基于多證據的對陸遠程精確打擊毀傷效果評估技術*

（海軍裝備部駐武漢地區第四軍事代表室 武漢 430205）

1 引言

在對陸遠程精確打擊過程中，對目標打擊效果評估占據著十分重要的作用，主要體現在：一是目標打擊毀傷效果評估制約著對陸打擊指揮控制系統傳感器資源和武器資源的分配，對被打擊后的目標毀傷情況進行一個科學的綜合評估，它決定著后續作戰行動的決策［1］。二是在“觀測-判斷-決策-行動”OODA的指揮控制流程中，毀傷效果評估占據了重要的一環。打擊效果評估結果可以輔助作戰指揮員決策是否對要對目標實施二次打擊，沒有毀傷評估，無法形成完整的對陸作戰指揮控制流程，無法形成完整的OODA指揮控制回路［2］。目前，對于毀傷評估的研究主要包括：一是從系統目標復雜程度的角度對武器裝備戰場損傷概率進行判定；二是從戰場獲取的各種聲光電磁信息中綜合判定。美國DARPA實施的R/TBDA項目通過雷達圖像提取目標毀傷特性，進而對目標的毀傷效果進行評估，使得對從觀測數據中進行及時、準確地毀傷效果評估成為可能。隨著戰場監視傳感器網絡的發展和傳感器探測水平的提高，基于圖像、視頻、雷達信號等多種證據的毀傷效果技術成為了當前毀傷效果評估的主要方向，且被廣泛應用在對陸遠程精確打擊過程中。國在打擊效果評估方面的發展起步較晚，一直處于研究與探索的階段，但仍存在著許多問題有待解決，基于不確定信息評估戰場毀傷效果的研究較少［3～9］。本文借鑒貝葉斯網絡在不確定性信息處理方面的優勢，結合傳感器網絡獲取的目標多源異類信息進行毀傷效果評估，可為對陸遠程精確打擊毀傷效果評估提供參考［10］。

2 毀傷效果評估基本問題

毀傷效果評估（Battle Damage Assessment，BDA）是指在對目標實施武器火力打擊后，通過多種偵察手段，包括雷達、光電、紅外、技偵等，依據多源信息融合后的獲得目標破壞程度的監視信息，采用適當的數學物理模型對毀傷程度進行量化。毀傷效果評估的實時性及可信度，對戰場指揮控制決策有著至關重要的作用。評估時間越短，評估可信度越高，就越能提高指揮控制決策能力，越能發揮武器火力打擊能力。目標毀傷評估過程主要包括信息收集、信息處理、建模分析、決策建議等。

1）信息收集

信息收集是實施毀傷評估的首要環節。主要是明確毀傷評估對象，對與作戰任務相關的聲、光、電、磁等實時觀測信息和歷史軌跡、活動規律等非實時信息進行收集，供情報處理系統進行信息處理。

2）信息處理

信息處理是實施毀傷評估的重要環節。所收集的目標毀傷信息具有不確定性、不完整性冗余和延時等特性。必須經過信息處理形成決策證據，才能提供給決策指揮者。因此，信息處理中心接到目標狀態觀測信息后，需要進行數據融合、證據加工等處理。

3）建模分析

建模分析是實施毀傷評估的核心環節。通過建立信息處理后的證據與毀傷效果的映射關系，實現由因到果的推理模型；通過實際觀測證據的模型迭代，得到實際的毀傷效果。

4）決策建議

決策建議是實施毀傷評估的主要目標。在得出目標毀傷效果分析結果后，與任務預期進行對比，根據任務執行偏差再次進行打擊建議。

3 毀傷效果評估模型

3.1 證據處理

對陸遠程精確打擊的觀測信息主要包括天基/空基等大范圍情報、導彈狀態信息和導彈回傳圖像等，通過研究不同尺度的天基、空基目標偵察圖像和導彈回傳圖像等圖像信息在毀傷效果評估中的應用方法，可實現天基、空基監視信息和導彈回傳圖像信息的證據化。通過研究多枚導彈對同一目標進行攻擊時導彈監控狀態信息評估應用方法，可建立導彈監控信息的證據模型，實現導彈監控信息證據化。

1）圖像信息證據化

針對陸上機場、防空陣地、雷達站、觀通站、指揮所等）以及時敏目標（坦克分隊、軍車）等典型目標，通過建立圖像處理基本框架，包括圖像多尺度變換、圖像時空配準等，對每個尺度的目標毀傷前后圖像信息采用SIFT變換算法進行圖像變換，然后進行特征比對，對差異進行檢測，根據不同尺度的差異情況建立毀傷概率模型，可以得到偵察圖像提供的毀傷證據。

2）回傳信息證據化

利用導彈回傳的狀態信息進行對陸遠程打擊毀傷效果評估，分析子母彈戰斗部戰術性能，建立子母彈落點分布模型，結合導彈的狀態監控信息能夠預測出彈著點的位置，再根據導彈殺傷概率圓和預測的彈著點位置構建多枚導彈對目標的殺傷概率模型，以得到導彈監控信息提供的毀傷證據。

3.2 模型構建

貝葉斯網絡又成置信網絡，通過網絡的形式將目標狀態與眾多信息之間的關系連接起來，節點之間的條件概率反映了節點的關聯關系及相互影響程度，并且條件概率中蘊含了先驗信息、專家知識、樣本數據內在的聯系，因此，貝葉斯網絡非常適合于證據不完整或者證據較多情況下的決策建模，本文綜合利用多源證據信息包括空基、天基遙感情報證據、導彈回傳圖像證據、導彈監控信息證據、彈藥量等多種證據構建毀傷評估動態貝葉斯網絡模型，如圖1所示，首先對遠程精確打擊問題進行詳細的分析，確定多種證據信息的相關變量及每個變量的狀態空間，然后建立目標毀傷的貝葉斯網絡模型，并確定節點間相互關聯的貝葉斯網絡結構，確定節點間的先驗概率分布，最后通過對模型進行仿真實驗，從而測試模型的有效性［10］。

