i o n a s s e s s m e n ta r et r e a t e di nd e t a i lw i t he m p h a s i so nt h em o d e lb a s e do np l a nr e c o g n i t i o n t h e o r y i nt h es t u d yo ft h et e c h n o l o g i e so fs i t u a t i o np e r c e p t i o n ，t h et a x o n o m yo fe v e n t s a n d a l g o r i t h m s f o r d e t e c t i n g e v e n t sa r e p e r f e c t e d ，a n d t h ee v e n t sa n ds t a t e sa ie f u z z e d ，t h e n ab r i e fd e s c r i p t i o no ft h et e c h n o l o g i e so t c l u s t e r i n g i s p r e s e n t e d ；a n d s i t u a t i o n p e r c e p t i o n i sm o d e l e db y o b j e c t o r i e n t e dt e c h n i q u e si n t h e s t u d y o ft h e t e c h n o l o g i e so fs i t u a t i o nr e c o g n i t i o na n dp r o j e c t i o n ，f u z z yt e m p o r a lr e l a t i o n sa n df u z z y s p a t i a l r e l a t i o n sa r ed e f i n e di nd e t a i lt h et e m p l a t e b a s e dm i l i t a r yp l a nr e p r e s e n t a t i o n t e c h n o l o g ya n dt e m p l a t em a t c h i n ga l g o r i t h m a r es t u d y e di nd e p t h ，a n dt h er e c o g n i t i o no t p l a t ep l a ni sa c c o m p l i s h e db ye m b e d i n gc l i p si ns y s t e mf i n a l l y , as c e n ei s c r e a t e dt o t e s tt h ea l g o r i t h m sf u rd e t e c t i n ge v e n t sa n dr e c o g n i z i n gp l a t ep l a n s k e y w o r d ： s i t u a t i o na s s e s s m e n tp l a n r e c o g n i t i o nt e m p l a t et e c h n o l o g y e x p e r ts y s t e m 聲明 y 5 8 3 3 9 , ； 創(chuàng)新性聲明 本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究 成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，埝文中不 包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果；也不包含為獲得西安電子科技大學(xué)或 其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我同卜作的同志對本研究所做 的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。 申請學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 本人簽名：遮黥螺簪 日期獫畢f(xié) 。圭一 授權(quán)書 本人完全了解兩安電子科技大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究 生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬西安電子科技大學(xué)。本人保證畢 業(yè)離校后，發(fā)表論文或使用論文工作成果時(shí)署名單位仍然為西安電子科技大學(xué)。 學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許查閱和借閱論文：學(xué)校可以公布論文的全 部或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存論文。( 保密的論文 在解密后遵守此規(guī)定) 本人授權(quán)西安電了利- 技大學(xué)圖書館保存學(xué)位論文，本學(xué)位論文屬于( 保 密級別) ，在年解密后適用本授權(quán)書，并唰意將論文征互聯(lián)網(wǎng)j 二發(fā)布。 本人簽名：酗日期 銣簽名：地口期 ) o 澇。f 、5 五兩峰，j 第一章緒論 第一章緒論 數(shù)據(jù)融合( d a t af u s i o n ) 概念的提出始于七十年代，自從二戰(zhàn)出現(xiàn)雷達(dá)傳感器 后，人們通過情報(bào)綜合將多源情報(bào)信息進(jìn)行融合處理。隨著多種類型傳感器的出 現(xiàn)，戰(zhàn)場環(huán)境呈現(xiàn)出多目標(biāo)多傳感器的特性，各種類型的偵察手段和設(shè)備( 如雷 達(dá)、聲納、紅外、無源探測、光學(xué)等) 在探測距離和偵察內(nèi)容上均大大增強(qiáng)，而 且傳感器已經(jīng)被配置在任何位置的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)平臺(tái)上，極大地?cái)U(kuò)展了戰(zhàn)場指揮員 的視野。但是，由此帶來的是各類信息源所提供的情報(bào)信息海洋。如何從大量的、 多類的情報(bào)信息中提取出對作戰(zhàn)目標(biāo)有用的、適宜的、準(zhǔn)確的信息，并且不損失 情報(bào)信息中的有效成分成為當(dāng)務(wù)之急。數(shù)據(jù)融合的概念孕育而生，并在很多非軍 事領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，如復(fù)雜機(jī)械的監(jiān)控、醫(yī)療診斷及智能建筑等等。 1 1數(shù)據(jù)融合理論知識(shí) 1 ll 數(shù)據(jù)融合概念 十幾年來，多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)獲得了普遍的關(guān)注和廣泛應(yīng)用，融合一詞 幾乎無限制地被眾多應(yīng)用領(lǐng)域所引用。這些應(yīng)用領(lǐng)域主要有：機(jī)器人和智能儀器 系統(tǒng)；戰(zhàn)場任務(wù)和無人駕駛飛機(jī)；圖像分析與理解；目標(biāo)檢測與跟蹤；自動(dòng)目標(biāo) 識(shí)別；多源圖像復(fù)合。