基于多源数据融合技术的情报侦察系统效能评估体系
2020-04-15
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第52卷第4期 2012年4月 电讯技术 Telecommunication Engineering Vo1.52 No.4 Apr.2012 文章编号:1001—893X(2012)04—0429—06 基于多源数据融合技术的情报侦察系统效能评估体系 缪彩练,南建设,郭 娜 (中国西南电子技术研究所,成都610036) 摘 要:多源数据融合技术因具有多类数据源,可多层次、全方位感知信息,已被广泛应用于军事领 域。但目前缺少一个统一的评价体系,用于指导和规范多源数据融合情报侦察系统的效能评估。为 了全面评价和比对多源信息融合情报侦察系统各方面的性能,在分析相关理论的基础上,建立了一 个合理的且相对全面的评价指标体系,覆盖了多源数据融合情报侦察系统各方面的属性,并分析了 评价体系与指标体系之间的关系。该项研究丰富了多源数据融合效能评估理论和方法,可用于指导 和规范多源数据融合情报侦察系统的效能评估工作,并有效地提高了系统的综合作战能力。 关键词:数据融合;情报侦察;效能评估;指标体系;评价体系 中图分类号:TN971;TP391.9 文献标志码:A doi:10.3969/j.issn.1001—893x.2012.04.002 Effectiveness Evaluation Architecture for Intelligence Reconnaissance System Based on Muli-source Datta Fusion Technique MIAO Cai—lian,NAN Jian—she,GUO Na (Southwest China Institute of Electronic Technology,Chengdu 610036,China) Abstract:Multi-source data fusion technique has been widely used in military area because of he tmultiple clss—a es of data resources which can perceive information at multi—level and omnidirectiona1.However.a uniifed eval— uation architecture is not presented to guide and specify the effectiveness evaluation of multi-resource data fusion inteNigence i'ecoflnaissance system.To evaluate and compare each performance of muhi2resource information fu— siori intelligence reconnaissance system comprehensively,this paper proposes a reasonable and relatively compre。 hensive evaluation index architecture which is based on analysing the corresponding theory.This evaluation in‘ dex architecture covers the attribute of each aspect in multi—resoul'ce data fusion intelligence rL ̄,connaisgance system.The relationship between evaluation architecture and index architecture is also analysed.This study en。 riches the theoIies andⅡlethods of multi—Iesouice data fusion effectiveness evaluation and Can be also used to uigde and speciyf the effcteiveness evaluation of multi—resource data fusion intelligence reconnaissance system he comprehensiTve combat capability of system is improved effectively. Key words:data fusion;intelhgence reconnaissance;effcteiveness evaluation;index archit ̄ure;evaluation arcl ̄itecture 个、多类传感器和情报中心,具有复杂的层次结构, 1 引 言 多源数据融合是20世纪70年代随军事应用而 加上复杂的应用背景[ ,对其进行客观、综合的评估 既是作战能力有效提升的需求,又是系统研制和发 展的需要。面对这样一个复杂的大系统,目前缺乏 一诞生的,广泛应用于军事领域,尤其是在情报侦察系 统中应用更多,多源数据融合情报侦察系统包括多 个科学合理且相对完善的指标体系指导和规范多 *收稿日期:011—11—25;2修回日期:2012—03—06 第52卷 ’缪彩练等:基于多源数据融合技术的情报侦察系统效能评估体系 第4期 察设备上报的目标信息,实现对目标去重、目标关 联、航迹融合的性能。 2.2.1 目标关联及去重能力 目标关联包括目标互联和去重。目标关联是将 收集到的上报数据分为一系列组,每一组代表某一 目标;目标去重主要包括目标相关性判断以及数据 标总数,会对应一个航迹总数(并非一一对应,因为 有可能一个目标有几条航迹,也有可能几个目标共 享一条航迹(所谓目标群的概念)),衡量航迹关联的 关键参数项包括真实的航迹条数、系统收到的总的 上报航迹条数、融合后的航迹条数。 