艦艇編隊電子偵察的大數(shù)據(jù)應(yīng)用分析*

何　勰　嚴建鋼　于　超

(1.海軍航空工程學(xué)院　煙臺　264000)(2.海軍航空兵學(xué)院　葫蘆島　125000)

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艦艇編隊電子偵察的大數(shù)據(jù)應(yīng)用分析*

何勰1嚴建鋼1于超2

(1.海軍航空工程學(xué)院煙臺264000)(2.海軍航空兵學(xué)院葫蘆島125000)

論文以大數(shù)據(jù)技術(shù)為主線，根據(jù)艦艇編隊電子偵察系統(tǒng)和偵察數(shù)據(jù)的特點，將大數(shù)據(jù)技術(shù)在編隊電子偵察領(lǐng)域的應(yīng)用進行了剖析，其目的在于揭示大數(shù)據(jù)技術(shù)在海戰(zhàn)場上電子偵察的應(yīng)用前景，為相關(guān)技術(shù)人員和研究學(xué)者提供理論參考，具有實際的意義。

艦艇編隊;電子偵察;大數(shù)據(jù);應(yīng)用;分析

Class NumberTN971.1

1　引言

網(wǎng)絡(luò)的興起也讓“大數(shù)據(jù)”(Big data)一詞越來越熱,無數(shù)的網(wǎng)絡(luò)平臺相繼運用大數(shù)據(jù)為人們掀開了嶄新的世界：一個大規(guī)模生產(chǎn)、分享和運用數(shù)據(jù)的時代[1]。從一般意義上說，大數(shù)據(jù)是指那些超過傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)處理能力的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量通常在10TB(1TB=1024GB，為1萬億字節(jié))以上。20多年來，各個領(lǐng)域特別是信息領(lǐng)域的數(shù)據(jù)量加速增長是大數(shù)據(jù)概念產(chǎn)生的基礎(chǔ)。有專家測算，2000年全球新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量為1000PB～2000PB，到2010年僅僅全球企業(yè)一年新存儲的數(shù)據(jù)量就超過了7000PB[2]。大數(shù)據(jù)時代下產(chǎn)生出了各種類型數(shù)據(jù)：互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、金融數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等等，它們滿足各行各業(yè)的需求。借助數(shù)據(jù)的分析、處理、分布式計算(也稱云計算技術(shù)，交給全球分布的服務(wù)器來處理)、數(shù)據(jù)可視化等技術(shù)將這些數(shù)據(jù)里有價值的部分提取，運用于市場。大數(shù)據(jù)的影響和變化是革命性的，在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用也非常廣泛。美軍的信息系統(tǒng)，服務(wù)器總量達到7萬臺及700萬個電腦終端，美軍在重點研究領(lǐng)域，如網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)、電子戰(zhàn)、大規(guī)模殺傷性武器防御、人機互動等方面加大對大數(shù)據(jù)技術(shù)的投入力度[3]。

在電子偵察領(lǐng)域，電子偵察系統(tǒng)是通過獲取電磁信號收集和分析有關(guān)對方的輻射源特性、作戰(zhàn)意圖等高價值情報進行作戰(zhàn)支援的軍事裝備,在海上艦艇編隊的應(yīng)用也更為廣泛。為了適應(yīng)日益密集復(fù)雜的電磁環(huán)境，電子偵察系統(tǒng)由早期人為操作的設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)橛捎嬎銠C控制、快速分析和反應(yīng)，成為自動截獲、識別、分析、定位和記錄的多功能偵察系統(tǒng)。隨著偵察終端在技術(shù)和數(shù)量上的快速發(fā)展，偵察系統(tǒng)如果能實現(xiàn)大數(shù)據(jù)技術(shù)用以快速高效地處理和分析偵察到的海量信息，將大大提高情報獲取的效率。

