基于多源決策級情報的炮兵遠程火力毀傷評估

王 凱,閆強強

(陸軍炮兵防空兵學(xué)院,安徽 合肥 230031)

精確作戰(zhàn)是現(xiàn)代戰(zhàn)爭的基本特征和必然要求；精確實施火力打擊是實現(xiàn)精確作戰(zhàn)的核心內(nèi)容。當前,隨著炮兵遠程精確打擊武器裝備的發(fā)展,炮兵遠程精確火力以其機動迅速、效費比高和突防概率大等特點,已經(jīng)成為一體化聯(lián)合火力精確打擊的重要組成部分。毀傷評估是作戰(zhàn)行動“偵—控—打—評—?！辨溌分械闹匾h(huán)節(jié)。它從目標整體出發(fā),研究目標在火力打擊后狀態(tài)變化的情況,給出目標整體毀傷評估結(jié)論,是判斷是否完成火力打擊任務(wù)最直接的依據(jù),是精確控制作戰(zhàn)效果的基本前提,也是輔助指揮員科學(xué)正確決策的有力保證。深入開展炮兵遠程火力打擊毀傷效果評估研究,是提高炮兵遠程火力打擊毀傷評估水平和能力以及提升遠程精確火力打擊能力的重要保證。

當前,關(guān)于炮兵火力毀傷評估理論的研究取得了一定的成果,炮兵火力毀傷評估的方法主要有基于圖像信息的毀傷評估和基于炸點信息的毀傷評估?；趫D像信息進行毀傷評估的原理：分別對打擊前和打擊后目標的圖像進行圖像分割,在確定了射擊前后的目標區(qū)域之后,利用差分圖像融合的變化檢測算法,分別構(gòu)建灰度差分圖像和紋理差分圖像,進行融合計算,求出目標變化率,最終得到目標的毀傷程度。基于炸點信息進行毀傷評估的原理是,對目標幾何特征和彈藥落點的中心位置進行比較,計算出彈丸(彈群)對目標的覆蓋面積,通過彈藥對目標覆蓋面積與目標面積的比值得出目標被覆蓋的概率,再結(jié)合目標的毀傷特性計算出目標的毀傷概率或毀傷程度值。除此之外,還有基于偵察人員抵近偵察,利用偵察到的目標多種毀傷信息,綜合判定目標毀傷情況的方法。以上方法,都是針對炮兵常規(guī)火力展開的研究,毀傷評判機理單一,具有較大的脆弱性。隨著科技的發(fā)展以及各軍兵種對火力毀傷評估的重視,目前各軍兵種都有自己的火力毀傷評估理論與技術(shù),在聯(lián)合體系支撐下,炮兵遠程火力能夠得到多種決策級目標毀傷情報。如何利用各軍兵種支援的決策級毀傷情報對目標科學(xué)地進行毀傷評估,是炮兵遠程火力毀傷評估亟須解決的問題。

1 炮兵遠程火力毀傷評估簡介

1.1 決策級毀傷情報

決策級毀傷情報是對毀傷信息進行決策級融合得到的毀傷結(jié)論。毀傷信息融合的層次有多種,普遍形成共識的是像素級融合(Pixel Based)、特征級融合(Feature Based)以及決策級融合(Decision Level)3個層次。決策級信息融合是可信度最高的一種信息融合方式。在毀傷信息融合中,能夠充分發(fā)揮多源信息手段互補、優(yōu)勢疊加的特點,通過目標關(guān)聯(lián)可以獲取關(guān)于同一目標的全部毀傷信息,而后對同一目標多源信息進行比對印證,進一步判別性質(zhì)、判斷真?zhèn)?、完善屬性、去重刪假,然后分別對信息源信息進行特征提取和屬性判斷,分別得出毀傷結(jié)論,最后依據(jù)各情報源生成的毀傷結(jié)論進行可靠性判定、情況核實、原委研究,最終形成毀傷評估判定。決策級信息融合模型很好地克服了由于各信息源自身限制帶來的誤差對目標毀傷評估的影響，同時,它允許部分信息源的缺位,這樣可降低因為某些局部錯誤而影響全局錯誤判斷的可能性,從而得到一個貼近目標真實毀傷情況的評估值。

