基于案例知識(shí)的反艦導(dǎo)彈干擾環(huán)境分級(jí)方法

費(fèi)惠佳,申軍嶺

(中國(guó)人民解放軍91336部隊(duì),河北 秦皇島 066326)

復(fù)雜電磁環(huán)境是現(xiàn)代信息化戰(zhàn)場(chǎng)的基本特征。復(fù)雜的自然環(huán)境、多變的氣象環(huán)境、多樣式的電子對(duì)抗,攻防對(duì)抗雙方的動(dòng)態(tài)博弈構(gòu)成了復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境。戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境已經(jīng)成為制約武器裝備戰(zhàn)技指標(biāo)、作戰(zhàn)使用性能以及作戰(zhàn)能力發(fā)揮的重要因素。對(duì)復(fù)雜電磁干擾環(huán)境的分級(jí)定義,直接關(guān)系到導(dǎo)彈武器系統(tǒng)抗干擾指標(biāo)的合理制定以及抗干擾效果的最終評(píng)估。目前,對(duì)抗干擾指標(biāo)缺乏對(duì)相應(yīng)的干擾環(huán)境的限定,例如“具有一定的抗舷外誘餌干擾能力”,導(dǎo)致試驗(yàn)鑒定過(guò)程中試驗(yàn)條件的不確定性,直接影響試驗(yàn)結(jié)果的權(quán)威性與可信性。

針對(duì)以上問(wèn)題,本文研究建立基于仿真試驗(yàn)案例知識(shí)庫(kù)的干擾環(huán)境分級(jí)方法,設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)干擾環(huán)境分級(jí)管理軟件,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理,增強(qiáng)對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境的一致性認(rèn)知,以服務(wù)于反艦導(dǎo)彈在復(fù)雜電磁環(huán)境下抗干擾能力評(píng)判,滿足武器裝備研制以及試驗(yàn)鑒定的需求。

1 干擾環(huán)境分級(jí)原則與思路

1.1 分級(jí)原則

1)動(dòng)態(tài)性原則

大量新技術(shù)、新方法已逐漸趨于成熟,使反艦導(dǎo)彈的突防能力和打擊威力得到有效提升,這也給未來(lái)海戰(zhàn)場(chǎng)反艦導(dǎo)彈攻防對(duì)抗中的干擾與反干擾帶來(lái)更多的不確定性。隨著制導(dǎo)技術(shù)的進(jìn)步,具有相同構(gòu)成要素的干擾環(huán)境,其對(duì)反艦導(dǎo)彈的威脅程度可能會(huì)降低;作為新的制導(dǎo)技術(shù)的對(duì)立方,原有的干擾技術(shù)可能會(huì)失效,而相應(yīng)的新的干擾技術(shù)必然會(huì)應(yīng)運(yùn)而生,原有制導(dǎo)技術(shù)在新的干擾環(huán)境作用下的作戰(zhàn)效能可能也會(huì)受到影響。因此,干擾環(huán)境分級(jí)應(yīng)遵循動(dòng)態(tài)性原則。

2)針對(duì)性原則

從理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,同一種干擾技術(shù)對(duì)不同技術(shù)體制的末制導(dǎo)雷達(dá)干擾效果可能存在差異,即相同電磁干擾環(huán)境對(duì)不同技術(shù)體制導(dǎo)彈的威脅等級(jí)可能是不同的,因此,干擾環(huán)境分級(jí)應(yīng)該對(duì)采用不同技術(shù)體制的導(dǎo)彈有所區(qū)別,即海戰(zhàn)場(chǎng)干擾環(huán)境分級(jí)應(yīng)具備針對(duì)性。

1.2 分級(jí)思路

本文討論干擾環(huán)境范疇只限于反艦導(dǎo)彈面臨的各種戰(zhàn)術(shù)干擾環(huán)境,并利用反艦導(dǎo)彈抗干擾仿真試驗(yàn)態(tài)勢(shì)，對(duì)干擾環(huán)境進(jìn)行定量或定性描述。