因此對于數(shù)據(jù)融合這樣一個(gè)具有廣泛應(yīng)用領(lǐng)域的概念，很 難給出一個(gè)統(tǒng)一的定義。但有一點(diǎn)是肯定的，數(shù)據(jù)融合是針刺一個(gè)系統(tǒng)中使用多 種傳感器( 多個(gè)和或多類) 這一特定問題而展開的一種數(shù)據(jù)處理的新研究方向，因 此，數(shù)據(jù)融合又可稱作多傳感器融合( m s f ) 。根據(jù)國外研究成果，數(shù)據(jù)融合比較確 切的定義可概括為：利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對按時(shí)序獲得的若干傳感器的觀測信息在一 定準(zhǔn)則下加以自動(dòng)分析、綜合以完成所需的決策和估計(jì)任務(wù)而進(jìn)行的信息處理過 程。按照這一定義，多傳感器系統(tǒng)是信息融合的硬件基礎(chǔ)，多源數(shù)據(jù)足數(shù)據(jù)融合 的加工對象，協(xié)調(diào)優(yōu)化和綜合處理是信息融合的核心。 美國國防部j d l ( j o i n td i r e c t i o n so f l a b o r a t o r i e s ) 從軍事應(yīng)= f j 的角度將數(shù)據(jù)融 合定義為這樣的一利一過程2 】【3 j 5 1 ：把來自許多傳感器和信息源的數(shù)據(jù)和信息加以 聯(lián)合( a s s o c i a t i o n ) 、相關(guān)( c o r r e l a t i o n ) 和組合( c o m b i n a t i o n ) ，以獲得目標(biāo)位 置和身份的精確估計(jì)( p o s i t i o ne s t i m a t e & i d e n t i t ye s t i m a t e ) ，以及對戰(zhàn)場態(tài)勢和 威脅的完整與實(shí)時(shí)的評估( s i t u a t i o n a s s e s s m e n t & t h r e a t a s s e s s m e n t ) 。這一定義 基本上是對數(shù)據(jù)融合所期望達(dá)到的功能的描述，包括低層次上的位置和身份估計(jì)， 以及高層次上的態(tài)勢評估和威脅估計(jì)。 下文所提到的數(shù)據(jù)融合概念，除非特別指明，一般都是指基于軍事應(yīng)用的數(shù) 據(jù)融合。 數(shù)據(jù)融合中態(tài)勢估計(jì)技術(shù)研究 1 12 數(shù)據(jù)融合的研究目標(biāo)及意義 作戰(zhàn)空間了解 作戰(zhàn)空間了解包括對敵、友、中立各方位置、運(yùn)動(dòng)、行為以及所處地理環(huán)境 ( 如地形、天氣、空間、水深條件) 等各方面信息的獲取和理解能力，也包括向 所有戰(zhàn)術(shù)部隊(duì)和支援部隊(duì)( 從聯(lián)合部隊(duì)指揮官到單兵) 提供共用的戰(zhàn)場態(tài)勢圖的 能力。在一個(gè)聯(lián)合系統(tǒng)內(nèi)有效地集成作戰(zhàn)空間了解將大大擴(kuò)展作戰(zhàn)人員的視野， 使他們能更好地了解當(dāng)前及預(yù)計(jì)作戰(zhàn)條件，并能在不利的環(huán)境條件和遭到敵方對 抗的情況下提高識(shí)別作戰(zhàn)空間特征的能力。這種擴(kuò)大了的視野將保障并增強(qiáng)作戰(zhàn) 人員對戰(zhàn)場態(tài)勢和指揮方案的直觀感受。 實(shí)現(xiàn)c 4 i s r 一體化，提高系統(tǒng)整體效能 為確保我軍獲取、核實(shí)、保護(hù)和吸收能有效壓制和控制敵部隊(duì)所需要的信息， 信息優(yōu)勢必須把指揮、控制、通信和計(jì)算機(jī)( c 4 ) ，情報(bào)、監(jiān)視及偵察( i s r ) 和 信息戰(zhàn)( 1 w ) 這些能力綜合在起，即集指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)及情報(bào)、監(jiān) 視、偵察于一體( c 4 i s r ) 。從信息上，將數(shù)個(gè)有源與無源傳感器，乃至若干個(gè)系 統(tǒng)或平臺(tái)聯(lián)系起來，在系統(tǒng)整體上實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略、戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)指揮自動(dòng)化系統(tǒng)的完整 配置和互連互通，并與武器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫連接；而在功能上實(shí)現(xiàn)指揮、控制、通 信、情報(bào)偵察、預(yù)警探測、電子對抗及綜合保障的一體化，以提高系統(tǒng)的整體效 能，保持信息優(yōu)勢。這里，實(shí)現(xiàn)一體化，提高系統(tǒng)整體效能的關(guān)鍵技術(shù)之一就是 多源數(shù)據(jù)，信息融合技術(shù)。 改善探測性能，提高空間分辨力 通過多傳感器數(shù)據(jù)融合來較大程度提高各探測裝置觀測數(shù)據(jù)的利用率，提高 整個(gè)系統(tǒng)對目標(biāo)發(fā)現(xiàn)、跟蹤和識(shí)別的能力，以獲得比任何單一傳感器更高的分辨 力和精度，并用來支持防御反應(yīng)能力和攻擊方向( 目標(biāo)) 的選擇。 提高系統(tǒng)抗干擾、抗毀及反隱身能力 由于數(shù)據(jù)融合要求各傳感器在空間、時(shí)間和頻率上一般應(yīng)具有冗余性、互補(bǔ) 性，擴(kuò)展了覆蓋范圍，即使些傳感器在某一時(shí)刻或某一區(qū)域被干擾、摧毀或由 于隱身目標(biāo)而失去探測能力，只要在監(jiān)視區(qū)域內(nèi)不是全部傳感器被干擾或摧毀， 總可能會(huì)探測或跟蹤到目標(biāo)。 1 13 數(shù)據(jù)融合處理模型 數(shù)據(jù)融合是一個(gè)在多級別上對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理的過程，每個(gè)處理級 別都反映了對原始數(shù)據(jù)的不同的抽象，它包括從目標(biāo)信號檢測到威脅判斷、火力 分配和通道組織的完整過程，其結(jié)果表現(xiàn)為在較低級別對狀態(tài)和屬性的評估和在 較高層次上對整個(gè)態(tài)勢和威脅的估計(jì)。從這個(gè)角度講，多傳感器數(shù)據(jù)融合是對來 自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行多級別、多方面、多層次的處理，從而產(chǎn)生新的有意義 的信息，而這種新信息是任何單一傳感器無法獲得的。按照處理信息的抽象層次， 第一章緒論 j d l 給出了數(shù)據(jù)融合的五級處理模型，如圖11 所示。 圖11j d l 數(shù)據(jù)融合處理模型 j d l 模型為數(shù)據(jù)融合研究提供了一個(gè)框架和共同參考： 數(shù)據(jù)源預(yù)處理( s o u r c ep r e - p r o c e s s i n g ) 對原始數(shù)據(jù)或信號進(jìn)行物理采集并依據(jù)信號級或象素級的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和特征來 估計(jì)和預(yù)測目標(biāo)的存在性和可探測性。 