基于模糊推理和證據(jù)理論的空中目標(biāo)敵我識(shí)別

陳致遠(yuǎn)， 沈 堤， 余付平， 宋亞飛， 劉世軍

(1.空軍工程大學(xué),a.空管領(lǐng)航學(xué)院; b.防空反導(dǎo)學(xué)院，西安 710000；2.中國人民解放軍32145部隊(duì)，河南 新鄉(xiāng) 453000； 3.中國人民解放軍93721部隊(duì)，山西 懷仁 038000)

0 引言

空中目標(biāo)敵我識(shí)別作為現(xiàn)代空中作戰(zhàn)中敵我雙方軍事對(duì)抗的手段之一，在降低誤擊誤傷概率、提高作戰(zhàn)反應(yīng)速度、加強(qiáng)各作戰(zhàn)單元之間協(xié)調(diào)中發(fā)揮著十分重要的作用。隨著軍事技術(shù)的迅速發(fā)展、各種高新武器裝備的應(yīng)用，面對(duì)復(fù)雜、海量的空情信息，準(zhǔn)確、高效地識(shí)別空中目標(biāo)的敵我屬性，對(duì)于掌握空中戰(zhàn)場態(tài)勢、搶占制勝先機(jī)具有十分重要的意義。

為了提高空中目標(biāo)敵我識(shí)別能力，大量專家學(xué)者進(jìn)行了相應(yīng)的研究。根據(jù)研究的方向可以分為兩大類，即作戰(zhàn)理論研究和技術(shù)創(chuàng)新研究[1]。

第一類，作戰(zhàn)理論研究。該研究方向主要側(cè)重于對(duì)空中目標(biāo)敵我識(shí)別的理論方法進(jìn)行豐富和拓展，通過建立符合防空作戰(zhàn)實(shí)際的敵我識(shí)別邏輯模型來對(duì)空中目標(biāo)敵我識(shí)別問題進(jìn)行研究和探討。為避免單一信息源提供的信息有限所導(dǎo)致的錯(cuò)判，文獻(xiàn)[2]提出了要使用包括敵我識(shí)別器、雷達(dá)、上級(jí)指示、飛行計(jì)劃、外部情報(bào)等多種信息源提供的信息作為敵我識(shí)別的依據(jù)，確保敵我識(shí)別的可靠性。文獻(xiàn)[3]在文獻(xiàn)[2]的基礎(chǔ)上，對(duì)使用上述手段進(jìn)行敵我識(shí)別時(shí)的判別邏輯進(jìn)行了補(bǔ)充和完善，為敵我識(shí)別問題的研究提供了思路。文獻(xiàn)[4]在文獻(xiàn)[3]的基礎(chǔ)上，將敵我識(shí)別的判別邏輯與證據(jù)理論進(jìn)行結(jié)合，對(duì)敵我識(shí)別的系統(tǒng)化應(yīng)用進(jìn)行了一定探索。

第二類，技術(shù)創(chuàng)新研究。該研究方向主要側(cè)重于從創(chuàng)新敵我識(shí)別算法和改進(jìn)技術(shù)設(shè)備兩個(gè)方面提升空中目標(biāo)敵我識(shí)別的能力。在創(chuàng)新敵我識(shí)別算法方面，目前多以改進(jìn)信息融合[5]、模糊數(shù)學(xué)[6]等數(shù)學(xué)工具為研究重點(diǎn)。如文獻(xiàn)[7]為減少空中目標(biāo)敵我識(shí)別中傳感器自身的不可靠影響，提出使用基于歐氏距離的證據(jù)折扣方法修改證據(jù)源，確保獲取信息時(shí)的準(zhǔn)確性，提高了敵我識(shí)別能力；文獻(xiàn)[8]以模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為工具通過與證據(jù)理論進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了敵我識(shí)別的智能化運(yùn)行，提升了敵我識(shí)別的效率；文獻(xiàn)[9]設(shè)計(jì)了一種可信度分配方法，解決了使用證據(jù)理論和直覺模糊集進(jìn)行空中目標(biāo)敵我識(shí)別時(shí)存在的不確定性問題，提升了識(shí)別精確度；文獻(xiàn)[10]為減少敵我識(shí)別過程中初始信息獲取的不完全性對(duì)識(shí)別結(jié)果的影響，引入3支決策理論構(gòu)建了相應(yīng)的敵我識(shí)別模型，規(guī)避了潛在的錯(cuò)誤識(shí)別帶來的損失。改進(jìn)技術(shù)設(shè)備方面，文獻(xiàn)[11-12]以提高技術(shù)設(shè)備的探測能力為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)高分辨率雷達(dá)等探測設(shè)備的目標(biāo)識(shí)別能力進(jìn)行了改良，提高了敵我識(shí)別的能力。