1.2 炮兵遠程火力毀傷評估特點

炮兵傳統(tǒng)火力打擊距離較近,一般在數(shù)十千米,主要執(zhí)行火力壓制任務(wù)，炮兵遠程火力相對于傳統(tǒng)火力打擊距離有大幅度提高。目前打擊邊界在數(shù)百千米,未來會向更遠延伸。炮兵遠程火力彈藥采用制導(dǎo)技術(shù),相對于傳統(tǒng)火力的面積毀癱,炮兵遠程火力更注重于精準點穴式毀傷。炮兵遠程火力打擊距離的跨越式延伸和打擊精度的大幅度提高,對火力毀傷評估提出了更高的要求。

炮兵傳統(tǒng)火力的毀傷評估,依靠雷達、無人機以及人工偵察等手段可有效獲取目標毀傷信息。由于炮兵遠程火力是陸軍遠程火力打擊的主體力量,主要遂行對戰(zhàn)略戰(zhàn)役級重要目標的火力打擊任務(wù)。敵戰(zhàn)略戰(zhàn)役級重要目標一般位于敵戰(zhàn)略縱深地區(qū),周圍防空系統(tǒng)和電磁干擾系統(tǒng)配置齊全,依靠雷達、無人機以及人工偵察等手段難以完成毀傷評估任務(wù)。一方面,炮兵雷達探測距離有限,不能有效覆蓋炮兵遠程火力打擊范圍;另一方面,無人機易受敵防空系統(tǒng)打擊,生存受威脅影響大,且受天候影響較大,也難以完成火力毀傷評估任務(wù)。在聯(lián)合作戰(zhàn)條件下,炮兵遠程火力的毀傷評估,可依托體系支撐進行。

1.3 炮兵遠程火力毀傷情報源分析

依托聯(lián)合大偵察情報體系組織炮兵遠程火力毀傷評估,通過指揮信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈、網(wǎng)絡(luò)通信等設(shè)備,構(gòu)建毀傷信息傳輸鏈路,確保多源目標毀傷情報能夠及時、準確地匯集到評估系統(tǒng)。目前，各軍兵種都有自己的毀傷評估手段,通過毀傷信息傳輸鏈路,炮兵遠程火力毀傷評估可以得到航天衛(wèi)星決策級毀傷情報、技術(shù)偵察決策級毀傷情報、特戰(zhàn)小隊抵近偵察決策級毀傷情報、陸航部隊直升機決策級毀傷情報等支援,綜合利用以上毀傷情報進行毀傷評估,可有效解決炮兵遠程火力毀傷難評估的問題。

2 毀傷評估原理

2.1 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對炮兵遠程火力毀傷評估問題進行研究。貝葉斯網(wǎng)由網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)(代表變量的結(jié)點及連接這些結(jié)點的有向弧線)和局部概率分布(每個變量結(jié)點的條件概率表)組成。在貝葉斯網(wǎng)中,結(jié)點只依賴于它的父結(jié)點集,每個結(jié)點還關(guān)聯(lián)一個概率表。如果結(jié)點沒有父結(jié)點,則表中只包含先驗概率();如果結(jié)點只有一個父結(jié)點,則表中包含條件概率(|);如果結(jié)點有多個父結(jié)點(),則表中包含條件概率(|())。于是的聯(lián)合概率分布為

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2.2 評估模型拓撲結(jié)構(gòu)

在分析毀傷信息源的基礎(chǔ)上,建立毀傷評估的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，如圖1所示。子節(jié)點為不同的毀傷信息情報源給出的關(guān)于目標的決策級毀傷信息,主要包括無人機偵察決策級毀傷情報、特戰(zhàn)小隊偵察決策級毀傷情報、技術(shù)偵察決策級毀傷情報、陸航直升機偵察決策級毀傷情報、航天衛(wèi)星偵察決策級毀傷情報。父節(jié)點為通過信息融合確定的目標毀傷等級。

圖1 基于多源情報的毀傷評估網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

根據(jù)專家經(jīng)驗,對目標的毀傷等級評判通常按5級劃分,如表1所示。

表1 毀傷等級劃分表

2.3 評估模型的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)

運用專家對歷史演習(xí)和實驗中搜集到的毀傷數(shù)據(jù)進行篩選,進一步提高數(shù)據(jù)的真實性。采用最大似然估計法(Maximum Likelihood Estimate,MLE),依據(jù)篩選過的毀傷數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進行學(xué)習(xí),確定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點概率。