2　艦艇編隊電子偵察系統(tǒng)分析

2.1電子偵察系統(tǒng)工作原理

電子偵察，是指使用專門的電子技術(shù)設(shè)備進行的偵察，如無線電技術(shù)偵察、雷達偵察和電視偵察等；獲取對方的技術(shù)參數(shù)、通信內(nèi)容、所在位置等電子情報是它的主要任務(wù)[4]。電子偵察設(shè)備，一般裝載在地面電子偵察站、電子偵察飛機、電子偵察船及電子偵察衛(wèi)星和投放式偵察設(shè)備，另外還有可隨身攜帶的簡易偵察設(shè)備等，艦艇編隊電子偵察系統(tǒng)就是裝載在水面艦艇上。電子偵察的輻射源來自于對方的雷達、通信或其他設(shè)備在遠距離有意或無意向空間發(fā)射的電磁波信號，這些輻射源有獨自的特征參數(shù)，一般都比較復(fù)雜，在電磁和海上環(huán)境下，多個輻射源交織在一起形成信號流，偵察設(shè)備必須要從密集的信號中篩選、識別，最后精確測定輻射源信號源的特征參數(shù)、類型、威脅程度等并排列出威脅優(yōu)先等級，為編隊各級指揮員決策提供參考。

2.2特征分析

2.2.1艦艇編隊電子偵察系統(tǒng)的特征分析

1)艦艇編隊電子偵察系統(tǒng)接收到的輻射源信息數(shù)據(jù)量大、未知因素多，除了針對性目標的特定接收以外還有未知的信息，比如偵察海上目標情況時會涵蓋島嶼島礁、民船、海雜波、動物的回波等非軍事類信號，偵察空中目標時會將民航飛機、鳥類、非軍用飛行器的電磁信號等納入偵察范圍。

2)艦艇編隊電子偵察系統(tǒng)具有很強的信號分析能力。由于電子偵察系統(tǒng)頻率覆蓋范圍寬、截獲概率高，可以判斷出輻射源的類型和身份。比如可以區(qū)分出雷達的具體型號：警戒雷達、火控雷達、導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達等，也可以辨別出通信電臺的類型及所屬的通信網(wǎng)絡(luò)，甚至從截獲的通信信息中破譯出敵方傳送的軍事信息。但隨著數(shù)據(jù)量及未知信號的加大，也加大了信號分析能力的難度。

3)對輻射源的測距信息需依賴多部電子偵察系統(tǒng)才能夠?qū)崿F(xiàn)。雷達對目標距離的探測是根據(jù)電磁波在雷達與目標之間的電磁波反射時間推算的，由于電子偵察設(shè)備是“無源”工作方式，所以無法推算出目標與平臺之間的距離，而艦艇編隊的位置又時刻在變化，也正因為如此，電子偵察的隱蔽性高于主動式雷達。

2.2.2電子偵察系統(tǒng)的數(shù)據(jù)特征分析

電子偵察系統(tǒng)的數(shù)據(jù)隨著設(shè)備數(shù)量增多和技術(shù)的增強而逐漸增大，數(shù)據(jù)量雖然龐大卻有以下幾個獨立的特征：

1)偵察系統(tǒng)雖然在數(shù)量和技術(shù)上增強但接收的信息仍然較為單一。電子偵察系統(tǒng)主要接收電磁波信號，即具有特征參數(shù)的雷達信號：功率、重復(fù)頻率、脈沖寬度、調(diào)制特性、天線掃描類型、工作周期、極化形式等；通信信號的參數(shù)：工作頻段、頻率、調(diào)制類型、體制、發(fā)射機方位等。這些參數(shù)的種類比較固定，電子偵察系統(tǒng)識別輻射源的依據(jù)就是這些特征參數(shù)，并判斷它們的用途、威脅程度等。

2)電子偵察數(shù)據(jù)的目標明確：獲取敵方軍事情報。電子偵察系統(tǒng)不同于一般傳感器系統(tǒng)，它在時間、空間、內(nèi)容根據(jù)軍事任務(wù)的不同都有明確的目標。作為戰(zhàn)略偵察，電子偵察系統(tǒng)要對某一海區(qū)進行長期的精確測定、收集和記錄，為我方使用電子對抗技術(shù)提供支持、制定作戰(zhàn)計劃提供依據(jù)；若作為戰(zhàn)時的實時偵察，就要快速、高效、準確地判明敵方輻射源的類型、工作狀態(tài)、威脅程度等，及時進行威脅告警、規(guī)避、協(xié)助指揮員實施反干擾措施.。