融合率1:融合后的航迹总数与融合前上报的 航迹总数之比(小于100%)。 配对、目标聚合等。衡量目标关联和去重的指标参 数项包括以下几项。 (1)总目标数 ’ 该指标可细分成以下3个指标。 实际的目标数:整个区域所存在的、真实的目标 总数(可细分成水下、空中、海上,或是目标、军用、民 用)可采用一个分级表格方式动态显示。这个指标 是由侦察设备对目标捕获性能决定的。 各手段上报的目标数:下一级所包含各个系统、 或手段,分别上报的针对目标的情报条数。 总的上报目标数:是各个手段上报情报条数的 一个总和,针对一个目标,可能有多个系统或手段都 在报,即有多重性,如果希望能够细化显示这种多重 性,则可向下分解成最小或最大目标重叠率、平均目 标重叠率等。 (2)正确关联目标数 经系统融合处理后,给出具体处理后的目标个 数,具体到每个目标的属性、位置信息,并补全整个 情报信息参数,基本的关键指标参数项包括: 关联率1:关联后的目标总数/关联前上报的目 标总数(一般情况下小于100%); 关联率2:关联后的目标总数与真实的目标总 数之比(可为任意值,可大于100%,如果大于100% 表示误关联;如果小于100%,表示有漏关联;即使 是100%,也有可能有错融合); 正确关联的目标数:需要和真实目标匹配后才 能给出的值,且需要提前指定匹配的程度。 (3)丢失目标数 与正确关联目标数的定义相同,即确定错误关 联的目标数,另外还有虚假目标数、不明目标数。这 些不同的目标还需要态势图上分别显示。 2.2.2航迹融合 目标航迹融合是指通过对去重后的同一目标航 迹数据进行融合、关联、验证或补充,从而获取较为完 整的目标航迹。衡量的指标参数项包括以下几项。 (1)航迹关联 总的航迹数:处理系统收到下级系统上报的目 融合率2:融合后的航迹总数与真实的航迹总 数之比(任意值,可大于100%,如果大于100%表示 误融合;如果小于100%,表示有漏融合;即使是 100%,也有可能有错融合)。 正确(错误)融合的航迹数:对当前仿真时刻前 面的各个融合航迹点,计算误差统计值,如果误差值 在某个范围内,则认为与航迹点吻合,属于正确融合 的航迹;否则判为错误融合的航迹。 漏跟:真实航迹存在,但结果始终无航迹。 误跟:融合航迹误差过大,判为不正确融合航迹。 失跟:以前的仿真时刻,针对该目标的航迹断续 存在,但是该仿真时刻航迹点是丢失的。 (2)航迹跟踪 对航迹的跟踪和监视,形成连续的目标航迹的 能力。衡量航迹跟踪的关键参数包括航迹跟踪精 度、航迹跟踪目标容量、目标稳定跟踪概率、漏跟率、 失跟率、误跟率和航迹处理时延。 航迹跟踪精度:各航迹测量点与真实航迹点位 置和速度的方差。 航迹跟踪目标容量:系统能同时处理的目标数量。 目标稳定跟踪概率:正确融合的航迹数的平均 值,该值为正确融合的航迹数量与真实的航迹总数 相除结果。 (漏跟、失跟、误跟)率的定义与目标稳定跟踪概 率类似。 航迹处理时延:给出的航迹结果的当前仿真时 刻下和所对应的仿真时刻下的航迹点,计算相对的 时延。 2.3目标识别性能 目标识别指对来自多个信息源的目标属性数据 进行组合,以综合与身份有关的数据进行目标身份 识别,目标识别包括属性识别和状态识别。 此部分强调的是目标的属性。一般情况下,目 标属性包括型号、类别、敌我、军民、国别等信息,但 对于目标识别,最理想状态是属性填全,但很多时候 目标识别无法填全,因此,为便于处理,建立根据以 ・431・ WWW.teleonline.ca 电讯技术 2012芷 上优先等级排序并给出细化的目标识别正确率,包 括型号(目标)识别率、敌我识别标志(目标)识别率、 军民识别、平台种类识别率、国家识别率和军种识别 率等,它们均存在有正确识别率和漏识别率。 最后完成对目标的综合识别率,为各识别率与 其权值的乘积相加。 2.4态势综合性能要素 析准确率和预测超前时延。 (4)态势图生成 在对战场目标等进行了一连串的处理基础之上 系统自动生成战场态势,并满足不同的战场态势显 示需求进行分级分类分层显示,包括战略、战役以及 目标、目标群的显示功能。衡量其主要的指标参数 项包括态势要素展示完整性、态势图响应时间、态势 数据级、特征级的数据融合后实现的决策级态 势融合主要包括态势估计和威胁评估两大部分。 2.4.1态势估计 评估分析主要包括态势提取、态势分析、态势预 测以及态势图生成等功能。 (1)态势要素提取 由不完整的数据集合建立一般化的态势表示, 对前面数据及目标处理产生的情况给出一个合理的 解释,然后通过对复杂战场环境的正确分析与表达, 导出敌我态势的推断以及意图分析等。其主要的指 标参数包括要素完整率和提取时延。 (2)态势分析 主要包括目标及目标群关联、目标分群以及态 势生成,进而对战场目标的行为意图进行判定。其 下又包括目标分群和态势生成。 目标分群定义如下: 当前仿真想定下,真实群数 、融合处理后的群 数Y,则目标分群率y/x(任意值,若大于100%表示 误分群;若小于100%表示有漏关联,但即使是 100%,也有可能有错分群); 目标分群正确率:对某个特定的目标群,如果本 应成群,却判断为不成群正确分群率为0%;或本应 不分群,却判断为成群,则正确分群率为0%; 相互关系分群正确率:融合目标群内包含m个 目标,其中P个目标包含在n个真实目标群中,相互 关系分群正确率则是p/n。 态势生成通过前面的数据融合生成的目标态 势、区域态势进而产生整个战场的综合态势,从而为 指挥决策部门提供全方位多层次的战场态势服务。 衡量其主要的指标参数项包括态势匹配度/态势完 整性、态势置信度、态势生成时延和态势刷新时间。 (3)态势预测 就是对形成战场态势的各目标以及目标群未来 位置的预测,此外,通过仿真系统推演对战场态势进 行预测估计,主要包括目标未来位置推理以及态势 推演的功能。衡量其主要的指标参数项包括意图分 ・432・ 图刷新时间。 