一種基于規(guī)則的敵我識別流程優(yōu)化設(shè)計(jì)

曹志敏，蔣充劍

（江蘇自動(dòng)化研究所，江蘇 連云港 222061）

0 引言

隨著現(xiàn)代遠(yuǎn)程精確打擊和高超聲速武器裝備的發(fā)展，對作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)目標(biāo)的綜合識別成為各國強(qiáng)烈的軍事需求。如何在復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境下實(shí)現(xiàn)精確打擊、避免誤傷，快速、可靠地進(jìn)行敵我識別顯得尤為重要。傳統(tǒng)的協(xié)作式敵我識別器（IFF），通過詢問應(yīng)答進(jìn)行敵我識別，雖然具有直接快速的優(yōu)點(diǎn)，但是需要目標(biāo)的配合，并且易受電子干擾、偽裝欺騙等影響，導(dǎo)致敵我識別的可靠性降低，甚至在某些特定的戰(zhàn)場環(huán)境下無法使用。因此，出現(xiàn)了基于多傳感器信息融合的非協(xié)作式目標(biāo)識別技術(shù)［2］，其優(yōu)勢在于擴(kuò)展了敵我識別系統(tǒng)的空域、頻域和時(shí)域的范圍，不需要目標(biāo)的配合，僅靠目標(biāo)信息實(shí)現(xiàn)目標(biāo)敵我識別。但由于傳感器探測精度的影響，基于多傳感器信息融合綜合識別仍然存在不確定性。為充分發(fā)揮兩種敵我識別方式的優(yōu)勢，避免單一敵我識別方式的弊端，發(fā)展了協(xié)作式與非協(xié)作式綜合敵我識別技術(shù)。其優(yōu)勢在于除了利用敵我識別器詢問應(yīng)答信息外，還綜合利用目標(biāo)運(yùn)動(dòng)等特征信息進(jìn)行敵我識別，可有效提高目標(biāo)敵我識別的準(zhǔn)確性和可靠性。目前，目標(biāo)綜合敵我識別技術(shù)相關(guān)理論研究成果不少［3-7］，在工程上也有一定的應(yīng)用，但是，由于戰(zhàn)場環(huán)境的復(fù)雜性，敵對目標(biāo)的對抗性，使得實(shí)際敵我識別過程中常常出現(xiàn)系統(tǒng)自身識別結(jié)果前后不一致、多平臺協(xié)同識別結(jié)果不一致等情況，給態(tài)勢評估和指揮決策帶來較大的影響，目前敵我識別系統(tǒng)對此種情況鮮有較好地處理。

本文分析了系統(tǒng)敵我識別工程應(yīng)用中可能存在的相關(guān)問題，優(yōu)化設(shè)計(jì)敵我識別流程，既發(fā)揮機(jī)器的快速計(jì)算優(yōu)勢，又發(fā)揮人的認(rèn)知推理優(yōu)勢，在獲得敵我識別快速性的同時(shí)提高可靠性，為敵我識別系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)提供參考。

1 基于規(guī)則的敵我識別一般流程

敵我識別流程一般是預(yù)先設(shè)計(jì)好一組目標(biāo)識別規(guī)則，將多傳感器獲取的目標(biāo)信息進(jìn)行融合處理后，將目標(biāo)特征信息依次與識別規(guī)則進(jìn)行匹配，匹配成功后給出目標(biāo)敵我屬性結(jié)果，一般流程如圖1 所示。

圖1 目標(biāo)敵我識別一般流程

1）建立識別規(guī)則

系統(tǒng)敵我識別的可靠性很大程度上依賴于識別規(guī)則優(yōu)劣。識別規(guī)則主要是根據(jù)相關(guān)的戰(zhàn)術(shù)以及通用交戰(zhàn)規(guī)則進(jìn)行構(gòu)建，形成一套識別規(guī)則集合。識別規(guī)則一般包括識別規(guī)則主體和適應(yīng)范圍。

識別規(guī)則主體一般采用IF-THEN 結(jié)構(gòu)，其中條件可以是簡單條件，如“速度大于××kn”，也可以是由簡單條件組合的復(fù)雜條件，如（速度大于××kn）AND（高度小于××m）等。識別規(guī)則將符合一定條件的目標(biāo)指定為敵、友、中立、可疑等某個(gè)屬性。例如，IF（高度〈××m）AND（速度×kn）THEN 目標(biāo)屬性=可疑。將若干條識別規(guī)則按定先后順序（這個(gè)順序要根據(jù)戰(zhàn)場情況和經(jīng)驗(yàn)確定）排列，構(gòu)成一個(gè)有序的識別規(guī)則集合。