3)艦艇編隊電子偵察系統(tǒng)對電磁波信號識別的難度在加大。在復(fù)雜電磁環(huán)境下，輻射源在廣闊的頻域和空域內(nèi)，各種電磁信號在頻域上覆蓋交織，在時域上又密集疊加，工作體制繁多、波形千變?nèi)f化，電子偵察系統(tǒng)的輸入端接收的信號流包含未知目標的方位、調(diào)制方式、輻射時間、極化方式、強度、地理位置等，所以，要從復(fù)雜電磁環(huán)境中分選出這些未知信息的難度是相當大的。

3　大數(shù)據(jù)技術(shù)分析

在信息化條件下的未來戰(zhàn)場，數(shù)據(jù)的重要作用將會更加明顯，因為要想獲得戰(zhàn)場優(yōu)勢，提高數(shù)據(jù)量、分析處理技術(shù)、用數(shù)據(jù)決策等方面才是核心要素。艦艇編隊電子偵察領(lǐng)域若應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)截取他國高信息含量的軍事情報，就能在偵察情報的獲取、跟蹤、定位、處理、分析和對抗方面獲得優(yōu)勢。

3.1電子偵察數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)特征

目前，大數(shù)據(jù)在電子偵察領(lǐng)域有四個特征[5]：

1)數(shù)據(jù)量巨大。通常是指10TB規(guī)模以上的數(shù)據(jù)量。在電子偵察領(lǐng)域，數(shù)據(jù)量的來源就是輻射源，在長期的偵察和軍事訓(xùn)練、軍事行動的背景下，電子偵察系統(tǒng)已經(jīng)存儲了大量的可利用和挖掘的數(shù)據(jù)量。

2)數(shù)據(jù)種類繁多。雖然電子偵察接收到的只是電磁波信號，但由于偵察區(qū)域、輻射源平臺類型和數(shù)量、工作頻率、威脅等級、輻射源體制等不同使其接收到的信號更加復(fù)雜多變，加大了識別和分選的難度。

3)流動速度快。大數(shù)據(jù)強調(diào)數(shù)據(jù)是快速且動態(tài)變化的，快到難以用傳統(tǒng)的處理系統(tǒng)解決。海戰(zhàn)場環(huán)境變化莫測，不可知因素多，數(shù)據(jù)量流動快，對指揮員的決策會有較大的影響。

4)價值密度低。在數(shù)據(jù)量加速增長的同時，隱藏在海量信息里的可利用信息卻沒有按照相應(yīng)的比例增長。電子欺騙、截獲等電子干擾和反干擾措施，嚴重影響電子偵察系統(tǒng)提取有用信息的質(zhì)量和效率。

3.2基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

數(shù)據(jù)挖掘是從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機的數(shù)據(jù)中提取隱含在其中人們事先未知的、但又是潛在有用的信息的過程。提取的知識表現(xiàn)為概念、規(guī)則、規(guī)律、模式等形式[6]。數(shù)據(jù)挖掘任務(wù)一般分為描述和預(yù)測兩個大類。前者為描述數(shù)據(jù)的一般性質(zhì)；而后者則是判斷已經(jīng)擁有的數(shù)據(jù)，并作出預(yù)測。挖掘數(shù)據(jù)的方法多種多樣，可分為以下幾類：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、遺傳算法、決策樹方法、粗級方法、覆蓋正例排斥反例方法、統(tǒng)計分析方法模糊集方法等等[7]。每種方法優(yōu)點各異，要依據(jù)實際面臨的問題來選擇。挖掘數(shù)據(jù)的步驟可劃分為(圖1所示)。

圖1　數(shù)據(jù)挖掘步驟

1)數(shù)據(jù)選擇：對和任務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)進行選擇，過濾不需要的數(shù)據(jù)，提高挖掘的效率。

2)數(shù)據(jù)預(yù)處理：對正在挖掘的數(shù)據(jù)進行歸類、聚合、離散點分析等預(yù)處理手段。

3)模式發(fā)現(xiàn)：從數(shù)據(jù)中挖掘任務(wù)相關(guān)的過程，發(fā)現(xiàn)潛在規(guī)律。

4)模式評估：對挖掘出的規(guī)律進行知識評估。

5)知識表示：將發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)規(guī)律通過可視化等其他技術(shù)提供最終結(jié)果。

