電子對抗事件建模方法在危機預測中的應用

高 飛，楊 玲，雷 濤，粟 勇，劉 鵬

（中國電子科技集團公司第二十九研究所，四川成都 610036）

0 引言

由于電磁頻譜及用頻裝備在軍事領域的廣泛運用，戰場電磁環境日趨復雜，電磁空間博弈不斷加劇，在未來戰場上誰能掌握電磁數據和制電磁權，誰就能獲得戰爭的主動權，電子對抗偵察情報已經成為戰場情報信息的重要組成部分。同時，面對日趨嚴峻的國家安全局勢和地緣沖突，為防止戰略誤判并加強重點方向的聯合情報保障效能，需要提高軍事情報分析處理水平和危機事件預測能力，實現情報信息從以參數表達為主的數據層向以事件描述為主的認知層的提升。

傳統的電子對抗偵察情報以靜態的參數描述為主，主要包括時間、位置、信號樣式、射頻參數等，主要面向電抗部隊提供戰場電子目標監視和情報支援保障能力。但面對危機事件預測和聯合作戰指揮決策，參數化描述的電抗情報已經不能滿足情報保障需求，需要將電抗情報關聯到具體的危機事件和戰場行為，實現危機事件的模型構建、特征分析和檢測預警，將電子偵察的專業數據優勢轉化為聯合作戰指揮員能直接認知的信息優勢。

針對基于電子偵察數據進行危機預測的需要，本文提出了電子對抗事件建模方法，描述了電子對抗事件模型要素以及組織關系，既能契合電子偵察數據的實際情況，完整準確地表征復雜事件場景，又能方便后續的事件處理和危機預警，然后實現了一種基于復雜事件處理（CEP）理論[1]的電子對抗事件處理方法，該方法可以利用電子偵察數據和先驗知識對危機事件進行處理和預測。本文利用上述方法，通過模擬典型危機事件場景的電子偵察數據，進行危機預測分析并取得了良好的效果。

1 電子對抗事件建模

1.1 建模過程

電子對抗事件描述為敵我雙方電子目標、用頻設備、信號參數等在時間、空間、頻域、戰場環境等方面的狀態、活動、異常、任務以及關聯關系。根據CEP理論，事件可以分為簡單事件和復雜事件2種：通過實體對象和簡單事件規則提取出的事件稱為簡單事件，多個簡單事件根據復雜事件規則相互關聯形成復雜事件。事件模型庫中多個模型組合運用時主要采用層次網絡表示方法[2]和動態網絡組合方法[3]。電子對抗事件建模過程如圖1所示，首先根據原始電子偵察數據抽取，或先驗知識等信息，結合簡單事件規則形成簡單事件，然后利用簡單事件和復雜事件規則組合生成復雜事件。

圖1 電子對抗事件建模過程

1.2 簡單事件建模

電子對抗簡單事件模型由實體、謂詞、狀態三部分構成，如圖2所示。模型可以表示為E〈B,P,T〉，其中E表示電子對抗簡單事件；B表示實體，主要包括部隊、電子目標、輻射源、信號參數等戰場主體；P表示謂詞，描述事件規則中實體需要滿足的條件、實體之間的相互關系以及其他戰場環境要求；T表示事件基本信息和狀態變化情況。

圖2 簡單事件模型構成

電子對抗簡單事件模型描述了事件要素、需要滿足的條件和事件狀態，對照上述的實體、謂詞、模型三個組成部分，模型主要由目標信息、事件規則、事件信息三部分構成，其中目標信息包括：基本信息要素、時間行為要素、空間行為要素、作戰知識要素、頻域行為要素和電磁環境要素等，如圖3所示。

圖3 電子對抗簡單事件模型

可以將電子對抗簡單事件模型定義為一個三元組：E〈Target,Stimulation,Event〉其中Target是目標信息；Stimulation是事件規則，主要描述滿足特定事件觸發時的目標和環境條件；Event是事件基本信息和狀態描述，包括事件標識、事件名稱、事件類別、事件發生時刻、事件狀態等。在目標信息中：