基于仿真試驗(yàn)案例知識(shí)的干擾環(huán)境分級(jí)方法的基本思想是將歷史試驗(yàn)信息中的試驗(yàn)態(tài)勢(shì)作為分級(jí)對(duì)象,把不同試驗(yàn)態(tài)勢(shì)下的導(dǎo)彈抗干擾仿真試驗(yàn)信息作為分級(jí)依據(jù),并形成仿真試驗(yàn)案例知識(shí)庫(kù),通過(guò)分析不同態(tài)勢(shì)對(duì)導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能的影響,推理得出態(tài)勢(shì)分級(jí)結(jié)果?；诜抡嬖囼?yàn)案例知識(shí)庫(kù)的干擾環(huán)境分級(jí)方法運(yùn)作流程可用圖1進(jìn)行表述。

圖1 基于案例知識(shí)的分級(jí)方法運(yùn)作流程

在知識(shí)庫(kù)建立初期,通過(guò)收集整理歷史試驗(yàn)相關(guān)的裝備、環(huán)境和試驗(yàn)結(jié)果信息,形成初步的知識(shí)庫(kù)。由于知識(shí)庫(kù)具有學(xué)習(xí)功能,通過(guò)大量仿真試驗(yàn),不斷對(duì)知識(shí)庫(kù)中的信息進(jìn)行驗(yàn)證和調(diào)整,經(jīng)過(guò)充分地學(xué)習(xí)和積累,基于知識(shí)庫(kù)推理得出的分級(jí)結(jié)果可應(yīng)用于反艦導(dǎo)彈抗干擾能力的評(píng)判。不同技術(shù)特征的導(dǎo)彈可以通過(guò)限定分級(jí)推理?xiàng)l件獲取與其相匹配的態(tài)勢(shì)案例分級(jí)結(jié)果,對(duì)導(dǎo)彈的抗干擾能力進(jìn)行評(píng)判,保證了分級(jí)的針對(duì)性;同時(shí),每次抗干擾仿真試驗(yàn)信息都作為新的知識(shí)錄入知識(shí)庫(kù),使知識(shí)庫(kù)得到更新,保證了分級(jí)的動(dòng)態(tài)性。

2 仿真試驗(yàn)案例知識(shí)庫(kù)構(gòu)建

2.1 知識(shí)分類(lèi)與知識(shí)獲取

2.1.1 知識(shí)分類(lèi)

按照知識(shí)的性質(zhì)和用途可分為四類(lèi):

1)環(huán)境(態(tài)勢(shì))知識(shí)

環(huán)境知識(shí)是指反艦導(dǎo)彈面臨的海戰(zhàn)場(chǎng)干擾環(huán)境,其具體內(nèi)容主要是各種自然環(huán)境干擾和人為干擾。

2)裝備知識(shí)

主要指反艦導(dǎo)彈體制和性能參數(shù)信息,如導(dǎo)彈末制導(dǎo)方式、末制導(dǎo)雷達(dá)信號(hào)體制等。

3)試驗(yàn)知識(shí)

試驗(yàn)裝備、試驗(yàn)環(huán)境等要素構(gòu)成以及試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)。

4)規(guī)則知識(shí)

由知識(shí)庫(kù)向干擾環(huán)境分級(jí)結(jié)果的推理過(guò)程相關(guān)的算法、規(guī)則。

上述知識(shí)按照獲取方法的不同分為兩大類(lèi),即靜態(tài)知識(shí)和動(dòng)態(tài)知識(shí)。靜態(tài)知識(shí)主要是各種實(shí)體的描述信息以及經(jīng)過(guò)理論分析和長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)積累得出的知識(shí),這部分知識(shí)的正確性具有較高的可信性,在專(zhuān)家系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中一般不需要修改,比如海況的分級(jí)、導(dǎo)彈的性能參數(shù)、有源干擾的典型參數(shù)項(xiàng)等知識(shí);動(dòng)態(tài)知識(shí)主要來(lái)源于仿真試驗(yàn),主要指仿真試驗(yàn)的態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)相關(guān)知識(shí)。