一級融合：目標(biāo)精煉( o b j e c tr e f i n e m e n t ) 完成目標(biāo)精煉過程，即以某種準(zhǔn)則和算法，聯(lián)合、相關(guān)、合并多傳感器采集 的目標(biāo)位置、狀態(tài)、特征參數(shù)和身份屬性信息，以獲取某個(gè)實(shí)體目標(biāo)( 譬如，輻 射源、平臺(tái)、武器、或地理上為一體的軍事體系單元) 的精確表示。它包括：數(shù) 據(jù)對準(zhǔn)；數(shù)據(jù)聯(lián)合求精；數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與點(diǎn)跡和航跡指派。即估計(jì)目標(biāo)位置、速度， 識(shí)別屬性及低級實(shí)體身份。 二級融合：態(tài)勢估計(jì)( s i t u a t i o nr e f i n e m e n t ) 完成態(tài)勢分析，它包括：聚合單元實(shí)體目標(biāo)為有意義的作戰(zhàn)結(jié)構(gòu)組織和武器 系統(tǒng)；評估事件和活動(dòng)以解釋行為以及目標(biāo)與事件間的上下文關(guān)系。為了確定聚 合結(jié)構(gòu)組織的作用與企圖，在態(tài)勢分析時(shí)，尤其強(qiáng)調(diào)關(guān)系信息，譬如，實(shí)體問的 自然親近關(guān)系、通信聯(lián)絡(luò)關(guān)系、因果關(guān)系、暫時(shí)隸屬關(guān)系等。同時(shí)還要利用關(guān)卜 地形、水文、氣象和其它環(huán)境信息的上下文解釋來完成態(tài)勢分析。 三級融合：威脅估計(jì)( t h r e a tr e f i n e m e n t ) 完成威脅估計(jì)，它包括：繼續(xù)聚合過程以評估戰(zhàn)術(shù)威脅，特別是要估計(jì)企圖、 致命因素、機(jī)會(huì)。完成威脅估計(jì)是十分復(fù)雜且困難的任務(wù)，其原因就在于它不僅 要考慮可能的作戰(zhàn)結(jié)果，而且要根據(jù)敵人的作戰(zhàn)條例、訓(xùn)練水平、政治形勢和當(dāng) 前態(tài)勢，甚至指揮員風(fēng)格等有關(guān)知識(shí)來確定敵人的企圖與行動(dòng)。 數(shù)據(jù)融合中態(tài)勢估計(jì)技術(shù)研究 四級融合：過程精煉( p r o c e s sr e f i n e m e n t ) 該級融合可以視為一種超過程( m e t a 。p r o c e s s ) 處理，它完成的關(guān)鍵功能是：監(jiān) 視、評估實(shí)時(shí)和k 期的數(shù)據(jù)融合性能；辨別、標(biāo)明需要什么樣的信息來改善多級 融合性能? 為了采集適宜的信息，確定采用哪類傳感器? 哪一個(gè)專用傳感器? 哪 一個(gè)數(shù)據(jù)庫? 四級融合使融合處理過程達(dá)到最佳化，或自適應(yīng)最佳化。 五級融合：認(rèn)知融合( c o g n i t i v er e f i n e m e n t ) 該級融合主要通過人員的參與，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的入機(jī)交互，完善融合效 果。 數(shù)據(jù)融合的五級處理模型通過動(dòng)態(tài)監(jiān)視融合處理過程，優(yōu)化資源和傳感器管 理，實(shí)時(shí)反饋融合結(jié)果信息，以使融合處理過程具有自適應(yīng)性，從而達(dá)到最佳融 合效果。對于具體的數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)而言，它所接收到的數(shù)據(jù)和信息可以是單層次 上的，也可以是多種抽象層次上的。融合的基本策略是先對同一層次上的信息進(jìn) 行融合，然后將融合結(jié)果匯入更高的數(shù)據(jù)融合層次?？偟恼f來，數(shù)據(jù)融合本質(zhì)上 是一種由低層到高層對多源信息進(jìn)行整合，逐層抽象的信息處理過程。 1 2 態(tài)勢估計(jì) 1 ，2 1 態(tài)勢估計(jì)概念 態(tài)勢估計(jì)到目前為止還沒有統(tǒng)一的定義，然而有大量的關(guān)于態(tài)勢估計(jì)的功能 性描述定義，最著名的就是j d l 的數(shù)據(jù)融合處理模型中的描述f 4 1 1 5 】；態(tài)勢估計(jì)是建 立關(guān)于作戰(zhàn)活動(dòng)、事件、時(shí)間、位置和兵力要素組織形式的張多重視圖，它將 所觀測的戰(zhàn)斗力量分布與活動(dòng)和戰(zhàn)場環(huán)境有機(jī)地聯(lián)系起來，識(shí)別已發(fā)生的事件和 計(jì)劃，得到敵方兵力結(jié)構(gòu)、部署、行動(dòng)方向與路線的估計(jì)，指出敵軍的行為模式， 推斷出敵軍的意圖，做出對當(dāng)前戰(zhàn)場情景的合理解釋，并對臨近時(shí)刻的態(tài)勢變化 圖12 態(tài)勢估計(jì)的功能圖 第一章緒論 做出預(yù)測。 從上述定義可以看出，態(tài)勢估計(jì)是對戰(zhàn)場中戰(zhàn)斗力量部署及其動(dòng)態(tài)變化情況進(jìn) 行解釋，推斷敵方意圖，預(yù)測將來活動(dòng)，并提供最優(yōu)決策依據(jù)與支持資源分配的過 程。態(tài)勢估計(jì)實(shí)際上是一個(gè)多重視圖的處理過程，其結(jié)果應(yīng)該為指揮員提供戰(zhàn)場態(tài) 勢的多重視圖。理想地看，態(tài)勢估計(jì)的結(jié)果為：反映真實(shí)的戰(zhàn)場態(tài)勢，提供事件、 活動(dòng)的預(yù)測，并由此提供最優(yōu)決策的依據(jù)。態(tài)勢估計(jì)的功能圖如圖l2 所示。 1 2 2 態(tài)勢估計(jì)和威脅估計(jì) 態(tài)勢估計(jì)和威脅估計(jì)都是在決策級上進(jìn)行的融合。威脅估計(jì)主要是根據(jù)當(dāng)前 戰(zhàn)場態(tài)勢評估敵方力量的殺傷力和危險(xiǎn)性，進(jìn)而確定敵方意圖的征候與報(bào)警，其 功能圖如圖13 所示。 圖13 威脅估計(jì)的功能圖 由于態(tài)勢估計(jì)是面向多種軍事領(lǐng)域的、多層次的，因而科研人員大多從他們所 面臨的實(shí)際領(lǐng)域出發(fā)選擇適用的技術(shù)完成了諸多實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，基本上都是部分實(shí)現(xiàn)廠 數(shù)據(jù)融合處理模型中描述的功能，大都同時(shí)包含了態(tài)勢、威脅估計(jì)這兩層。也就是 說實(shí)際的融合系統(tǒng)對態(tài)勢估計(jì)和威脅估計(jì)的劃分并不是截然分開的，其中，態(tài)勢估 計(jì)部分是通過識(shí)別敵軍的行為模式來推斷敵軍意圖，并對l 臨近時(shí)刻的態(tài)勢變化給弘 預(yù)測；而威脅估計(jì)是根據(jù)態(tài)勢評估所提供的信息，依據(jù)一定的知識(shí)和規(guī)則，數(shù)值的 形式指示出態(tài)勢中的威脅及威脅大小的過程。