電子對抗事件建模方法在危機預(yù)測中的應(yīng)用

高 飛，楊 玲，雷 濤，粟 勇，劉 鵬

（中國電子科技集團公司第二十九研究所，四川成都 610036）

0 引言

由于電磁頻譜及用頻裝備在軍事領(lǐng)域的廣泛運用，戰(zhàn)場電磁環(huán)境日趨復(fù)雜，電磁空間博弈不斷加劇，在未來戰(zhàn)場上誰能掌握電磁數(shù)據(jù)和制電磁權(quán)，誰就能獲得戰(zhàn)爭的主動權(quán)，電子對抗偵察情報已經(jīng)成為戰(zhàn)場情報信息的重要組成部分。同時，面對日趨嚴峻的國家安全局勢和地緣沖突，為防止戰(zhàn)略誤判并加強重點方向的聯(lián)合情報保障效能，需要提高軍事情報分析處理水平和危機事件預(yù)測能力，實現(xiàn)情報信息從以參數(shù)表達為主的數(shù)據(jù)層向以事件描述為主的認知層的提升。

傳統(tǒng)的電子對抗偵察情報以靜態(tài)的參數(shù)描述為主，主要包括時間、位置、信號樣式、射頻參數(shù)等，主要面向電抗部隊提供戰(zhàn)場電子目標監(jiān)視和情報支援保障能力。但面對危機事件預(yù)測和聯(lián)合作戰(zhàn)指揮決策，參數(shù)化描述的電抗情報已經(jīng)不能滿足情報保障需求，需要將電抗情報關(guān)聯(lián)到具體的危機事件和戰(zhàn)場行為，實現(xiàn)危機事件的模型構(gòu)建、特征分析和檢測預(yù)警，將電子偵察的專業(yè)數(shù)據(jù)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為聯(lián)合作戰(zhàn)指揮員能直接認知的信息優(yōu)勢。

針對基于電子偵察數(shù)據(jù)進行危機預(yù)測的需要，本文提出了電子對抗事件建模方法，描述了電子對抗事件模型要素以及組織關(guān)系，既能契合電子偵察數(shù)據(jù)的實際情況，完整準確地表征復(fù)雜事件場景，又能方便后續(xù)的事件處理和危機預(yù)警，然后實現(xiàn)了一種基于復(fù)雜事件處理（CEP）理論[1]的電子對抗事件處理方法，該方法可以利用電子偵察數(shù)據(jù)和先驗知識對危機事件進行處理和預(yù)測。本文利用上述方法，通過模擬典型危機事件場景的電子偵察數(shù)據(jù)，進行危機預(yù)測分析并取得了良好的效果。

1 電子對抗事件建模

1.1 建模過程

電子對抗事件描述為敵我雙方電子目標、用頻設(shè)備、信號參數(shù)等在時間、空間、頻域、戰(zhàn)場環(huán)境等方面的狀態(tài)、活動、異常、任務(wù)以及關(guān)聯(lián)關(guān)系。根據(jù)CEP理論，事件可以分為簡單事件和復(fù)雜事件2種：通過實體對象和簡單事件規(guī)則提取出的事件稱為簡單事件，多個簡單事件根據(jù)復(fù)雜事件規(guī)則相互關(guān)聯(lián)形成復(fù)雜事件。事件模型庫中多個模型組合運用時主要采用層次網(wǎng)絡(luò)表示方法[2]和動態(tài)網(wǎng)絡(luò)組合方法[3]。電子對抗事件建模過程如圖1所示，首先根據(jù)原始電子偵察數(shù)據(jù)抽取，或先驗知識等信息，結(jié)合簡單事件規(guī)則形成簡單事件，然后利用簡單事件和復(fù)雜事件規(guī)則組合生成復(fù)雜事件。