1）基本信息要素包括目標名稱、國別、型號、類型、敵我屬性等，這類信息一般不會隨著時間推移而改變，通常由情報渠道、公開資料等獲得。

2）時間行為要素包括目標的活動時長、偵察時間序列、典型活躍時段、開關機規律、截獲次數等，這類數據可基于現有的電子偵察態勢數據通過統計手段獲得。

3）空間行為要素包括目標活動區域、航向、位置、速度、高度、距離等，這類信息可從具備目標定位能力的雷達對抗系統中獲取，還可通過軍用雷達、民用設備等系統借助多源融合處理手段獲取。

4）作戰知識要素包括目標戰術特點、行為特征和運用規律等作戰知識，主要通過戰場目標研究資料獲取。

5）頻域行為要素包含雷達輻射源的工作參數、信號樣式、工作模式、技術體制等，這些信息中蘊含著雷達的行為意圖，通常可以基于現有的雷達對抗偵察裝備截獲數據進行處理后獲得。

6）電磁環境要素主要包含頻譜占有度、平均功率密度譜、電磁信號密度、頻率占用度、頻率重合度、背景信號強度等頻譜環境要素，以及對事件有影響的其他戰場環境要素。

對于某事件i在t時刻的狀態可以描述為：

在時間段[T1,T2]內，對事件i的過程可以表示為：

1.3 復雜事件建模

簡單事件根據復雜事件規則相互關聯形成復雜事件，常見的復雜事件規則主要包括四類：時序、因果、聚合和否定等，不同的事件規則可以進行相互組合嵌套，描述復雜的戰場事件場景。

1）時序規則表明不同的簡單事件按照時間順序相繼出現，形成完整的復雜事件過程。例如，偵察機執行任務的完整過程由起飛、前往任務區、任務區巡邏、返航、降落等簡單事件按時序前后銜接組成。

2）因果規則表明不同的簡單事件之間存在明顯的因果關系，可以通過簡單事件推導另一事件的發生，或者追溯已發生的征候事件。例如，進行軍事演習或者武器試驗之前，往往伴隨著兵力集結、目標活動異常、用頻規律異動等征候。

3）聚合規則表明復雜事件由多個不同類別、不同層次的簡單事件組合而成，雖然簡單事件彼此之間不一定有明顯的關聯關系，但都是作為復雜事件的一部分為復雜事件的發生提供相應的信息增益。例如，一次軍事行動由部隊人員活動事件、武器裝備活動事件、戰場環境事件、支援保障事件等共同聚合而成。

4）否定規則表明常見的簡單事件不發生或出現異常。例如，固定雷達站不在典型事件開機，作戰艦機不在日常區域活動等。

電子對抗復雜事件模型如圖4所示，主要包括簡單事件集合、復雜事件規則、復雜事件信息。在復雜事件模型中，將簡單事件定義為原子事件，簡單事件集合包括形成復雜事件的原子事件集；復雜事件規則描述簡單生成復雜事件的關聯關系；復雜事件信息描述事件基本信息和狀態。

圖4 電子對抗復雜事件模型

結合不同類別的復雜事件生成規則，復雜事件可以由以下定義給出。

定義1：設E為可檢測的原子事件的有限集合，E＝{en|n＝1,2,…,n},對于?e∈E，e是屬于集合E的事件實例；

定義2：對?ei∈E，?ej∈E,ei的發生時間為ti,，ei不發生記為ei!，如果ei發生則ej也發生記為ei→ej；

定義3：設生成某個復雜事件的原子事件集E′＝{e1,e2,…,en},n≥1，對?ei∈E′，?ej∈E′，若對應的ti、tj大小關系恒定，即對所有觀察樣本都有ti≥tj或ti≤tj，則復雜事件為時序規則；