我們認(rèn)為對敵行為模式的識(shí)別有助于 識(shí)別敵意圖和目的，而對威脅的理解有助于對態(tài)勢的評估，即這兩個(gè)階段是交互利 并行的非線性處理過程。態(tài)勢與威脅估計(jì)模型如圖1 4 所示。 數(shù)據(jù)融合中態(tài)勢估計(jì)技術(shù)研究 一級數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的結(jié)解釋和襲示二、三級數(shù)態(tài)勢和威 融合結(jié)果構(gòu)化表示環(huán)境( 目標(biāo)、據(jù)融合結(jié)果脅的多種 群、事件、活可能解釋 動(dòng)) 預(yù)測未來行 動(dòng)方向、路線 三重視圖 ( 紅、藍(lán)、白) 圖1 4 態(tài)勢與威脅估計(jì)模型 計(jì)劃 預(yù)測藍(lán)軍 行動(dòng)方向、 路線 123 態(tài)勢估計(jì)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外態(tài)勢估計(jì)技術(shù)發(fā)展比較迅速，在態(tài)勢估計(jì)理論或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究和開發(fā)方 面取得了很大進(jìn)展。從海灣戰(zhàn)爭，可以肯定美國己有較成熟的聯(lián)合作戰(zhàn)態(tài)勢評估系 統(tǒng)，比如a s a s ( 全源分析系統(tǒng)) 實(shí)際上就是面向多源信息融合及態(tài)勢評估的群體決 策支持系統(tǒng)。1 9 9 5 1 9 9 8 財(cái)年美國防部啟動(dòng)的4 6 項(xiàng)先期概念技術(shù)演示驗(yàn)證項(xiàng)目之 一：戰(zhàn)場了解和數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)( b a d d ) ，通過對來自一組類型各異傳感器數(shù)據(jù)的融合 處理，旨在增強(qiáng)指揮官對戰(zhàn)場態(tài)勢感知的支持。此外，在1 9 9 8 年美國防部公布的 ( 1 2 0 1 0 年聯(lián)合作戰(zhàn)設(shè)想中，對作戰(zhàn)能力要素“有效使用兵力”和“任務(wù)規(guī)劃”的 闡述中，都明確要求：“借助一體化輔助決策提供實(shí)時(shí)融合的作戰(zhàn)空間態(tài)勢。為快 速搜索和捕獲目標(biāo)、作戰(zhàn)協(xié)同和目標(biāo)選擇、目標(biāo)移交和交戰(zhàn)的信息處理提供支持”、 “協(xié)同態(tài)勢評估”、“作戰(zhàn)空間的統(tǒng)一理解和表達(dá)”。 由于態(tài)勢和威脅估計(jì)都是對戰(zhàn)場上獲得的數(shù)據(jù)流的高層次關(guān)系提取與處理過 程，更接近于人的思維過程，要涉及到眾多的因素、參數(shù)和觀點(diǎn)，所以它比一級處 理更復(fù)雜：而它所進(jìn)行的各類運(yùn)算又都是基于各類知識(shí)、模擬人腦思維的符號推理， 因此要想給出一個(gè)可信度很高的模型很困難。目前，在態(tài)勢評估中，主要是應(yīng)用認(rèn) 知模型的方法，如專家系統(tǒng)、黑板模型、邏輯模板匹配、品質(zhì)因數(shù)法等。較為典型 的系統(tǒng)有：早期m o s h eb e n b a s s a t 的模式類態(tài)勢識(shí)別系統(tǒng)和基于專家系統(tǒng)的態(tài)勢模 型框架研究；g ，w h o p p l e 等人的i p b ( 戰(zhàn)場情報(bào)準(zhǔn)備系統(tǒng)) ，i p b 是一個(gè)為指揮員 提供敵人過去、現(xiàn)在活動(dòng)并估計(jì)其進(jìn)一步的企圖和行為的多傳感器數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)； 第一章緒論 d a v i df n o b e l 的基于計(jì)劃模板的態(tài)勢輔助系統(tǒng)；j t z a r e w i c z 的多代理計(jì)劃識(shí)別 模板匹配戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢估計(jì)系統(tǒng)；c a r l i n g ，r l 的海上實(shí)時(shí)知識(shí)基態(tài)勢估計(jì)系統(tǒng)；w x z h a n g 的模板匹配態(tài)勢警覺模型；空戰(zhàn)中的單平臺(tái)多傳感器決策為主( r p d ) 態(tài)勢估計(jì) 模型以及主要用于軍事態(tài)勢仿真和計(jì)劃識(shí)別的m u l t i - - a g e n t 模型等。這些系統(tǒng)都 部分的實(shí)現(xiàn)了態(tài)勢估計(jì)的某些功能，它們的發(fā)展代表了對態(tài)勢估計(jì)問題研究的過 程，從基于產(chǎn)生式規(guī)則的知識(shí)基系統(tǒng)到邏輯模板匹配、多代理計(jì)劃識(shí)別模型的研究， 說明態(tài)勢估計(jì)的理論研究和工程實(shí)現(xiàn)正在深入的發(fā)展之中，但還沒有一個(gè)完善的體 系框架。 國內(nèi)對數(shù)據(jù)融合的研究還主要集中在一級融合方面，對多源信息融合中的態(tài) 勢評估與威脅估計(jì)的理論研究基本上是剛剛開始。康耀紅在其專著【2 l 中認(rèn)為態(tài)勢估 計(jì)主要應(yīng)用模板技術(shù)和基于人工智能技術(shù)的規(guī)劃理論、知識(shí)基的方法，但他沒有 具體指出如何應(yīng)用這些理論；國防科技大學(xué)在態(tài)勢估計(jì)建模及時(shí)空推理方面已作 了一些研究如姚春燕的態(tài)勢估計(jì)時(shí)間推理方法，其將態(tài)勢估計(jì)歸為一個(gè)多假設(shè)分 類問題，提出了模糊時(shí)間| 1 0 】、最大后驗(yàn)概率【“】、假設(shè)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)1 4 1 等時(shí)間推理方法： 李兵的應(yīng)用于態(tài)勢特征和態(tài)勢類匹配的條件代數(shù)c 3 ，知識(shí)庫組織方法f 1 2 1 以及姚莉 的用于軍事態(tài)勢估計(jì)的分布式人工智能( d a j ) 協(xié)作知識(shí)模型等；還有的一些科研 單位對高層融合技術(shù)進(jìn)行了積極的、有益的嘗試，如西安電子科技大學(xué)吳霽博士 的規(guī)劃識(shí)別態(tài)勢估計(jì) 1 6 1 模型，其應(yīng)用兩級規(guī)劃識(shí)別模型及路徑規(guī)劃識(shí)別來實(shí)現(xiàn)態(tài) 勢估計(jì)；北方工業(yè)大學(xué)趙姝明的戰(zhàn)場態(tài)勢實(shí)時(shí)閉環(huán)控制系統(tǒng)，其主要解決態(tài)勢描 述方面的問題：電子部2 8 所為某軍區(qū)空軍研制的戰(zhàn)區(qū)空情判斷專家系統(tǒng)能識(shí)別出 空中目標(biāo)的國籍、機(jī)型、活動(dòng)性質(zhì)，該系統(tǒng)有1 4 0 0 條規(guī)則，具有較高質(zhì)量的知識(shí) 庫結(jié)構(gòu)?？