空中目標(biāo)敵我識(shí)別作為空中作戰(zhàn)中的重要活動(dòng)之一，是與戰(zhàn)場空域控制緊密結(jié)合的[13]。雖然上述文獻(xiàn)已從不同的方面豐富了空中目標(biāo)敵我識(shí)別的研究內(nèi)容，但與戰(zhàn)場空域控制活動(dòng)結(jié)合的相對(duì)較少，與作戰(zhàn)實(shí)際貼合不夠緊密，戰(zhàn)術(shù)價(jià)值相對(duì)有限。

為更加貼近作戰(zhàn)實(shí)際，通過借鑒美軍經(jīng)驗(yàn)，提出了一種基于模糊推理和證據(jù)理論的空中目標(biāo)敵我識(shí)別的方法。該方法從理論上以美軍空中目標(biāo)敵我識(shí)別的邏輯思想為參考，緊密圍繞戰(zhàn)場空域控制活動(dòng)，根據(jù)空中目標(biāo)執(zhí)行空域控制程序[14]的情況，賦予其不同等級(jí)的屬性標(biāo)簽，拓寬了空中目標(biāo)身份信息的識(shí)別范圍，實(shí)現(xiàn)空中目標(biāo)身份信息的動(dòng)態(tài)更新，最大程度地降低誤擊誤傷概率；從算法上使用模糊推理工具建立相應(yīng)的推理規(guī)則，合理描述空中目標(biāo)的行為特征與敵我屬性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并使用證據(jù)理論對(duì)其內(nèi)部的不確定信息進(jìn)行處理，以得到一個(gè)較為科學(xué)合理的識(shí)別結(jié)果，最后通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的合理性和有效性，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的有效結(jié)合，可以為后續(xù)相應(yīng)的研究提供一定的參考。

1 空中目標(biāo)敵我識(shí)別的基礎(chǔ)理論

美軍作為世界第一軍事力量，在空中目標(biāo)敵我識(shí)別方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，下面主要結(jié)合美軍的做法和我方實(shí)際，對(duì)空中目標(biāo)敵我識(shí)別的基礎(chǔ)理論進(jìn)行簡要介紹。

1.1 空中目標(biāo)敵我識(shí)別與空域控制的聯(lián)系

在現(xiàn)代化的空中作戰(zhàn)中，作戰(zhàn)主體除了航空兵外，還融合了對(duì)空火力、高彈道地面曲射火力、各類新型無人作戰(zhàn)系統(tǒng)等作戰(zhàn)力量，各類空域用戶的出現(xiàn)，使得戰(zhàn)場空域資源日趨緊張，為保證空中作戰(zhàn)的高效實(shí)施，必須充分整合空域資源，對(duì)空域進(jìn)行軍事控制[15]。即在戰(zhàn)場空域控制的統(tǒng)一框架下對(duì)作戰(zhàn)行動(dòng)中的空域用戶施加最少的約束條件，提高用空效率，降低誤擊誤傷風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)空中作戰(zhàn)效能。因此，空中作戰(zhàn)中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)都必須嚴(yán)格執(zhí)行空域控制程序，以高效完成預(yù)期的作戰(zhàn)目的。常用的空域控制措施如圖1所示。

圖1 空域控制措施

空中目標(biāo)敵我識(shí)別作為區(qū)分空中目標(biāo)敵我身份的唯一途徑，伴隨著空中作戰(zhàn)行動(dòng)的整個(gè)過程，是戰(zhàn)場空域控制的重要任務(wù)之一。根據(jù)空中目標(biāo)在空飛行時(shí)的戰(zhàn)術(shù)特征，在進(jìn)行敵我識(shí)別時(shí)既要使用各類主動(dòng)控制措施，也需要合理使用空域協(xié)同措施[16]等各類程序控制措施。通過這種方式，一是能夠規(guī)范空中目標(biāo)的作戰(zhàn)行動(dòng)，增強(qiáng)空域控制程序靈活性，提高作戰(zhàn)效率；二是能夠消除飛行沖突，提高空域使用效率；三是能夠發(fā)揮各種控制措施的優(yōu)勢，提高識(shí)別準(zhǔn)確度，最大程度地避免誤擊誤傷。