圖1 多證據毀傷效果評估模型構建流程

1）網絡要素分析

在遠程對陸精確打擊過程中，可用于評估目標毀傷等級要素主要包括：彈丸威力、彈著點位置、彈藥消耗量、目標圖像的變化差異、目標火力、目標機動性、目標防護等因素。可以上述因素作為基礎構建目標毀傷等級貝葉斯網絡模型。本文選取彈丸威力、彈著點位置、彈藥消耗量、目標圖像的變化差異四個因素進行建模分析。

（1）彈丸威力：彈丸威力因種類而異，彈丸的長度、直徑、裝藥量、彈藥類型等都決定了彈丸的打擊能力。

（2）彈著點位置：彈著點位置一般指彈藥炸點與目標中心之間的直線距離，一般來說，炸點離目標越近，殺傷作用越大。

（3）彈藥消耗量：彈藥消耗量是指對目標打擊所消耗的彈藥量。一般來說，彈藥消耗量越大，毀傷能力越強。

（4）目標圖像的變化差異：目標圖像的變化差異通過天基圖像、空基圖像和導彈回傳圖像來確定。

2）網絡拓撲結構

基于專家知識和經驗構建目標毀傷等級評估貝葉斯網絡模型如圖2所示，父節點為目標毀傷等級，子節點為彈藥威力、彈著點位置、彈藥消耗量、圖像變化差異，確定好網絡結構后就可以對各節點進行狀態離散化，對條件概率進行分配。

圖2 毀傷評估貝葉斯網絡結構

本文考慮的影響毀傷效果評估的因素主要為目標毀傷等級、彈藥威力、彈著點位置、彈藥消耗量、圖像變化差異。五個節點離散化的狀態如下。

（1）目標毀傷等級A：1弱（三級）、2中（二級）、3強（一級）；

（2）彈藥威力B：1中、2強；

（3）彈著點位置C：1近、2中、3遠；

（4）彈藥消耗量D：1少、2中、3多；

（5）圖像變化差異E：1小、2中、3大。

3）節點概率

毀傷的貝葉斯網絡各節點的條件概率如表1～4所示，分別給出了上述模型中需要的條件概率P（A/B）、P（A/C）、P（D/A）和 P（A/E）。

表1 目標毀傷等級貝葉斯網絡各節點的條件概率表一

表2 目標毀傷等級貝葉斯網絡各節點的條件概率表二

表3 目標毀傷等級貝葉斯網絡各節點的條件概率表三

表4 目標毀傷等級貝葉斯網絡各節點的條件概率表四

3.3 模型求解

確定好網絡結構和概率分布后，就可以利用觀測證據信息進行貝葉斯網絡推理，用于遠程精確打擊毀傷效果評估的基本推理過程主要包括以下步驟。

1）網絡初始化：對目標毀傷評估貝葉斯網絡進行初始化，包括先驗概率和條件概率的初始化；

2）證據生成：從衛星、雷達等多源傳感器獲取戰場觀測信息，并進行信息融合，形成圖像差異、彈著點位置等證據信息；

3）網絡推理：基于觀測證據利用貝葉斯公式進行后驗概率計算，從葉子節點開始逐層計算后驗概率，直至所有節點概率都更新；

4）結論生成：根據父節點的概率分布情況對毀傷等級進行判別，得到目標毀傷等級。

4 仿真分析

為了驗證本文模型和方法的有效性，將設計仿真試驗進行毀傷效果評估驗證。假設我水面艦艇發射對陸導彈對兩處陸上目標進行遠程精確打擊，分別為陸上指揮所和軍用機場，收集到衛星、無人機偵察及導彈回傳信息，經過多源信息融合后，我方艦艇指控系統加工后的兩個目標的證據信息分別如下所示。

目標1岸上指揮所：彈藥威力強，消耗彈藥多，彈著點位置近，圖像變化差異大，即B=2，C=1，D=3，E=3。

目標2軍用機場：彈藥威力中，消耗彈藥多，彈著點位置中，圖像變化差異中，即B=1，C=1，D=2，E=2。

在Windows XP下的Matlab R2008a軟件中構建仿真驗證環境，在進行仿真推理時，采用消息傳遞算法進行網絡推理，通過網絡節點間的消息傳遞實現各節點后驗概率的計算，可以得到不同場景下的后驗概率。表5給出了根據觀測證據信息對探測到的兩個目標的識別推理結果，對于目標1岸上指揮所，毀傷效果為弱、中、強的概率分別是0.0004、0.0271、0.9725，因此，該目標為毀傷效果為一級的可能性大；對于目標2軍用機場，毀傷效果為弱、中、強的概率分別是0.2090、0.5380、0.2530，因此目標2毀傷程度為中，即二級的可能性較大，可進一步供指揮員決策。圖3給出了毀傷效果評估后驗概率分布圖。

圖3 目標毀傷效果推理后驗概率分布圖

表5 兩個目標毀傷效果評估推理結果

5 結語

針對復雜的陸上遠程精確打擊目標毀傷效果評估問題，文中引入了基于貝葉斯網絡的不確定性知識表達方法進行毀傷建模，對貝葉斯網絡在目標毀傷效果評估中的使用和實例仿真都進行了詳細分析，效果良好，本文的研究將為水面艦艇編隊對陸作戰輔助決策提供理論和技術支撐。