2.1.2 知識(shí)獲取

由于知識(shí)來(lái)源不同,其獲取流程也存在一定的差異。不同類(lèi)型知識(shí)的獲取流程如圖2所示。

圖2 知識(shí)獲取流程

2.2 知識(shí)表示方法

2.2.1 知識(shí)表示框架

規(guī)范化的知識(shí)描述是實(shí)現(xiàn)知識(shí)管理與共享的前提,對(duì)知識(shí)的信息包含多個(gè)方面,對(duì)仿真知識(shí)的描述應(yīng)盡可能準(zhǔn)確、全面,知識(shí)描述框架如圖3所示。

圖3 知識(shí)描述框架

1)標(biāo)識(shí)域

描述知識(shí)區(qū)別于其他知識(shí)的唯一標(biāo)識(shí)信息,如知識(shí)類(lèi)型、ID、名稱、版本等。

2)來(lái)源域

描述知識(shí)的來(lái)源信息,包括知識(shí)提供者、開(kāi)發(fā)時(shí)間、提供時(shí)間等。

3)評(píng)估域

描述知識(shí)的質(zhì)量信息,如知識(shí)的VV&A狀態(tài)、知識(shí)可信性、數(shù)據(jù)質(zhì)量等。

4)共有信息域

描述所有知識(shí)共有的屬性信息,包括知識(shí)大小、格式、說(shuō)明等。

5)專(zhuān)有信息域

專(zhuān)有信息域是對(duì)知識(shí)本身的描述,是對(duì)知識(shí)內(nèi)容的表達(dá)。

2.2.2 知識(shí)表示形式

規(guī)范化的知識(shí)描述主要包含兩方面工作:一是格式描述規(guī)范化,即知識(shí)外部表述的規(guī)范化,從而為用戶提供統(tǒng)一的檢索方式,使用戶能夠更加方便快捷地獲取知識(shí),格式描述規(guī)范化主要針對(duì)知識(shí)的標(biāo)識(shí)域、來(lái)源域、評(píng)估域和共有信息域;二是內(nèi)容描述規(guī)范化,即利用通用的、可擴(kuò)展的機(jī)制對(duì)知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行規(guī)范化描述,保證各種知識(shí)在各推理規(guī)則之間無(wú)二義性,內(nèi)容描述規(guī)范化主要針對(duì)知識(shí)的專(zhuān)有信息域。利用元數(shù)據(jù)對(duì)知識(shí)的外部屬性進(jìn)行描述,即對(duì)標(biāo)識(shí)域、來(lái)源域、評(píng)估域和共有信息域進(jìn)行描述;利用XML對(duì)知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行描述,即知識(shí)的專(zhuān)有信息域進(jìn)行描述,以便實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)之間的知識(shí)共享和重用。

2.2.3 知識(shí)表示實(shí)例

以有源壓制干擾參數(shù)模型知識(shí)為例進(jìn)行說(shuō)明,利用元數(shù)據(jù)對(duì)模型外部屬性進(jìn)行規(guī)范化描述,如表1所示。

表1 有源壓制干擾參數(shù)模型知識(shí)元數(shù)據(jù)描述實(shí)例

有源壓制干擾環(huán)境知識(shí)XML表示實(shí)例如下。在表示方法中,干擾參數(shù)中的“干擾帶寬”、“干擾功率”為阻塞式有源壓制干擾的主要技術(shù)參數(shù),可以量化,而“開(kāi)始時(shí)間”和“結(jié)束時(shí)間”為戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用參數(shù),是相對(duì)于試驗(yàn)零時(shí)刻或?qū)棇?dǎo)引頭開(kāi)機(jī)的時(shí)間。

<有源壓制干擾> <干擾樣式>阻塞式 <干擾方式>自衛(wèi)式 <干擾參數(shù)> <干擾帶寬>xxM <干擾功率>xxdBW <開(kāi)始時(shí)間>xxs <結(jié)束時(shí)間>xxs

