信息融合技術在軍事上的應用

朱　俊，張　力

(1.三峽大學 電氣與新能源學院，湖北 宜昌 443002；2. 火箭軍96742部隊)

0　引　言

在一些大型的戰爭之中，對于信息的掌握權和管理將會依靠各種先進的儀器和設備。在這種宏觀背景之下，一批新型的傳感器裝置如雨后春筍般紛紛涌現出來。在未來的戰爭之中，軍事指揮官對于信息的獲取將不會單純依靠某一特定的傳感裝置，而是在同一時間接收來自多個傳感設備的信息，并且以一種綜合性的表現方式展示。所以，從20世紀80年代初期開始，傳感器信息融合技術作為一門新興的學科在短時間之內得到了迅猛發展。雖然這門學科的發展時間不長，但是其中所包含的C3I機制、新型的武器裝置已經開始滲透到軍隊建設的方方面面。

1　信息融合的定義和研究范圍

1.1　信息融合的定義

現階段，在軍事行業之中對于信息融合技術的理解就是充分利用當前發達的互聯網設備和信息傳播系統按照一定的規律性全面獲取來自數個傳感器裝置的信息，并且嚴格按照相關的程序進行各個步驟的信息整理過程，最終任務就是為了保證所獲取的信息具有真實性和可靠性，對于整個戰爭形勢進行全局性的把握以及可能存在的風險和危機問題進行估測。其主要是從以下三個層面對相關內容進行分析：(1)所謂信息融合就是利用高新技術成果對信息實現自動化的管理，在此之中主要是利用信息技術來實現內部融合。(2)從全局性角度出發，信息融合就是一個綜合性的信息收集和整理過程，對于信息獲取、評估、關聯性等方面的內容進行具體分析，本質上就是從多維度對來自各個方面的信息進行整理。(3)信息融合的實際效用不僅體現在微觀層面對于實際情況的預測，還體現在宏觀層面對于整個戰爭形勢和風險問題的全面管控。

1.2　信息融合技術的研究范圍

信息融合技術的初衷就是“一對多”(一系統對多傳感器)和“多對多”(多系統對多傳感器)的情況而誕生的，所以信息融合的重點內容就是以傳感器機制為主，主要包含對于目標的識別、確認，以及實現后續追蹤，包括對于戰爭整體情況進行全方位監控，針對后期可能存在的危機問題制定預警機制。結合現階段的實際情況來看，信息融合技術主要是應用在一些軍事戰爭方面。作為一個全新的學科，信息融合技術從本質上而言就是處于原始學科和當前的高科技的臨界位置，也可以說是傳統和現代結合的產物，信息融合技術包含計算機、信息處理、人工智能等眾多學科領域的內容。所以，信息融合就是采用多樣化的手段和先進的儀器裝備實現信息的系統化處理，最終預測后期的發展方向。

2　信息融合的功能和算法

2.1　信息融合的功能

信息融合各方面的功能和其自身的等級劃分是息息相關的，等級劃分不同，所提出的功能模型中的功能模塊有所不同，各模塊所擔負的職能也有一定的差異。從當前的實際情況來看，信息的融合過程根據數據進行具體劃分，主要分為三個等級[1-5]：像素層融合、特點層融合以及決定層融合。像素層融合是利用當前發達的傳感設備對于早期未經過任何加工的信息進行綜合性的對比和分析；特點層融合是信息加工過程中的融合；決定層融合是不同類型的傳感裝置已經完成了信息的加工過程。

當前對于信息融合的手段主要有三種，信息融合技術已經實現了對于數據信息的深層次處理，能夠在最短的時間之內提供真實、可靠的多樣化信息。

2.2　信息融合算法

人們研究了很多信息融合算法，多假設跟蹤(MHT)、Gaussian-Sum算法、Jump-Diffusion算法、聯合概率數據關聯(JPDA)濾波器、對稱測量方程(SME)濾波器、模板法、聚類分析、模糊集和可能性理論、小波理論、支持向量機、馬爾可夫隨機場理論、自適應神經元網絡、物理模型、專家系統、黑板模型、隨機集理論、卡爾曼濾波、貝葉斯理論、非單調邏輯、基于規則的方法、經典概率推理、Dempster-Shafer推測、直接判斷法、認可方法、證據收集管理法等。

在此之中運用相對廣泛并且發展較為成熟的信息融合方法主要包括以下幾種：推測法、專家分析法、估計方法、聚類分析法、Dempster-Shafer證據推理法、品質因數法等。但是在信息計算方面所采用的手段主要包括模糊集合理論、神經網絡、粗集理論、小波分析理論和支持向量機等，目前還處于初級階段。

這些計算方法可以用于信息融合的各個等級上，但是處于不同的等級之中所偏重的內容也會有所不同。

3　信息融合技術在軍事上的應用

信息融合技術不論在軍事還是在民用領域，都得到了廣泛的應用[6-12]。在軍事領域，對于戰場上的敵我形勢進行準確的分析，并且有效掌握對我方發展有利的信息，針對后期戰爭過程中可能存在的危機和后果進行科學合理的評估，最后采用針對性的戰術和手段實現整個大局面的掌控。信息融合技術在戰爭方面的現實意義主要體現在以下幾個方面。

3.1　使多作戰平臺有機融合成一體

所謂作戰平臺就是實現武器裝置和火力設備兩方面有效結合的整體。結合當前的實際情況來看，軍事設備主要以坦克、軍艦等形式為主。鑒于現代化的作戰模式和早期相比已經有了明顯的改變，在海、陸、空三方作戰形式方面還加入了電磁作戰形式。這對于各個環節之間的交流和聯系的要求更高，一定要形成各個平臺之間的相互協作，從而應對復雜多變的戰況。