1.2 戰(zhàn)場空域控制框架下的敵我識(shí)別流程

由1.1節(jié)中的分析可知，空中目標(biāo)敵我識(shí)別是伴隨空中作戰(zhàn)的整個(gè)行動(dòng)過程的。為便于理解，下面結(jié)合圖2對(duì)戰(zhàn)場空域控制框架下空中目標(biāo)返程時(shí)的敵我識(shí)別流程進(jìn)行說明。

如圖2所示，常用的程序控制措施主要有“敵我識(shí)別器開/關(guān)線”、“最小風(fēng)險(xiǎn)航線”、“低高度層穿越走廊”、“空中通道”等空域協(xié)同措施。當(dāng)航空器完成作戰(zhàn)任務(wù)返程時(shí)，為保護(hù)我方航空器安全，減少與高空前出作戰(zhàn)航空器的飛行沖突，通常航空器不會(huì)直接返回我方機(jī)場，而是根據(jù)指令進(jìn)入最小風(fēng)險(xiǎn)航線，在進(jìn)入最小風(fēng)險(xiǎn)航線之前，航空器會(huì)在敵我識(shí)別器開/關(guān)線打開敵我識(shí)別器，進(jìn)行初步的敵我識(shí)別。為避免敵我識(shí)別器受到干擾失效，航空器在最小風(fēng)險(xiǎn)航線中飛行時(shí)，我方會(huì)根據(jù)其飛行參數(shù)對(duì)其身份信息進(jìn)行繼續(xù)識(shí)別，根據(jù)識(shí)別情況賦予其不同等級(jí)的屬性標(biāo)簽，并根據(jù)識(shí)別結(jié)果采取相應(yīng)的對(duì)策。如果能夠明確該航空器為我方，那么即可指揮其經(jīng)由低高度層穿越走廊進(jìn)入空中通道返航。

圖2 空域協(xié)同措施空間位置示意圖

1.3 融合美軍先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的敵我判別邏輯

美軍認(rèn)為，戰(zhàn)場管理能力的直接體現(xiàn)是“打擊鏈”的形成與運(yùn)用[17]，其作戰(zhàn)行動(dòng)主要是圍繞“打擊鏈”展開的，“打擊鏈”中最重要的一環(huán)就是目標(biāo)的查證與辨識(shí)[18]。美軍認(rèn)為，為保護(hù)我方安全，快速實(shí)現(xiàn)打擊鏈的“閉環(huán)”，在采取作戰(zhàn)行動(dòng)時(shí)，無需識(shí)別出空中目標(biāo)的具體類型，而是要快速得出是否需要對(duì)該空中目標(biāo)采取戰(zhàn)斗措施的結(jié)論，即識(shí)別出不需要采取戰(zhàn)斗措施的目標(biāo)(我方)和需要進(jìn)行戰(zhàn)斗準(zhǔn)備的目標(biāo)(不具有友性傾向的目標(biāo))[19]。空中目標(biāo)敵我識(shí)別必須提供足夠的情報(bào)支持，從而為指揮官?zèng)Q策提供依據(jù)?；谏鲜鏊枷氩⒔Y(jié)合1.2節(jié)的識(shí)別流程，對(duì)空中目標(biāo)敵我識(shí)別的判別邏輯進(jìn)行介紹，具體如圖3所示。

圖3 空中目標(biāo)敵我識(shí)別的判別邏輯圖

如圖3所示，上述判別邏輯和屬性標(biāo)簽都是緊緊圍繞美軍的“非我即敵”的思想建立的。通過設(shè)置具有明確“友性”標(biāo)志的“自己人(Friend)”，具有一定“友性”傾向的“熟人(Acquaintance)”，缺乏“友性”傾向的“混亂(Chaos)”，具有一定“敵性”傾向的“陌生人(Stranger)”，具有明確“敵性”傾向的“敵人(Foe)”這5類屬性標(biāo)簽，由低到高合理描述了對(duì)我方的威脅程度，方便我方根據(jù)這些識(shí)別結(jié)果及時(shí)采取戰(zhàn)斗對(duì)策。