圖1 電子對抗事件建模過程

1.2 簡單事件建模

電子對抗簡單事件模型由實體、謂詞、狀態(tài)三部分構(gòu)成，如圖2所示。模型可以表示為E〈B,P,T〉，其中E表示電子對抗簡單事件；B表示實體，主要包括部隊、電子目標、輻射源、信號參數(shù)等戰(zhàn)場主體；P表示謂詞，描述事件規(guī)則中實體需要滿足的條件、實體之間的相互關(guān)系以及其他戰(zhàn)場環(huán)境要求；T表示事件基本信息和狀態(tài)變化情況。

圖2 簡單事件模型構(gòu)成

電子對抗簡單事件模型描述了事件要素、需要滿足的條件和事件狀態(tài)，對照上述的實體、謂詞、模型三個組成部分，模型主要由目標信息、事件規(guī)則、事件信息三部分構(gòu)成，其中目標信息包括：基本信息要素、時間行為要素、空間行為要素、作戰(zhàn)知識要素、頻域行為要素和電磁環(huán)境要素等，如圖3所示。

圖3 電子對抗簡單事件模型

可以將電子對抗簡單事件模型定義為一個三元組：E〈Target,Stimulation,Event〉其中Target是目標信息；Stimulation是事件規(guī)則，主要描述滿足特定事件觸發(fā)時的目標和環(huán)境條件；Event是事件基本信息和狀態(tài)描述，包括事件標識、事件名稱、事件類別、事件發(fā)生時刻、事件狀態(tài)等。在目標信息中：

1）基本信息要素包括目標名稱、國別、型號、類型、敵我屬性等，這類信息一般不會隨著時間推移而改變，通常由情報渠道、公開資料等獲得。

2）時間行為要素包括目標的活動時長、偵察時間序列、典型活躍時段、開關(guān)機規(guī)律、截獲次數(shù)等，這類數(shù)據(jù)可基于現(xiàn)有的電子偵察態(tài)勢數(shù)據(jù)通過統(tǒng)計手段獲得。

3）空間行為要素包括目標活動區(qū)域、航向、位置、速度、高度、距離等，這類信息可從具備目標定位能力的雷達對抗系統(tǒng)中獲取，還可通過軍用雷達、民用設(shè)備等系統(tǒng)借助多源融合處理手段獲取。

4）作戰(zhàn)知識要素包括目標戰(zhàn)術(shù)特點、行為特征和運用規(guī)律等作戰(zhàn)知識，主要通過戰(zhàn)場目標研究資料獲取。

5）頻域行為要素包含雷達輻射源的工作參數(shù)、信號樣式、工作模式、技術(shù)體制等，這些信息中蘊含著雷達的行為意圖，通常可以基于現(xiàn)有的雷達對抗偵察裝備截獲數(shù)據(jù)進行處理后獲得。

6）電磁環(huán)境要素主要包含頻譜占有度、平均功率密度譜、電磁信號密度、頻率占用度、頻率重合度、背景信號強度等頻譜環(huán)境要素，以及對事件有影響的其他戰(zhàn)場環(huán)境要素。

對于某事件i在t時刻的狀態(tài)可以描述為：

在時間段[T1,T2]內(nèi)，對事件i的過程可以表示為：

1.3 復(fù)雜事件建模

簡單事件根據(jù)復(fù)雜事件規(guī)則相互關(guān)聯(lián)形成復(fù)雜事件，常見的復(fù)雜事件規(guī)則主要包括四類：時序、因果、聚合和否定等，不同的事件規(guī)則可以進行相互組合嵌套，描述復(fù)雜的戰(zhàn)場事件場景。

1）時序規(guī)則表明不同的簡單事件按照時間順序相繼出現(xiàn)，形成完整的復(fù)雜事件過程。例如，偵察機執(zhí)行任務(wù)的完整過程由起飛、前往任務(wù)區(qū)、任務(wù)區(qū)巡邏、返航、降落等簡單事件按時序前后銜接組成。

2）因果規(guī)則表明不同的簡單事件之間存在明顯的因果關(guān)系，可以通過簡單事件推導(dǎo)另一事件的發(fā)生，或者追溯已發(fā)生的征候事件。例如，進行軍事演習(xí)或者武器試驗之前，往往伴隨著兵力集結(jié)、目標活動異常、用頻規(guī)律異動等征候。