要想實現這一目標，對于信息融合技術的充分利用就具有不可小覷的現實意義。信息融合技術可以在同一時間實現多個維度信息的收集和處理工作，這對于保持內部信息暢通，實現交流過程具有非常重要的現實意義。信息融合中心作為一個多元化的系統，對于收集各方面信息、提供作戰方案、實現敵軍情況偵查、加強各個平臺之間的交流具有非常重要的作用。它能在最短的時間內獲取真實可靠的信息，對于軍事指揮官的決策制定起到參考作用；能確保各個平臺發揮自身優勢，充分體現出各個環節的關聯性和一致性。

3.2　使高精確制導武器實現高智能化

精確制導武器是命中率高的導彈、炮彈、炸彈等武器的總和。但是精確是一個相對的概念，一般情況下認為武器直接發射命中目標就可以稱之為精準性武器。但是如果要實現在第一次發射時就能夠準確命中，并且能夠造成直接的殺傷力，還需要不斷提高精準性武器各方面的技術水平。

要想在一定時間之內實現武器的智能化建設，首先就需要在有限條件之下對于周邊的環境進行偵查并且有一種隨機應變的能力，在同一時間之中對于后期決策的制定有一個完善的規劃，這就是精確性武器發展的最高境界。簡而言之，在使用精確性武器的過程中必須要對周圍的環境位置、特點識別、目標預測等方面的內容有一個直接的感知，要想達到這一效果的首要前提就是必須依靠當前的信息融合技術。當前，制導武器系統之中所采用的信息融合技術還停留在初級階段，只能對周圍事物的特征進行一個初步的取證。今后通過信息融合技術對導彈的發射方向以及最佳射擊位置進行確定，這樣才能充分體現出智能化建設的優越性。

3.3　使未來C3I系統的效能更佳

信息融合技術的產生是早期指引、操控、通信以及情報系統的結合體，結合當前的軍事應用表現為以下幾個方面的特征。

(1) 隨著作戰環境的變化以及范圍擴大化，作戰過程中所面臨的信息更加多樣化，并且這些信息是來源于不同的地理位置，人們需要在短時間實現多方面信息的一個整合，利用當前各種先進的儀器和傳感器裝置對于信息進行全面分析，最終掌握整個戰爭局勢。

(2)作戰過程中速度快，戰場上的形勢每秒鐘都在發生翻天覆地的變化，并且所面臨的外在環境多樣化，如何在最短的時間之內做出準確的決策，這對于指揮官無疑是一個非常大的挑戰。單純依靠一般的信息處理系統難以實現信息的全面掌握，所以必須要充分利用信息融合技術的優越性才能在短期內獲得準確的信息。

(3)新型的武器裝備結構復雜多樣，并且實際操作難度大。那么在這種情況下指揮員就需要充分利用C3I系統對于戰場的形勢進行監控，對于敵我狀況進行偵查，在不遠的未來，信息融合技術將會成為戰爭中的得力助手。

總而言之，信息融合地位的關鍵性和重要地位不言而喻。如圖1所示，它能夠在短時間之內實現來自多層面信息的整合，并且通過其他設備在最短的時間傳遞到指揮員手中，這對于及時把握戰爭局勢做出科學可靠的決定提供了依據。除此之外，通過數據的整理對后期作戰方案的制定也奠定了堅實的基礎。

4　信息融合技術的主要問題和發展

4.1　信息融合技術的主要問題

信息融合作為一門新興學科，經過三十多年的發展，雖然在諸多領域尤其是軍事領域得到了廣泛的應用，但仍不夠成熟，主要表現在：學科概念尚不統一[5]，學科理論還有待完善，學科模型也不健全。很多關于信息融合的研究，都是針對特定的對象、特定的層次，在此基礎上形成的融合模型和推理準則，目前為止還沒有形成健全的知識體系和能得到廣泛運用的模型。

圖1　信息融合技術在C3I系統中的地位和作用示意圖

4.2　信息融合技術的發展

建立完善的信息融合基礎理論是該學科發展的重要前提。目前信息融合尚未形成基本的理論框架。要進一步完善比較經典的、成熟的信息融合理論和算法。信息融合的處理對象即信息源具有以下特征：時間跨度大，覆蓋面廣，形式、類型多種多樣，信源數據精度不一樣，對目標的描述存在不同程度的模糊性，隨時間變化，隨事件而變，而且各種新的信息源會不斷出現，也會出現很多新環境、新情況，現有的信息融合理論和信息融合算法必然不能滿足需要，有必要研究新的有效的針對新環境新形勢新情況的理論和算法。

現代大容量信息處理中運用人工智能和專家系統越來越多，這就需要強大的數據庫和知識庫作為儲備在信息融合系統內部的信息，在信息融合過程中參與融合。要使數據庫和知識庫更加完備，不僅要使數據庫和知識庫在信息量上更加充實，而且要合理地對其進行組織，其目的是使得在信息融合過程中能夠對數據庫和知識庫高速檢索。所以數據庫和知識庫的完備表現在兩個方面：信息容量和組織機制。

目前，還沒有形成一套成熟的、完善的信息融合系統性能評估標準，要研究信息融合系統評估方法和信息融合算法性能評估標準，發揮信息融合系統的強大功能，還必須努力克服和解決其他諸多實際問題。傳感器的探測機制和性能對信息融合的結果有直接影響，這是信息融合的源頭，傳感器測量的不精確性、不完整性、模糊性、沖突和干擾會引起信息融合中的關聯二義性，傳感器功能應該向并行結構方向發展。對信息融合應用的具體方法的研究還處于初步階段，需要研究系統的工程化設計方法，在具體的設計過程中需要結合當前的傳感器、數據處理、人工智能、信息收集等多方面的技術，并且在計算過程中需要健全的硬件和軟件作為前提條件。

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