需要注意的是，“混亂”標(biāo)簽并不代表中立屬性，而是代表航空器目前處于一種尚未明確識(shí)別的狀態(tài)，在判別航空器是否需要使用空域協(xié)同措施進(jìn)行輔助識(shí)別時(shí)使用。為保證我方安全，仍需將其作為一種缺乏“友性”的目標(biāo)，應(yīng)對(duì)其做好戰(zhàn)斗準(zhǔn)備，避免后續(xù)識(shí)別為敵方時(shí)因準(zhǔn)備不足而貽誤戰(zhàn)機(jī)。

綜上，空中目標(biāo)敵我識(shí)別通過各個(gè)環(huán)節(jié)的判別邏輯，搭建起了一個(gè)敵我識(shí)別分類框架，賦予不同威脅等級(jí)的空中目標(biāo)相應(yīng)的屬性標(biāo)簽，每進(jìn)行一次識(shí)別，即可實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)身份屬性的迭代更新，每一個(gè)屬性標(biāo)簽都比較形象，符合人的思維邏輯，可直接反映出該目標(biāo)的威脅等級(jí)，方便指揮官進(jìn)行作戰(zhàn)行動(dòng)決策，最大程度降低誤擊誤傷風(fēng)險(xiǎn)，提高空中目標(biāo)敵我識(shí)別的準(zhǔn)確性和可靠性。

1.4 空域控制體系下的敵我識(shí)別作戰(zhàn)應(yīng)用

美軍認(rèn)為戰(zhàn)場空域控制不是簡單地對(duì)用空活動(dòng)進(jìn)行管理，而是需要對(duì)戰(zhàn)場中所有的空中作戰(zhàn)行動(dòng)、防空作戰(zhàn)行動(dòng)、空域監(jiān)督調(diào)配活動(dòng)進(jìn)行整合[20]。因此，空中目標(biāo)敵我識(shí)別作為空域控制活動(dòng)的重要組成部分，必須肩負(fù)包括機(jī)場防空識(shí)別、要地防空識(shí)別、機(jī)載預(yù)警識(shí)別在內(nèi)的整個(gè)戰(zhàn)場中的空情識(shí)別任務(wù)。為清楚地了解空中目標(biāo)敵我識(shí)別的作戰(zhàn)應(yīng)用，結(jié)合圖4進(jìn)行說明。

圖4 空中目標(biāo)敵我識(shí)別作戰(zhàn)應(yīng)用示意圖

由圖4可知，無論執(zhí)行哪種空情識(shí)別任務(wù)，必須設(shè)置空中基準(zhǔn)措施中的敵我識(shí)別器開/關(guān)線，保證我方航空器在到達(dá)該線時(shí)能夠打開敵我識(shí)別器進(jìn)行識(shí)別。進(jìn)行機(jī)場防空識(shí)別時(shí)，航空器在任務(wù)執(zhí)行完畢后都需飛回我方機(jī)場進(jìn)行補(bǔ)給，其整個(gè)飛行過程都是按照預(yù)先設(shè)置好的空域協(xié)同措施進(jìn)行的，因此,可結(jié)合主動(dòng)和程序控制措施對(duì)其敵我屬性進(jìn)行識(shí)別。在進(jìn)行要地防空作戰(zhàn)時(shí)，我方會(huì)劃設(shè)相應(yīng)的防空識(shí)別區(qū)、基地防御區(qū)、戰(zhàn)斗機(jī)交戰(zhàn)區(qū)、導(dǎo)彈防空區(qū)等各類防空措施[21]，航空器有向我方要地飛行的趨勢時(shí)需經(jīng)過防空識(shí)別區(qū)并進(jìn)行敵我識(shí)別，若該航空器為敵方，則我方便可使用導(dǎo)彈對(duì)其進(jìn)行打擊，或者是指揮戰(zhàn)斗機(jī)交戰(zhàn)區(qū)內(nèi)的我方戰(zhàn)機(jī)對(duì)其進(jìn)行攔截。進(jìn)行機(jī)載預(yù)警識(shí)別時(shí)，由于預(yù)警機(jī)是戰(zhàn)場空域控制的空中節(jié)點(diǎn)，其敵我識(shí)別流程和要求與空中作戰(zhàn)中的敵我識(shí)別行動(dòng)相似，都是通過預(yù)先設(shè)置好的空域協(xié)同措施進(jìn)行敵我識(shí)別，不同的是預(yù)警機(jī)除了執(zhí)行敵我識(shí)別任務(wù)外，還可以作為指揮中樞，對(duì)各類作戰(zhàn)行動(dòng)進(jìn)行指揮控制。