2.3 知識(shí)映射與知識(shí)庫(kù)

2.3.1 知識(shí)映射

知識(shí)表示方法在形式上為干擾環(huán)境分級(jí)相關(guān)知識(shí)提供了統(tǒng)一的表述方法,但知識(shí)實(shí)體的存儲(chǔ)功能則需要由數(shù)據(jù)庫(kù)提供,因此,需要建立知識(shí)形式化表示到數(shù)據(jù)庫(kù)的映射關(guān)系。仍以有源壓制干擾環(huán)境為例說(shuō)明知識(shí)形式化描述與數(shù)據(jù)庫(kù)的映射關(guān)系。如圖4所示,將元數(shù)據(jù)模板轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)表,并為每個(gè)字段定義相應(yīng)的數(shù)據(jù)類(lèi)型,將模型的XML描述轉(zhuǎn)換成表中的字段,數(shù)據(jù)類(lèi)型為XML,這樣就可以將知識(shí)的形式化描述映射到數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)表。

圖4 知識(shí)形式化描述與數(shù)據(jù)庫(kù)映射關(guān)系

2.3.2 知識(shí)庫(kù)設(shè)計(jì)

案例知識(shí)庫(kù)基于SQL SERVER 2005數(shù)據(jù)庫(kù)引擎建立,共包含五個(gè)數(shù)據(jù)表,分別為環(huán)境知識(shí)表(Environment)、導(dǎo)彈知識(shí)表(Missile)、規(guī)則知識(shí)表(Rule)、仿真試驗(yàn)結(jié)果表(Simulation Result)、分級(jí)結(jié)果表(Classification Result)。各表功能如表2所示。

表2 知識(shí)庫(kù)表說(shuō)明

3 案例知識(shí)庫(kù)在干擾環(huán)境分級(jí)中的應(yīng)用

干擾環(huán)境分級(jí)是一項(xiàng)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)決策過(guò)程,需要通過(guò)對(duì)大量專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、裝備數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)以及不斷更新的由試驗(yàn)獲得的相關(guān)信息進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)、對(duì)比才能得出結(jié)論。這一過(guò)程通過(guò)分級(jí)軟件平臺(tái)完成。

3.1 分級(jí)軟件平臺(tái)

分級(jí)軟件平臺(tái)在案例知識(shí)庫(kù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā),界面如圖5所示,共分為三個(gè)功能模塊:數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)分析計(jì)算模塊、知識(shí)庫(kù)管理模塊。

圖5 干擾環(huán)境分級(jí)軟件平臺(tái)界面

數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊提供野值剔除方法、平滑濾波方法和數(shù)據(jù)重采樣方法以及坐標(biāo)變換方法,使試驗(yàn)數(shù)據(jù)滿足分析計(jì)算要求;數(shù)據(jù)分析模塊,基于層次分析法完成反艦導(dǎo)彈在某干擾態(tài)勢(shì)下的性能評(píng)分計(jì)算;知識(shí)庫(kù)管理模塊提供與底層知識(shí)庫(kù)的交互以及分級(jí)推理功能,功能包括導(dǎo)彈知識(shí)管理、環(huán)境知識(shí)管理、規(guī)則知識(shí)管理、試驗(yàn)信息管理和分級(jí)結(jié)果推理,其中，分級(jí)結(jié)果推理子模塊是整個(gè)分級(jí)軟件平臺(tái)的核心,通過(guò)對(duì)用戶限定范圍內(nèi)的知識(shí)推理輸出電磁環(huán)境分級(jí)結(jié)果。

3.2 分級(jí)方法

3.2.1 干擾效果評(píng)分

干擾環(huán)境干擾效果評(píng)分主要包括三個(gè)步驟:

第一步,從知識(shí)庫(kù)中抽取試驗(yàn)態(tài)勢(shì)進(jìn)行仿真試驗(yàn),試驗(yàn)態(tài)勢(shì)應(yīng)包括無(wú)干擾試驗(yàn)態(tài)勢(shì)和有干擾試驗(yàn)態(tài)勢(shì);

