中国指挥与控制学会会刊 
复杂电磁环境是现代信息化战场的基本特征。复杂的自然环境、多变的气象环境、多样式的电子对抗,攻防对抗双方的动态博弈构成了复杂的战场电磁环境[1]。战场复杂电磁环境已经成为制约武器装备战技指标、作战使用性能以及作战能力发挥的重要因素。对复杂电磁干扰环境的分级定义,直接关系到导弹武器系统抗干扰指标的合理制定以及抗干扰效果的最终评估。目前,对抗干扰指标缺乏对相应的干扰环境的限定,例如“具有一定的抗舷外诱饵干扰能力”,导致试验鉴定过程中试验条件的不确定性,直接影响试验结果的权威性与可信性。
针对以上问题,本文研究建立基于仿真试验案例知识库的干扰环境分级方法,设计并开发干扰环境分级管理软件,实现自动化管理,增强对复杂电磁环境的一致性认知,以服务于反舰导弹在复杂电磁环境下抗干扰能力评判,满足武器装备研制以及试验鉴定的需求。
1 干扰环境分级原则与思路
1.1 分级原则
1)动态性原则
大量新技术、新方法已逐渐趋于成熟,使反舰导弹的突防能力和打击威力得到有效提升,这也给未来海战场反舰导弹攻防对抗中的干扰与反干扰带来更多的不确定性。随着制导技术的进步,具有相同构成要素的干扰环境,其对反舰导弹的威胁程度可能会降低;作为新的制导技术的对立方,原有的干扰技术可能会失效,而相应的新的干扰技术必然会应运而生,原有制导技术在新的干扰环境作用下的作战效能可能也会受到影响。因此,干扰环境分级应遵循动态性原则。
2)针对性原则
从理论分析和实践经验来看,同一种干扰技术对不同技术体制的末制导雷达干扰效果可能存在差异,即相同电磁干扰环境对不同技术体制导弹的威胁等级可能是不同的,因此,干扰环境分级应该对采用不同技术体制的导弹有所区别,即海战场干扰环境分级应具备针对性。
1.2 分级思路
本文讨论干扰环境范畴只限于反舰导弹面临的各种战术干扰环境,并利用反舰导弹抗干扰仿真试验态势,对干扰环境进行定量或定性描述。
基于仿真试验案例知识的干扰环境分级方法的基本思想是将历史试验信息中的试验态势作为分级对象,把不同试验态势下的导弹抗干扰仿真试验信息作为分级依据,并形成仿真试验案例知识库,通过分析不同态势对导弹作战效能的影响,推理得出态势分级结果。基于仿真试验案例知识库的干扰环境分级方法运作流程可用图1 进行表述。
在知识库建立初期,通过收集整理历史试验相关的装备、环境和试验结果信息,形成初步的知识库。由于知识库具有学习功能,通过大量仿真试验,不断对知识库中的信息进行验证和调整,经过充分地学习和积累,基于知识库推理得出的分级结果可应用于反舰导弹抗干扰能力的评判。不同技术特征的导弹可以通过限定分级推理条件获取与其相匹配的态势案例分级结果,对导弹的抗干扰能力进行评判,保证了分级的针对性;同时,每次抗干扰仿真试验信息都作为新的知识录入知识库,使知识库得到更新,保证了分级的动态性。
2 仿真试验案例知识库构建
2.1 知识分类与知识获取
2.1.1 知识分类
按照知识的性质和用途可分为四类:
1)环境(态势)知识
环境知识是指反舰导弹面临的海战场干扰环境,其具体内容主要是各种自然环境干扰和人为干扰。
2)装备知识
主要指反舰导弹体制和性能参数信息,如导弹末制导方式、末制导雷达信号体制等。
3)试验知识
试验装备、试验环境等要素构成以及试验结果数据。
4)规则知识
由知识库向干扰环境分级结果的推理过程相关的算法、规则。
上述知识按照获取方法的不同分为两大类,即静态知识和动态知识。静态知识主要是各种实体的描述信息以及经过理论分析和长期经验积累得出的知识,这部分知识的正确性具有较高的可信性,在专家系统运行过程中一般不需要修改,比如海况的分级、导弹的性能参数、有源干扰的典型参数项等知识;动态知识主要来源于仿真试验,主要指仿真试验的态势数据和结果数据相关知识。
2.1.2 知识获取
2.2 知识表示方法
2.2.1 知识表示框架
规范化的知识描述是实现知识管理与共享的前提,对知识的信息包含多个方面,对仿真知识的描述应尽可能准确、全面,知识描述框架如图3 所示。
1)标识域
描述知识区别于其他知识的唯一标识信息,如知识类型、ID、名称、版本等。
2)来源域
描述知识的来源信息,包括知识提供者、开发时间、提供时间等。
3)评估域
描述知识的质量信息,如知识的VV&A状态、知识可信性、数据质量等。
4)共有信息域
描述所有知识共有的属性信息,包括知识大小、格式、说明等。
5)专有信息域
专有信息域是对知识本身的描述,是对知识内容的表达。
2.2.2 知识表示形式
规范化的知识描述主要包含两方面工作:一是格式描述规范化,即知识外部表述的规范化,从而为用户提供统一的检索方式,使用户能够更加方便快捷地获取知识,格式描述规范化主要针对知识的标识域、来源域、评估域和共有信息域;二是内容描述规范化,即利用通用的、可扩展的机制对知识内容进行规范化描述,保证各种知识在各推理规则之间无二义性,内容描述规范化主要针对知识的专有信息域。利用元数据对知识的外部属性进行描述,即对标识域、来源域、评估域和共有信息域进行描述;利用XML对知识内容进行描述,即知识的专有信息域进行描述,以便实现不同平台之间的知识共享和重用。
2.2.3 知识表示实例
以有源压制干扰参数模型知识为例进行说明,利用元数据对模型外部属性进行规范化描述,如表1 所示。
表1 有源压制干扰参数模型知识元数据描述实例 |
| Identifier | Value |