傮w說來，國內(nèi)目前態(tài)勢估計(jì)的理論研究還沒有統(tǒng)一的、能為大家普遍 接受的觀點(diǎn)；在工程上主要是建立軍事專家系統(tǒng)，運(yùn)用黑板結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)面向具體 軍事領(lǐng)域( 如防窄) 的態(tài)勢、威脅估計(jì)系統(tǒng)。 在威脅估計(jì)研究方面主要有何友、張由余、許斌等人建立的基于對策淪、多 屬性決策以及多因子動(dòng)態(tài)加權(quán)、p i s i g m a 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等威脅估計(jì)模型。這些系 統(tǒng)大多是應(yīng)用于空防對抗指揮自動(dòng)化系統(tǒng)中的，且為了簡化問題而將對敵軍意圖、 目的推理過程略去，僅僅從目標(biāo)類型、速度、航向、干擾能力、空襲樣式等方面 來計(jì)算這些屬性的權(quán)值，采用影響因子加權(quán)的方法來計(jì)算單個(gè)目標(biāo)的威脅等級， 達(dá)到對目標(biāo)進(jìn)行排序的目的。 由于數(shù)據(jù)融合中軍事保密的問題，上面介紹的國內(nèi)外態(tài)勢估計(jì)模型大多是實(shí) 驗(yàn)室原型系統(tǒng)，且其中描述性和構(gòu)筑框架的多，給出理論和方法及性能評估的少， 有效的定量評估的則更少；另外，在真實(shí)軍事環(huán)境下的態(tài)勢估計(jì)需要有關(guān)武器裝 備特性數(shù)據(jù)、作戰(zhàn)知識(shí)手冊、軍事專家經(jīng)驗(yàn)、各種地理、地圖數(shù)據(jù)( 如地理信息 數(shù)據(jù)融合中態(tài)勢估計(jì)技術(shù)研究 系統(tǒng)g i s 、戰(zhàn)術(shù)標(biāo)圖等) 及氣象等信息，要全面獲取這些數(shù)據(jù)并滿足系統(tǒng)快速處理 的要求，是有很大困難的；并且現(xiàn)有的研究成果表明單一的數(shù)學(xué)方法很難完全實(shí) 現(xiàn)高層數(shù)據(jù)融合的功能，且對問題域的描述還不是很清楚，適用的系統(tǒng)模型和推 理算法還沒有。 總之，要構(gòu)建一個(gè)實(shí)際的態(tài)勢估計(jì)系統(tǒng)，還需大量的理論研究和工程實(shí)踐， 但對數(shù)據(jù)融合中態(tài)勢估計(jì)問題的研究是非常有價(jià)值的。 1 3 論文主要內(nèi)容和本人所做工作 作為十五國防軍事預(yù)研的第三年，本論文的主要研究內(nèi)容就是在前兩年對態(tài) 勢估計(jì)及實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，建立和實(shí)現(xiàn)態(tài)勢評估的功能模型、系統(tǒng)模型和 推理算法，著重點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)技術(shù)的研究。在論文工作期間，本人主要完成了以下 工作： 1 ) 在第二章中，詳細(xì)描述了態(tài)勢覺察、態(tài)勢理解和態(tài)勢預(yù)測的三級功能處理模型， 及各級所要完成的功能；在此基礎(chǔ)上，討論了幾個(gè)具體的態(tài)勢估計(jì)推理框架， 即態(tài)勢估計(jì)數(shù)學(xué)模型；其中著重描述了基于規(guī)劃識(shí)別的態(tài)勢估計(jì)模型。 2 ) 在第三章中，對態(tài)勢覺察技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，著重描述了實(shí)現(xiàn)了態(tài)勢覺察 部分的事件提取及模糊化處理，并利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)( u m l 、設(shè)計(jì)模式等) 對態(tài)勢覺察模塊進(jìn)行建模。 3 ) 在第四章中，對態(tài)勢推理中的時(shí)間空間關(guān)系及軍事計(jì)劃的模板實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行了 些初步的研究，并運(yùn)用專家系統(tǒng)工具c l i p s 初步實(shí)現(xiàn)了軍事計(jì)劃的模板表 示及基于模板匹配的軍事計(jì)劃識(shí)別。 4 )在第五章中，首先討論了面向態(tài)勢估計(jì)的仿真系統(tǒng)與面向一級融合的仿真系統(tǒng) 的異同點(diǎn)；隨后想定了一個(gè)具體的場景，并對該場景進(jìn)行了詳細(xì)的說明；最后 通過場景測試，進(jìn)一步驗(yàn)證了事件檢測算法及用于軍事計(jì)劃識(shí)別的模板匹配算 法。 第二章態(tài)勢估計(jì)模型 第二章態(tài)勢估計(jì)模型 由于態(tài)勢估計(jì)是對戰(zhàn)場上獲得的數(shù)據(jù)流的高層次關(guān)系提取與處理，更接近于 人的思維過程，要涉及到眾多的因素、參數(shù)、作戰(zhàn)樣式、條例和觀點(diǎn)。所以它比 一級融合處理更復(fù)雜；同時(shí)，它所進(jìn)行的各類運(yùn)算又多半都是基于領(lǐng)域知識(shí)，模 擬人腦的符號推理。在戰(zhàn)役( 戰(zhàn)術(shù)) 對象多、協(xié)同關(guān)系復(fù)雜、機(jī)動(dòng)頻繁、戰(zhàn)場態(tài) 勢變化快的真實(shí)情況下，要想給出一置信度較高的模型是比較困難的。本章節(jié)在 態(tài)勢估計(jì)問題描述的基礎(chǔ)上，詳細(xì)討論了態(tài)勢估計(jì)功能模型，并介紹了實(shí)現(xiàn)態(tài)勢 估計(jì)的幾種推理框架。 2 1態(tài)勢估計(jì)問題描述 態(tài)勢估計(jì)是建立關(guān)于作戰(zhàn)活動(dòng)、事件、時(shí)間、位置、狀態(tài)和兵力要素組成的 一張多層視圖。它根據(jù)環(huán)境內(nèi)的對象的時(shí)序行為序列來識(shí)別對象正在執(zhí)行的計(jì)劃， 并同時(shí)給出對象行為意圖的推測、判斷，做出對當(dāng)前戰(zhàn)場情況合理的解釋，指出 敵軍的兵力部署與行為，推斷出敵軍的意圖，并對臨近時(shí)刻的態(tài)勢變化做出預(yù)測。， 態(tài)勢估計(jì)需要建立紅、藍(lán)、白三種視圖，其中紅、藍(lán)色視圖描述我方、敵方關(guān)j 作戰(zhàn)活動(dòng)、事件、位置和兵力要素形成的畫面；而白色視圖則描述戰(zhàn)場環(huán)境情況。 戰(zhàn)場態(tài)勢需要綜合紅、藍(lán)、白視圖中各要素的估計(jì)結(jié)果，以便為指揮員提供戰(zhàn)場 態(tài)勢的多重視圖，反映真實(shí)的戰(zhàn)場態(tài)勢，提供事件、活動(dòng)的預(yù)測，為最優(yōu)決策提 供依據(jù)。 