第二步,分別對(duì)無(wú)干擾試驗(yàn)態(tài)勢(shì)和有干擾試驗(yàn)態(tài)勢(shì)下的反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)性能進(jìn)行評(píng)分,參考文獻(xiàn)中有詳細(xì)的評(píng)分方法,本文不再贅述;

第三步,以無(wú)干擾試驗(yàn)態(tài)勢(shì)下反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)性能評(píng)分為基準(zhǔn),計(jì)算有干擾試驗(yàn)態(tài)勢(shì)下反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)性能受影響的程度,將結(jié)果存入知識(shí)庫(kù),并據(jù)此對(duì)有干擾試驗(yàn)態(tài)勢(shì)對(duì)應(yīng)的干擾環(huán)境進(jìn)行分級(jí)。

干擾環(huán)境對(duì)反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)性能影響程度計(jì)算方法如下

(1)

其中,為無(wú)干擾試驗(yàn)態(tài)勢(shì)下反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)性能評(píng)分,為有干擾試驗(yàn)態(tài)勢(shì)下反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)性能評(píng)分。

3.2.2 干擾環(huán)境分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

海戰(zhàn)場(chǎng)干擾環(huán)境分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表3所示,電磁環(huán)境的等級(jí)主要取決于對(duì)反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)性能的影響程度,本文將干擾環(huán)境的威脅等級(jí)分為五級(jí),反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)性能受影響程度越大,相應(yīng)的電磁環(huán)境的威脅等級(jí)越高。通過(guò)對(duì)無(wú)干擾環(huán)境下多次試驗(yàn)結(jié)果分析統(tǒng)計(jì),反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)性能評(píng)分波動(dòng)在5%以內(nèi),所以當(dāng)干擾環(huán)境對(duì)反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能影響程度不高于5%時(shí),視為對(duì)反艦導(dǎo)彈無(wú)影響。

表3 干擾環(huán)境分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3.3 分級(jí)實(shí)例

依據(jù)表3的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)10個(gè)態(tài)勢(shì)的2種被試品試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)和推理,得出分級(jí)結(jié)果軟件截圖如圖6所示。

圖6 不同限定條件下干擾環(huán)境分級(jí)結(jié)果對(duì)比

圖6左邊為針對(duì)A類(lèi)技術(shù)特征被試品10個(gè)態(tài)勢(shì)下100次試驗(yàn)的分級(jí)結(jié)果,右邊為針對(duì)A和B類(lèi)被試品在10個(gè)態(tài)勢(shì)下200次試驗(yàn)的分級(jí)結(jié)果(“干擾效果綜合評(píng)分”是對(duì)被試品作戰(zhàn)效能影響程度的量化評(píng)分),可以看出，分級(jí)結(jié)果具有一定的差異,能夠反映三方面信息:針對(duì)不同被試品的分級(jí)結(jié)果不同,即分級(jí)具有針對(duì)性;知識(shí)庫(kù)內(nèi)容的更新,會(huì)對(duì)分級(jí)結(jié)果產(chǎn)生影響,即分級(jí)具有動(dòng)態(tài)性;B類(lèi)被試品的抗干擾性優(yōu)于A類(lèi)被試品，符合試驗(yàn)觀察結(jié)果。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文從反艦導(dǎo)彈試驗(yàn)鑒定需求出發(fā),建立了基于仿真案例知識(shí)的干擾環(huán)境分級(jí)方法,并基于案例知識(shí)庫(kù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了海戰(zhàn)場(chǎng)干擾環(huán)境分級(jí)軟件平臺(tái),通過(guò)對(duì)知識(shí)庫(kù)中歷史試驗(yàn)案例相關(guān)知識(shí)的分析和推理,驗(yàn)證并實(shí)現(xiàn)了研究目標(biāo),能夠?yàn)槲淦髟囼?yàn)鑒定中的抗干擾能力評(píng)價(jià)提供有效的方法和工具支撐。