定義4：對定義3中的E′，若對?ei∈E′，?ej∈E′，滿足ei→ej或ej→ei，則復雜事件為因果規則；

定義5：對定義3中的E′，若對所有的觀察樣本，任意原子事件ei均發生，則復雜事件為聚合規則；

定義6：對定義3中的E′，若對所有的觀察樣本，任意原子事件ei均未發生，即ei!發生，則復雜事件為否定規則；

定義7：設C為復雜事件模型，將復雜事件模型表示為三元組C＝〈B,E,R〉，其中B表示復雜事件基本信息；E表示生成復雜事件的原子事件集，用{e1,e2,…,en},n≥1來表示；R表示復雜事件規則，用簡單事件之間的關系模式R(e1,e2,…,en)，n≥1來表示。

2 危機預測

應用電子對抗事件模型及處理方法進行危機事件預測，主要是依靠電磁偵察數據挖掘分析、公開報道、專家規則和其他信息渠道，提取有關的危機事件模型，然后根據事件模型針對電磁偵察數據進行危機事件預測，危機預測結論可以用于情報系統實時告警和指揮控制輔助決策。面向危機預測的電子對抗事件模型建立時主要考慮相關目標的電磁信號特征和行為特征，通過分析目標可測量、可提取且穩定出現的信號特征、行為特征與指定危機事件的關聯關系，計算時空頻多維特征對危機事件中發生概率的貢獻度，建立特征規律與危機事件的關聯關系庫，運用圖譜推理等方法進行危機預測。

2.1 危機預測處理流程

基于電子對抗事件模型的危機預測處理主要流程如圖5所示，首先，基于先驗知識和專家經驗定義電子對抗事件模型，將事件模型符號化為事件描述語言并加載到事件處理引擎中；而后，接入電子偵察數據進行預處理，事件處理引擎根據事件模型對電子偵察數據進行事件檢測和危機預測，然后將檢測出的危機事件等結論信息輸入，服務于作戰指揮決策。

圖5 基于電子對抗事件的危機預測流程

事件處理的核心在于處理引擎，即實現基本事件生成、事件過濾、事件關系處理的機制與方法。本文基于Esper[4]（一種開源的復雜事件處理引擎）搭建的電子對抗事件處理引擎，不僅高速、可靠，還能直接加載EPL（事件描述語言）描述的事件規則，進行電子對抗事件處理。

2.2 仿真試驗

根據上述電子對抗事件建模和危機預測處理方法，采用仿真數據模擬一種典型的危機場景和對應的電子偵察數據。根據危機場景中的目標活動情況、電磁特征規律以及環境數據建立對應的事件模型，進行危機預測仿真試驗。

仿真的危機場景為：某國對敵對目標抵近偵察并意圖進行軍事襲擾，分別定義為危機事件A（抵近偵察）、B（軍事襲擾）。對應的仿真電子偵察數據主要包括危機事件過程中的目標、位置、時間、信號參數和電磁環境等。結合危機場景、偵察數據和戰術運用等先驗知識，構建電子對抗事件模型：模型中主要以大型艦船、飛機和雷達站等目標為實體，以危機事件描述為狀態，事件規則主要包括相關目標的電磁活動特征、時空關系、偵察概率變化、參數變化、開關機情況、工作模式變化等。仿真試驗的結果如表1所示。

表1 危機預測結果

危機預測結果中給出了預測出的危機開始、結束時間和危機類別，并根據數據關系置信度和截獲次數支持度等計算出預測概率，將預測出的結果與仿真數據中的危機事件進行比對，得到危機預測的時間窗口。該方法平均預測率達82.9%，能夠在仿真數據中找到相互印證的危機事件占81.2%，平均預測時間窗為4天。

3 結束語

面向危機預測的電子對抗事件建模方法綜合考慮了電子偵察數據、戰場環境信息和專家經驗，實現了基于知識和數據的雙驅動模式，既能契合電子偵察數據的實際情況，完整準確地表征復雜事件場景，又能方便后續的危機事件預測。基于目標的電磁活動特征，利用電子對抗事件模型和危機預測處理方法實現戰場危機事件預測，能顯著提高情報分析水平和危機事件預警能力。事件建模和危機預測的過程將數據優勢轉化為信息優勢，實現了情報信息從以參數描述為主的數據層到以事件描述為主的認識層的提升。該方法可運用于網電情報系統，提高網電情報對聯合作戰的支援保障能力。■