2 2態(tài)勢估計(jì)功能模型 真實(shí)環(huán)境下態(tài)勢估計(jì)的對象是作戰(zhàn)區(qū)域中隨時(shí)間推移而不斷動(dòng)作并變化著的作 戰(zhàn)實(shí)體，態(tài)勢估計(jì)實(shí)際上就是對這樣一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的對象感知并提取出來的態(tài)勢元 素進(jìn)行覺察、認(rèn)識(shí)、理解和預(yù)測的處理過程。為此，我們提出態(tài)勢估計(jì)的三級功能 模型，即態(tài)勢覺察、態(tài)勢理解和未來態(tài)勢預(yù)測，如圖2 1 所示。 圖2 1 態(tài)勢估計(jì)三級功能模型 數(shù)據(jù)融合中態(tài)勢估計(jì)技術(shù)研究 一級估計(jì)：態(tài)勢覺察 其輸入為該時(shí)刻當(dāng)前戰(zhàn)場環(huán)境下諸威脅單元( 如艦艇、飛機(jī)、指揮所、雷達(dá) 站等) 信息，可表示為： s = ，只，只，只 其中，尸是第i 個(gè)威脅單元在該時(shí)刻的狀態(tài)信息集合，以七元組形式給出： 尸= 時(shí)間，批號，實(shí)體類型，位置，速度，加速度，輻射源) 所渭態(tài)勢覺察就是將f 與歷史態(tài)勢和領(lǐng)域中事件模式類特征模板進(jìn)行比較、 分析、判斷，從而提取出所關(guān)心的戰(zhàn)場態(tài)勢元素，如： 發(fā)現(xiàn)新的目標(biāo)事件； 目標(biāo)消失事件； 輻射源( 雷達(dá)、電臺(tái)、干擾機(jī)、) 開關(guān)機(jī)事件； 目標(biāo)機(jī)動(dòng)( 加速、拐彎、爬高、俯沖、) 事件： 機(jī)群或艦隊(duì)分批合批事件等； 提取出的態(tài)勢元素用三元組表示： a = 時(shí)間屬性值，事件的定性值， 它表示特定平臺(tái)的狀態(tài)變遷。以上這些態(tài)勢元素是進(jìn)行平臺(tái)計(jì)劃推理的基本 信息，以此為基礎(chǔ)可進(jìn)行各種時(shí)間關(guān)系、空間關(guān)系、因果關(guān)系的定義和匹配。 態(tài)勢覺察需要解決的另一個(gè)問題是目標(biāo)聚合或編群問題。此階段根據(jù)諸威脅 單元信息，按照戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)條例、通信拓?fù)潢P(guān)系、幾何近鄰關(guān)系、功能依賴關(guān)系 及先驗(yàn)?zāi)０?，采用自底向上逐層分解的方式對描述威脅單元的信息進(jìn)行抽象和劃 分，以形成關(guān)系級別上的軍事體系單元假設(shè)，即： s = 0 ，bu eu b ，只up j ，只，尺) 其中r 是對多軍事體系單元假設(shè)關(guān)系的描述，指事件發(fā)生的時(shí)間、空間及邏 輯上的關(guān)系，將影響態(tài)勢判斷時(shí)對時(shí)間、空間以及因果關(guān)系的推理。 目標(biāo)編群將關(guān)于目標(biāo)對象的可用數(shù)據(jù)按空間、功能及相互作用等屬性逐級分 群，以揭示目標(biāo)之間的相互聯(lián)系，確定相互合作的功能，從而解釋問題領(lǐng)域的各 種行為。編群按低級到高級順序分為四個(gè)層次，如圖2 2 所示。 各層次描述如下 敵方我方中立方群 相互作用群 空間群 目標(biāo)對象 圖2 ，2 態(tài)勢估計(jì)抽象層次 翼 第二章態(tài)勢估計(jì)模型 目標(biāo)對象：各個(gè)威脅單元 空間群：按空間一維或多維簇分類分析而劃分的群。同一群中的成員空間 位置相近、行為相似。用于描述空間群的參數(shù)包括：編群方式、威脅單元數(shù)目、 群的范圍、每一威脅單元的有關(guān)參數(shù)等 相互作用群：多個(gè)相關(guān)的空間群形成一個(gè)相互作用群。每個(gè)相互作用群都有 一個(gè)戰(zhàn)役( 戰(zhàn)術(shù)) 目標(biāo)，通過其多個(gè)空間群相互協(xié)同作戰(zhàn)來實(shí)現(xiàn)。這些空間群司能 有不同的攻擊或防御目標(biāo)，但它們都是為了實(shí)現(xiàn)共同的戰(zhàn)略目標(biāo)。描述相互作用群 的參數(shù)包括：威脅單元類型和數(shù)量、群的構(gòu)成方式、同盟關(guān)系、群重心心位置和空 間范圍、移動(dòng)平均速度、群成員描述等 敵方我方中立方群：將所有相互作用群按敵方、我方和中立方標(biāo)識(shí)劃分為 三個(gè)大群，形成戰(zhàn)場的三個(gè)陣營 戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢模型的建立：敵方群和我方群存在一定的對抗關(guān)系，這些敵對的相 互作用關(guān)系集構(gòu)成當(dāng)前戰(zhàn)術(shù)世界的全部狀態(tài)，即可能發(fā)生的沖突狀態(tài)，對所有相互 作用關(guān)系的識(shí)別和推導(dǎo)形成最終的當(dāng)前戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢模型 目標(biāo)編群過程是一個(gè)逐步求精的推理過程，問題求解的主要難度在于群的遞增 建立和群結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)維護(hù)。在戰(zhàn)役對象多、協(xié)同關(guān)系復(fù)雜、機(jī)動(dòng)頻繁、戰(zhàn)場態(tài)勢變 化快的真實(shí)情況下，聚類和編群這是整個(gè)態(tài)勢估計(jì)的基礎(chǔ)，也是要解決的關(guān)鍵問題 和技術(shù)難點(diǎn)之一。 二級估計(jì)：態(tài)勢理解 根據(jù)一級評估生成的狀態(tài)集，結(jié)合領(lǐng)域?qū)＜业能娛轮R(shí)對當(dāng)前態(tài)勢進(jìn)行解釋， 判斷敵方戰(zhàn)場部署( 進(jìn)攻、防御、集結(jié)、) 和行動(dòng)企圖( 穿插、迂回、逃跑、) ， 是對敵方意圖和作戰(zhàn)計(jì)劃的識(shí)別。設(shè)態(tài)勢空間框架o = ( a ，b ，c ，) ，其元素為戰(zhàn)場空 間中可能出現(xiàn)的全部態(tài)勢分類；m = x ，y ，z ，) 為態(tài)勢特征集合，表示戰(zhàn)場空間中 所出現(xiàn)的事件。所謂二級評估( 態(tài)勢理解) 實(shí)際上就是求解態(tài)勢特征集合與態(tài)勢寧 間框架的對應(yīng)關(guān)系： 廠： m 斗 由此對態(tài)勢事件進(jìn)行分類識(shí)別，形成態(tài)勢假設(shè)對戰(zhàn)場實(shí)體對象、編群及其活動(dòng)、 事件和計(jì)劃給予解釋。該過程高度依賴軍事領(lǐng)域知識(shí)，特別是外軍作戰(zhàn)條例、作戰(zhàn)樣 式、指揮官的指揮風(fēng)格與習(xí)慣、社會(huì)一政治背景、天氣、地形等。為此，建立完整、 準(zhǔn)確的軍事事例庫及先驗(yàn)?zāi)０迨潜仨毜?。這是態(tài)勢估計(jì)需要解決的第二個(gè)關(guān)鍵問題。 三級估計(jì)：未來態(tài)勢預(yù)測 基于己得出的當(dāng)前態(tài)勢，對未來可能出現(xiàn)的態(tài)勢情況進(jìn)行預(yù)測，即已知t 州刻 的態(tài)勢s ( t ) ，求( s ( t + t ) ，s ( t + 2 t ) ，“) 。