|---|---|
| ID | 00001 |
| Name | 有源压制干扰参数模型 |
| Classify | 环境知识 |
| Version | V1.0 |
| Provider | XXX |
| CreateDate | 2020.6.25 |
| CommittedDate | 2020.6.25 |
| Creditability | 一级 |
| VV&AState | 是 |
| Remark | 无 |
有源压制干扰环境知识XML表示实例如下。在表示方法中,干扰参数中的“干扰带宽”、“干扰功率”为阻塞式有源压制干扰的主要技术参数,可以量化,而“开始时间”和“结束时间”为战术应用参数,是相对于试验零时刻或导弹导引头开机的时间。
| <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <有源压制干扰> <干扰样式>阻塞式</干扰样式> <干扰方式>自卫式</干扰方式> <干扰参数> <干扰带宽>xxM</干扰带宽> <干扰功率>xxdBW</干扰功率> <开始时间>xxs</开始时间> <结束时间>xxs</结束时间> </干扰参数> </有源压制干扰> |
2.3 知识映射与知识库
2.3.1 知识映射
知识表示方法在形式上为干扰环境分级相关知识提供了统一的表述方法,但知识实体的存储功能则需要由数据库提供,因此,需要建立知识形式化表示到数据库的映射关系。仍以有源压制干扰环境为例说明知识形式化描述与数据库的映射关系。如图4 所示,将元数据模板转化为数据库中的数据表,并为每个字段定义相应的数据类型,将模型的XML描述转换成表中的字段,数据类型为XML,这样就可以将知识的形式化描述映射到数据库中的数据表[2]。
2.3.2 知识库设计
案例知识库基于SQL SERVER 2005数据库引擎建立,共包含五个数据表,分别为环境知识表(Environment)、导弹知识表(Missile)、规则知识表(Rule)、仿真试验结果表(Simulation Result)、分级结果表(Classification Result)。各表功能如表2 所示。
表2 知识库表说明 |
| 表名称 | 说明 |
|---|---|
| 环境表 | 各种干扰环境的参数模型知识 |
| 导弹知识表 | 导弹技术体制等参数信息 |
| 试验信息表 | 仿真试验信息及结果信息 |
| 规则表 | 干扰环境分级的标准、规则知识 |
| 分级结果表 | 干扰环境分级的结果知识 |
3 案例知识库在干扰环境分级中的应用
干扰环境分级是一项复杂的动态决策过程,需要通过对大量专家经验知识、装备数据、环境数据以及不断更新的由试验获得的相关信息进行分析、统计、对比才能得出结论。这一过程通过分级软件平台完成。
3.1 分级软件平台
分级软件平台在案例知识库的基础上设计开发,界面如图5 所示,共分为三个功能模块:数据预处理模块、数据分析计算模块、知识库管理模块。
数据预处理模块提供野值剔除方法、平滑滤波方法和数据重采样方法以及坐标变换方法,使试验数据满足分析计算要求[3];数据分析模块,基于层次分析法完成反舰导弹在某干扰态势下的性能评分计算;知识库管理模块提供与底层知识库的交互以及分级推理功能,功能包括导弹知识管理、环境知识管理、规则知识管理、试验信息管理和分级结果推理,其中,分级结果推理子模块是整个分级软件平台的核心,通过对用户限定范围内的知识推理输出电磁环境分级结果。
3.2 分级方法
3.2.1 干扰效果评分
干扰环境干扰效果评分主要包括三个步骤:
第一步,从知识库中抽取试验态势进行仿真试验,试验态势应包括无干扰试验态势和有干扰试验态势;
第二步,分别对无干扰试验态势和有干扰试验态势下的反舰导弹作战性能进行评分[4],参考文献中有详细的评分方法,本文不再赘述;
第三步,以无干扰试验态势下反舰导弹作战性能评分为基准,计算有干扰试验态势下反舰导弹作战性能受影响的程度,将结果存入知识库,并据此对有干扰试验态势对应的干扰环境进行分级。
干扰环境对反舰导弹作战性能影响程度计算方法如下
Δ= ×100%
其中,Sjz为无干扰试验态势下反舰导弹作战性能评分,Sgr为有干扰试验态势下反舰导弹作战性能评分。
3.2.2 干扰环境分级标准
海战场干扰环境分级标准如表3 所示,电磁环境的等级主要取决于对反舰导弹作战性能的影响程度,本文将干扰环境的威胁等级分为五级,反舰导弹作战性能受影响程度越大,相应的电磁环境的威胁等级越高。通过对无干扰环境下多次试验结果分析统计,反舰导弹作战性能评分波动在5%以内,所以当干扰环境对反舰导弹作战效能影响程度不高于5%时,视为对反舰导弹无影响。
表3 干扰环境分级标准 |
| 电磁环境威胁等级 | 对作战效能的影响程度 |
|---|---|
| Ⅰ级 | 5%<Δ≤20% |
| Ⅱ级 | 20%<Δ≤40% |
| Ⅲ级 | 40%<Δ≤60% |
| Ⅳ级 | 60%<Δ≤80% |
| Ⅴ级 | 80%<Δ≤100% |
3.3 分级实例
4 结束语
本文从反舰导弹试验鉴定需求出发,建立了基于仿真案例知识的干扰环境分级方法,并基于案例知识库设计开发了海战场干扰环境分级软件平台,通过对知识库中历史试验案例相关知识的分析和推理,验证并实现了研究目标,能够为武器试验鉴定中的抗干扰能力评价提供有效的方法和工具支撑。