識別區(qū)域設(shè)置目的是限制識別規(guī)則適應(yīng)的空間范圍。一般包括國家區(qū)域、航線區(qū)域等。其中國家區(qū)域包括領(lǐng)海，可由地理信息系統(tǒng)自動(dòng)提供；航線區(qū)域包括空中航線和海上航線，由航向和寬度確定，用于根據(jù)目標(biāo)相對于航線的位置和航向?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行識別。如果1 條識別規(guī)則無區(qū)域限制時(shí)，則表示適應(yīng)全球范圍。

2）匹配規(guī)則

基于識別規(guī)則進(jìn)行目標(biāo)敵我識別，是將目標(biāo)位置、速度、航向等運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)、IFF 信息、航線等多源信息，按照識別規(guī)則的排列順序進(jìn)行逐句匹配的過程。一旦目標(biāo)特征與某條識別規(guī)則匹配成功，則停止匹配，給出識別結(jié)果。如果直到最后一條識別規(guī)則均未實(shí)現(xiàn)匹配，則輸出“待定”結(jié)果。

2 系統(tǒng)自動(dòng)識別存在的問題

在系統(tǒng)目標(biāo)識別實(shí)際應(yīng)用過程中，往往會(huì)出現(xiàn)兩種情況。第1 種是識別結(jié)果前后不一致。即系統(tǒng)對目標(biāo)進(jìn)行敵我識別結(jié)果前后發(fā)生變化。例如，在t時(shí)刻系統(tǒng)識別目標(biāo)A 為“敵”，識別目標(biāo)B 為“中立”，在t+1 時(shí)刻識別目標(biāo)A 為“友”，識別目標(biāo)B 為“可疑”等。其主要原因在于各個(gè)傳感器所提供的信息往往不完整且具有某種程度的不確定性，識別規(guī)則也存在一定的模糊性，導(dǎo)致基于規(guī)則的多傳感器信息融合識別結(jié)果存在一定的不確定性，形成系統(tǒng)識別結(jié)果出現(xiàn)變化的現(xiàn)象。第2 種是識別結(jié)果內(nèi)外不一致。即系統(tǒng)自動(dòng)識別結(jié)果與人工識別結(jié)果或者編隊(duì)外部平臺識別結(jié)果不一致。例如，系統(tǒng)識別目標(biāo)A 為“敵”，人工或者外部平臺識別為“友”，系統(tǒng)識別目標(biāo)B 為“友”，人工或者外部平臺識別為目標(biāo)B“敵”等。其主要原因在于不同平臺所處的戰(zhàn)場環(huán)境和感知的戰(zhàn)場態(tài)勢有所差異，識別人員認(rèn)知與機(jī)器推理結(jié)果存在差異等，形成系統(tǒng)識別結(jié)果內(nèi)外不一致的現(xiàn)象。

出現(xiàn)上述兩類不一致情況時(shí)，都會(huì)對作戰(zhàn)決策產(chǎn)生重要影響。例如，當(dāng)識別目標(biāo)敵我屬性由“中立”變?yōu)椤皵场睍r(shí)，可能需要將“監(jiān)視”決策迅速改變?yōu)椤肮簟被颉胺烙睕Q策等。因此，在系統(tǒng)敵我識別流程中，必須對上述兩種情況進(jìn)行及時(shí)有效的處理。

3 敵我識別流程優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對上述系統(tǒng)自動(dòng)識別可能存在的問題，對敵我識別一般流程進(jìn)行優(yōu)化，主要思路是在系統(tǒng)自動(dòng)敵我識別流程中，增加前后不一致、內(nèi)外不一致兩種情況的監(jiān)測告警環(huán)節(jié)，系統(tǒng)一旦監(jiān)測到任意一種不一致情況出現(xiàn)，能夠及時(shí)給出告警提示，引入識別操作員的認(rèn)知推理能力，利用其專業(yè)技能和綜合分析判斷能力，人機(jī)相輔進(jìn)行敵我識別，有效解決單純依靠系統(tǒng)自動(dòng)識別的不足，減少誤判，提高目標(biāo)敵我識別的可靠性。優(yōu)化流程如下頁圖2 所示。

圖2 基于規(guī)則的敵我識別流程優(yōu)化示意圖

4 告警規(guī)則設(shè)計(jì)

在復(fù)雜戰(zhàn)場大量目標(biāo)情況下，識別操作員難以對所有目標(biāo)所有屬性變化都能給予及時(shí)關(guān)注，而只需要對某些重要變化情況進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。根據(jù)具體戰(zhàn)場態(tài)勢設(shè)計(jì)合理的監(jiān)測告警規(guī)則成為關(guān)鍵。