4　艦艇編隊電子偵察的大數(shù)據(jù)技術(shù)分析

由于電子偵察平臺數(shù)量的增多，數(shù)據(jù)量加大，使得以往的處理方式遠遠無法滿足軍事任務(wù)的要求，而大數(shù)據(jù)技術(shù)的產(chǎn)生提供了一個新的窗口：大數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)預(yù)處理、大數(shù)據(jù)存儲及管理、大數(shù)據(jù)分析及挖掘、大數(shù)據(jù)展現(xiàn)和應(yīng)用(大數(shù)據(jù)檢索、大數(shù)據(jù)可視化、大數(shù)據(jù)應(yīng)用、大數(shù)據(jù)安全等)關(guān)鍵技術(shù)。海戰(zhàn)場環(huán)境不同于一般環(huán)境，大數(shù)據(jù)在艦艇編隊電子偵察領(lǐng)域的應(yīng)用首先必須要提高海量數(shù)據(jù)的分析效率和數(shù)據(jù)挖掘的質(zhì)量，確保電子情報可靠、及時。

1)利用分布式存儲和計算技術(shù)提高分析效率

與目前常見的集中式存儲技術(shù)不同，分布式存儲技術(shù)并不是將數(shù)據(jù)存儲在某個或多個特定的節(jié)點上，而是通過網(wǎng)絡(luò)使用每臺機器上的存儲空間，并將這些分散的存儲資源構(gòu)成一個虛擬的存儲設(shè)備，數(shù)據(jù)就分散在網(wǎng)絡(luò)里的各個角落。同樣，分布式計算技術(shù)，將計算任務(wù)分配給各個計算機處理，最后把計算結(jié)果綜合起來得到最終結(jié)果，這樣節(jié)約了整體計算時間，大大提高了計算效率[7]。艦艇編隊電子偵察系統(tǒng)要想實現(xiàn)多個偵察系統(tǒng)的分布存儲和分布計算，必須要搭建以局域網(wǎng)為平臺的虛擬存儲設(shè)備，用以偵察設(shè)備接收到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)鏈傳輸、存儲和計算[10]。搭建網(wǎng)絡(luò)的同時，必須還要考慮到網(wǎng)絡(luò)的安全性和保密性，防止他國竊取。以分布式結(jié)構(gòu)建立的艦艇編隊電子偵察系統(tǒng)，雖然可以大大提高存儲量和分析速度，但搭建的條件仍然比較苛刻：對計算機的配置要求較高、艦艇編隊各個電子偵察系統(tǒng)分布較廣，若要準確收集以陸?？仗鞛槠脚_的其他偵察設(shè)備的大部分數(shù)據(jù)難度較大；同時必須還要保證數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)倪B續(xù)性。

2)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在分析電子情報信息上的應(yīng)用

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在電子信息領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，而大數(shù)據(jù)環(huán)境下的數(shù)據(jù)挖掘，要根據(jù)實際的軍事任務(wù)和面臨的環(huán)境來選擇。一般情況下，挖掘的基本任務(wù)為：

(1)分類。將電子偵察系統(tǒng)接收到的所有數(shù)據(jù)按照目標類型、頻率范圍、方位、裝載平臺、威脅等級、調(diào)制類型等特征參數(shù)進行細致分類，如機載信號、艦載信號，排除不需要的部分。分類的方法有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、決策樹、遺傳算法等算法[13]。

(2)回歸。回歸分析用于分析數(shù)據(jù)間的統(tǒng)計關(guān)系，將分類好的偵察數(shù)據(jù)進行回歸分析，在于揭示其中的關(guān)系變化。如重點偵察區(qū)域與非重點區(qū)域之間的變化，干擾、欺騙信號的變化模式，同一偵察區(qū)域不同時間段輻射源的變化等。

(3)聚類。與分類不同，在分類、回歸分析的基礎(chǔ)上，聚類分析是對相似或相同的數(shù)據(jù)通過有任務(wù)需求的聚合和分類，如，將所有威脅等級較高的目標信號合并用來幫助指揮員快速決策。