作戰(zhàn)對象未來位置的變化可以根據(jù)航 跡的狀態(tài)方程、機(jī)動(dòng)性、作戰(zhàn)目的進(jìn)行預(yù)測。但對未來高級行為的估計(jì)比較困難。 數(shù)據(jù)融臺(tái)中態(tài)勢估計(jì)技術(shù)研究 圖2 3 態(tài)勢估計(jì)的求解過程 2 3 態(tài)勢估計(jì)的推理框架 231 態(tài)勢估計(jì)問題的特點(diǎn)1 1 3 i 態(tài)勢估計(jì)是軍事智能決策過程中重要的環(huán)節(jié)，其以軍事知識(shí)和軍事經(jīng)驗(yàn)為基 礎(chǔ)，自適應(yīng)地對急劇動(dòng)態(tài)變化的戰(zhàn)場場景進(jìn)行監(jiān)控，按照軍事專家的思維方式和 經(jīng)驗(yàn)，自動(dòng)對實(shí)時(shí)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、推理和判斷，做出對當(dāng)前戰(zhàn)場情境合理的 解釋，為軍事指揮員提供較為完整準(zhǔn)確的當(dāng)前態(tài)勢分析報(bào)告。這個(gè)推理過程是基 于知識(shí)啟發(fā)式的求解過程，是將基于知識(shí)的推理算法應(yīng)用于態(tài)勢估計(jì)推理框架來 完成的，因此推理框架的實(shí)現(xiàn)是解決態(tài)勢估計(jì)問題首要考慮的問題。這樣，對各 種類型的戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢估計(jì)系統(tǒng)，需要抽取推理框架的共同特點(diǎn)，將不同研究者對戰(zhàn) 術(shù)態(tài)勢估計(jì)的理解統(tǒng)一起來，以進(jìn)一步開發(fā)適用于態(tài)勢估計(jì)的推理算法，指導(dǎo)戰(zhàn) 術(shù)態(tài)勢估計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。由于推理框架是根據(jù)問題的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)建立的，因此我們 首先討論態(tài)勢的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 b a s s a t 認(rèn)為態(tài)勢估計(jì)問題具有多角度、多成員、層次性的特征。所謂多角度， 是指對某一個(gè)態(tài)勢的辨別是通過從戰(zhàn)場的多個(gè)側(cè)面認(rèn)識(shí)態(tài)勢特征得到；多成員是 指從某一角度看，幾種備選假設(shè)同時(shí)共存；層次性是指底層線索為高層線索的組 成部分，高層線索可以為低層線索提供證據(jù)。 232 態(tài)勢估計(jì)推理框架l j 3 1 匹配濾波器網(wǎng)絡(luò)框架 態(tài) 測 第二章態(tài)勢估計(jì)模型 k i r i l l o v 2 6 1 提出了匹配濾波器網(wǎng)絡(luò)框架。他首先將態(tài)勢估計(jì)任務(wù)簡化為確定 有關(guān)正在( 已經(jīng)、將要) 發(fā)生的事件的w h a t 、w h e n 、w h e r e 屬性，從句法方面對 態(tài)勢估計(jì)任務(wù)進(jìn)行分解，將它的語義壓縮在各子任務(wù)內(nèi)部，框架結(jié)構(gòu)如圖2 4 所 示，予任務(wù)的功能結(jié)構(gòu)如圖2 5 所示。 證據(jù)數(shù)據(jù)輸入 圖2 4 態(tài)勢估計(jì)中匹配濾波器網(wǎng)絡(luò)框架示例 從圖中可以清楚地看到，在句法層，可將態(tài)勢估計(jì)任務(wù)或子任務(wù)的輸入和輸 出表示為關(guān)于某些事件的消息，第f 個(gè)子任務(wù)第k 端的消息可表示為某一謂詞a 。 的不變形式： m e s s a g e = a m ( x s ) i = 1 ，m ：k = o ，1 ，n z 。，j s _ 。，分別是a 。類型的事件的定性定量值、空間屬性值和時(shí)間屬性值 的集合。從語義方面看，可以將圖2 4 中所示的元件( 子任務(wù)) 看作一個(gè)非線性 邏輯空f n 時(shí)問濾波器，它和某些事件特征相匹配。當(dāng)輸入消息參數(shù)相應(yīng)于這利r 事件特征時(shí)，相應(yīng)的態(tài)勢就被檢測到。 數(shù)據(jù)融合中態(tài)勢估計(jì)技術(shù)研究 圖2 5 匹配濾波器結(jié)構(gòu)，領(lǐng)域知識(shí)用于合成濾波器特征函數(shù) 基于圖解的推理框架： n o b e l 提出了一種基于圖解的信息表示理論，圖解的思想來源于認(rèn)知科學(xué)和 社會(huì)心理學(xué)，應(yīng)用圖解可以表示對某一客觀對象的理解。n o b e l 提出的圖解結(jié)構(gòu) 分為三層：第一層作為特征槽，定義態(tài)勢特征，如平臺(tái)位置，平臺(tái)類型，平臺(tái)間 空f 司關(guān)系等；第二層為限制層，定義對允許填入槽中的特征的限制，限制是彈性 的，允許_ 1 i 同特征以變化的程度填入槽中，如果圖解中足夠多的槽被充分填充， 圖解即被“激活”：第三層作為推斷和行動(dòng)選擇層，定義了使用于此圖解的推斷和 千亍動(dòng)。態(tài)勢這樣復(fù)雜的抽象概念需要用一個(gè)兩維圖解網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：一維是類屬類型， 即低層圖解是高層圖解的一種；另一維是部屬類型，即低層圖解為高層圖解的一 個(gè)槽提供詳細(xì)信息，在這一結(jié)構(gòu)中，最高層的圖解表示對態(tài)勢最深刻的理解，底 層的槽對應(yīng)于態(tài)勢的可觀測特性。部屬層次中的低層圖解被激活后，可以填入高 層圖解的槽，進(jìn)而部分激活高層圖解。被激活的高層圖解驅(qū)動(dòng)與它相連的低層圖 解，因而使這些低層圖解更容易識(shí)別與它匹配的態(tài)勢特征。在這種結(jié)構(gòu)下，態(tài)勢 數(shù)據(jù)輸入低層圖解會(huì)建立一個(gè)激活“流”，激活“流”通過層次結(jié)構(gòu)，可以形成對 態(tài)勢的一個(gè)理解。 基于描述的推理框架 該框架形式化描述可檢測的事件和態(tài)勢，定義子描述與父描述的關(guān)聯(lián)，通過 匹配各描述命題的前件來識(shí)別態(tài)勢。一個(gè)“描述”是一個(gè)事件序列，個(gè)“事件” 是出現(xiàn)在某一具體時(shí)間段內(nèi)的可檢測的活動(dòng)。每一事件以子描述或命題來表示， 是父描述出現(xiàn)的線索。每個(gè)描述包括若干子描述和命題，每個(gè)子描述又包括若干 子描述和命題，如此下去，直到最底層為止。對每一子描述，均定義了入口條件 和時(shí)間關(guān)系限制。推理過程是在自上而下和自下而上兩個(gè)方向上，不斷將輸入數(shù) 據(jù)與各命題的前件、子描述的入口條件以及時(shí)間限制相匹配的過程。 第二章態(tài)勢估計(jì)模型 基于模板的計(jì)劃識(shí)別推理框架【2 5 1 a z a r e w i c z 等人首先建立了一個(gè)軍事目標(biāo)，任務(wù)計(jì)劃層次結(jié)構(gòu)1 2 “。