3）聚合規(guī)則表明復(fù)雜事件由多個不同類別、不同層次的簡單事件組合而成，雖然簡單事件彼此之間不一定有明顯的關(guān)聯(lián)關(guān)系，但都是作為復(fù)雜事件的一部分為復(fù)雜事件的發(fā)生提供相應(yīng)的信息增益。例如，一次軍事行動由部隊人員活動事件、武器裝備活動事件、戰(zhàn)場環(huán)境事件、支援保障事件等共同聚合而成。

4）否定規(guī)則表明常見的簡單事件不發(fā)生或出現(xiàn)異常。例如，固定雷達站不在典型事件開機，作戰(zhàn)艦機不在日常區(qū)域活動等。

電子對抗復(fù)雜事件模型如圖4所示，主要包括簡單事件集合、復(fù)雜事件規(guī)則、復(fù)雜事件信息。在復(fù)雜事件模型中，將簡單事件定義為原子事件，簡單事件集合包括形成復(fù)雜事件的原子事件集；復(fù)雜事件規(guī)則描述簡單生成復(fù)雜事件的關(guān)聯(lián)關(guān)系；復(fù)雜事件信息描述事件基本信息和狀態(tài)。

圖4 電子對抗復(fù)雜事件模型

結(jié)合不同類別的復(fù)雜事件生成規(guī)則，復(fù)雜事件可以由以下定義給出。

定義1：設(shè)E為可檢測的原子事件的有限集合，E＝{en|n＝1,2,…,n},對于?e∈E，e是屬于集合E的事件實例；

定義2：對?ei∈E，?ej∈E,ei的發(fā)生時間為ti,，ei不發(fā)生記為ei!，如果ei發(fā)生則ej也發(fā)生記為ei→ej；

定義3：設(shè)生成某個復(fù)雜事件的原子事件集E′＝{e1,e2,…,en},n≥1，對?ei∈E′，?ej∈E′，若對應(yīng)的ti、tj大小關(guān)系恒定，即對所有觀察樣本都有ti≥tj或ti≤tj，則復(fù)雜事件為時序規(guī)則；

定義4：對定義3中的E′，若對?ei∈E′，?ej∈E′，滿足ei→ej或ej→ei，則復(fù)雜事件為因果規(guī)則；

定義5：對定義3中的E′，若對所有的觀察樣本，任意原子事件ei均發(fā)生，則復(fù)雜事件為聚合規(guī)則；

定義6：對定義3中的E′，若對所有的觀察樣本，任意原子事件ei均未發(fā)生，即ei!發(fā)生，則復(fù)雜事件為否定規(guī)則；

定義7：設(shè)C為復(fù)雜事件模型，將復(fù)雜事件模型表示為三元組C＝〈B,E,R〉，其中B表示復(fù)雜事件基本信息；E表示生成復(fù)雜事件的原子事件集，用{e1,e2,…,en},n≥1來表示；R表示復(fù)雜事件規(guī)則，用簡單事件之間的關(guān)系模式R(e1,e2,…,en)，n≥1來表示。

2 危機預(yù)測

應(yīng)用電子對抗事件模型及處理方法進行危機事件預(yù)測，主要是依靠電磁偵察數(shù)據(jù)挖掘分析、公開報道、專家規(guī)則和其他信息渠道，提取有關(guān)的危機事件模型，然后根據(jù)事件模型針對電磁偵察數(shù)據(jù)進行危機事件預(yù)測，危機預(yù)測結(jié)論可以用于情報系統(tǒng)實時告警和指揮控制輔助決策。面向危機預(yù)測的電子對抗事件模型建立時主要考慮相關(guān)目標的電磁信號特征和行為特征，通過分析目標可測量、可提取且穩(wěn)定出現(xiàn)的信號特征、行為特征與指定危機事件的關(guān)聯(lián)關(guān)系，計算時空頻多維特征對危機事件中發(fā)生概率的貢獻度，建立特征規(guī)律與危機事件的關(guān)聯(lián)關(guān)系庫，運用圖譜推理等方法進行危機預(yù)測。