4.1 前后不一致告警規(guī)則設(shè)計(jì)

按照影響決策程度大小可以將識別結(jié)果前后不一致情況分為兩個(gè)層次。第1 層為嚴(yán)重不一致，即出現(xiàn)“敵”變?yōu)椤坝选薄⒒蛘摺坝选弊優(yōu)椤皵场保藭r(shí)必須無條件給出告警；第2 層為一般不一致，即除嚴(yán)重不一致情況外的其他情況，例如，某目標(biāo)屬性由“不明”變?yōu)椤爸辛ⅰ睂Q策的影響并不十分嚴(yán)重，屬于一般不一致。哪些情況需要給出告警，可以由識別操作員根據(jù)戰(zhàn)場具體環(huán)境和戰(zhàn)場態(tài)勢，靈活定義告警條件，有選擇性地監(jiān)控目標(biāo)敵我屬性變化。

定義選擇性監(jiān)視目標(biāo)屬性變化的方法可以采用下面的簡便方法，如圖3 所示，即采用矩陣形式對話框。第1 列為前一周期識別的目標(biāo)屬性，右面諸列為后一周期變化了的目標(biāo)屬性，中間區(qū)域?yàn)橄鄳?yīng)的按鈕，當(dāng)按鈕按下時(shí)（黑色狀態(tài)），表示出現(xiàn)此種屬性變化時(shí)給出告警，其他情況（白色狀態(tài)）表示不告警。當(dāng)按鈕全部按下，表示出現(xiàn)任何變化情況時(shí)均給出告警。

4.2 內(nèi)外不一致告警規(guī)則設(shè)計(jì)

系統(tǒng)敵我識別時(shí)一般允許人工干預(yù)，允許識別操作員對系統(tǒng)識別結(jié)果進(jìn)行修改，通常情況下，考慮專業(yè)識別人員的綜合判斷能力，這種修改具有較高的可信性。但是，人終究存在誤判的可能，另一方面，隨著敵我識別技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器識別的可信性也不斷提高，因此，當(dāng)人機(jī)識別出現(xiàn)顯著差異甚至敵我相反情況時(shí)，必須及時(shí)告警。再者，當(dāng)編隊(duì)或者戰(zhàn)術(shù)群多平臺協(xié)同作戰(zhàn)時(shí)，對目標(biāo)進(jìn)行協(xié)同識別，當(dāng)各平臺識別結(jié)果信息共享時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)平臺之間識別結(jié)果不一致的情況，特別是識別結(jié)果出現(xiàn)敵我相反情況時(shí)，也必須及時(shí)告警。

從系統(tǒng)識別與人工或外部平臺識別結(jié)果的沖突程度區(qū)分，至少需要設(shè)計(jì)以下兩種告警規(guī)則：

不明友中立不明□□可疑□友□■□■中立□□□□可疑□□□敵□■□敵□□□

規(guī)則1

（系統(tǒng)識別為“友”或者“中立”）&

（人工識別為“敵”或者“可疑”）&

（敵我識別應(yīng)答為有效）。

規(guī)則2

（系統(tǒng)識別為“敵”或者“可疑”）&

（人工識別為“友”或者“中立”）&

（（速度增加超過××豫）&（航路捷徑小于××km））或者（（高度大于××m）&（航路捷徑小于××km））。

其中速度增加量、航路捷徑數(shù)值、高度數(shù)值均可以根據(jù)具體情況由識別操作員合理設(shè)置。

5 結(jié)論

本文針對敵我識別工程應(yīng)用中可能出現(xiàn)的目標(biāo)敵我識別兩種不一致的情況，對敵我識別流程進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加了兩類監(jiān)測告警環(huán)節(jié)，給出了兩類告警規(guī)則設(shè)計(jì)方法，在系統(tǒng)敵我識別出現(xiàn)異常情況時(shí)，最終交由人進(jìn)行處理，充分發(fā)揮人機(jī)敵我識別的各自優(yōu)勢，提高敵我識別的可靠性。隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，可以引入深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)等智能技術(shù)，構(gòu)建智能敵我識別模型，綜合目標(biāo)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)、航路捷徑、圖像、電磁、敵我識別器（IFF）、空間區(qū)域、航線等廣泛信息進(jìn)行自動(dòng)識別，同時(shí)重視人的認(rèn)知推理能力，細(xì)化對機(jī)器敵我識別的監(jiān)視，人機(jī)相輔進(jìn)行目標(biāo)識別，使目標(biāo)敵我識別更快速、更可靠。