2 空中目標(biāo)敵我識(shí)別的直覺模糊推理

空中目標(biāo)敵我識(shí)別的判別準(zhǔn)則和標(biāo)準(zhǔn)并非一成不變，而是根據(jù)作戰(zhàn)需要不斷變化的，同時(shí)，其部分判別屬性的語言也是有一定模糊含義的，因此需要使用不確定性推理工具對(duì)該方法進(jìn)行建模。

敵我識(shí)別器的判別準(zhǔn)則通常使用“8判1”或者“4判2”的方式，由于相關(guān)研究已經(jīng)比較成熟[22]，這里不再做過多介紹，下面主要對(duì)空中目標(biāo)在空域協(xié)同措施中的敵我識(shí)別進(jìn)行模糊推理建模。

2.1 輸入變量與輸出變量的模糊化

在空中目標(biāo)敵我識(shí)別中，飛行參數(shù)主要是指航空器飛行時(shí)的高度、速度、航向等飛行諸元。根據(jù)1.3節(jié)的判別邏輯，為反映出空中目標(biāo)的實(shí)際飛行參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)飛行參數(shù)的符合程度，擬選用各飛行諸元的實(shí)際數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)之差的絕對(duì)值作為輸入變量，即輸入變量為高度H、速度V和航向C。根據(jù)敵我屬性標(biāo)簽的劃分，確定輸出變量為自己人FR、熟人AC、陌生人ST和敵人FO。

根據(jù)文獻(xiàn)[23]的研究，本文使用高斯型隸屬度函數(shù)作為描述輸入變量與輸出變量的隸屬度函數(shù)，即

μA(x)=exp(-(x-c)2/2σ2)

(1)

γA(x)=1-πA(x)-exp(-(x-c)2/2σ2)

(2)

式中：πA(x)為猶豫度；c和σ分別為高斯隸屬度函數(shù)的中心和寬度。

由文獻(xiàn)[24]所提供的航空器允許偏離標(biāo)準(zhǔn)航跡范圍，選定輸入變量H，V，C的變化范圍依次為[0 m，100 m]，[0 km/h，50 km/h]，[0°,10°]。

2.2 直覺模糊推理規(guī)則的建立與檢驗(yàn)

由2.1節(jié)可知，輸入變量H,V,C對(duì)應(yīng)的隸屬度函數(shù)個(gè)數(shù)分別為NH=NV=NC=5，輸出變量FR,AC，ST，F(xiàn)O對(duì)應(yīng)的隸屬度函數(shù)個(gè)數(shù)分別為NFR=NAC=NST=NFO=5。因此，空中目標(biāo)敵我識(shí)別的直覺模糊推理規(guī)則數(shù)量為N=NH×NV×NC=125。則其多重多維的推理規(guī)則如下：IFhisHiANDvisViANDcisCiTHENfrisFR jANDacisAC jANDstisST jANDfoisFO j。其中：i=j=1,2,3,4,5；h，v，c均為輸入變量；fr，ac，st，fo均為輸出變量。

空中目標(biāo)敵我識(shí)別中的直覺模糊推理規(guī)則需要依據(jù)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜医?jīng)驗(yàn)進(jìn)行建立，部分規(guī)則如表1所示。

表1 空中目標(biāo)敵我推理規(guī)則

圖5為其對(duì)應(yīng)的部分輸入輸出三維映射曲面圖。

圖5 輸入輸出三維映射曲面

2.3 推理算法與解模糊算法的選擇與使用

為實(shí)現(xiàn)直覺模糊推理的合理運(yùn)行，需要從已建立的規(guī)則庫中提取輸入變量與輸出變量之間的蘊(yùn)含關(guān)系。這里選用“∨-∧”合成規(guī)則進(jìn)行推理運(yùn)算，則單條規(guī)則所有輸入與各個(gè)輸出之間的蘊(yùn)含關(guān)系為