運用MLE方法計算出節(jié)點概率為

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2.4 模型求解

1)網(wǎng)絡(luò)初始化:對上述構(gòu)建的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進行初始化;

2)毀傷情報信息獲取:依托信息傳輸鏈路獲取航天衛(wèi)星決策級毀傷情報、技術(shù)偵察決策級毀傷情報、特戰(zhàn)小隊抵近偵察決策級毀傷情報、陸航部隊直升機偵察決策級毀傷情報以及無人機偵察決策級毀傷情報;

3)網(wǎng)絡(luò)計算:利用貝葉斯方法進行概率計算,逐層更新貝葉斯網(wǎng),直至所有節(jié)點都進行概率計算;

4)生成結(jié)論:根據(jù)父節(jié)點的概率分布判斷毀傷等級。

3 實驗及結(jié)果分析

3.1 實驗

選取某次炮兵遠程火力實彈演習(xí)中目標作為實驗對象。如表2所示，針對目標,無人機偵察決策級毀傷情報給出的毀傷概率為0.49;特戰(zhàn)小隊抵近偵察決策級毀傷情報給出的毀傷概率為0.57;技術(shù)偵察決策級毀傷情報給出的毀傷概率為0.52;陸航部隊直升機決策級毀傷情報給出的毀傷概率為0.50;航天衛(wèi)星決策級毀傷情報給出的毀傷概率為0.53。

表2 各手段目標毀傷概率表

采用MLE方法,利用歷史積累的毀傷數(shù)據(jù)進行學(xué)習(xí),確定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。運用構(gòu)建的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)計算模型,計算出目標毀傷概率為0.545。根據(jù)毀傷等級劃分表1可知,目標毀傷等級為重度毀傷。

3.2 結(jié)果分析

針對目標,綜合專家現(xiàn)場評估以及仿真建模計算和部隊基于經(jīng)驗的毀傷評估等多種手段,最終評定目標的毀傷概率為0.55,毀傷等級為重度毀傷。根據(jù)上述結(jié)果可以看出,雖然航天衛(wèi)星決策級毀傷情報、技術(shù)偵察決策級毀傷情報、特戰(zhàn)小隊抵近偵察決策級毀傷情報、陸航部隊直升機決策級毀傷情報以及無人機偵察決策級毀傷情報給出的目標毀傷等級與綜合評定的毀傷等級一致,但毀傷具體數(shù)值均與綜合評定值有一定差距。利用文中構(gòu)建的模型計算出的毀傷概率0.545,與綜合評定的毀傷數(shù)值0.55相比,雖有一定差值,但在這幾個結(jié)果里面最為接近綜合評定的毀傷概率，表明毀傷計算模型有良好的適用性和較高的實用價值,能夠準確評估炮兵遠程火力毀傷等級,為精準評估炮兵遠程火力毀傷效果提供有力支撐。

4 結(jié)束語

本文針對炮兵遠程火力毀傷評估實際需求,在分析當前炮兵遠程火力毀傷評估難點的基礎(chǔ)上,利用多源決策級毀傷情報為支撐,以貝葉斯網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)構(gòu)建了毀傷評估的模型。根據(jù)實驗結(jié)果得出以下結(jié)論:

1)基于多源決策級毀傷情報構(gòu)建的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型較為簡單,有效降低了毀傷評估計算的復(fù)雜度。

2)依據(jù)專家篩選過的毀傷數(shù)據(jù),利用MLE方法對目標毀傷評估的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進行學(xué)習(xí),可有效提高參數(shù)的準確性。

3)構(gòu)建的模型能夠精準評估目標毀傷等級,且評估的具體毀傷概率最接近綜合評判毀傷的概率,模型可為炮兵遠程火力毀傷精準評估提供有力支撐。

本文方法還存在歷史毀傷數(shù)據(jù)不夠完備等問題,要在演習(xí)和實驗中不斷積累毀傷數(shù)據(jù),利用參數(shù)學(xué)習(xí)算法,不斷提高參數(shù)的精確性。同時,本文提出的決策級毀傷情報源有限,在日后評估中可能會有新的情報源,模型還需進一步優(yōu)化完善。