2.1 危機預(yù)測處理流程

基于電子對抗事件模型的危機預(yù)測處理主要流程如圖5所示，首先，基于先驗知識和專家經(jīng)驗定義電子對抗事件模型，將事件模型符號化為事件描述語言并加載到事件處理引擎中；而后，接入電子偵察數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，事件處理引擎根據(jù)事件模型對電子偵察數(shù)據(jù)進行事件檢測和危機預(yù)測，然后將檢測出的危機事件等結(jié)論信息輸入，服務(wù)于作戰(zhàn)指揮決策。

圖5 基于電子對抗事件的危機預(yù)測流程

事件處理的核心在于處理引擎，即實現(xiàn)基本事件生成、事件過濾、事件關(guān)系處理的機制與方法。本文基于Esper[4]（一種開源的復(fù)雜事件處理引擎）搭建的電子對抗事件處理引擎，不僅高速、可靠，還能直接加載EPL（事件描述語言）描述的事件規(guī)則，進行電子對抗事件處理。

2.2 仿真試驗

根據(jù)上述電子對抗事件建模和危機預(yù)測處理方法，采用仿真數(shù)據(jù)模擬一種典型的危機場景和對應(yīng)的電子偵察數(shù)據(jù)。根據(jù)危機場景中的目標活動情況、電磁特征規(guī)律以及環(huán)境數(shù)據(jù)建立對應(yīng)的事件模型，進行危機預(yù)測仿真試驗。

仿真的危機場景為：某國對敵對目標抵近偵察并意圖進行軍事襲擾，分別定義為危機事件A（抵近偵察）、B（軍事襲擾）。對應(yīng)的仿真電子偵察數(shù)據(jù)主要包括危機事件過程中的目標、位置、時間、信號參數(shù)和電磁環(huán)境等。結(jié)合危機場景、偵察數(shù)據(jù)和戰(zhàn)術(shù)運用等先驗知識，構(gòu)建電子對抗事件模型：模型中主要以大型艦船、飛機和雷達站等目標為實體，以危機事件描述為狀態(tài)，事件規(guī)則主要包括相關(guān)目標的電磁活動特征、時空關(guān)系、偵察概率變化、參數(shù)變化、開關(guān)機情況、工作模式變化等。仿真試驗的結(jié)果如表1所示。

表1 危機預(yù)測結(jié)果

危機預(yù)測結(jié)果中給出了預(yù)測出的危機開始、結(jié)束時間和危機類別，并根據(jù)數(shù)據(jù)關(guān)系置信度和截獲次數(shù)支持度等計算出預(yù)測概率，將預(yù)測出的結(jié)果與仿真數(shù)據(jù)中的危機事件進行比對，得到危機預(yù)測的時間窗口。該方法平均預(yù)測率達82.9%，能夠在仿真數(shù)據(jù)中找到相互印證的危機事件占81.2%，平均預(yù)測時間窗為4天。

3 結(jié)束語

面向危機預(yù)測的電子對抗事件建模方法綜合考慮了電子偵察數(shù)據(jù)、戰(zhàn)場環(huán)境信息和專家經(jīng)驗，實現(xiàn)了基于知識和數(shù)據(jù)的雙驅(qū)動模式，既能契合電子偵察數(shù)據(jù)的實際情況，完整準確地表征復(fù)雜事件場景，又能方便后續(xù)的危機事件預(yù)測?；谀繕说碾姶呕顒犹卣?，利用電子對抗事件模型和危機預(yù)測處理方法實現(xiàn)戰(zhàn)場危機事件預(yù)測，能顯著提高情報分析水平和危機事件預(yù)警能力。事件建模和危機預(yù)測的過程將數(shù)據(jù)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為信息優(yōu)勢，實現(xiàn)了情報信息從以參數(shù)描述為主的數(shù)據(jù)層到以事件描述為主的認識層的提升。該方法可運用于網(wǎng)電情報系統(tǒng)，提高網(wǎng)電情報對聯(lián)合作戰(zhàn)的支援保障能力。■