(3)

式中：n=1,2,…,N,N為推理規(guī)則個(gè)數(shù)；μn(·)表示第n條規(guī)則下，各輸入變量與輸出變量所對(duì)應(yīng)的各直覺模糊子集的隸屬度函數(shù)。

進(jìn)而可以得到所有推理規(guī)則下的綜合模糊蘊(yùn)含關(guān)系為

(4)

設(shè)某一時(shí)刻的輸入變量為H′,V′,C′，根據(jù)推理規(guī)則合成，即可得到相應(yīng)的模糊輸出為

(5)

為實(shí)現(xiàn)較為平滑的模糊推理輸出結(jié)果，選用重心法作為解模糊算法，并對(duì)式(5)得到的模糊輸出進(jìn)行解模糊運(yùn)算，即可得到輸出變量FR,AC,ST和FO對(duì)應(yīng)的輸出值。

3 空中目標(biāo)敵我識(shí)別的融合決策

空中目標(biāo)敵我識(shí)別是一個(gè)動(dòng)態(tài)化的過程，需要綜合各個(gè)探測時(shí)刻的識(shí)別結(jié)果，因此需要使用D-S證據(jù)理論對(duì)第2章中獲取的直覺模糊推理結(jié)果進(jìn)行融合以得到綜合識(shí)別結(jié)果。

3.1 基本概率賦值的獲取

由第1章、第2章的分析可知，輸出變量FR，AC,ST和FO即為空中目標(biāo)敵我識(shí)別所需要的結(jié)果，因此上述輸出變量可作為D-S證據(jù)理論的辨識(shí)框架Θ。根據(jù)文獻(xiàn)[25]的思想，可以將式(5)的模糊輸出及解模糊后的輸出值看作是各Mass函數(shù)的基本概率賦值的組成部分，即FR,AC,ST,FO所對(duì)應(yīng)的輸出值反映了這4條證據(jù)所對(duì)應(yīng)的基本概率賦值的分配情況。因此,對(duì)其進(jìn)行歸一化處理即可得到各Mass函數(shù)的賦值為

(6)

式中，wl(0

3.2 證據(jù)沖突的度量與修正

為最大程度地減小融合過程中不確定信息的影響，需對(duì)3.1節(jié)中得到的基本概率賦值進(jìn)行修正。由于沖突系數(shù)k對(duì)沖突信息描述不夠完善，采用沖突系數(shù)k和Jousselme距離結(jié)合的方式描述證據(jù)的沖突信息[26]，并選用證據(jù)折扣法對(duì)各Mass函數(shù)進(jìn)行修正。

首先，計(jì)算各Mass函數(shù)的Jousselme距離，即

(7)

(8)

然后，使用證據(jù)折扣法對(duì)各Mass函數(shù)進(jìn)行修正即可得到修正后的Mass函數(shù)為

(9)

式中，折扣系數(shù)φl=αl/αmax，αmax=max(αl)。

3.3 證據(jù)融合與決策

使用D-S組合規(guī)則對(duì)3.2節(jié)中修正后的Mass函數(shù)進(jìn)行融合，即

m(A)=m1(A1)⊕m2(A2)⊕…⊕mL(AL)=

(10)

通過式(10)融合得到的最終結(jié)果為m=[m(U1)m(U2)m(U3)m(U4)m(Θ)]，則Mass函數(shù)m中基本概率賦值最大者mmax(Up)所對(duì)應(yīng)的屬性標(biāo)簽，即為該目標(biāo)的最終識(shí)別結(jié)果。