在這一結(jié)構(gòu) 中頂層的節(jié)點(diǎn)是某一軍事目標(biāo)，各子目標(biāo)作為它的子節(jié)點(diǎn)；對任一子目標(biāo)節(jié)點(diǎn)， 將用來完成它的各項(xiàng)任務(wù)作為它的各個(gè)子節(jié)點(diǎn)；對每一任務(wù)子節(jié)點(diǎn)，將用來完成 這項(xiàng)任務(wù)的各個(gè)計(jì)劃作為它的各個(gè)子節(jié)點(diǎn)。 他們對各個(gè)節(jié)點(diǎn)采用統(tǒng)一的模板表示方法。每個(gè)節(jié)點(diǎn)有三個(gè)槽，即條件屬性、 執(zhí)行過程、效果。 條件屬性是參數(shù)集合，它的滿足為特定的目標(biāo)、任務(wù)、計(jì)劃或事件提供證據(jù)， 包含以下幾個(gè)槽： 一 前提( p r e c o n d i t i o n s ) ：為任務(wù)、計(jì)劃或事件的執(zhí)行指定必要的條件，如 通過監(jiān)控確定目標(biāo)位景后，才能進(jìn)行攻擊任務(wù)。 - 約束( c o n s t r a i n t s ) ：代理執(zhí)行該過程前必須滿足的一些條件，如代理實(shí) 施攻擊計(jì)劃前必須保證目標(biāo)在射程之內(nèi)。 一 期望條件( e x p e c t e dc o n d i t i o n s ) ：代理執(zhí)行該過程前期望滿足的條件， 如雙方開戰(zhàn)前局勢緊張。 可觀測到的條件( o b s e r v a b l ec o n d i t i o n s ) ：實(shí)時(shí)可觀測信息，如搜索雷 達(dá)開機(jī)，支持目標(biāo)搜索這一假設(shè)。 _ 關(guān)鍵指示器( c r i t i c a li n d i c a t o r s ) ：用于自下而上的頂層假設(shè)激活。 執(zhí)行過程：該節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)。這包括子目標(biāo)、任務(wù)、計(jì)劃或事件。 效果：任務(wù)的執(zhí)行情況，如攻擊任務(wù)成功，則可把目標(biāo)被摧毀就是其效果。 ( 包含兩方面的情況，即任務(wù)完成情況、自己的損失情況) 時(shí)間、空間和因果限制均包含在條件屬性中。推理過程通過在自上而下和自 下而上兩個(gè)方向l ，不斷將輸入數(shù)據(jù)與節(jié)點(diǎn)的條件屬性相匹配而進(jìn)行。 24 基于規(guī)劃識(shí)別的態(tài)勢估計(jì)模型 2 41 規(guī)劃識(shí)別的定義 規(guī)劃識(shí)矧j ( p l a nr e c o g n i t i o n ) 是根據(jù)代理的行為序列來推斷代理所追求的目標(biāo) 的過程。 2 42 規(guī)劃識(shí)別的分類 按照k a u t z 2 0 1 的定義，規(guī)劃識(shí)別被分為兩類：合作式規(guī)劃識(shí)另l j ( i n t e n d e dd l a n r e c o g n i t i o n ) 和鎖孔式規(guī)劃識(shí)另o ( k e y h o l ep l a nr e c o g n i t i o n ) 。其中合作式規(guī)劃識(shí)別是指 被觀察的代理有意識(shí)的規(guī)劃它的動(dòng)作或行為以使規(guī)劃識(shí)別實(shí)施者能準(zhǔn)確的識(shí)別它 的意圖，因此在合作式規(guī)劃識(shí)別過程中，代理對規(guī)劃識(shí)別者是非常合作的。而鎖 孔式規(guī)劃識(shí)別則不同，被觀察的代理一般不支持規(guī)劃識(shí)別者去識(shí)別它的計(jì)劃或意 圖，它對規(guī)劃識(shí)別者的態(tài)度至少是不支持的。 數(shù)據(jù)融合中態(tài)勢估計(jì)技術(shù)研究 243 規(guī)劃識(shí)別中的幾個(gè)基本概念 代i n ( a g e n t s ) ：處于某一環(huán)境中，為達(dá)到其預(yù)定目標(biāo)，具有在環(huán)境中靈活的、 自主的行動(dòng)能力的實(shí)體。代理具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 1 ) 自治性( a u t o m o n y ) a g e n t 能夠在沒有人或其它a g e n t 干預(yù)下運(yùn)行，并具 有某種控制自身行為和內(nèi)部狀態(tài)的能力； 2 ) 反應(yīng)。 生( r e a c t i v i t y ) ：a g e n t 能夠感知其所處的環(huán)境，并能剝環(huán)境的變化作 出及時(shí)而適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)； 3 )自主i 生( p r o a c t i v i t y ) ：a g e n t 能夠感知其所處環(huán)境的變化，并主動(dòng)做出基于 目標(biāo)的行為； 4 ) 可通信性( c o m m u n i c a b i l i t y ) ：a g e n t 具有與人或其它a g e n t 進(jìn)行交互的能 力。 目的( g o a l ) ：描述某個(gè)預(yù)計(jì)期望的狀態(tài)，它是代理產(chǎn)生一系列行為的最根本 動(dòng)機(jī)。 計(jì)劃( p l a n ) ：代理的與目的和任務(wù)領(lǐng)域相關(guān)的一系列行為，在任務(wù)領(lǐng)域中執(zhí)行 了這些行為，將達(dá)到指定的目的。 規(guī)戈o ( p l a n n i n g ) ：尋求能夠達(dá)到所希望目的的行為序列的過程，它和規(guī)劃識(shí)別 是對兩個(gè)相逆問題的求解。 觀測者( o b s e r v e r ) 試圖識(shí)別代理目的和計(jì)劃的人或系統(tǒng)。 觀；l l ( o b s e r v a t i o n ) ：觀測者對某個(gè)代理執(zhí)行的事件或行為的觀測信息。 244 規(guī)劃識(shí)別過程 規(guī)劃識(shí)別過程可以分為兩步： 首先建立求解領(lǐng)域的計(jì)劃庫( p l a n l i b r a r y ) ，描述求解目標(biāo)及達(dá)到該目標(biāo)的計(jì)劃 連同實(shí)現(xiàn)該計(jì)劃的代理執(zhí)行的完整行動(dòng)序列。該計(jì)劃庫就是觀測者解釋代理在采 取某種方法做某件事時(shí)時(shí)所擁有的知識(shí)。它一般按以下的抽象層次關(guān)系組織： 目標(biāo) 方法1 行動(dòng)步驟( 或序列) ，方法2 ， 其中行動(dòng)序列可能具有各種時(shí)間、空間或因果等限制，目標(biāo)實(shí)現(xiàn)方法中可能引入 目標(biāo)而形成遞歸。 其次觀測者解釋代理的行為，按照行為在獲得目標(biāo)中的作用來推理猜測代理 的目的及計(jì)劃，并且基于該計(jì)劃來預(yù)言代理隨后的行為。該推理過程有兩種推理 模式：假設(shè)代理追求某目標(biāo)，搜索實(shí)現(xiàn)該目的的方法，推理出描述該方法的行