2.4.2威胁评估 威胁评估主要是分析我方和敌方力量的薄弱环 节,对我军和敌军的编成估计、危险估计、临近事件 的指示和预警估计等,主要包括威胁判断、威胁等级 评估以及辅助决策等。其中,对威胁判断、威胁等级 评估的指标参数项包括威胁等级匹配度和威胁告警 时间,辅助决策包括仿真推演、效能评估和侦察预案 制定几个方面。 3效能评估的评价体系 效能评估的评价体系的3个具体目标包括全面 覆盖指标体系的各方面属性、能够对各方面属性进 行综合评价与比较、能够根据评价结果找出可能存 在的问题。根据以上目标,信息融合系统评价体系 框架如图2所示。 信息融合系统评价体系 先进性ll合理性Il准确性l l完备性ll可达性 l薹j WWW.telcenline.an 电讯技术 2012正 M“ Cai.1ian。SU Zhi.hui,GUO Na.Effectiveness Evaluation Technology,2007,2(1):8—13.(in Chinese) Architceture for Synthetic Reconnaissance and Information System[J].Telecommunicaiton Engineering,2012,52(1):1 作者简介: —4.(in Chinese) 缪彩练(19r71一),女,福建福安人, 0略年于中国科学院自 [3] DoD Architecture Framework W0rking Grbup.DoD Architec— 动化昕模式识别国家重点实验室获博士学位,现为高级工程师, ture Framework Vemino1.5:Detfniitons and Guidelines[R]. 主要研究方向为情报侦察体系结构设计及效能评估技术; WasllingtonDC:Department ofDefense.2OO7,4. MIAO Cai—lina was born in Fu an,Fujina Province,in [4] 陈晓明.C4ISR系统效能评估研究[J].光电与控制, 1971.She received the Ph.D.degree from National Laboratory of 0210,17(1):48—50. Pattern Recogniiton,Instiutte of Automation,Chinese Academy of CHEN Xiao—mirig.Primary Study on Efectiveness Evalua- Sciences,in 2OO3.Sheis now asenior engineer.Her research con- iton of C4 ISR System[J].Electronics Optics&Control, eeYIl¥architceture fl"amework of ifnormation nad ef- 2010,17(1):48—50.(in Chinese) fectiveness evaluation. [5] 任培,周经伦,罗鹏程,等 数据链系统效能评估框架研 Elnail;caiilanmiao@126.com 究[J].火力与指挥控制,0210,35(1):42—45. 南建设(1954_),男,山东沂南人,1982年于四川大学获 REN Pei,ZHOU Jing—lun,LUO Peng—cheng,et a1.A Gen— 无线电工程专业学士学位,现为研究员,主要研究方向为系 eral Framework for Efectiveness Evaluation of Datalink Sys. 统总体设计; tem[J].Fire Control&Command Control,2010,35(1):42 NAN Jian—she was born in Yiaun,Shandong Province,in —45.(in Chinese) 1965.He received the B.S.degree from Siehuan UI1iversity in [6] 张培珍,杨根源,张杨,等.雷达网效能评估方法研究 1982.He is now a senior engineer of profsesor.His research con— [J].舰船科学技术,0210,32(3):121—124. cerll¥system design. ZHANG Pei—zhen,Y C Gen—yuan,ZHANG Yang,et a1. 郭娜(1986__),女,云南昆明人,2011年于哈尔滨工业 Research foefcetiveness evlaaution fo radar netlJ].Ship CSi- 大学获硕士学位,现为助理工程师,主要研究方向为情报侦 enee andTechnology,0210,32(3):121—124.(in Chinese) 察系统效能评估与仿真技术。 [7] 南建设,缪彩练,唐诗余.联合战场信息感知系统指标体系 GUO Na Was born in Kunming,Yunnan Province。in 1986. 初探[J].中国电子科学研究院学报,2OO7,2(1):8—13. She received the M.S.degree from Harbin Instiutte of Technology NAN Jina—she,^m O Cai—lian。TANG Slli—yu.Discussion in 2011.She is now an assistant engineer.Her research concerns ofIntelligence Se璐ing System of Combined Battlefield[J]. effectiveness evaluation and simulation technology of ifnormation re. Journal of China Academy of Elcetronics and Information eonnaissance system.