4 實(shí)例驗(yàn)證

4.1 實(shí)例計(jì)算

已知共有5個(gè)目標(biāo)向我方最小風(fēng)險(xiǎn)航線飛行，由于敵方實(shí)施電子干擾，5個(gè)目標(biāo)敵我識(shí)別器應(yīng)答結(jié)果均為“混亂”，因此需要使用空域協(xié)同措施進(jìn)行識(shí)別，設(shè)標(biāo)準(zhǔn)飛行高度為900 m、速度為500 km/h、航向?yàn)?0°。為驗(yàn)證該空中目標(biāo)敵我識(shí)別方法的合理性，假設(shè)目標(biāo)1是自己人，其航空器狀態(tài)良好；目標(biāo)2也是自己人，但其航空器在任務(wù)中輕微受損，飛行姿態(tài)存在輕微偏差；目標(biāo)3為自己人，其航空器在作戰(zhàn)中受損嚴(yán)重，飛行姿態(tài)較難控制；目標(biāo)4為敵人，試圖混入我方空域，對(duì)我方重要目標(biāo)實(shí)施打擊；目標(biāo)5為敵人，未掌握我方飛行參數(shù)，試圖強(qiáng)行突入，對(duì)我方實(shí)施打擊。經(jīng)探測，5個(gè)目標(biāo)的實(shí)際飛行參數(shù)如表2所示。

表2 空中目標(biāo)實(shí)際飛行參數(shù)

根據(jù)表2數(shù)據(jù)可求得目標(biāo)1～5各時(shí)刻對(duì)應(yīng)的輸入變量H,V和C的值，然后根據(jù)文獻(xiàn)[28]中的思想，將其轉(zhuǎn)化為規(guī)范化輸入，并進(jìn)行直覺模糊推理，得到目標(biāo)1～5各時(shí)刻的推理結(jié)果，具體如表3所示。

設(shè)wl=0.9，根據(jù)表3數(shù)據(jù)，由式(6)可求得目標(biāo)1～5各探測周期的基本概率賦值。由式(7)～(10)對(duì)上述基本概率賦值進(jìn)行修正并融合，即可得出最終的敵我識(shí)別結(jié)果，具體如表4所示。

表3 空中目標(biāo)敵我識(shí)別直覺模糊推理結(jié)果

表4 空中目標(biāo)敵我識(shí)別的基本概率賦值

為避免識(shí)別得出的結(jié)果數(shù)值過小導(dǎo)致錯(cuò)誤判別，引入判別閾值t=0.05作為判斷融合識(shí)別結(jié)果是否合理的判斷標(biāo)準(zhǔn)。即挑選融合識(shí)別結(jié)果中基本概率賦值最大的兩個(gè)識(shí)別結(jié)果mmax1和mmax2，若|mmax1-mmax2|≥t，則認(rèn)為該次識(shí)別有效，且mmax1對(duì)應(yīng)的結(jié)果即為最終識(shí)別結(jié)果;若|mmax1-mmax2|

由表4可知，目標(biāo)1，2的最終識(shí)別結(jié)果為自己人，目標(biāo)4的識(shí)別結(jié)果為陌生人，目標(biāo)5的識(shí)別結(jié)果為敵人。與設(shè)定的實(shí)驗(yàn)場景基本一致，符合預(yù)期實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。目?biāo)3的識(shí)別結(jié)果為熟人，但是通過具體數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)算法推理后認(rèn)為目標(biāo)3為熟人的基本概率賦值為0.307，為陌生人的基本概率賦值為0.301，其數(shù)值差的絕對(duì)值為0.006，小于判別閾值，所以本次識(shí)別結(jié)果不成立，需對(duì)其進(jìn)行繼續(xù)識(shí)別。經(jīng)3個(gè)周期探測后，目標(biāo)3的實(shí)際飛行數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 目標(biāo)3實(shí)際飛行參數(shù)

其對(duì)應(yīng)的模糊推理結(jié)果如表6所示。

表6 目標(biāo)3實(shí)際飛行參數(shù)直覺模糊推理結(jié)果

同樣地，求得目標(biāo)3的第4～6周期的基本概率賦值，并將其同前3個(gè)周期的基本概率賦值進(jìn)行融合，以獲取最終的識(shí)別結(jié)果,如表7所示。

表7 目標(biāo)3的基本概率賦值及融合結(jié)果

根據(jù)表7得到的數(shù)據(jù)，挑選出目標(biāo)3基本概率賦值最大的兩個(gè)識(shí)別結(jié)果“自己人”和“熟人”，經(jīng)計(jì)算其基本概率賦值差的絕對(duì)值為0.219，大于判別閾值，所以此次識(shí)別結(jié)果成立。