(4)關(guān)聯(lián)建模。發(fā)現(xiàn)變量之間或者數(shù)據(jù)集或其一部分的特征值之間的相關(guān)性的本地模型。此類模型用于挖掘偵察數(shù)據(jù)的特征值之間的潛在關(guān)系，如在進行軍事任務(wù)前的兵力調(diào)動、人員的行動、偵察數(shù)據(jù)中某些異常信號的重點分析等等。

(5)模型修正和偏差檢測。模型的數(shù)據(jù)時刻在變化，實際情況不可知因素也較多，需要對其進行修正和檢測，使模型更可靠。

數(shù)據(jù)挖掘的過程是循序漸進、不斷循環(huán)的，數(shù)據(jù)源不間斷地輸入并且數(shù)據(jù)量逐漸增大，才有可能挖掘出真相、做到將有價值的軍事情報傳遞給指揮員。

3)軍事背景、戰(zhàn)場環(huán)境的融合

電子偵察系統(tǒng)所接收到的信息僅僅為電磁波信號，而對于整個海戰(zhàn)場的偵測，電磁波信號是遠遠不夠的，數(shù)據(jù)分析要想更準確，除了需要源源不斷地輸入數(shù)據(jù)，還需要融合當前的軍事、政治背景和戰(zhàn)場環(huán)境綜合判斷敵我態(tài)勢[16～17]。這里所指的“融合”，不單是技術(shù)上實現(xiàn)的信息融合，還有各級指揮員及指揮機構(gòu)人員頭腦當中的“融合”。情報信息來源非常廣泛，電子情報只是其中之一，而政治背景、軍事實力、指揮員素質(zhì)、部隊整體戰(zhàn)斗力等其他因素都對戰(zhàn)場的勝負起著非常重要的作用。在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，這些綜合的、不確定因素都能被人類以某種方式挖掘，特別是將看不見的、潛在的有價值信息從海量信息中提取來獲得信息優(yōu)勢，在未來戰(zhàn)場就能抓住戰(zhàn)機。

5　結(jié)語

國內(nèi)外大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用雖然在商用領(lǐng)域已經(jīng)取得了顯著的成果，Google、亞馬遜、阿里巴巴等公司的迅速發(fā)展印證了大數(shù)據(jù)的巨大驅(qū)動力，他們運用云計算等大數(shù)據(jù)技術(shù)探索出了以數(shù)據(jù)為核心的新領(lǐng)域，而在軍事領(lǐng)域大數(shù)據(jù)的步伐才剛剛開始，雖然數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在電子信息領(lǐng)域也取得了很多的研究成果，但大數(shù)據(jù)環(huán)境下的數(shù)據(jù)挖掘，還需要相關(guān)技術(shù)人員和研究人員不斷開拓，因為大數(shù)據(jù)技術(shù)無論是對計算機硬件還是軟件都提出了更為苛刻的要求，而未來信息化戰(zhàn)場，對數(shù)據(jù)的需求與日俱增，若無法滿足現(xiàn)代戰(zhàn)場的軍事需求，國家就有可能導(dǎo)致被動挨打的局面。

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Application Analysis of Big Data in the Field of Naval Fleet’s Electronic Reconnaissance

HE Xie1YAN Jiangang1YU Chao2

(1.Naval Aeronautical and Astronautical University,Yantai264000)(2.Navy Aviation Academy,Huludao125000)

Based on the technology of data as the main line,according to the characteristics of the naval fleet’s electronic reconnaissance system and reconnaissance data,the big data technology analyzes the application in the field of electronic reconnaissance,its aim is to reveal big data technology application prospect in the sea-battlefield of electronic reconnaissance and provide theoretical reference for related technician and research personnel.It has the practical significance.

naval fleet,electronic reconnaissance,big data,application,analysis

2016年3月17日,

2016年4月21日

何勰，女，碩士研究生，研究方向:作戰(zhàn)模型與模擬。嚴建鋼，男，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：作戰(zhàn)模型與模擬。于超，男，研究方向：航空兵作戰(zhàn)與管制。

TN971.1DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.09.020