4.2 結(jié)果分析

通過表2和表4可以看出：

1)目標(biāo)1是自己人，因?yàn)槠湓趫?zhí)行任務(wù)前已掌握進(jìn)入最小風(fēng)險(xiǎn)航線飛行時(shí)的相關(guān)要求，其3個(gè)時(shí)刻的飛行參數(shù)是不斷貼近規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的，因此最終的識(shí)別結(jié)果為自己人，符合預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)場景;

2)目標(biāo)2是自己人，雖然其在執(zhí)行任務(wù)過程中受到了一定的損壞，導(dǎo)致3個(gè)時(shí)刻的飛行參數(shù)略有波動(dòng)，但其也掌握了飛行的相關(guān)要求，并不斷地控制航空器使其按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)飛行，因此最終識(shí)別結(jié)果也是自己人，符合預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)場景;

3)目標(biāo)3是具有“友性”傾向的“熟人”，由于該航空器在飛行任務(wù)中受損嚴(yán)重，因此在前3個(gè)時(shí)刻較難保持飛行姿態(tài)，使得識(shí)別結(jié)果為“熟人”，但是其識(shí)別結(jié)果不符合判別要求，隨后我方對(duì)其繼續(xù)進(jìn)行3個(gè)周期探測并融合6個(gè)周期的識(shí)別結(jié)果進(jìn)行判斷，通過表7的數(shù)據(jù)可知，該目標(biāo)的最終識(shí)別結(jié)果為“熟人”，雖然與預(yù)期實(shí)驗(yàn)場景有一定的差異，但避免了對(duì)此類情況產(chǎn)生的誤判，因此符合預(yù)期實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

4)目標(biāo)4是具有“敵性”傾向的“陌生人”，該目標(biāo)通過竊取目標(biāo)1，2，3的飛行參數(shù)，試圖偽裝混入我方空域，由于其未掌握進(jìn)入最小風(fēng)險(xiǎn)航線的飛行方法，雖然3個(gè)時(shí)刻的飛行姿態(tài)保持得比較穩(wěn)定，但其不符合我方指定的飛行標(biāo)準(zhǔn)，因此最終識(shí)別為“陌生人”，雖然與預(yù)設(shè)場景有一定的出入，但總體上達(dá)到了預(yù)期的識(shí)別目的；

5)目標(biāo)5是“敵人”，由于其不掌握我方飛行參數(shù)，且意圖快速突破我方防線，對(duì)我方實(shí)施打擊，因此最終識(shí)別結(jié)果為“敵人”，與預(yù)期場景一致，符合預(yù)期實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

通過最終的識(shí)別結(jié)果，指揮官即可做出相應(yīng)的決策，如：指揮目標(biāo)1進(jìn)入低高度層穿越走廊進(jìn)行返航；指揮目標(biāo)2返航，并做好航空器的維修保障準(zhǔn)備工作；指揮目標(biāo)3前往距離最近的備降機(jī)場降落，做好搶修保障準(zhǔn)備工作，并派遣搜救航空器伴隨飛行，確保目標(biāo)3的飛行安全；嚴(yán)密監(jiān)視目標(biāo)4，指揮其盤旋等待并派遣我方航空器對(duì)目標(biāo)4進(jìn)行驗(yàn)證攔截，若該目標(biāo)不服從指令或者是驗(yàn)證為“敵人”，即可將其擊落；對(duì)于目標(biāo)5應(yīng)立即采取措施，將其擊落。

5 結(jié)束語

空中目標(biāo)敵我識(shí)別作為空中作戰(zhàn)行動(dòng)的一個(gè)重要組成部分，是同戰(zhàn)場空域管制活動(dòng)密切結(jié)合的。本文提出的空中目標(biāo)敵我識(shí)別方法緊密圍繞空域管制活動(dòng)，提出了該框架下的敵我識(shí)別流程和判別準(zhǔn)則，較好地貼近作戰(zhàn)實(shí)際。同時(shí)，使用直覺模糊推理和證據(jù)理論等數(shù)學(xué)工具，對(duì)該方法進(jìn)行建模并驗(yàn)證，證明了該方法的合理性和有效性，可以為后續(xù)相關(guān)研究提供參考。